Một nghiên cứu về bộ gen mới được công bố trên tạp chí Nature Ecology and Evolution cung cấp cái nhìn tổng quan có hệ thống đầu tiên về lịch sử tiến hóa của mực và mực nang, "decabrachiocephalopod", tiết lộ rằng chúng có nguồn gốc từ biển sâu, phân tách nhanh chóng khoảng 100 triệu năm trước và hoàn thành vụ nổ đa dạng hóa dọc theo mô hình "dây dẫn dài" trong thời gian phục hồi kéo dài sau sự tuyệt chủng của khủng long.

Mực và mực nang nổi tiếng với những khả năng kỳ lạ như ngụy trang thay đổi màu sắc tức thì và phản lực. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, các nhà khoa học gặp khó khăn trong việc tái tạo lại dòng dõi tiến hóa của chúng do hồ sơ hóa thạch thưa thớt và dữ liệu bộ gen rải rác. Nghiên cứu mới do Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) dẫn đầu đã tích hợp các cơ sở dữ liệu hiện có và lần đầu tiên bổ sung ba bộ gen mực mới được giải trình tự để vẽ ra cây tiến hóa toàn diện nhất về bộ gen của động vật chân đầu cho đến nay.

Gustavo Sanchez, tác giả đầu tiên của bài báo và là nhà nghiên cứu tại Đơn vị Di truyền Phân tử của OIST, cho biết vấn đề về tổ tiên của mực và mực nang đã được tranh luận trong nhiều thập kỷ, với các nghiên cứu khác nhau đưa ra các giả thuyết mâu thuẫn nhau dựa trên đặc điểm hình thái hoặc dữ liệu phân tử hạn chế. Dữ liệu toàn bộ bộ gen có độ phân giải cao đã làm giảm đáng kể các tín hiệu sai lệch, cho phép xuất hiện các mối quan hệ sinh học thực sự. Nghiên cứu cho thấy hầu hết động vật tay cuộn đều có cấu trúc vỏ bên trong, nhưng hình dạng rất khác nhau: mực nang có xương mực tròn bằng đá vôi, nhiều loài mực có "vỏ lông" mỏng như thanh kiếm và vỏ xoắn ốc của "mực xoắn ốc nhỏ", và một số loài sống ở vùng biển nông thậm chí đã mất hoàn toàn cấu trúc này.

Giải trình tự toàn bộ bộ gen trên quy mô lớn là một thách thức về mặt kỹ thuật rất khó khăn vì kích thước bộ gen của mực và mực nang có thể gấp đôi kích thước bộ gen của con người. Nó không chỉ đòi hỏi nền tảng giải trình tự và tài nguyên máy tính cực cao mà còn yêu cầu thu thập các mẫu mới, điều này không dễ dàng đối với các loài phân bố ở các rạn san hô nhiệt đới và thậm chí cả vùng biển sâu. Sanchez chỉ ra rằng một số dòng dõi cực kỳ phong phú ở các khu vực rạn san hô nhiệt đới như Quần đảo Ryukyu, trong khi những dòng khác chỉ tồn tại ở dạng bí ẩn ở vùng biển sâu. Nghiên cứu này có thể dựa vào nguồn lực địa phương ở Okinawa và hợp tác quốc tế để thu thập mẫu của các loài chủ chốt.

Nghiên cứu này là một trong những kết quả quan trọng của sự hợp tác quốc tế kéo dài 5 năm của Dự án Bộ gen Cộng sinh Dưới nước, được hỗ trợ bởi Viện Wellcome Sanger ở Anh. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng bộ gen decabrachiocephalopod bao gồm hầu hết các dòng dõi chính để xây dựng cây tiến hóa có độ phân giải cao đầu tiên, lấp đầy nhiều khoảng trống quan trọng trước đó. Đồng tác giả Fernando Fernandez-Alvarez của Viện Nghiên cứu Hàng hải Tây Ban Nha tập trung vào nghiên cứu về "Tảo xoắn Spirulina". Cấu trúc lớp vỏ bên trong độc đáo này từng khiến một số nhà khoa học lầm tưởng rằng nó có quan hệ họ hàng gần gũi hơn với mực. Tuy nhiên, bằng chứng về gen đã sửa chữa sự phân loại sai này và mang lại những manh mối mới về quá trình tiến hóa tổng thể của toàn bộ loài động vật thân mềm.

