Biến đổi khí hậu và lũ lụt tạo nên đa dạng sinh học ở Amazon

Khí hậu thay đổi Kỷ Băng Hà cùng trận lụt thời cổ đại, chứ không phải các rào chăn ngăn cách, có thể đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của các loài côn trùng mới xuất hiện tại khu vực rừng rậm Amazon ở Nam Mỹ.

Lưu vực Amazon là nơi có sự đang dạng bậc nhất trên thế giới, nhưng lý do tại sao nó lại có đặc điểm này cho đến nay vẫn chưa được hiểu rõ.

Nhóm các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ và Brazil, do cựu sinh viên tiến sĩ Scott Solomon thuộc đại học Texas tại Austin dẫn đầu, đã tìm hiểu 3 loài kiến cắt lá ở vùng Trung và Nam Mỹ để xác định bằng cách nào mà địa lý cũng như khí hậu có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành loài mới. Để có thể đánh giá 3 giả thuyết phổ biến nhất liên quan đến nguyên nhân tại sao rừng rậm Amazon lại có tính đa dạng bậc nhất như thế, Solomon đã thu thập các mẫu gen của 194 tổ kiến cắt lá rải rác ở lưu vực sông Amazon.

Ulrich Mueller, đồng tác giả của nghiên cứu đồng thời là giáo sư ngành sinh học hợp nhất kiêm cố vấn của Solomon, cho biết: “Scott là người đầu tiên tìm hiểu cặn kẽ tầm quan trọng của các rào chắn địa lý đối với nguồn gốc của đặc tính đa dạng của các loài côn trùng ở Nam Mỹ bằng cách sử dụng hệ thống mẫu ở loài kiến cắt lá. Scott đang đi theo bước chân của Alfred Wallace – nhà tự nhiên học tiên phong – người cùng với Darwin – đã nhận thấy rằng rất nhiều loài phát hiện ở những vùng gần gũi về địa lý thường là các loài có họ gần với nhau”.

Bằng cách kết hợp phân tích thông tin di truyền với kiến thức hiện có về các loài và các mô hình phân bố cổ đại về vùng hoạt động của các loài trong suốt kỉ băng hà cuối, Solomon, Mueller cùng các cộng sự đã tìm thấy bằng chứng ủng hộ “Giả thuyết Pleistocene refugia” và giả thuyết “biển xâm nhập”.

Sâu bướm tại rừng Amazon thuộc Peru. Một nghiên cứu mới cho biết khí hậu thay đổi Kỷ Băng Hà cùng trận lụt thời cổ đại, chứ không phải các rào chăn ngăn cách, có thể đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của các loài côn trùng mới xuất hiện tại khu vực rừng rậm Amazon ở Nam Mỹ. (Ảnh: iStockphoto/Martin Persson)

Tuy nhiên các kết quả về di truyền và khí hậu đều cho rằng “giả thuyết rào chắn ven sông”không thể giải thích được tính đa dạng sinh học ở côn trùng.

Giả thuyết Pleistocene refugia cho rằng việc giảm lượng mưa đáng kể trong suốt kỷ băng hà cuối (cách đây khoảng 21.000 năm) đã ảnh hưởng tới nơi chốn mà các loài tại Amazon, ví dụ như loài kiến cắt lá, có thể tồn tại. Ban đầu chỉ là một loài đơn lẻ, về sau tiến hóa thành nhiều loài khác biệt sau khi bị chia tách vào các vùng tách biệt gọi là “refugia”, mỗi một loài phải thích nghi với các áp lực chọn lọc từ môi trường khác biệt với nhau.

Giả thuyết “biển xâm nhập” cho rằng khoảng 10 đến 15 triệu năm trước, một sự kết hợp giữa các sự kiện địa tầng và mực nước biển dâng cao đã làm ngập phần lớn lưu vực Amazon làm nó chìm trong nước mặn hoặc nước lợ. Sự kiện này có thể khiến một số vùng cao hơn, như sườn dãy núi Andes chẳng hạn, biến chúng thành đảo tại đó các loài có thể tiến hóa độc lập với các loài sinh sống trên đảo khác.

Giả thuyết “rào cản ven sông” lại cho rằng các con sông vùng nhiệt đới đóng vai trò như các hàng rào ngăn cản dòng lưu chuyển gen đối với các sinh vật sống trên đất liền. Các con sống rất lớn và nhiều ở vùng Amazonia đã thúc đẩy sự phân tách quần thể hạn chế ở hai bên bờ sông.

Tuy nhiên theo nghiên cứu mới, ngay cả sông Amazon - ở một số nơi nó có chiều rộng gần đạt 2 dặm, cũng không thể ngăn cản kiến chúa cắt lá có cánh hay các con kiến đực bay qua sông. Solomon cho biết: “Thật thú vị là các con sông ở Amazone đóng vai trò như rào cản đối với một số loài chim, nhưng những con kiến cắt lá bé nhỏ lại vẫn có thể vượt qua chúng”.

Theo Mueller, kết quả nghiên cứu không thể giải quyết tất cả các bí ẩn xung quanh đa dạng sinh học vùng nhiệt đới. Ví dụ, có thể là cả sự kiện ngập lụt thời cổ đại ở lưu vực Amazong cũng như các hiện tượng thay đổi khí hậu kỷ băng hà gân đây hơn cùng đóng góp cho quá trình hình thành loài. Ngay cả khi 2 nhân tố nói trên không thể giải thích tại sao tính đa dạng của các loài côn trùng nhiệt đới lại vượt trội hơn nhiều so với tính đa dạng của các loài côn trùng vùng ôn đới.

Mueller phát biểu: “Kết quả thu được không giải quyết được câu đố lớn rằng tại sao tính đa dạng của các loài côn trùng nhiệt đới lại vượt trội hơn so với tính đa dạng của các loài côn trùng vùng ôn đới tới vài bậc. Nhưng chúng cũng rất có ý nghĩa. Chúng tập trung vào một số quá trình chủ chốt mà các nhà nghiên cứu khác sẽ kiểm nghiệm trên các loài sinh vật”.

Nghiên cứu được thực hiện tại đại học Texas (Austin) và đại học São Paulo tại Brazil. Solomon là thành viên nghiên cứu quốc tế Quỹ khoa học quốc gia tại Viện Smithsonian.

Tham khảo:
Solomon SE, Bacci M Jr, Martins J Jr, Vinha GG, Mueller UG. Paleodistributions and Comparative Molecular Phylogeography of Leafcutter Ants (Atta spp.) Provide New Insight into the Origins of Amazonian Diversity. PLoS One, 3(7): e2738 DOI: 10.1371/journal.pone.0002738