Quan hệ phối giống trong dòng họ

Vào cuối tháng 3, khi mùa đông dần rút khỏi vùng ngoại vi New York, thì tâm trí của một chú kỳ nhông đốm chỉ hướng về tình yêu. Sau những trận mưa xuân sớm thấm ướt khu rừng nơi kỳ nhông sống, hàng nghìn sinh vật nhỏ mảnh này đổ bộ xuống những hồ nước xuân để tìm kiếm bạn tình.

Kelly Zamudio, nhà sinh thái học thuộc Đại học Cornell, đã nghiên cứu nghi thức kéo dài 5 ngày này và phát biểu “Nó gần như một sự điên cuồng. Tất cả những con đực cạnh tranh với nhau, tranh đấu nhau và cố phóng tinh càng nhanh càng tốt.”

Sự giao hợp của loài kỳ nhông đốm hóa ra lại là một cuộc săn trứng Phục sinh mang tính cách mạng. Những con đực phóng ra rất nhiều túi tinh trùng lên lá và cành vương vãi trên mặt hồ, trong khi những con cái bám vào tinh dịch để trứng được thụ tinh. Những túi tinh trùng này - có tên là những bó sinh tinh – có vẻ ngoài như những chiếc cúp bóng đá li ti “nhưng nhìn trong như thạch”. Một con cái thường thu thập hơn một tá những túi này do những con đực để lại. Sau đó “nó quay lưng đi khỏi đám con đực đang điên cuồng phóng bó sinh tinh. Nó đã có tất cả những thứ mà nó cần."

Zamudio và cựu sinh viên Chris Chandler muốn biết những con đực nào đã gây giống thành công nhất. Vì kỳ nhông đốm không giao cấu, những con cái không có cách nào đánh giá trực tiếp người cha tiềm năng cho những đứa con của chúng. Vì vậy các nhà khoa học đã phân tích mẫu ADN thu được tại hiện trường của những con đực, con cái và của ấu trùng để đi đến một phát hiện đáng ngạc nhiên.

Vào mùa xuân, những con kỳ nhông đốm (Ambystoma maculatum) đổ xuống những cái hồ ở phía đông bắc để gây giống chỉ trong vài ngày. Nhiều con trong số này giao phối với họ hàng. (Ảnh: H.H. Greene)

Zamudio cho biết “Con cái dường như thụ tinh cho trứng với những giao tử động vật khá gần với nó.” Nói cách khác, loài kỳ nhông đang giao phối trong họ tộc. Thực ra, nhiều loài động vật ưu ái giao phối với anh chị em và những người họ hàng khác. Thậm chí, cả con người có thể cũng thích hôn một người anh chị em họ hơn. Zamudio và Chandler đã cho xuất bản kết quả của họ trên tờ Molecular Ecology. Những nhà nghiên cứu khác đã khám phá ra cùng một khuynh hướng tương tự ở các loài cá, chim và bọ cánh cứng.

Giao phối trong họ tộc đôi khi phải trả giá đắt. Những khuyết tật bẩm sinh từ lâu đã ảnh hưởng lên đứa con của những cặp có quan hệ họ hàng gần. Con người và những loài khác có hai phiên bản cho phần lớn các gien – một của bố và một của mẹ. Giao phối trong họ tộc làm tăng khả năng một đứa trẻ sẽ phải thừa hưởng cả hai phiên bản của một gien gây bệnh. Con trai của cặp vợ chồng họ hàng đầu tiên, nghệ sĩ người Pháp Henri de Toulouse – Lautrec đã mắc phải một dạng loạn sản xương bẩm sinh khiến cho người nghệ sĩ này bị ngắn chân và yếu xương. Tình máu mủ giữa các gia đình hoàng gia ở châu Âu thế kỷ 19 gây ra tỉ lệ mắc bệnh máu khó đông cao. Nữ hoàng Victoria của Anh cũng mắc căn bệnh này và chứng máu khó đông đã tàn phá các gia đình hoàng tộc của Tây Ban Nha và Nga.