Bằng cách kết hợp thông tin bộ gen với hồ sơ hóa thạch hạn chế, nhóm nghiên cứu đã xây dựng lại dòng thời gian tiến hóa của mực và mực nang. Kết quả cho thấy nhóm này có nguồn gốc từ môi trường biển sâu và các loài như mực gai vẫn sống ở vùng biển sâu ngày nay có khả năng giữ được những đặc điểm gần giống với hình dạng ban đầu của chúng. Nghiên cứu suy luận rằng các nhánh chính của động vật chân tay mười đã nhanh chóng phân tách vào giữa kỷ Phấn trắng của kỷ nguyên Mesozoi khoảng 100 triệu năm trước. Sau đó, khoảng 66 triệu năm trước, sự kiện tuyệt chủng hàng loạt kỷ Phấn trắng-Cổ sinh (K-Pg) nổ ra và khoảng 3/4 số loài động, thực vật trên trái đất biến mất cùng với các loài khủng long không phải chim.

Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng lý do chính khiến các loài động vật chân tay đầu tiên có thể sống sót sau thảm họa này là vì chúng đã rút lui đến một số nơi trú ẩn giàu oxy ở vùng biển sâu. Sanchez giải thích, môi trường mặt nước biển lúc đó cực kỳ khắc nghiệt đối với động vật thân mềm và có rất ít môi trường sống giàu oxy để thở ở vùng nước nông ven bờ. Đồng thời, quá trình axit hóa đại dương cực độ sẽ đẩy nhanh quá trình phân hủy và phá hủy vỏ của các loài sống ở vùng biển nông. Trong bối cảnh này, thực tế là động vật chân đầu mười hai vẫn còn giữ lại một số dạng vỏ bên trong trong suốt lịch sử tiến hóa của chúng được coi là bằng chứng quan trọng về nguồn gốc biển sâu.

Theo thời gian, hệ sinh thái toàn cầu đã dần phục hồi và các rạn san hô ven biển được tái lập, cung cấp các hốc sinh thái mới phong phú cho các loài giáp xác và thúc đẩy nhiều loài lan tràn vào vùng biển nông một lần nữa. Cây tiến hóa cho thấy rằng sau khi xuất hiện các nhánh sớm, sự khác biệt về dòng dõi rất hạn chế trong hàng chục triệu năm. Tuy nhiên, trong giai đoạn phục hồi sau K-Pg, số lượng nhánh tăng đột biến, cho thấy các loài tiến hóa theo nhiều hướng để thích ứng với hệ sinh thái đang thay đổi nhanh chóng. Đây là mô hình “dẫn đầu” điển hình: sau thời gian dài ấp ủ sẽ có sự bùng nổ về đa dạng hóa.

Ở cấp độ vi mô, nghiên cứu cũng sử dụng phương pháp phiên mã để phân tích lớp vỏ xoắn ốc có kích thước bằng móng tay mỏng manh của mực gai và phát hiện ra rằng chúng có đặc điểm biểu hiện gen cụ thể trong quá trình khoáng hóa sinh học và tái tạo vỏ. So với các loài mực, bạch tuộc khác, cấu trúc vỏ loại này không bị suy thoái đáng kể theo thời gian địa chất lâu dài.

Các nhà nghiên cứu tin rằng khung gen mới này đặt nền tảng cho việc tìm hiểu cơ chế tiến hóa của các đặc điểm độc đáo ở mực và mực nang. Giáo sư Daniel Roxal, người đứng đầu Đơn vị Di truyền Phân tử của OIST, đã chỉ ra rằng so với các nhóm động vật khác, động vật chân tay có một số lượng lớn các cơ quan và hành vi độc đáo, từ ngụy trang năng động đến hệ thống thần kinh phức tạp, là nguồn cảm hứng liên tục cho các nhà khoa học. Giờ đây, với bộ gen chất lượng cao và mối quan hệ di truyền rõ ràng, các nhà nghiên cứu có thể so sánh những thay đổi phân tử đằng sau những đổi mới này theo cách có mục tiêu hơn.

Bài báo liên quan có tiêu đề "Sự đa dạng hóa nhanh chóng của mực và mực nang ở giữa kỷ Phấn trắng trước khi chúng bức xạ đến các hốc ven biển", do Gustavo Sanchez và những người khác viết và xuất bản trực tuyến vào ngày 30 tháng 3 năm 2026. Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa, Đại học Sau đại học, Hiệp hội Xúc tiến Khoa học Nhật Bản, Chan Zuckerberg Biohub và một số cơ quan tài trợ nghiên cứu khoa học ở Tây Ban Nha.