Tiến hoá do đánh bắt là hiện tượng nghề cá, vì liên tục bắt những con cá to nhất, vô tình chọn lọc cho những con cá lớn chậm hơn và đẻ trứng sớm hơn khi còn nhỏ. Cá tuyết Đại Tây Dương ở ngoài khơi Newfoundland là ví dụ được nghiên cứu nhiều nhất: trong những thập niên trước khi đàn cá sụp đổ năm 1992, cá trưởng thành ở tuổi và kích cỡ ngày càng nhỏ. Thí nghiệm trong bể với cá suốt (Atlantic silverside) cho thấy chỉ sau bốn thế hệ, việc vớt bỏ cá to đã làm cả đàn nhỏ đi một cách di truyền.
Ý tưởng cốt lõi: lưỡi câu là một kẻ chọn lọc
Trong tự nhiên, cá tuyết sống lâu và lớn rất to. Một con cái có thể sống vài chục năm, và mỗi năm đẻ hàng triệu trứng. Chiến lược "lớn trước, đẻ sau" có lợi khi tỉ lệ chết của cá trưởng thành thấp: con nào chờ được tới khi to xác sẽ đẻ nhiều trứng hơn hẳn.
Đánh bắt công nghiệp lật ngược bài toán ấy. Lưới có mắt đủ to để cá nhỏ lọt qua, quy định cấm giữ cá dưới kích cỡ tối thiểu, và giá bán cá to cao hơn. Tất cả cùng dồn về một hướng: cá càng to càng dễ chết. Trong hoàn cảnh đó, con cá nào bắt đầu đẻ trứng sớm, khi còn nhỏ, sẽ có cơ hội để lại con trước khi bị bắt. Con nào "kiên nhẫn" chờ lớn thì nhiều khả năng bị lưới vớt trước khi kịp đẻ lần nào.
Nếu tuổi và cỡ trưởng thành có một phần do gen quyết định, và các nghiên cứu cho thấy là có, thì qua nhiều thế hệ, quần thể sẽ nghiêng về những con trưởng thành sớm và nhỏ. Đó là tiến hoá, với con người đóng vai trò áp lực chọn lọc.
Cá tuyết phía bắc Newfoundland
Đàn cá tuyết phía bắc, sống ngoài khơi Newfoundland và Labrador của Canada, từng nuôi sống cả một vùng duyên hải qua nhiều thế kỷ. Từ thập niên 1960, tàu kéo lưới cỡ lớn khai thác với cường độ chưa từng có. Đến năm 1992, đàn cá suy kiệt tới mức Canada phải ra lệnh tạm cấm đánh bắt, một cú sốc kinh tế lớn cho người dân ven biển. Nhiều thập niên sau, đàn cá vẫn chưa hồi phục như mức cũ.
Năm 2004, nhóm của Esben Olsen cùng các cộng sự đăng trên tạp chí Nature một phân tích dữ liệu theo dõi đàn cá này. Họ thấy trong những năm trước khi sụp đổ, cá tuyết ở đây ngày càng trưởng thành ở tuổi trẻ hơn và kích cỡ nhỏ hơn. Điểm đáng chú ý là thay đổi này đã bắt đầu từ trước khi đàn cá sụp đổ, như một tín hiệu cảnh báo mà lúc đó ít ai nhận ra.
Vấn đề khó: đổi vì gen hay đổi vì môi trường
Cá trưởng thành sớm không nhất thiết do gen. Khi số cá giảm, mỗi con có nhiều thức ăn hơn, lớn nhanh hơn, và có thể trưởng thành sớm hơn chỉ vì được ăn no. Hiện tượng sinh vật đổi đặc điểm theo môi trường mà không cần đổi gen gọi là tính mềm dẻo kiểu hình.
Để tách hai nguyên nhân, các nhà nghiên cứu dùng công cụ gọi là "chuẩn phản ứng trưởng thành": thay vì chỉ hỏi cá trưởng thành lúc mấy tuổi, họ hỏi xác suất một con cá ở tuổi X, cỡ Y bắt đầu trưởng thành là bao nhiêu. Nếu cá chỉ lớn nhanh hơn vì được ăn no, đường xác suất này giữ nguyên. Nếu đường ấy dịch chuyển, tức là cá cùng tuổi, cùng cỡ mà nay trưởng thành dễ hơn trước, thì nhiều khả năng có thay đổi di truyền. Ở cá tuyết phía bắc, đường này đã dịch chuyển.