Nhưng theo Patrick Bateson, nhà sinh vật học tại Đại học Cambridge, Anh, thì giao phối trong họ tộc cũng có điểm lợi của nó. Ông cho biết nhiều sinh vật có những điểm tối ưu về gien hay sự thích nghi với điều kiện sống, và quá nhiều pha trộn gien với bên ngoài có thể làm lụi tàn sự thích nghi trên. Ví dụ, một số loài cây tự thụ phấn để bảo toàn những gien giúp chúng chống lại côn trùng. “Những gì mà chúng ta chứng kiến gần như là một sự trả giá giữa việc giao phối trong họ tộc và giao phối bên ngoài. Không phải việc giao phối trong họ tộc như thế là có lợi. Chính sự cân bằng giữa giao phối trong họ tộc và giao phối bên ngoài mới quan trọng.”

Phân tích của Zamudio về quá trình giao phối của kỳ nhông đốm cho thấy một sự thỏa hiệp. So sánh ADN của bố, mẹ và ấu trùng kỳ nhông đốm, bà và Chandler phát hiện tỷ lệ trung bình của giao phối trong họ tộc ở cấp độ họ hàng thứ nhất. Mặc dù con cái có hàng trăm lựa chọn, chúng thường thụ tinh trứng của mình bằng tinh trùng của những con đực có mối liên hệ huyết thống. Những con cái không chọn bó sinh tinh ngẫu nhiên, và chắc chắn chúng không tránh mặt họ hàng.

Một câu hỏi mà Zamudio hy vọng tìm được câu trả lời là làm cách nào những con kỳ nhông cái có thể phân biệt bó sinh tinh của họ hàng giữa hàng trăm bó khác. Bà cho biết những con cái có thể truy ra được một số loại pheromone do gien quyết định đánh dấu mùi tinh trùng. Một khả năng nữa là tinh trùng từ những con đực họ hàng dễ dàng đánh bại tinh trùng của những con ngoài họ tộc trong quá trình thụ tinh cho trứng.

Bà cũng không biết được tại sao những con kỳ nhông đốm có vẻ thích giao phối trong họ tộc. Loài lưỡng cư có thể sử dụng sự giao phối trong họ tộc để giữ lại một số đặc điểm thích nghi di truyền. “Nếu con đực di chuyển từ hồ nước này sang hồ bên cạnh, nó có thể mang theo những gien có hại cho hồ nước nơi con cái sống – chỉ một chút thôi – vì vậy con cái sẽ được lợi từ việc chọn cho mình anh chàng sống cùng hồ vì anh chàng này là người thích nghi nhất.” Zamudio đã chú ý đến sự khác biệt ADN tinh vi giữa những con vật thuộc những hồ nước khác nhau.

Khi anh em tốt hơn người ngoài

Mặc dù loài kỳ nhông đốm thường xuyên giao phối trong dòng tộc, Zamudio vẫn chưa kiểm nghiệm liệu con cháu của chúng có trả giá hay không. Tuy nhiên, loài bọ cánh cứng Ambrosia rõ ràng là hưởng lợi từ giao phối trong họ tộc. Những con côn trùng châu Á nhỏ bé này xâm lược châu Âu vào đầu những năm 1950 và đánh chiếm những thân cây mới bị ngã vào đầu mùa hè. Con cái đục khoét thân cây thành từng buồng, nơi chúng phát triển những khu vườn nấm để nuôi dưỡng con mình. Thường thì anh chị em giao phối với nhau, nhưng những con đực thỉnh thoảng cũng bỏ sang một căn buồng khác trên cùng một thân cây.

