Bắt chước Müller là khi hai hay nhiều loài cùng có độc hoặc khó ăn tiến hoá về cùng một kiểu màu cảnh báo. Kẻ săn mồi chỉ cần học một lần là tránh được cả nhóm, nên số cá thể mỗi loài phải "hy sinh" để dạy nó giảm xuống, và loài nào cũng được lợi. Ví dụ nổi tiếng nhất là hai loài bướm Heliconius erato và Heliconius melpomene ở Trung và Nam Mỹ, đi đâu cũng mặc chung một bộ áo dù không phải họ hàng gần.
Fritz Müller, nhà tự nhiên học ở miền nam Brazil
Fritz Müller (1821–1897) là người Đức, học y và triết, rồi di cư sang Brazil năm 1852 cùng nhóm người Đức lập khu định cư Blumenau ở bang Santa Catarina. Ông làm nông, dạy toán, và dành phần lớn đời mình quan sát sinh vật quanh nhà: tôm cua ven biển, kiến, mối, hoa lan, bướm. Năm 1864, ông viết cuốn sách nhỏ Für Darwin (Vì Darwin), dùng sự phát triển của giáp xác để ủng hộ thuyết tiến hoá. Darwin quý cuốn sách tới mức cho dịch sang tiếng Anh, và hai người trao đổi thư từ suốt nhiều năm dù chưa từng gặp mặt.
Bates đã giải thích vì sao một loài vô hại lại giống loài có độc. Nhưng ông để lại một câu đố: ở Amazon cũng có những cặp loài cả hai đều khó ăn mà vẫn giống nhau đến mức khó phân biệt. Nếu cả hai đều đã có độc, việc giống nhau còn đem lại lợi ích gì? Năm 1878, Müller đưa ra câu trả lời trong một bài báo ngắn bằng tiếng Đức, lấy ví dụ hai chi bướm Ituna và Thyridia. Bài được dịch sang tiếng Anh năm sau đó và nhanh chóng trở thành kinh điển.
Lý lẽ bằng con số: chia nhau học phí
Điều làm bài báo của Müller đặc biệt là ông lập luận bằng một phép tính đơn giản, một trong những mô hình toán học sớm nhất của sinh học tiến hoá. Ý tưởng như sau: mỗi mùa, chim non trong vùng phải mổ thử và giết một số lượng con mồi nhất định trước khi học được rằng một kiểu màu là khó ăn. Con số đó gần như cố định, không phụ thuộc vào việc màu ấy thuộc về một loài hay nhiều loài.
Lấy một ví dụ giả định để dễ hình dung. Giả sử chim trong một khu rừng cần mổ chết 600 con bướm có màu cảnh báo mới học xong bài học.
| Tình huống | Loài A (1.000 con) | Loài B (5.000 con) |
|---|---|---|
| Mỗi loài một kiểu màu riêng | Mất 600 con = 60% quần thể | Mất 600 con = 12% quần thể |
| Hai loài chung một kiểu màu | Mất khoảng 100 con = 10% | Mất khoảng 500 con = 10% |
Khi chung màu, 600 lượt mổ được chia theo tỉ lệ số lượng, nên mỗi loài chỉ còn mất khoảng 10%. Cả hai đều có lợi, nhưng loài hiếm được lợi nhiều hơn hẳn: từ mất 60% xuống còn 10%. Müller chỉ ra rằng lợi ích tương đối tăng theo bình phương tỉ lệ số lượng giữa hai loài. Đây là lý do loài hiếm có áp lực mạnh để tiến hoá về phía màu của loài phổ biến, chứ ít khi ngược lại.
Bảng trên là mô hình rất giản lược. Thực tế, kẻ săn mồi quên dần, có nhiều loài chim khác nhau, và các loài con mồi có độ độc không bằng nhau. Nhưng ý cốt lõi vẫn đứng vững sau gần 150 năm: trong bắt chước Müller, giống nhau là cùng có lợi, khác hẳn quan hệ sống ké của bắt chước Bates.
Heliconius: hai loài, hàng chục bộ áo giống hệt nhau
Bướm Heliconius sống từ miền nam nước Mỹ xuống tới Argentina. Sâu non ăn lá dây lạc tiên (chi Passiflora), một nhóm cây có hợp chất sinh ra xyanua. Bướm trưởng thành còn tự tổng hợp được chất độc loại này, và là một trong số ít bướm biết ăn phấn hoa, nhờ vậy sống lâu hàng tháng thay vì vài tuần. Chúng bay chậm, cánh dài, màu nổi, đúng phong cách của loài không sợ bị bắt.
