Bướm phó vương và bướm vua: ca bắt chước Bates hoá ra là Müller

Bướm phó vương (Limenitis archippus) là loài bướm Bắc Mỹ có cánh cam gân đen gần giống hệt bướm vua (Danaus plexippus). Suốt hàng chục năm, sách giáo khoa coi nó là ví dụ mẫu mực của bắt chước Bates: một loài ngon lành đội lốt loài độc. Năm 1991, một thí nghiệm cho thấy bướm phó vương cũng khó ăn không kém, và câu chuyện được viết lại thành một ca bắt chước Müller, rồi về sau còn phức tạp hơn thế.

Hai loài bướm cam ở Bắc Mỹ

Bướm vua là loài bướm nổi tiếng nhất nước Mỹ, nhờ những đợt di cư dài tới các khu rừng thông trên núi ở miền trung Mexico. Cánh nó màu cam sáng, gân đen dày, viền đen điểm chấm trắng. Sải cánh khoảng 9–10 cm.

Bướm phó vương nhỏ hơn rõ, sải cánh chừng 7–8 cm, nhưng phối màu gần như y hệt. Cách phân biệt dễ nhất là một đường đen cong chạy ngang cánh sau, cắt qua các gân. Bướm vua không có đường này. Kiểu bay cũng khác: bướm vua vỗ cánh rồi lượn dài, bướm phó vương vỗ nhanh xen những quãng lượn ngắn, cánh hơi nâng thành hình chữ V nông.

Điều đáng chú ý là hai loài không hề họ hàng gần. Bướm vua thuộc nhóm Danainae, nhóm bướm độc phổ biến khắp vùng nhiệt đới. Bướm phó vương thuộc chi Limenitis, cùng nhóm với các loài bướm đô đốc. Phần lớn họ hàng của nó có cánh đen với một dải trắng ngang, giống loài bướm đô đốc trắng ở Canada. Như vậy màu cam của phó vương là thứ mới tiến hoá ra sau, và hướng tiến hoá ấy trùng với màu của bướm vua.

Chất độc lấy từ cây bông tai

Sâu bướm vua chỉ ăn lá cây thuộc chi Asclepias, ở Việt Nam thường gọi chung là cây bông tai hay ngô thi. Nhiều loài trong chi này chứa cardenolide, một nhóm glycoside tim, cùng nhóm với hoạt chất của cây dương địa hoàng. Với phần lớn động vật, cardenolide gây nôn mạnh, và liều cao có thể làm rối loạn nhịp tim.

Sâu bướm vua chịu được chất này nhờ một thay đổi nhỏ trong bơm natri – kali, đúng chỗ mà cardenolide bám vào. Nó không chỉ chịu được mà còn tích luỹ chất độc vào cơ thể, giữ lại qua giai đoạn nhộng sang tới bướm trưởng thành. Kết quả là một con bướm bay chậm, màu rực, không cần trốn.

Từ cuối thập niên 1950, Lincoln Brower và Jane Van Zandt Brower bắt đầu một loạt thí nghiệm cho các loài chim giẻ cùi ăn bướm vua và bướm phó vương. Hình ảnh nổi tiếng nhất trong các nghiên cứu của nhóm Brower là chuỗi ảnh chụp một con chim giẻ cùi nuốt bướm vua, vài phút sau xù lông và nôn ra. Từ đó con chim chỉ cần nhìn thấy bướm vua là bỏ đi. Thí nghiệm này trở thành hình minh hoạ kinh điển cho khái niệm học tránh con mồi.

Không phải con bướm vua nào cũng độc

Cuối thập niên 1960, nhóm Brower phát hiện một chi tiết làm câu chuyện thú vị hơn. Các loài Asclepias chứa lượng cardenolide rất khác nhau, có loài gần như không có. Bướm vua nuôi trên loài cây ít độc thì ăn được, chim ăn không sao. Ngoài tự nhiên, trong cùng một đàn bướm vua có con độc nhiều, con độc ít, con gần như vô hại. Nhóm Brower gọi đây là phổ độ ngon.

Những con bướm vua vô hại vẫn được bảo vệ, vì chim không phân biệt được bằng mắt. Hiện tượng này gọi là tự bắt chước: kẻ ăn ké nằm ngay trong chính loài mẫu. Nó cũng cho thấy chất độc là một thứ tốn kém và phụ thuộc vào môi trường, không phải một đặc điểm bật sẵn trong gen.

Năm 1991: kẻ giả mạo hoá ra cũng có độc

Suốt một thời gian dài, người ta mặc định bướm phó vương là kẻ ăn ké vô hại. Sâu của nó ăn lá liễu và dương, không phải cây bông tai, nên không có cardenolide. Nghe rất hợp lý.

