Cóc mía ở Úc chân dài ra vì ở tuyến đầu của vùng xâm lấn, những con chạy xa nhất luôn gặp nhau và sinh con với nhau, nên đời sau càng giỏi di chuyển. Hiện tượng này gọi là phân loại theo không gian (spatial sorting), một cơ chế tiến hoá khác với chọn lọc tự nhiên quen thuộc. Kết quả đo được rất rõ: tốc độ lan của cóc mía tăng từ khoảng 10 km mỗi năm trong những thập niên đầu lên khoảng 50 km mỗi năm ở miền bắc nước Úc.
Từ một trăm con đến hàng tỷ con
Năm 1935, khoảng một trăm con cóc mía (Rhinella marina, trước đây xếp trong chi Bufo) được đưa từ Hawaii về bang Queensland để diệt bọ hại mía. Chúng được nhân giống rồi thả ra ruộng mía. Việc diệt bọ không thành công, nhưng cóc thì sinh sôi rất mạnh. Hiện nay chúng đã phủ một vùng rộng lớn ở đông bắc và bắc nước Úc, kéo dài sang Lãnh thổ Bắc Úc và vùng Kimberley của Tây Úc.
Câu chuyện về cóc mía như một tai hoạ sinh thái đã được kể nhiều. Bài này đi vào một khía cạnh khác: chính con cóc đã thay đổi trên đường đi.
Cóc tuyến đầu khác cóc ở quê cũ
Đầu thập niên 2000, nhóm nghiên cứu của Rick Shine và Ben Phillips ở Đại học Sydney theo dõi cóc ở tuyến đầu của vùng xâm lấn tại Lãnh thổ Bắc Úc. Họ gắn máy phát vô tuyến lên cóc và đo khoảng cách mỗi con đi được mỗi đêm. Bài báo năm 2006 trên tạp chí Nature của nhóm có tiêu đề nói lên tất cả: tiến hoá của tốc độ ở loài cóc xâm lấn.
Những gì họ thấy:
- Cóc ở tuyến đầu có chân sau dài hơn so với kích cỡ cơ thể, so với cóc ở những vùng đã bị chiếm từ lâu.
- Cóc chân dài đi được xa hơn mỗi đêm.
- Cóc đến một địa điểm sớm, tức những con mở đường, có chân dài hơn cóc đến muộn ở cùng địa điểm.
- Cóc tuyến đầu đi theo đường thẳng hơn, ít quay lại chỗ cũ, giống như "người đi đường dài" chứ không phải "người đi dạo".
Cơ chế: vì sao không phải chọn lọc tự nhiên thông thường
Chọn lọc tự nhiên quen thuộc vận hành theo kiểu: con nào sống sót và sinh sản nhiều hơn thì gen của nó nhiều hơn ở đời sau. Nhưng chẳng có lý do gì để cóc chạy nhanh lại sinh sản nhiều hơn cóc chạy chậm. Thực tế, cóc tuyến đầu còn chịu nhiều rủi ro: khí hậu lạ, ít chỗ trú.
Thay vào đó, cơ chế ở đây là một chuỗi đơn giản:
- Trong một quần thể đang lan ra, những con di chuyển xa nhất tự nhiên dồn về phía mép ngoài.
- Ở mép ngoài, chúng chỉ gặp nhau. Cóc giỏi di chuyển giao phối với cóc giỏi di chuyển.
- Nếu khả năng di chuyển có phần do gen, con của chúng thừa hưởng và trung bình còn giỏi hơn.
- Thế hệ con lại tách ra: con nào đi xa nhất lại ra mép ngoài, và vòng lặp tiếp tục.
Các nhà khoa học gọi đây là phân loại theo không gian. Shine và cộng sự còn đặt một cái tên vui là "hiệu ứng làng Olympic": giống như vận động viên giỏi nhất của nhiều nước dồn về một chỗ và có thể sinh con với nhau, con cái của họ được thừa hưởng tố chất từ cả hai phía. Điểm đáng chú ý là cơ chế này có thể đẩy tiến hoá mà không cần đặc điểm đó giúp sống sót hay sinh sản nhiều hơn.
Bằng chứng đây là gen, không chỉ là ăn uống
Có thể cóc tuyến đầu chân dài vì môi trường nơi đó, chứ không phải vì gen? Để kiểm tra, nhóm nghiên cứu làm thí nghiệm "vườn chung": thu trứng hoặc cóc bố mẹ từ tuyến đầu và từ vùng cũ, nuôi con của chúng trong cùng điều kiện, cho ăn giống nhau, rồi đo.
Cóc con có bố mẹ từ tuyến đầu vẫn di chuyển nhiều hơn và đi thẳng hơn cóc con có bố mẹ từ vùng cũ, dù lớn lên trong cùng một chỗ. Điều này cho thấy khác biệt về khả năng di chuyển có cơ sở di truyền. Không phải mọi đặc điểm đều cho kết quả rõ như nhau, ví dụ chiều dài chân ở cóc con nuôi trong phòng thí nghiệm không phải lúc nào cũng khác biệt mạnh như ở ngoài tự nhiên. Nhưng tổng thể, tập tính di chuyển đã thay đổi thật.
