Kẻ thua, người thắng trong cuộc đua tiến hóa

Động vật có vú và nhiều loài chim, cá là những kẻ chiến thắng trong cuộc đua tiến hóa, trong khi đó cá sấu châu Phi, cá sấu Mỹ, và một họ hàng của loài rắn là loài tuatara lại là những kẻ thất bại, theo một nghiên cứu mới do các nhà khoa học thuộc UCLA cùng các cộng sự thực hiện.

Nghiên cứu được công bố vào ngày 24 tháng 7 trên phiên bản trực tuyến của tờ Proceedings of the National Academy of Sciences cho thấy rằng các loài mới xuất hiện với tốc độ tương đương với việc chúng mất đi.

Alfaro cùng các cộng sự đã phân tích trình tự DNA cùng hóa thạch từ 47 nhóm động vật có xương sống cơ bản, đồng thời sử dụng phương pháp điện toán để tính toán liệu có phải mật độ đông đúc về loài của mỗi nhóm có đặc biệt cao hay thấp hay không. Nghiên cứu này cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên tính toán họ động vật nào có tỷ lệ thành công vượt bậc.

Theo Alfaro – nhà sinh vật học tiến hóa – trong số những kẻ về trước trong cuộc đua tiến hóa chủ yếu là các loài chim hiện đại (bao gồm các loài chim biết hót, vẹt, chim bồ câu, đại bàng, chim ruồi), một nhóm bao gồm hầu hết động vật có vú và một nhóm các loài cá (bao gồm phần lớn là cá sống ở rặng san hô).

Một nhóm động vật có tên khoa học là Boreoeutheria bao gồm nhiều loài động vật có vú có tốc độ đa dạng hóa nhanh hơn gấp 7 làn so với suy nghĩ của các nhà khoa học, quá trình phân chia nhánh này bắt đầu từ khoảng 110 triệu năm trước theo tính toán của Alfaro cùng các cộng sự của ông. Nhóm nói trên cũng bao gồm các loài linh trưởng và động vật ăn thịt, bao gồm cả dơi và động vật gặm nhấm. Thú có túi, ví dụ như kangaru, lại không đa dạng như động vật có vú.

Các loài chim hiện đại có tốc độ đa dạng nhanh hơn tính toán của các chuyên gia tới 9 lần, bắt đầu vào khoảng 103 triệu năm trước. Nhóm các loài cá sống ở rặng san hô cũng có tốc độ đa dạng nhanh hơn tới 8 lần.

Vậy ai là những kẻ thua cuộc trong tiến trình tiến hóa

Cá sấu châu Phi và cá sấu Mỹ có tuổi thọ gần 250 triệu lại chỉ có mức độ đa dạng dừng lại ở 23 loài, theo Alfaro. Tốc độ của chúng chậm đáng kinh ngạc – 1000 lần – so với dự đoán của các nhà khoa học. Alfaro cho biết: “Mức độ đa dạng loài của chúng rất chậm dù chúng đã xuất hiện từ rất lâu”.


Tuatara sống ở New Zealand có hình dạng khá giống với thằn lằn – mặc dù nó chỉ là họ hàng xa – chỉ có hai loài. Theo Alfaro, “trong cùng khoảng thời gian sinh sôi của trên 8000 loài rắn và thằn lằn thì lại chỉ có 2 loài tuatara xuất hiện”. Câu hỏi đặt ra là: tại sao lại không có tới hàng nghìn loài tuatara xuất hiện?

Cá sấu. (Ảnh: Michael Alfaro/UCLA)

Alfaro nói: “Đó là một trong những bí ẩn lớn về đa dạng sinh học. Tại sao những kẻ thua cuộc này lại vẫn tồn tại, đây là một điều khó giải thích. Các nhà sinh vật học không thể giải thích được tại sao loài tuatara vẫn còn tồn tại dù chúng có tốc độ phân chia loài quá chậm. Chắc chắn phải có điều gì đó cho phép chúng tồn tại. Xét về góc độ đa dạng loài, chúng là kẻ thua cuộc. Nhưng xét về khía cạnh khác, điều này lại nhấn mạnh đến tính độc nhất vô nhị của chúng. Đúng là có sự tồn tại mô hình đa dạng loài khác hẳn nhau”.

