Cá ngựa đực là những “bà mẹ” có thực trong tự nhiên khi vai trò làm cha của chúng còn bao gồm cả trọng trách mang thai.
Mặc dù chuyện cá đực đóng vai trò trụ cột trong gia đình là hoàn toàn bình thường, nhưng việc con đực mang thai lại là một quá trình phức tạp chỉ có duy nhất trong gia đình cá Syngnathidae, bao gồm cá chìa vôi, cá ngựa và rồng biển.
Nhà nghiên cứu sinh học tiến hóa Adam Jones cùng cộng sự thuộc đại học Texas A&M đang tiến hành tìm hiểu bằng cách nào mà cấu trúc cơ thể cần thiết cho quá trình mang thai có thể tiến hóa. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có được cái nhìn sâu hơn về cơ chế tiến hóa chịu trách nhiệm với những biến đổi trong cấu trúc của các loài qua thời gian.
Jones cho biết: “Chúng tôi sử dụng cá ngựa và họ hàng của chúng nhằm hướng đến một trong những lĩnh vực nghiên cứu thú vị nhất của sinh học tiến hóa hiện đại: nguồn gốc của các đặc điểm phức tạp. Chiếc túi ấp trên cơ thể cá ngựa đực và cá chìa vôi nơi con đực giữ trứng trong quá trình giao phối là một đặc điểm thú vị có ảnh hưởng lớn đến ngành sinh học nghiên cứu các loài do khả năng mang thai của con đực đã thay đổi hoàn toàn động lực của hành động giao phối”.
Khi cá ngựa giao phối, con cái đưa bộ phận đẻ trứng của nó vào túi ấp của con đực (cơ quan nằm bên ngoài cơ thể con đực) sau đó đẻ trứng chưa được thụ tinh vào túi ấp. Con đực sau đó xuất tinh vào túi ấp để thụ tinh cho trứng.
Jones cho biết: “Nếu cái túi chỉ đơn giản là nếp da để con cái đẻ những quả trứng bình thường vào đó rồi những quả trứng phát triển bên trong cái túi thay vì lớn lên ở thềm đại dương thì chẳng có gì là thú vị. Nhưng việc con đực mang thai ở một số loài cá ngựa hay cá chìa vôi xét về mặt chức năng sinh lý còn phức tạp hơn thế nhiều”.
Sau khi con cái đẻ trứng chưa thụ tinh vào túi con đực, vỏ ngoài của trứng vỡ ra. Tinh trùng của con đực sẽ bao quanh trứng. Sau khi thụ tinh, con đực làm nhiệm vụ điều khiển môi trường sống của phôi trong túi ấp. Nó sẽ giữ máu lưu thông quanh phôi, kiểm soát nồng độ muối trong túi ấp, cung cấp ôxi và chất dinh dưỡng cho quá trình phát triển của con non qua một cơ quan giống nhau thai cho đến khi sinh.
Việc con đực mang thai có một ý nghĩa thú vị về vai trò của giới trong giao phối. Do ở đa số các loài, con đực thường tranh giành nhau để đến với con cái nên chúng ta thường thấy các đặc điểm tiến hóa thứ yếu thể hiện giới tính của con đực, ví dụ như chiếc đuôi của loài công hay chiếc gạc ở loài hươu. Nhưng ở một số loài cá chìa vôi, vai trò của hai giới bị đảo ngược. Do con đực có thể mang thai còn kích cỡ của túi ấp cũng có giới hạn nên con cái cạnh tranh với nhau để giành được con đực đang còn “cô đơn”. Vì vậy đặc điểm giới tính thứ yếu (ví dụ như màu sắc tươi sáng chẳng hạn) lại tiến hóa ở cá cái thay vì cá đực.
Jones nói: “Theo quan điểm nghiên cứu, điều này rất thú vị vì không có mấy loài trong tự nhiên mà vai trò giới tính lại bị đảo ngược. Đây là cơ hội hiếm có để tìm hiểu lựa chọn giới tính trong điều kiện vai trò bị đảo ngược”.
