Tiến hóa là quá trình hợp nhất các xu hướng trái ngược

Dường như quá trình tiến hóa thành sinh vật đa bào có được là do sự tương tác giữa những chiều hướng chọn lọc khác nhau khi thay đổi mức độ tổ chức cơ thể?

Bước nhảy tiến hóa từ sinh vật đơn bào thành đa bào đã kèm theo sự phân công lao động, giai đoạn phát triển và tổ chức kiến tạo hình thể của sinh vật. Mặc dù đây là một trong những giai đoạn thiết yếu của lịch sử sự sống nhưng những hiểu biết về quá trình này còn quá sơ sài. Trong khi quan sát mối tương tác của những quần thể vi khuẩn sơ cấp khác nhau trong phòng thí nghiệm, tác giả (Paul B. Rainey) đã đề xuất cơ chế của quá trình tiến hóa ở mức độ tổ chức cơ thể cao hơn như sau.

(Ảnh: J. KAPUSTA/IMAGES.COM, Sinhocvietnam)

Trong các sinh vật đa bào, những thực thể cơ sở (tế bào) đã phải từ bỏ khả năng sinh sản như những đơn vị độc lập mà tuân theo sự điều khiển như là một phần của một tổ chức lớn hơn. Sự khó khăn của các nhà sinh học hiện giờ là làm sao lý giải 1) cách thức một quần thể tế bào trở thành một thực thể thống nhất có khả năng tự sinh sản, hay 2) cơ chế tiến hóa và đặc tính chọn lọc tự nhiên đã thay đổi như thế nào giữa mức độ tổ chức của thực thể đơn lẻ và của một nhóm các thực thể thống nhất.

Các giả thuyết hiện nay đặc biệt nhấn mạnh quá trình hợp tác. Giả thuyết này được xây dựng từ những quan sát thực nghiệm về các quần thể vi khuẩn với những nhóm tế bào không biệt hóa đơn giản. Những nhóm này xuất phát từ những tế bào mang đột biến sản xuất một chất kết dính tế bào và làm cho những tế bào con sau khi phân chia thì không tách nhau ra mà tạo thành một lớp màng những tế bào kết dính nhau. Lớp màng này tạo thành bề mặt phân cách giữa chất lỏng và khoảng không khí bên trên, do đó đã làm giảm sút lượng oxy trong môi trường. Đặc tính tạo chất dính liên thông giữa các tế bào đã trở nên có lợi trong việc trao đổi oxy giữa các tế bào trong môi trường.

Mặc dù sự phát sinh các nhóm liên kết là một đặc tính có lợi nhưng những nhóm tế bào này cũng chỉ có đời sống khá ngắn. Lý do đơn giản là vì quá trình chọn lọc tự nhiên vẫn còn tiếp tục ở mức độ các tế bào riêng lẻ. Trong đó, chọn lọc tự nhiên ưu đãi những dạng đột biến có lợi, cái mà không sản xuất chất dính nữa nhưng lại hưởng chất dính từ những cá thể khác trong nhóm. Do không có cơ chế hữu hiệu nào để ức chế hoặc loại bỏ các cá thể khôn lỏi này, toàn bộ quần thể trở nên suy thoái dần dần.

Sự thành công của những cơ thể đa bào là chúng có những cơ chế hữu hiệu để kiềm chế những cá nhân khôn lỏi vì lợi ích của tập thể. Sự kiểm soát từng đơn vị là không liên hệ trực tiếp với những áp lực chọn lọc tự nhiên lên cả một nhóm. Điểm mấu chốt là do những nhóm mới phát sinh không có khả năng phân hóa sinh sản. Nói các khác, mặc dù những cá thể vi sinh vật trong một nhóm vẫn tiếp tục phân chia, nhưng cả nhóm không có khả năng tạo ra thế hệ sau, cũng tương tự như những tế bào sinh dưỡng (soma), và trở thành điểm cuối về mặt tiến hóa.

Tập đoàn Volvox, tuy đa bào nhưng chỉ có hai loại tế bào chính là tế bào sinh dưỡng bất tử và tế bào sinh dục.

Do vậy, cơ chế nào xây dựng nên con đường tiến hóa của đặc tính đa bào? Sự hợp tác là cần thiết nhưng không đủ. Quá trình tiến hóa này đòi hỏi sự sinh sản theo đơn vị nhóm và cách thức áp chế hữu hiệu tính cá nhân trong các cấp tổ chức dưới. Hơn thế nữa, cả ba sự kiện này đòi hỏi phải diễn ra gần như đồng thời.

Cao Xuân Hiếu

Theo Paul B. Rainey (2007) Evolution, Unity from conflict, Nature, Sinh học Việt Nam