Phương pháp này vẫn có giới hạn, vì nhiệt độ nước và các yếu tố khác cũng ảnh hưởng. Giới khoa học nghề cá vẫn tranh luận phần nào của thay đổi là do gen. Nhưng nhiều nghiên cứu trên nhiều đàn cá khác nhau, từ cá tuyết biển Barents tới cá bơn biển Bắc, đều cho thấy xu hướng cùng chiều.
Thí nghiệm cá suốt: bằng chứng trong bể
Dữ liệu ngoài biển luôn rối vì nhiều yếu tố cùng lúc. Vì thế thí nghiệm của David Conover và Stephan Munch, công bố trên Science năm 2002, được nhắc tới rất nhiều. Họ nuôi cá suốt Đại Tây Dương (Menidia menidia), một loài cá nhỏ sống ven bờ, có vòng đời một năm, trong các bể giống hệt nhau.
| Nhóm bể | Cách "đánh bắt" mỗi thế hệ | Kết quả sau bốn thế hệ |
|---|---|---|
| Vớt cá to | Bỏ đi phần lớn đàn, chỉ giữ lại những con nhỏ nhất làm bố mẹ | Cá lớn chậm hơn, cỡ trưởng thành nhỏ hơn; tổng khối lượng thu được giảm |
| Vớt cá nhỏ | Bỏ đi phần lớn đàn, chỉ giữ lại những con to nhất | Cá lớn nhanh hơn, to hơn |
| Vớt ngẫu nhiên | Bỏ đi cùng tỉ lệ nhưng chọn bất kỳ | Làm mốc so sánh |
Vì mọi bể được cho ăn và giữ nhiệt độ như nhau, khác biệt giữa các nhóm chỉ có thể đến từ gen. Kết quả nghịch lý: nhóm "vớt cá to", tức cách nghề cá thường làm, sau vài thế hệ lại cho sản lượng thấp hơn, vì cả đàn đã tiến hoá thành cá nhỏ. Các thí nghiệm tiếp theo của cùng nhóm cho thấy khi ngừng vớt chọn lọc, cá chỉ to trở lại chậm và không hoàn toàn trong vài thế hệ đầu.
Về sau, khi giải trình tự gen của chính những dòng cá này, các nhà nghiên cứu thấy thay đổi trải trên rất nhiều gen, mỗi gen góp một phần nhỏ. Đây là kiểu di truyền "đa gen" điển hình cho các đặc điểm như kích cỡ cơ thể.
Cái giá của cá trưởng thành sớm
Cá nhỏ đẻ sớm nghe có vẻ chẳng sao, miễn đàn cá vẫn đẻ. Nhưng có ít nhất ba vấn đề:
- Ít trứng hơn. Số trứng tăng rất nhanh theo kích cỡ con cái. Một con cá cái to có thể đẻ nhiều trứng hơn vài con cá nhỏ cộng lại.
- Trứng kém chất lượng hơn. Ở một số loài cá, con cái lớn tuổi đẻ trứng có nhiều dinh dưỡng hơn, ấu trùng khoẻ hơn. Các nhà sinh học biển hay nói tắt rằng cá cái to và già là những con mẹ quý nhất của đàn.
- Đàn cá kém bền. Cá trưởng thành sớm thường dành năng lượng cho sinh sản sớm thay vì cho tăng trưởng và dự trữ, có thể chết nhiều hơn sau mùa đẻ. Một đàn toàn cá trẻ dễ chao đảo hơn khi gặp năm xấu.
Có nhà khoa học dùng cụm từ "món nợ tiến hoá" để nói về điều này: thay đổi tích luỹ trong gen sẽ không biến mất ngay khi ngừng đánh bắt, và đàn cá có thể phải mất nhiều thế hệ mới trở lại như cũ, nếu trở lại được.
Không chỉ cá
Ý tưởng "con người là kẻ chọn lọc" áp dụng cho bất cứ nơi nào ta khai thác có chọn lựa. Ví dụ hay được nhắc là cừu sừng lớn ở núi Ram, Canada: thợ săn chọn con đực sừng to nhất, và có nghiên cứu cho thấy cỡ sừng trung bình giảm theo thời gian. Tuy vậy, các phân tích sau đó tranh luận khá nhiều về việc bao nhiêu phần của thay đổi ấy là do gen. Còn voi không ngà ở Mozambique là trường hợp có bằng chứng di truyền rõ hơn.
