Một loài toàn con cái nghe có vẻ giống như một điều hư cấu viển vông, nhưng thằn lằn đuôi roi là một trong số ít loài toàn con cái trên hành tinh. Chúng không cần con đực để sinh sản vì chúng sinh sản theo phương pháp sinh sản đơn tính.
Hầu hết mọi loài trong vương quốc động vật mà chúng ta có thể nghĩ đến đều có cặp đực và cái. Hầu hết đều lưỡng hình giới tính, trong đó con đực có thể dễ dàng được phân biệt với con cái.
Tuy nhiên, trong môi trường sống đa dạng ở miền Bắc Mexico và các vùng phía Tây Nam nước Mỹ, có một loài thằn lằn kỳ lạ với các cá thể hoàn toàn là con cái. Làm thế nào để chúng sinh sản mà không có con đực? Làm thế nào mà chúng vẫn chưa tuyệt chủng?
Thằn lằn đuôi roi này có hình thái khá khác biệt.
Các loài thằn lằn chỉ toàn con cái
Trên thực tế, có khoảng chục loài thằn lằn chỉ toàn con cái (thuộc chi Aspidoscelis). Chúng giống hầu hết các loài thằn lằn khác ở nhiều khía cạnh. Những loài này phân bố khắp các môi trường sống đa dạng ở Bắc Mexico và các vùng phía Tây Nam của Hoa Kỳ.
Những loài thằn lằn này có hình thái khá khác biệt vì chúng tiến hóa để biến hình tùy thuộc vào khu vực xung quanh. Chúng thường có thể được xác định bằng sự hiện diện của da có vảy và chiếc đuôi giống như roi da và dài hơn cơ thể. do đó chúng thường được gọi là thằn lằn đuôi roi. Giống như hầu hết các loài thằn lằn, chúng cũng có chiếc lưỡi chia đôi. Chúng ăn côn trùng, trái cây, quả mọng và động vật có vú nhỏ, tùy thuộc vào những gì môi trường sống của chúng có sẵn.
Tuy nhiên, không giống như hầu hết các loài thằn lằn, chúng trưởng thành về mặt sinh dục khi được hai tuổi và tự sinh con mà không cần tới con đực!
Một con thằn lằn đuôi roi California đang ngụy trang.
Làm thế nào để chúng có thẻ sinh sản mà không cần con đực?
Thằn lằn đuôi roi là loài sinh sản đơn tính, có nghĩa là chúng không phát triển từ sự kết hợp giữa trứng và tinh trùng dưới dạng hợp tử. Kiểu phát triển này cũng được thấy ở khoảng 80 loài cá, bò sát và lưỡng cư.
Có hai loại loài sinh sản đơn tính: bắt buộc (không có khả năng sinh sản hữu tính) và tùy ý (nghĩa là có khả năng chuyển đổi giữa sinh sản đơn tính và sinh sản hữu tính, tùy thuộc vào điều kiện môi trường). Thằn lằn đuôi roi là loài duy nhất có khả năng sinh sản đơn tính hoàn toàn trên Trái đất.
Sự đa dạng di truyền là rất quan trọng để bất kỳ loài nào tiến hóa và thích nghi với môi trường thay đổi liên tục của chúng.
Ở các sinh vật sinh sản hữu tính, con cái sẽ truyền một nửa bộ nhiễm sắc thể của mình và con đực sẽ chia sẻ nửa còn lại. Sau khi hợp nhất, vật liệu di truyền của cả trứng và tinh trùng sẽ hợp nhất, tạo thành hợp tử và phát triển thành bào thai. Theo đó, những thế hệ tiếp theo sẽ có tính đa dạng di truyền cao hơn vì nó có sự kết hợp ngẫu nhiên các gene từ mẹ và cha. Sự biến đổi di truyền này dẫn đến sự kết hợp các tính trạng mới giữa các cá thể khác nhau trong quần thể và cải thiện cơ hội sống sót của loài.
Tuy nhiên, trong sinh sản vô tính, không có sự pha trộn giữa các gene. Tất cả các thế hệ được sinh ra từ sinh sản vô tính đều là bản sao y hệt của con mẹ. Chúng có cấu trúc di truyền giống như mẹ, có nghĩa là một căn bệnh hoặc động vật ăn thịt có thể tiêu diệt toàn bộ quần thể một cách nhanh chóng, vì không có đặc điểm ngoại lệ nào có thể giúp loài này sống sót.
Sự biến đổi di truyền trong sinh sản hữu tính lớn hơn nhiều do sự pha trộn của các gene.
Vậy, nếu không có giới tính giúp tăng thêm sự đa dạng di truyền, làm thế nào những con thằn lằn toàn cái này có thể tồn tại?
Trên thực tế, con cái của loài thằn lằn đuôi roi này sẽ đẻ ra những quả trứng có lượng vật liệu di truyền gấp đôi tiêu chuẩn. Với nhiều nhiễm sắc thể hơn, sẽ có nhiều loại gene hơn, cũng như những đặc điểm hình thành từ những gene đó. Nói một cách khoa học hơn, chúng thể hiện mức độ dị hợp tử cao giữa các thế hệ.
Gần một phần ba tổng số loài thằn lằn đuôi roi trong tự nhiên chỉ có toàn con cái. Vì chúng thuộc cùng một họ nên rất có thể tại một thời điểm nào đó trong quá trình tiến hóa, con đực của loài này giao phối với con cái của loài khác.
“Sự kiện lai tạo” này có thể xảy ra khi con cái của một loài bị cô lập khỏi con đực tương ứng của cùng loài và giao phối với con đực của loài thằn lằn đuôi roi khác. Điều này tạo ra một đàn con lai mang hai bộ nhiễm sắc thể khác nhau từ hai loài khác nhau, từ đó khiến những con đực của chúng bị vô sinh và dần suy giảm những cá thể đực. Theo đó, chúng đã tự tiến hóa cơ chế sinh sản mà không cần có con đực.
Các nhà nghiên cứu cho rằng quá trình tiến hóa của một loài lưỡng tính, chẳng hạn như thằn lằn đuôi roi, cần khoảng cách di truyền khoảng 10 triệu năm. Điều này có nghĩa là sau quá trình lai tạo của các tổ tiên chung, ước tính phải mất khoảng 10 triệu năm để loài thằn lằn đuôi roi toàn con cái xuất hiện.
Ứớc tính phải mất khoảng 10 triệu năm để loài thằn lằn đuôi roi toàn con cái xuất hiện.
Mặc dù có khoảng 80 loài động vật có thể tự nhân bản, nhưng thằn lằn đuôi roi có lẽ là loài duy nhất làm được điều đó theo cách "bắt buộc" trong khi các loài lưỡng tính khác sử dụng phương pháp sinh sản đơn tính khi thiếu hoặc không có con đực.
Đặc điểm đặc trưng này của thằn lằn đuôi roi khiến nó thu hút rất nhiều sự chú ý về mặt học thuật, nhưng sinh sản vô tính không bao giờ có thể cạnh tranh với sinh sản hữu tính xét về tính biến đổi di truyền mà nó mang lại.