Tại sao sinh vật lại cần phải giao phối?

Câu hỏi trên tưởng chừng như đơn giản, nhưng lại không dễ trả lời. Đúng là "chuyện ấy" giúp các sinh vật duy trì nòi giống, nhưng ở nhiều loài còn có một lựa chọn khác: sinh sản vô tính, tức là không cần sự giao phối của cá thể cái với cá thể đực.

Đáng ngạc nhiên là, hiện vẫn không có bất kỳ câu trả lời đơn lẻ, rõ ràng nào cho câu hỏi "Tại sao sinh vật lại làm "chuyện ấy"?". Trong thực tế, cho tới nay, các nhà nghiên cứu đã đưa ra tới hơn 20 giả thuyết khác nhau nằm lí giải nó.

Gần đây, nhiều thử nghiệm đã bắt đầu được tiến hành nhằm kiểm chứng các giả thuyết trên, đưa chúng ta tiến gần hơn tới việc tìm thấy câu trả lời cuối cùng.

Ở các loài vô tính, cá thể cái sinh sản mà không cần sự đóng góp di truyền của cá thể đực và tạo ra các con gái giống hệt mẹ. Bất kỳ ai từng chứng kiến cây hoa hồng của họ bị lụi tàn vì rệp cây sẽ biết chiến lược sinh sản này có thể thành công tới mức nào.

Ở những loài vô tính, cá thể đực thường không góp phần tạo ra con cái. Trong khi các bà mẹ lưỡng tính cần phải sinh ra cả con trai và con gái, thì một bà mẹ đơn tính có thể tạo ra mình con gái.

Những loài vô tính, cá thể đực thường không góp phần tạo ra con cái.

Nếu các cá thể cái là phe chịu trách nhiệm duy trì nòi giống (chúng tạo ra trứng, nuôi dưỡng con nhỏ, ...), việc này sẽ khiến quá trình phát triển dân số nhanh chóng và dễ dàng hơn: một cá thể cái vô tính có thể trở thành 2, 2 có thể thành 4, 4 có thể thành 8, và cứ như vậy. Điều này đã được xác thực thông qua các thí nghiệm so sánh các bọ cánh cứng đơn tính với bọ cánh cứng lưỡng tính trong môi trường phòng thí nghiệm.

Ngoại trừ các động vật có vú (kể cả con người) và chim, hầu như mỗi nhóm phân loại sinh vật đều tồn tại các loài vô tính, kể cả một số loài cá, bò sát, thực vật và côn trùng, nhưng chúng không phổ biến. Điều đó ám chỉ, bất chấp các lợi ích của sinh sản vô tính, xét trên khía cạnh sinh học về dài hạn, sự giao phối vẫn chiến thắng. Các nghiên cứu tiến hóa về vấn đề này hiện chủ yếu tập trung vào 2 luồng giả thuyết rộng. Cả hai luồng giả thuyết này đều căn cứ vào thực tế rằng, quá trình giao phối tạo ra sự đa dạng, bằng cách trộn lẫn cấu trúc di truyền của các bố mẹ.

Những người ủng hộ giả thuyết "biến dị quyết định" cho rằng, nếu các sinh vật mang nhiều đột biến có tỉ lệ sống sót thấp một cách không cân xứng, nhiều biến dị xấu có xu hướng biến mất dần cùng các vật chủ, tạo ra một lượng lớn sinh vật không mang các biến dị như vậy. Ở các loài vô tính, do thiếu sự đa dạng này, không cá thể nào đặc biệt chịu ảnh hưởng nặng nề của các biến dị. Hậu quả là, không một cái chết vì biến dị nào loại bỏ được nhiều đột biến có hại đó.

Song, giả thuyết trên ngày càng bị hoài nghi, vì rõ ràng là, nhiều loài lưỡng tính, kể cả côn trùng và thực vật, đang không thực sự sản sinh ra nhiều biến dị gây hại như giả thuyết nêu ra.

Có thể tồn tại nhiều lí do giải thích tại sao sự giao phối lại hỗ trợ khả năng thích nghi.