Điều khiến các nhà sinh học mê mẩn là H. erato và H. melpomene. Hai loài này cùng chi nhưng không phải họ hàng gần trong chi, tách nhau từ hàng triệu năm trước. Mỗi loài chia thành nhiều chủng địa phương với hoa văn rất khác nhau: chỗ này cánh đen có vệt đỏ lớn, chỗ kia có dải vàng, chỗ khác lại có tia đỏ toả ra như nan quạt. Thế mà ở mỗi vùng, chủng của erato và chủng của melpomene lại gần như trùng khớp. Đi từ Ecuador sang Peru, từ Panama xuống Brazil, hai loài cùng "thay áo" theo từng vùng như hai người bạn mặc đồng phục.
Thí nghiệm chuyển chỗ ở Peru
Liệu hoa văn địa phương có thực sự được chọn lọc bảo vệ không, hay chỉ là ngẫu nhiên? Cuối thập niên 1980, James Mallet và Nicholas Barton làm một thí nghiệm táo bạo ở vùng đồi Tarapoto, Peru, nơi hai chủng H. erato có hoa văn khác nhau gặp nhau. Họ bắt bướm của chủng bên này thả sang vùng của chủng bên kia, đánh dấu, rồi theo dõi xem bao nhiêu con sống sót so với bướm bản địa. Bướm "lạc áo" biến mất nhanh hơn rõ rệt so với bướm bản địa thả cùng lúc. Kết quả cho thấy chọn lọc chống lại hoa văn lạ là rất mạnh, đúng như lý thuyết của Müller dự đoán: ở mỗi vùng, chỉ bộ áo mà chim địa phương đã học mới là bộ áo an toàn.
Gen nào vẽ nên bộ áo chung
Từ những năm 2010, công nghệ giải trình tự gen giúp trả lời câu hỏi: hai loài giống nhau vì dùng cùng một bộ gen, hay mỗi loài tự tìm một con đường riêng? Kết quả bất ngờ là chỉ một số ít "điểm nóng" di truyền điều khiển phần lớn hoa văn:
- optix: bật hay tắt các mảng màu đỏ, cam. Một nghiên cứu năm 2011 cho thấy cùng gen này được dùng lặp đi lặp lại ở nhiều loài Heliconius để tạo ra mảng đỏ giống nhau.
- WntA: quy định hình dạng, ranh giới các mảng đen.
- cortex: liên quan tới các dải vàng, trắng. Thú vị là vùng gen này cũng nằm sau hiện tượng bướm đêm bạch dương sẫm màu ở nước Anh thời công nghiệp hoá.
Phát hiện thứ hai còn lạ hơn. Năm 2012, nhóm nghiên cứu hệ gen Heliconius công bố rằng H. melpomene và vài loài họ hàng gần của nó như H. timareta đã từng lai với nhau và trao tay những đoạn gen hoa văn. Nghĩa là có loài không tự tiến hoá ra bộ áo mới, mà "mượn" luôn từ loài láng giềng qua những lần lai hiếm hoi. Hiện tượng này gọi là du nhập gen thích nghi, và Heliconius là một trong những ví dụ rõ nhất trong giới động vật.
Các vòng bắt chước: không chỉ hai loài
Trong rừng nhiệt đới Nam Mỹ, các nhà sinh học mô tả những "vòng bắt chước": cả chục loài bướm thuộc nhiều nhóm khác nhau cùng mang một kiểu màu. Vòng "sọc hổ" gồm cánh cam, đen, vàng có cả bướm Ithomiini, Heliconius, vài loài ngài bay ngày. Vòng "trong suốt" gồm những con bướm cánh kính gần như vô hình. Trong một vòng có thể lẫn cả loài độc thật lẫn kẻ ăn ké kiểu Bates.
Ngoài bướm, có nhiều nhóm Müller quen thuộc:
- Ong và ong vò vẽ: nhiều loài có ngòi đốt cùng dùng sọc vàng đen, nên một con chim bị đốt một lần sẽ tránh cả họ hàng xa.
- Kiến nhung ở Bắc Mỹ (thực ra là ong không cánh, chi Dasymutilla): hàng chục loài có ngòi đốt rất đau, chia thành vài nhóm màu theo vùng địa lý.
- Bọ cánh cứng và bọ xít màu đỏ đen: nhiều loài tiết chất hôi, đắng, cùng mặc màu đỏ cam điểm đen.