Để quan sát liệu các cặp đôi cùng dòng máu có cho ra đời những đứa con kém khỏe mạnh hơn không – một hiện tượng tên là khủng hoảng giao phối trong dòng tộc – Katharina Peer và Michael Taborsky thuộc Đại học Bern, Thụy Sĩ, đã phối giống những con bọ cánh cứng có họ hàng và không có họ hàng với nhau (loài Xylosandrus germanus) trong những căn buồng thí nghiệm thiết kế đặc biệt, nuôi bằng nấm cấy trong phòng thí nghiệm. Sau khi các cặp đẻ trứng, nhóm cho phép một số nở ra và cuối cùng lại phối giống, đem lại cho các nhà khoa học hai thế hệ côn trùng để họ tìm kiếm những tác động bệnh tật của giao phối cùng dòng họ.

Những con bọ cánh cứng giao phối trong họ có kết quả không tệ hơn những con giao phối với bên ngoài và trứng của những cặp anh-em có nhiều khả năng nở hơn của những cặp không cùng huyết thống. Các nhà nghiên cứu không hiểu vì sao những cặp anh chị em sinh nhiều con cháu hơn nhưng giao phối trong họ tộc có thể giúp tạo ra loài mới. Bọ cánh cứng Ambrosia là một trong 1.200 loài - có mối liên hệ gần gũi và giao phối trong họ tộc - có thể khắc phục những khác biệt nhỏ về gien giữa các loài côn trùng.

Các loài động vật có thể hưởng lợi từ mối quan hệ giao phối trong họ tộc. Cách đây vài năm, Harald Kullmann, nhà sinh thái học tại Đại học Bonn, Đức, đang nghiên cứu cách chọn bạn tình của loài cá sáng màu Pelvicachromis taeniatus thuộc giống cichlid. Loài cá sống ở những dòng suối và sông nhỏ ở Nigeria và Cameroon này chỉ có một người bạn đời và cả bố mẹ đều chăm sóc con của chúng. Những con đực thường bảo vệ những hang nhỏ, nơi nuôi dưỡng con, trước những loài săn mồi.

Đối với giống cá cichlid ở những dòng suối nhỏ ở Tây Phi, anh chị em là những cặp bố mẹ lý tưởng. (Ảnh: iStockphoto)

Kullman hy vọng những đặc điểm thị giác như màu sắc và kích cỡ có thể giúp quyết định việc chọn bạn tình. Nhóm nghiên cứu của ông đã tạo lại những cái hang để kiểm tra ý tưởng trên và phát hiện ra bọn cá thích giao phối với anh/em hoặc chị/em của chúng. Họ cũng nhận thấy cá bố trong các cặp anh-em dành thời gian trung bình để bảo vệ hang cao hơn và cả hai bố mẹ có xu hướng chú ý đến bọn trẻ hơn là những cặp bố mẹ không huyết thống. Phát hiện này cho rằng giao phối trong dòng tộc có thể thúc đẩy vai trò làm cha mẹ của giống cá cichlid này.

“Những cặp anh chị em ruột thường hợp tác hơn trong quá trình chăm sóc con. Ở những con cá này, cả con đực và con cái đều ở bên con của chúng trong vài tuần và bảo vệ cho bọn trẻ. Những cặp anh chị em cũng gặp ít bất đồng với nhau hơn.”

Những thí nghiệm như của Kullman đã đưa ra sự kiểm soát cần thiết để kiểm tra liệu động vật thích giao phối với họ hàng hay không. Nhưng, với loài bọ cánh cứng, giao phối trong họ tộc có thể là sự cần thiết, không phải là sự lựa chọn. Điều tương tự cũng xảy ra với những nhóm động vật nhỏ tách biệt. Không còn lựa chọn nào khác, động vật sẽ vui vẻ tìm đến anh chị em ruột, anh chị em họ và thậm chí bố mẹ. Đáng ngạc nhiên hơn là có những loài chọn họ hàng trong khi chúng hoàn toàn có khả năng tiếp cận với bên ngoài trong môi trường hoang dã.

