Những cơn bão ở vịnh Caribbean đang tua nhanh quá trình tiến hóa của thằn lằn

Thoạt nghĩ về tiến hóa, tất cả chúng ta đều hình dung ra một dòng chảy thời gian kéo dài hàng triệu năm. Các nhà sinh học cho rằng di truyền cần những khoảng thời gian dài như vậy để tích lũy đủ đột biến giúp sinh vật thay đổi. Không ai nghĩ chọn lọc tự nhiên có thể xảy ra trong ngày một ngày hai, thậm chí là một năm.

Nhưng trên đảo Turks và Caicos thuộc vịnh Caribbean, thời gian dường như có thể được tua nhanh. Các nhà khoa học phát hiện mỗi khi có một cơn bão càn quét qua đây, chọn lọc tự nhiên sẽ làm phần việc của nó và khiến quần thể thằn lằn tiến hóa thêm một bước.

Cụ thể, chúng sẽ phát triển các miếng đệm chân to hơn để có thể bám trụ được trong những cơn gió có vận tốc lên tới 200 km/h. Những con thằn lằn cũng có xu hướng nhỏ hơn, rút ngắn chân trước của chúng lại để giảm sức cản của gió.

Các đặc điểm di truyền này được truyền lại ngay trong thế hệ thằn lằn tiếp theo, sinh ra trong vòng 1 năm sau cơn bão.

Những cơn bão ở vịnh Caribbean đang tua nhanh quá trình tiến hóa của thằn lằn

"Các nhà sinh học tiến hóa trước đây nghĩ điều này không thể xảy ra", Nick Carne, biên tập viên tạp chí Cosmos cho biết. Họ lập luận rằng một thảm họa tự nhiên có thể khiến sinh vật tạm thời mang một số đặc điểm thích nghi hữu ích, nhưng sau khi thiên tai qua đi, các đặc điểm này sẽ tự động biến mất trong quần thể.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trong Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ bây giờ đã chứng minh điều ngược lại xảy ra trong quần thể thằn lằn ở vịnh Caribbean. "Đây là một trường hợp điển hình về sự tiến hóa nhanh chóng. Chúng ta có thể thấy ở đây sự tiến hóa diễn ra cực nhanh, thậm chí chỉ trong vòng một thế hệ", Carol Lee, nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Wisconsin-Madison nói.

Giả thuyết từng bị cả giới khoa học nghi ngờ

Những phát hiện từ nghiên cứu đến rất vô tình khi Colin Donihue, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Washington đang khảo sát quần thể thằn lằn ở Turks và Caicos. Ban đầu, anh ấy chỉ có ý định đo đạc kích thước thân và chân của những con thằn lằn Anolis sagrei ở vịnh Caribbean.

Thế nhưng công việc đang được thực hiện giữa chừng thì có một cơn bão đầu tiên ập tới với sức gió được dự báo lên tới 200km/h. Donihue buộc phải tạm dừng cuộc khảo sát chờ đến khi bão tan. Nhưng rồi tiếp tục lại có một cơn bão thứ hai ập đến, kế hoạch nghiên cứu cuối cùng đã bị dời lịch tới một năm.

May mắn thay, việc dời lịch khảo sát tới hai lần sau hai cơn bão nhiệt đới đã cho phép Donihue phát hiện những thay đổi tinh tế trong quần thể thằn lằn ở Caribbean. Những con thằn lằn bây giờ có chân to hơn hẳn những con mà anh thấy một năm trước đó. "Trên quy mô cả quần thể thì chúng trông khác hẳn", Donihue nói.

Anh đã mang những phát hiện mới này về kể với giáo sư hướng dẫn của mình, Jonathan Losos, tại Đại học Washington. Thế nhưng, Losos đã không tin vào điều đó, ông cho rằng những con thằn lằn không thể tiến hóa nhanh đến vậy.

Trong quá khứ, các nhà sinh học tiến hóa khác cũng cho rằng những sự kiện thời tiết cực đoan như giông bão đơn giản là không đủ phổ biến để ảnh hưởng tới dòng thời gian tiến hóa. Một cơn bão chỉ có thể gây ra sự tàn phá nhất thời, giáo sư Losos và những đồng nghiệp trong lĩnh vực không tin chúng có thể thúc đẩy chọn lọc tự nhiên.

Không chỉ nghi ngờ giả thuyết của Donihue, giáo sư Losos thậm chí còn chế giễu công việc anh ấy thực hiện ở Turks và Caicos là quá vặt vãnh. Một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ không thể chỉ suốt ngày đi bắt thằn lằn và đo đạc cơ thể chúng.

Thế nhưng, Donihue đã đặt toàn bộ niềm tin vào trực giác của anh ấy. Anh muốn chứng minh cho người thầy của mình rằng ông ấy đã sai.

Thời gian đang tua nhanh trong những cơn bão ở Caribbean

Để có được thêm nhiều dữ liệu chứng minh những cơn bão có thể thúc đẩy chọn lọc tự nhiên, Donihue đã khảo sát tổng cộng 12 quần thể thằn lằn trên các hòn đảo thuộc vùng Caribbean. Anh tiếp tục đo đạc kích thước bàn chân, đệm mút, xương đùi và cơ thể chúng.