Những câu hỏi còn mở
Bắt chước Müller nghe có vẻ đã được giải quyết, nhưng vẫn còn những điểm các nhà nghiên cứu tranh luận.
Thứ nhất, nếu chung màu có lợi, sao không phải tất cả cùng một màu? Lẽ ra toàn bộ bướm độc ở Nam Mỹ nên hội tụ về một bộ áo duy nhất. Thực tế lại có hàng chục vòng khác nhau, xếp cạnh nhau như khảm. Các giải thích đưa ra gồm: mỗi vòng gắn với một tầng rừng hay độ cao bay riêng; kẻ săn mồi ở mỗi nơi khác nhau; và trôi dạt ngẫu nhiên trong quá khứ đã "đóng băng" mỗi vùng vào một bộ áo, sau đó chọn lọc giữ nguyên vì đổi áo là bị chim ăn.
Thứ hai, ranh giới Bates – Müller có rõ không? Khi hai loài cùng độc nhưng một loài độc hơn hẳn, loài yếu hơn có thể vừa góp phần dạy chim, vừa làm loãng bài học. Một số nhà sinh học gọi đây là bắt chước "nửa Bates", và các mô hình toán cho kết quả khác nhau tuỳ cách giả định chim học và quên thế nào. Điều chắc chắn là ngoài tự nhiên, đây là một dải liên tục chứ không phải hai ngăn kéo tách biệt.
Góc nhìn hôm nay: đi tìm vòng màu ở Việt Nam
Việt Nam không có Heliconius, nhưng có những nhóm bướm độc tương tự: các loài thuộc nhóm Danainae như bướm hổ Danaus chrysippus và Danaus genutia, các loài chi Tirumala cánh đốm xanh nhạt, bướm quạ chi Euploea cánh nâu đen. Những loài này độc ở mức khác nhau và nhiều loài trông na ná nhau; một số bướm phượng như Papilio clytia lại giả dạng chúng theo kiểu Bates. Một buổi sáng nắng ở Vườn quốc gia Cúc Phương (Ninh Bình) hay Cát Tiên (Đồng Nai) đủ để thấy nhiều nhóm cùng màu bay chung.
Người muốn tìm hiểu sâu có thể đọc các bài tổng quan về Heliconius của James Mallet và nhóm nghiên cứu hệ gen Heliconius, phần lớn có bản miễn phí trên mạng. Một nhà bướm có trưng bày Heliconius sống, như ở nhiều vườn thú và bảo tàng tại châu Âu, Mỹ, Singapore, là nơi tốt để nhìn tận mắt hai loài "mặc đồng phục".
Câu hỏi thường gặp
Bắt chước Müller là gì?
Là khi hai hay nhiều loài đều có độc hoặc khó ăn cùng tiến hoá về một kiểu màu cảnh báo. Kẻ săn mồi học một lần là tránh cả nhóm, nên mỗi loài mất ít cá thể hơn, và tất cả cùng có lợi.
Fritz Müller là ai?
Fritz Müller (1821–1897) là nhà tự nhiên học người Đức sống ở miền nam Brazil, bạn thư từ của Darwin. Năm 1878, ông giải thích vì sao các loài bướm cùng độc lại giống nhau, bằng một phép tính về số con mồi mà chim phải giết để học.
Vì sao loài hiếm được lợi nhiều hơn trong bắt chước Müller?
Vì số con mồi chim cần giết để học gần như cố định và được chia theo tỉ lệ số lượng. Với loài hiếm, số đó chiếm phần lớn quần thể nếu đứng riêng, nhưng chỉ còn phần nhỏ khi chung màu với loài đông. Müller tính rằng lợi ích tương đối tăng theo bình phương tỉ lệ số lượng.
Heliconius erato và Heliconius melpomene có phải cùng một loài không?
Không. Chúng cùng chi nhưng là hai loài riêng, tách nhau từ hàng triệu năm trước và không lai với nhau ngoài tự nhiên. Ở mỗi vùng, chủng địa phương của hai loài có hoa văn gần như trùng khớp vì cùng chịu chọn lọc từ chim địa phương.
Bắt chước Müller và tiến hoá hội tụ có giống nhau không?
Bắt chước Müller là một dạng tiến hoá hội tụ, vì hai loài không họ hàng gần đi tới cùng một đặc điểm. Nhưng ở đây động lực là cùng gửi một tín hiệu cho kẻ săn mồi, chứ không chỉ do sống trong môi trường giống nhau.