Tuatara có phần thay đổi so với thời hoàng kim của nó: đã từng có tới vài chục loài tuatara tồn tại, nhưng đa số đã tuyệt chủng.

Ngược lại, có khoảng trên 9.000 loài chim, trên 5.400 loài động vật có vú, xấp xỉ 5.500 loài ếch nhái, khoảng 3.000 loài rắn và 5.200 loài thằn lằn.

Số lượng các loài ếch nhái, mặc dù nghe có vẻ như nhiều, nhưng theo tính toán của Alfaro, đã chỉ cho chúng ta thấy khoảng thời gian chúng xuất hiện trên trái đất – gần 250 triệu năm trước. “Phân tích của chúng tôi cho rằng chúng ta không nên ngạc nhiên khi thấy một nhóm động vật có quá nhiều loài trong một khoảng thời gian như thế”.

Có khoảng gần 60.000 loài động vật có xương sống có hàm. Alfaro cùng các cộng sự đã đưa ra các bằng chứng cho tốc độ đa dạng loài vượt trội như thế này thông qua 9 nhóm phân loại động vật có xương sống và có hàm. Thú vị là, phát hiện của họ không hề trùng lặp với những lời giải thích khoa học vốn có lý giải tại sao có nhiều loài động vật có vú, chim và cá.

Alfaro cho biết: “Thời gian của tốc độ phát triển tăng lên không đồng nhất với sự xuất hiện các đặc điểm quan trọng. Chính những đặc điểm này đã được gợi ra nhằm giải thích sự thành công trong tiến hóa của các nhóm động vật kể trên, ví dụ như lông tóc trên cơ thể động vật có vú, hay khả năng nhai của động vật có vú, hay lông vũ trên cơ thể các loài chim”.

“Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy có một nguyên nhân mới mẻ hơn giải thích tính đa dạng sinh học đó. Có thể đó là nguyên nhân không dễ phát hiện nhằm giải thích sự thành công trong tiến hóa của động vật có vú, cá và chim. Chúng ta cần phải tìm kiếm những lời giải thích mới”.

Đồng tác giả trên tờ PNAS là Luke Harmon (giáo sư khoa học sinh học tại đại học Idaho), Francesco Santini (học giả hậu tiến sỹ tại UCLA làm việc cho phòng thí nghiệm của Alfaro), Chad Brock (nghiên cứu sinh khoa sinh học tại Đại học Washington), Hugo Alamillo (nghiên cứu sinh khoa sinh học tại Đại học Washington), Alex Dornburg (làm việc cho phòng thí nghiệm Alfaro, hiện là nghiên cứu sinh tại Đại học Yale), Daniel Rabosky (nghiên cứu sinh khoa sinh học tại Đại học Cornell), và Giorgio Carnevale (học giả hậu tiến sỹ tại Đại học Pisa, Italy).

Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia.

Phòng thí nghiệm của Alfaro cũng đồng thời nghiên cứu tại sao một số nhóm động vật có tính đa dạng lớn trong hình dạng còn các nhóm khác thì không dù những nhóm đó có rất nhiều loài. Ông cùng các cộng sự đã sử dụng chuỗi DNA để phân tách mối liên hệ tiến hóa, phân tích hóa thạch và thực hiện nhiều phân tích thống kê phức tạp khác.

Alfaro cho biết: “Chúng tôi hứng thú với việc tìm hiểu nguyên nhân của đa dạng sinh học. Chúng tôi đang nỗ lực tìm kiếm lời giải thích cho tính đa dạng đáng kinh ngạc của các loài cá ở rặng san hô và các loài động vật có xương sống khác. Phân tích của chúng tôi nhấn mạnh đến tốc độ tuyệt chủng lớn trong hiện tại, so với tốc độ mà lịch sử đã trải qua”.