Dữ liệu sau đó được đem so sánh với 188 quần thể thằn lằn khác ở đất liền Bắc Mỹ và Nam Mỹ, những quần thể thằn lằn trải dài từ Florida đến Brazil. Donihue sau đó sắp xếp thứ tự kích thước bàn chân của những quần thể thằn lằn này.

Sau đó, anh ấy đối chiếu bảng xếp hạng của mình với một cơ sở dữ liệu thời tiết trong vòng 70 năm tại các khu vực này, thống kê tất cả các cơn bão đi qua địa điểm những quần thể thằn lằn sinh sống.

Kết quả cho thấy trực giác của Donihue đã đúng, tại những khu vực hứng chịu nhiều cơn bão hơn, đệm chân của những con thằn lằn đều to hơn. Những quần thể thằn lằn sống trong khu vực không có bão đều có mút chân nhỏ.

Dữ liệu bây giờ đã thuyết phục được giáo sư Losos, ông ấy đã cho phép Donihue lập một thí nghiệm giả lập bão ở Đại học Washington để nghiên cứu khả năng chịu gió của thằn lằn. Thí nghiệm rất đơn giản, họ quây lưới trong phòng và dựng một cành cây bám cho những con thằn lằn. Sau đó, một chiếc máy thổi lá công suất cao được chiếu thẳng vào cành cây để tạo ra sức gió tương đương với một cơn bão.

Donihue sẽ quay các thước phim slow motion để quan sát quá trình những con thằn lằn chống chọi với gió. Kết quả cho thấy những con thằn lằn đã sử dụng một chiến lược thông minh để làm điều đó. Đầu tiên, chúng sẽ bám cả 4 chân vào cành cây. Nhưng nếu gió tiếp tục mạnh hơn, những con thằn lằn sẽ thả bay hai chân sau và dùng 2 chân trước bám chặt vào cành cây, đồng thời thu chẳng chân xuống.

Về cơ bản, những con thằn lằn đang treo mình trong gió bão. Chúng buộc phải phát triển các miếng đệm chân lớn hơn, chứa nhiều rãnh mút hơn để có thể bám chặn hơn. "Nếu bị thổi bay vào không khí, con thằn lằn hoàn toàn có thể bị cuốn ra tận biển", Donihue nói.

Những con thằn lằn có mút đệm chân nhỏ hơn vì thế sẽ dễ bị cuốn bay hơn, và chúng nhiều khả năng sẽ chết đuối ngoài biển, hoặc thậm chí chết sớm hơn khi bị văng vào đá và thân cây. Chọn lọc tự nhiên sẽ làm công việc của nó trong một khoảng thời gian được tua nhanh nhờ những cơn bão.

Cuối cùng, chỉ có những con thằn lằn chân to còn lại. Những con thằn lằn này thậm chí còn có xương đùi ngắn hơn, giúp giảm sức cản của gió và một thân thể nhỏ hơn, nhẹ hơn để có thể treo mình lâu hơn.

Nghiên cứu đã tạo ra một nền tảng mới trong khoa học tiến hóa

Những bằng chứng cho giả thuyết của Donihue thậm chí chưa dừng lại ở đó. Để chứng minh bàn chân to không phải là một hình thái nhất thời của những con thằn lằn Caribbean sống sót sau bão, anh ấy đã kiên trì theo dõi quần thể thằn lằn ở quần đảo Turks và Caicos.

Và khi Donihue quay trở lại để tìm kiếm những thế hệ thằn lằn tiếp theo -, những con con được sinh ra từ những con thằn lằn sống sót sau bão, anh ấy đã phải thốt lên: "Chúng trông giống hệt bố mẹ mình". Những con thằn lằn này cũng có chân to, chứng minh đặc điểm này đã được di truyền.

Sự thay đổi nhỏ đó trong giải phẫu học này cho các nhà khoa học tiến hóa một manh mối lớn về cách các loài thay đổi khi môi trường xung quanh chúng cũng thay đổi. Những cơn bão ở Caribbean rõ ràng đã tua nhanh thời gian chọn lọc tự nhiên và tiến hóa của quần thể thằn lằn.

Donihue còn nghi ngờ điều đó không chỉ diễn ra với một loài duy nhất, ở Caribbean còn có nhiều loài động vật khác phải chống chọi với bão bao gồm ốc sên, nhiều loài chim và thậm chí cả cây cối và thảm thực vật.

Áp lực chọn lọc tự nhiên sẽ ngày càng trở nên nặng nề hơn khi khí hậu ngày càng trở nên khắc nghiệt hơn.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang gây ra ngày càng nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan, nghiên cứu của Donihue đã cho các nhà sinh học tiến hóa thấy rằng họ cần phải nhìn vào vấn đề này.

"Chúng ta biết rằng biến đổi khí hậu sẽ còn tạo ra nhiều trận cuồng phong hơn nữa", anh nói. "Khi điều đó xảy ra, nó có thể cung cấp cho chúng ta manh mối về loài nào có khả năng tồn tại lâu dài hơn".

Các loài sinh vật khi đối đầu với biến đổi khí hậu và các điều kiện thời tiết cực đoan sẽ buộc phải tiến hóa nhanh chóng hơn, hoặc chúng sẽ bị giết chết. Áp lực chọn lọc tự nhiên sẽ ngày càng trở nên nặng nề hơn khi khí hậu ngày càng trở nên khắc nghiệt hơn, Donihue nói.

Tổng hợp