Cái giá phải trả của tốc độ
Tốc độ không miễn phí. Các nghiên cứu sau đó ghi nhận ở cóc tuyến đầu:
| Đặc điểm | Ở cóc tuyến đầu | Vì sao có thể là đánh đổi |
|---|---|---|
| Cột sống | Một tỉ lệ đáng kể cóc to bị viêm khớp cột sống | Di chuyển nhiều, nhảy liên tục làm mòn khớp |
| Miễn dịch | Một số phản ứng miễn dịch yếu hơn | Năng lượng dồn cho di chuyển, bớt cho phòng bệnh |
| Sinh sản | Có dấu hiệu đầu tư ít hơn cho sinh sản ở một số nghiên cứu | Cóc mở đường dành sức cho đi xa |
Ở vùng đã bị chiếm lâu, những đặc điểm "chạy nhanh" này có thể không còn lợi thế, và chọn lọc tự nhiên bình thường sẽ có xu hướng kéo quần thể trở lại. Vì vậy cóc ở vùng cũ và cóc tuyến đầu có thể tiếp tục khác nhau trong thời gian dài.
Những loài bản địa cũng tiến hoá theo
Da cóc mía tiết độc tố mạnh. Nhiều động vật săn mồi bản địa của Úc chưa từng gặp loài cóc nào như vậy, nên chúng chết sau khi cắn hay nuốt cóc. Trong số bị ảnh hưởng nặng có thằn lằn kỳ đà (goanna), một số loài rắn, cá sấu nước ngọt và mèo túi phương bắc (northern quoll).
Một số loài bản địa đã thay đổi theo. Nghiên cứu của Phillips và Shine trên rắn đen bụng đỏ cho thấy ở những vùng đã có cóc lâu, rắn có đầu nhỏ hơn so với cơ thể. Rắn đầu nhỏ không nuốt được cóc to, tức con cóc mang lượng độc lớn nhất. Một số quần thể rắn cũng tỏ ra chịu độc tốt hơn hoặc học được cách tránh cóc. Đây là ví dụ về tiến hoá ở cả hai phía của một cuộc xâm lấn.
Với mèo túi phương bắc, các nhà bảo tồn thử dạy chúng ghét mùi vị cóc bằng cách cho ăn cóc con đã được xử lý để gây buồn nôn nhẹ. Đó là học tập, không phải tiến hoá, nhưng cho thấy con người đang chạy đua với thời gian để giúp loài bản địa thích nghi kịp.
Vì sao phân loại theo không gian quan trọng
Ý tưởng này áp dụng cho rất nhiều loài đang mở rộng vùng sống, không chỉ loài xâm lấn:
- Biến đổi khí hậu: khi khí hậu ấm lên, nhiều loài dịch vùng sống về phía cực hoặc lên cao. Ở Anh, có nghiên cứu ghi nhận ở rìa vùng lan rộng của hai loài muồm muỗm (bush-cricket), tỉ lệ con có cánh dài, bay được, cao hơn ở vùng lõi.
- Dự báo xâm lấn: nếu chỉ dùng tốc độ lan ban đầu để dự đoán, ta sẽ đánh giá thấp. Loài xâm lấn có thể tăng tốc theo thời gian, đúng như cóc mía.
- Quản lý: những chiến lược chặn đường, như rào chắn hay xử lý nguồn nước ở vùng khô, cần tính tới việc cóc tuyến đầu là những con "lì đường" nhất.
Góc nhìn hôm nay
Cóc mía là một trong những ví dụ hiếm hoi mà các nhà khoa học được theo dõi tiến hoá trên quy mô hàng nghìn kilômét, trong thời gian chưa đầy một thế kỷ, với điểm khởi đầu biết rõ năm và số lượng. Bài học lớn là tiến hoá không chỉ có một cơ chế. Bên cạnh chọn lọc tự nhiên và trôi dạt di truyền, việc sinh vật di chuyển trong không gian cũng có thể sắp xếp lại gen của chúng.
Ở Việt Nam, câu chuyện cóc mía là lời nhắc về rủi ro khi đưa sinh vật lạ vào để "diệt hại". Người muốn đọc thêm có thể tìm cuốn sách và các bài tổng quan của Rick Shine về cóc mía, cũng như bài "Invasion and the evolution of speed in toads" trên Nature năm 2006.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao cóc mía ở Úc chân dài ra?
Ở tuyến đầu vùng xâm lấn, những con cóc di chuyển xa nhất dồn về mép ngoài và giao phối với nhau. Con của chúng thừa hưởng khả năng đi xa, rồi lại dồn ra mép ngoài. Qua nhiều thế hệ, cóc tuyến đầu có chân dài hơn và đi nhanh hơn.
Phân loại theo không gian là gì?
Đó là cơ chế tiến hoá xảy ra khi một quần thể lan rộng: cá thể giỏi di chuyển tập trung ở rìa và sinh sản với nhau, khiến khả năng di chuyển tăng dần. Nó khác chọn lọc tự nhiên ở chỗ không cần đặc điểm đó giúp sống sót hay sinh sản nhiều hơn.
Cóc mía lan nhanh tới mức nào?
Trong những thập niên đầu sau khi thả năm 1935, cóc mía lan khoảng 10 km mỗi năm. Ở miền bắc nước Úc, tốc độ lan đã tăng lên khoảng 50 km mỗi năm, phần lớn nhờ cóc tuyến đầu tiến hoá thành những con giỏi đi đường dài.
Cóc chạy nhanh có bất lợi gì không?
Có. Nhiều con cóc to ở tuyến đầu bị viêm khớp cột sống, và một số phản ứng miễn dịch yếu hơn. Khả năng di chuyển có giá năng lượng, nên ở vùng đã ổn định, đặc điểm này có thể không còn lợi.
Động vật Úc có thích nghi với cóc mía không?
Một số có. Ở vùng có cóc lâu năm, rắn đen bụng đỏ có đầu nhỏ hơn nên không nuốt được cóc to nhiều độc. Một số loài khác học cách tránh cóc. Nhưng nhiều loài như kỳ đà và mèo túi phương bắc vẫn bị thiệt hại nặng.