Một giả thuyết khác là, sự giao phối cho phép một dòng giống sinh vật thích nghi với các điều kiện đang biến đổi. Các thí nghiệm xác thực, các thành viên của một giống sinh vật lưỡng tính thường thích nghi nhanh hơn các thành viên vô tính cùng loài khi các điều kiện sống thay đổi. Thực tế, những thí nghiệm này chứng tỏ, nếu một cộng đồng lưỡng tính được phép tự do tiến hóa trong các điều kiện thay đổi, nó có thể thay thế toàn bộ một cộng đồng vô tính.

Có thể tồn tại nhiều lí do giải thích tại sao sự giao phối lại hỗ trợ khả năng thích nghi. Chẳng hạn như, hãy tưởng tượng 2 cá thể trong một cộng đồng vô tính đều sở hữu một biến dị tốt, nhưng khác nhau. Vì ADN của chúng không thể hòa trộn, các con cháu của chúng rốt cuộc cạnh tranh với nhau và bạn sẽ không bao giờ có được lợi ích của cả 2 biến dị tốt ở trong một cá thể.

Ngược lại, ở một cộng đồng lưỡng tính, cả 2 biến dị tốt có khả năng tìm được cách tụ vào một cá thể. Bằng cách này, chúng ta nhận được lợi ích của cả 2 biến dị, khiến việc thích nghi dễ dàng hơn nhiều. Một nghiên cứu ở cấp độ phân tử, mới công bố hồi cuối tháng 2 vừa qua đã xác thực điều này.

Do vậy, việc tăng tốc độ thích nghi dường như là một lí giải tương đối thỏa đáng. Nhưng, điều gì xảy ra sau khi kết thúc một biến đổi môi trường và các điều kiện trở nên ổn đinh? Liệu chúng ta có thể không nghĩ đến việc các cá thể vô tính trỗi dậy một lần nữa để cạnh tranh với các cá thể lưỡng tính?

Việc tăng tốc độ thích nghi dường như là một lí giải tương đối thỏa đáng.

Vì lí do này, nhiều nhà nghiên cứu đang ngày càng chú ý đến quan điểm rằng, sự đa dạng nhờ giao phối cũng giúp các loài thích nghi trong cuộc chiến tiến hóa không bao giờ chấm dứt với những sinh vật ký sinh chúng. Trong thực tế, các gene liên quan đến sự miễn dịch nằm trong số các gene tiến hóa nhanh nhất mà chúng ta có.

Ngoài ra, gần đây, các nhà nghiên cứu còn thu được bằng chứng rằng, các loài có thể gia tăng số lượng hòa trộn gene khi cảm nhận chúng đang bị nhiễm một loại ký sinh trùng. Điều đó đồng nghĩa, con cháu của chúng thậm chí sẽ khác nhiều hơn với các thế hệ đi trước và bố mẹ chúng.

Chúng ta cũng đã biết các bất lợi của sự thiếu đa dạng ở một loại cây trồng vô tính. Chẳng hạn như, sự tấn công của các sinh vật ký sinh đã dẫn tới sự mất mùa khoai tây Ireland trong giai đoạn 1845 - 1849. Hiện nay, cây chuối cũng đang bị đe dọa trước sự tấn công của nhiều loại nấm ký sinh khác nhau. Thực tế này đặc biệt gây quan ngại do có tới hơn 95% chuối xuất khẩu trên toàn thế giới chỉ dựa vào một chủng vô tính duy nhất (chuối Cavendish).

Vậy, sinh vật làm "chuyện ấy" để đảm bảo hậu duệ của chúng không bị bệnh tật xóa sổ hay khiến chúng không bị mắc các biến dị gây hại? Hai giả thuyết này không nhất thiết phải loại trừ lẫn nhau. Các nhà nghiên cứu đang xem xét khả năng đưa ra một dạng giả thuyết "lai" giữa chúng. Song với họ, một câu hỏi lớn vẫn còn: Tại sao lại có nhiều loài sinh vật hơn không sở hữu cả giai đoạn sinh sản vô tính và lưỡng tính?