Năm 1991, David Ritland và Lincoln Brower công bố trên tạp chí Nature một thí nghiệm kiểm tra lại giả định ấy. Họ cho chim sáo cánh đỏ ăn phần bụng của bướm phó vương, bướm vua, và bướm nữ hoàng (Danaus gilippus, họ hàng gần của bướm vua) bắt ở Florida, so với một loài bướm ngon dùng làm đối chứng. Kết quả gây bất ngờ: chim từ chối bướm phó vương ở mức tương đương bướm vua. Tên bài báo nói thẳng: bướm phó vương không phải kẻ bắt chước Bates.

Vậy độc tố của phó vương đến từ đâu? Lá liễu chứa các hợp chất salicylate, họ hàng của hoạt chất trong aspirin. Sâu phó vương tích luỹ những chất này và có vị đắng khó chịu. Tức là hai loài cùng khó ăn, mỗi loài theo một con đường hoá học riêng, rồi cùng mặc một bộ áo. Đó là định nghĩa của bắt chước Müller.

Câu trả lời thật: tuỳ nơi, tuỳ mùa

Các nghiên cứu sau đó cho thấy chuyện không đơn giản là đổi nhãn từ Bates sang Müller. Độ khó ăn của bướm phó vương thay đổi theo quần thể, theo cây chủ, có khi theo mùa. Độ độc của bướm vua cũng vậy, như nhóm Brower đã thấy. Kết quả là ở nơi này, phó vương có thể độc hơn bướm vua địa phương; ở nơi khác, nó gần như vô hại và đóng vai kẻ ăn ké.

Ca bướm phó vương là bài học tốt về phương pháp khoa học. Một giả định nghe hợp lý được chép từ sách này sang sách khác hàng chục năm, cho tới khi có người làm thí nghiệm kiểm tra. Và khi kiểm tra kỹ hơn nữa, câu trả lời mới lại không gọn gàng như câu trả lời cũ.

Bướm phó vương đổi áo theo vùng

Ở bán đảo Florida và các vùng ven vịnh Mexico, bướm vua không phải lúc nào cũng nhiều, trong khi bướm nữ hoàng màu nâu đỏ đậm lại phổ biến. Bướm phó vương ở đây có màu sẫm hơn hẳn, nâu gụ thay vì cam sáng, gần giống bướm nữ hoàng. Ở vùng tây nam nước Mỹ, nơi bướm nữ hoàng cũng phổ biến, phó vương địa phương cũng có xu hướng tương tự. Đây là dấu hiệu cho thấy màu của phó vương bám theo loài bướm độc nào đông nhất ở từng vùng, đúng như lý thuyết bắt chước dự đoán.

Họ hàng của nó còn cho một minh chứng rõ hơn. Loài Limenitis arthemis ở miền bắc Bắc Mỹ có cánh đen dải trắng, giữ nguyên bộ áo tổ tiên. Nhưng dạng phía nam của cùng loài này (thường gọi là dạng astyanax) mất dải trắng, có cánh đen ánh xanh, giống loài bướm phượng ống điếu Battus philenor có độc, sâu ăn cây mộc hương. Ranh giới giữa hai dạng gần trùng với ranh giới phía bắc vùng phân bố của bướm phượng ống điếu. Nơi có mẫu thì có bản sao; hết mẫu thì bản sao quay về áo cũ.

Ở Việt Nam: bướm hổ và kẻ đội lốt

Việt Nam không có bướm vua và bướm phó vương, nhưng có một cặp tương tự rất dễ gặp. Bướm hổ Danaus chrysippus, cánh cam viền đen chấm trắng, sâu ăn cây bông tai và các cây cùng họ, mang cardenolide như bướm vua. Con cái của loài bướm Hypolimnas misippus có màu gần giống bướm hổ, trong khi con đực cùng loài lại có cánh đen với các đốm trắng viền tím, không giống chút nào. Đây là kiểu bắt chước chỉ ở con cái, giống chuyện bướm phượng Papilio polytes.

Cây bông tai (Asclepias curassavica), hoa đỏ cam nhị vàng, mọc dại và được trồng làm cảnh ở nhiều nơi, là chỗ tốt để tìm sâu bướm hổ sọc đen trắng vàng. Lưu ý nhựa cây có độc, không nên để trẻ nhỏ bứt lá hay đưa tay lên miệng sau khi chạm vào cây.

Góc nhìn hôm nay

Bướm vua được theo dõi kỹ ở Bắc Mỹ vì số lượng di cư dao động mạnh qua các năm, và cây bông tai bị thu hẹp vùng mọc. Nhiều chương trình khoa học công dân mời người dân đánh dấu và báo cáo bướm vua; một số người còn báo cáo nhầm phó vương thành bướm vua, nên hướng dẫn nhận dạng luôn nhắc đường đen ngang cánh sau.

Người muốn đọc thêm có thể tìm các bài tổng quan của Lincoln Brower về hoá sinh thái bướm vua; ông qua đời năm 2018 sau hơn sáu mươi năm nghiên cứu loài này. Ở Việt Nam, quan sát bướm hổ quanh cây bông tai, ghi lại tỉ lệ con đực con cái của Hypolimnas misippus bắt gặp, là một dự án nhỏ hợp cho học sinh và câu lạc bộ sinh học.