Trong nghề cá, các ví dụ khác gồm cá hồi ở bờ Tây Bắc Mỹ, cá bơn sao và cá trích ở biển Bắc. Không phải ví dụ nào cũng thuyết phục như nhau, và giới khoa học vẫn đang tranh luận về tốc độ và mức độ của tiến hoá do đánh bắt so với ảnh hưởng của nhiệt độ nước, thức ăn và mật độ cá.
Quản lý nghề cá có tính đến tiến hoá
Nếu đánh bắt có thể làm cá tiến hoá, câu hỏi tiếp theo là làm sao khai thác mà không đẩy đàn cá về phía nhỏ và yếu. Một số hướng các nhà khoa học đề xuất:
- Giới hạn cỡ hai đầu: chỉ được giữ cá trong một khoảng kích cỡ, thả cả cá quá nhỏ lẫn cá rất to, để những con mẹ lớn tiếp tục đẻ.
- Khu bảo tồn biển: những vùng cấm đánh bắt, nơi cá được sống đủ lâu để lớn, và cá con tràn ra vùng xung quanh.
- Giảm áp lực tổng thể: đánh bắt nhẹ hơn thì chọn lọc yếu hơn, dù có chọn cá to.
- Theo dõi tuổi và cỡ trưởng thành như một chỉ số sức khoẻ của đàn cá, vì tín hiệu này có thể xuất hiện sớm hơn cả sự suy giảm số lượng.
Góc nhìn hôm nay
Câu chuyện cá tuyết cho thấy tiến hoá không phải thứ chỉ nằm trong hoá thạch. Mỗi khi ta liên tục lấy đi một loại cá thể khỏi quần thể, ta đang chọn lọc. Điều này đúng với cá ngoài biển, với thú bị săn và cả với cây gỗ quý bị chặt lựa những cây đẹp nhất.
Ở Việt Nam, người đi chợ hay nhận xét cá biển bây giờ "nhỏ hơn hồi xưa". Đó trước hết là dấu hiệu khai thác quá mức, cá chưa kịp lớn đã bị bắt. Liệu có thêm thay đổi di truyền như ở cá tuyết hay không thì cần nghiên cứu dài hạn mới trả lời được. Người muốn đọc thêm có thể tìm bài của Conover và Munch năm 2002 trên Science, và các bài tổng quan về "fisheries-induced evolution" của các nhóm nghiên cứu nghề cá châu Âu.
Câu hỏi thường gặp
Tiến hoá do đánh bắt là gì?
Đó là thay đổi di truyền trong quần thể cá do con người liên tục bắt có chọn lọc, thường là bắt cá to. Cá trưởng thành sớm và nhỏ có lợi vì kịp đẻ trước khi bị bắt, nên qua nhiều thế hệ, cả đàn nghiêng về phía cá nhỏ, lớn chậm.
Vì sao cá tuyết Newfoundland sụp đổ năm 1992?
Nguyên nhân chính là khai thác quá mức bằng tàu kéo lưới công suất lớn trong nhiều thập niên, cộng với đánh giá trữ lượng quá lạc quan. Canada phải tạm cấm đánh bắt năm 1992. Trước khi sụp đổ, cá đã trưởng thành ở tuổi và cỡ ngày càng nhỏ.
Cá nhỏ đi có phải chỉ vì bị bắt hết cá to không?
Một phần là vậy: cá chưa kịp lớn đã bị bắt nên cá trên thị trường nhỏ đi. Nhưng các nghiên cứu cho thấy ngoài chuyện đó, chính đặc điểm di truyền về tốc độ lớn và tuổi trưởng thành của đàn cá cũng có thể đã đổi.
Ngừng đánh bắt thì cá có to lại không?
Có thể, nhưng chậm. Thí nghiệm với cá suốt cho thấy sau khi ngừng vớt cá to, đàn cá chỉ to trở lại từ từ và không hoàn toàn trong vài thế hệ đầu. Với loài sống lâu như cá tuyết, quá trình này có thể kéo dài hàng chục năm.
Thí nghiệm của Conover và Munch chứng minh điều gì?
Thí nghiệm năm 2002 cho thấy chỉ sau bốn thế hệ, việc liên tục vớt bỏ cá to trong bể đã làm cá suốt lớn chậm và nhỏ hơn một cách di truyền, và tổng sản lượng thu được còn giảm. Vì mọi bể có điều kiện như nhau, khác biệt chỉ có thể do gen.