1. clarkii là một loài tôm càng nước ngọt có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới ở miền nam Hoa Kỳ và đông bắc Mexico. Sau khi du nhập vào các khu vực khác nhau trên thế giới, chúng đã trở thành một trong những loài động vật xâm lấn phổ biến nhất. Chúng được biết đến với khả năng thích nghi và hành vi hung hăng, đảm bảo sự sống sót của chúng trong nhiều môi trường khác nhau, ngay cả ở những vùng lạnh hơn nhiều so với môi trường sống ban đầu của chúng.

Cho rằng P. clarkii thường chỉ giới hạn ở vùng khí hậu cận nhiệt đới, các nhà nghiên cứu từ lâu đã nỗ lực tìm kiếm một vài quần thể P. clarkii ở các vùng lạnh hơn của Nhật Bản. Ở Hokkaido, hòn đảo cực bắc của Nhật Bản, quần thể P. clarkii đã được quan sát thấy ở một số ít sông và ao nơi nước từ suối nước nóng hoặc nhà máy xử lý nước thải chảy vào và góp phần làm tăng nhiệt độ nước quanh năm.

Tuy nhiên, một báo cáo gần đây mô tả một số quần thể định cư ở Thành phố Sapporo thuộc trung tâm Hokkaido, nơi nhiệt độ nước trở nên cực kỳ thấp trong mùa đông. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản, bao gồm Tiến sĩ Daiki Sato, Trợ lý Giáo sư tại Trường Cao học Khoa học của Đại học Chiba và Giáo sư Takashi Makino từ Đại học Tohoku đã tìm cách nghiên cứu những thay đổi di truyền cho phép tôm càng thích nghi với những môi trường lạnh giá này.

Nghiên cứu của họ đã được xuất bản trên iScience.

Nói về động lực đằng sau nghiên cứu của họ, Giáo sư Makino, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Mặc dù tôm càng đỏ là loài xâm lấn nổi tiếng ở Nhật Bản trong một thời gian dài, nhưng chưa ai kiểm tra đặc điểm bộ gien và phiên mã của nó, các yếu tố góp phần vào khả năng xâm lấn của nó. Điều này thúc đẩy chúng tôi theo đuổi nghiên cứu này. Chúng tôi cảm thấy nghiên cứu của mình có ý nghĩa sinh thái sâu rộng”.

Theo đó, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu P. clarkii từ các quần thể khác nhau ở Nhật Bản và nơi sinh sống ban đầu là Hoa Kỳ. Họ so sánh sự khác biệt về khả năng chịu lạnh và các đặc điểm di truyền liên quan giữa các mẫu. Họ cũng nghiên cứu tác động của chọn lọc tự nhiên bằng cách so sánh những thay đổi về trình tự gien giữa các mẫu.

Khi được hỏi về những phát hiện chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Sato cho biết: “Một quần thể tôm càng đỏ ở Sapporo, Nhật Bản có thể đã có những thay đổi di truyền giúp tăng cường khả năng chịu lạnh của chúng. Chúng tôi đã tiết lộ các gien và cấu trúc gien có thể liên quan đến cơ chế thích ứng lạnh”.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các quần thể P. clarkii khác nhau, ngay cả ở Nhật Bản, phản ứng khác nhau với cái lạnh: một số cho thấy không có sự thay đổi đáng kể nào về biểu hiện gien theo thời gian, trong khi những quần thể khác cho thấy sự khác biệt đáng chú ý giữa thời điểm bắt đầu và kết thúc thí nghiệm.

Đáng chú ý, họ đã phát hiện ra những thay đổi quy định trong một nhóm gien liên quan đến việc phát triển lớp bảo vệ bên ngoài của P. clarkii, được gọi là lớp biểu bì. Họ cũng nhận thấy sự gia tăng sản xuất các chất ức chế peptidase—các protein ngăn chặn sự phân hủy protein trong cơ thể bằng enzym. Các chất ức chế peptidase này có vai trò bảo quản các protein bảo vệ khỏi bị lạnh, do đó góp phần vào khả năng kháng lạnh của P. clarkii.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng một số gien được nghiên cứu đã trải qua mức độ nhân đôi đáng kể dẫn đến một số lượng lớn các bản sao của cùng một gien trong bộ gien. Sự sao chép này có thể đã khuếch đại khả năng chức năng của gien trong việc đối phó với nhiệt độ thấp.

Những kết quả này cung cấp những hiểu biết có giá trị về các cơ chế phân tử được các loài xâm lấn áp dụng để phát triển khả năng chống lạnh và tồn tại trong môi trường sống lạnh giá. Khi được sử dụng trong bối cảnh phù hợp, những phát hiện này có thể có các ứng dụng y học tiềm năng.

Nhìn chung, những phát hiện này góp phần đáng kể vào sự hiểu biết của con người về các loài xâm lấn, điều này có thể giúp con người thực hiện các biện pháp ngăn chặn sự lây lan của chúng và từ đó bảo vệ đa dạng sinh học toàn cầu.