Một tổ chim chiến lớn ở địa điểm French Frigate Shoals gần Hawaii có thể là một ví dụ. Những con chim có sải cánh dài 2m này có thể lang thang đến 2.000km để tìm thức ăn. Năm 2004, các nhà sinh thái học phát hiện rằng những chú chim nhiệt đới có khuynh hướng giao phối với họ hàng. Các cặp đôi chim chiến trung bình có mức gần gũi cao hơn họ hàng thứ hai. Những con chim này hoàn toàn có thể chọn lựa một trong vô số bạn tình và các nhà khoa học cho rằng chúng chủ động chọn họ hàng của mình.

Hôn nhân trong họ tộc ở người

Ai cũng biết chính con người cũng có mối quan hệ hôn nhân này. Charles Darwin cưới người họ hàng thứ nhất của mình Emma Wedgewood. Gần đây hơn, công trình nghiên cứu vào năm 1997 của những bệnh viện Pakistan phát hiện 3/5 những cuộc hôn nhân là giữa các anh chị em họ hàng thứ nhất, trong khi công trình khác ở một thành phố Nam Ấn phát hiện 1/5 các cuộc hôn nhân diễn ra giữa cậu/chú/bác và cháu gái và 1/3 là giữa họ hàng hàng thứ nhất.

Nhưng giao phối trong họ tộc có thể bắt con người phải trả giá đắt. Zamudio cho biết “Những anh em họ hàng thứ nhất, khi họ có con, cũng giống như trong sách giáo khoa miêu tả là tỉ lệ tử vong sẽ cao hơn.” Ngược lại, các nhà khoa học biết rất ít về ảnh hưởng của việc hôn nhân trong họ tộc giữa những cặp đôi họ hàng xa – từ hàng thứ ba trở đi. Nhưng công trình khảo sát người dân Iceland cho thấy tình yêu trong gia đình có thể là một điều tốt.

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại một công ty ở Iceland đã giải mã gien truyền từ đời này sang đời khác trong suốt 165 năm dữ liệu của 160.000 cặp. Những cặp có cùng ông bà cụ kị - tức anh em hàng thứ ba – có khuynh hướng có nhiều con và cháu hơn những cặp không máu mủ. Ví dụ, những phụ nữ sinh khoảng giữa năm 1925 và 1949 cưới người họ hàng thứ ba trung bình có 3.3 con và 6.6 cháu ngoại. Những phụ nữ cưới người họ hàng hàng thứ 8 sinh 2.5 con và có 4.9 cháu ngoại. Nhưng công trình đăng trên ấn bản 8 tháng 2 của tờ Science này cũng cho thấy những cặp họ hàng gần nhất – họ hàng hàng thứ nhất hoặc thứ hai – có ít con hơn và những đứa bé này chết trẻ hơn.

Theo Bateson, người vào những năm 1970 đã chứng minh rằng chim cút Nhật thích họ hàng hàng thứ nhất hơn anh chị em và những con chim không thân thích. “Đây là một sự khẳng định tuyệt vời về việc mà con người đã làm với những loài động vật khác.” Ông và các nhà nghiên cứu khác nhấn mạnh rằng động vật trong thiên nhiên hoang dã phải cân bằng hạn chế và ích lợi của việc hôn nhân trong và ngoài họ tộc để đem lại điều tốt đẹp nhất cho con cái chúng.

Dựa trên sự tính toán tiến hóa này, một số các nhà khoa học tự hỏi liệu các nhà sinh học có nên đặt một cái tên mới cho hiện tượng này không. Zamudio nói, nửa đùa nửa thật, “Chúng ta không nên gọi nó là giao phối trong họ tộc. Cụm từ này bao hàm những điều không mấy tốt đẹp - ví dụ như người 3 mắt.” Bà đã đề nghị cái tên: sự bổ sung di truyền.