Để tìm hiểu hành vi giao phối ở cá ngựa và cá chìa vôi, phòng thí nghiệm của Jones đã sử dụng chỉ thị phân tử trong phân tích pháp lý vai trò làm mẹ để tìm ra con cá ngựa cái nào là mẹ của những đứa con trong bụng cá ngựa đực. Nhóm nhận thấy rằng cá chìa vôi giao phối theo phương thức “đa phu cổ điển”, con đực nhận trứng từ một con cái nhưng con cái có thể giao phối với nhiều con đực. Do những con cái trông hấp dẫn có thể giao phối nhiều lần nên phương thức giao phối này gây ra sự cạnh tranh gay gắt trong việc lựa chọn để giao phối. Cá chìa vôi cái đã tiến hóa những đặc điểm giới tính thứ yếu rất quan trọng.
Tuy nhiên, cá ngựa lại là loài sống chung thủy theo đôi trong suốt một mùa sinh sản. Đối với phương thức này, nếu tỉ lệ giới tính là tương đương thì sẽ không có cạnh tranh giữa các con cái vì số lượng con đực đã đủ để kết đôi. Nên ở loài cá ngựa
không có những đặc điểm giới tính thứ yếu quan trọng tiến hóa giống như cá chìa vôi.
Việc mang thai của con đực cũng gây ra xáo trộn trong hành vi liên quan đến giới tính. Jones cho biết: “Cá ngựa cái có những hành vi cạnh tranh vốn là đặc trưng của con đực, trong khi cá đực lại ‘kén cá chọn canh’ – một đặc trưng của những con cái”. Nhóm thí nghiệm của ông cũng nghiên cứu các bước tiến hóa dẫn đến hành vi đảo ngược và vai trò của hooc-mon trong biến đổi này.
Đồng thời nhóm còn nghiên cứu túi ấp ban đầu tiến hóa ở cá ngựa và cá chìa vôi như thế nào. “Một câu hỏi lớn về sinh học tiến hóa đó là bằng cách nào một cơ quan lạ thường như thế lại có đủ các gen và các bộ phận cần thiết để hoàn thành chức năng. Chúng ta đang cố tìm hiểu phương thức mà túi ấp cũng như các gen cần thiết cho quá trình mang thai của con đực hình thành trong suốt giai đoạn tiến hóa”.
Một trong những điều thú vị về túi ấp của con đực chính là dường như nó tiến hóa độc lập nhiều lần. Có hai nhóm cá ngựa và cá chìa vôi chính: ấp thân và ấp đuôi. Cấu trúc túi ấp cũng tiến hóa độc lập ở hai nhóm.
Một khía cạnh khác mà phòng thí nghiệm của Jones nghiên cứu là các bước tiến hóa hình thành nên hình dạng chung có một không hai của loài cá ngựa. Jones cho biết: “Bằng cách nào chúng ta tìm hiểu một loài khác thường như các ngựa từ những loài cá có hình dạng thông thường? Chắc chắn có rất nhiều bước tiến hóa tham gia vào quá trình này”.
John giải thích rằng bước đầu tiên trong quá trình tiến hóa chính là bước kéo dài thân – nhóm hiện đang nghiên cứu bước này. Bước thứ hai chính là sự hình thành thêm các đặc điểm cấu trúc độc nhất vô nhị mà loài cá ngựa sở hữu như biến đổi thành hình dạng đặc trưng. Đầu của loài cá ngựa không giống đa số các loài cá khác. Nó vuông góc với cơ thể của chúng. Cá ngựa còn có chiếc đuôi có thể cầm nắm được, có nghĩa là không giống các loài cá khác chúng sở hữu một chiếc đuôi cầm được đồ vật.
“Đây là tất cả những biến đổi thú vị. Chúng tôi rất hứng thú nghiên cứu phương thức những đặc điểm lạ thường xuất hiện và các bước tiến hóa hình thành nên các đặc điểm đó. Về cơ bản, chúg tôi hy vọng có được những hiểu biết sâu hơn về một số cơ chế tiến hóa giúp hình thành nên những biến đổi đáng kinh ngạc trong các cơ quan của sinh vật xảy ra trong suốt lịch sử của sự sống trên trái đất”.
