Dế Kauai im tiếng để tránh ruồi ký sinh: tiến hoá trong 20 thế hệ

Trên đảo Kauai ở Hawaii, phần lớn dế đực loài Teleogryllus oceanicus đã mất khả năng kêu chỉ trong khoảng hai mươi thế hệ, vì tiếng kêu dẫn đường cho một loài ruồi ký sinh tìm tới chúng. Một đột biến làm cánh dế đực phẳng, mất bộ phận phát âm, giúp chúng thoát khỏi ruồi, và đã lan ra gần như toàn quần thể. Đây là một trong những ví dụ nhanh nhất từng được ghi nhận về tiến hoá ở động vật trong tự nhiên.

Dế kêu để làm gì

Ở hầu hết các loài dế, chỉ con đực kêu. Trên mặt trong của mỗi cánh trước có một gân dày khía răng như chiếc lược, gọi là "giũa", và một cạnh cứng gọi là "nạo". Khi dế đực cọ hai cánh vào nhau, nạo quét qua giũa, làm cánh rung lên, và một vùng màng mỏng trên cánh khuếch đại âm thanh. Tiếng kêu ấy có hai việc: gọi con cái từ xa tới, và báo cho con đực khác biết chỗ này đã có chủ.

Với con cái, tiếng kêu là thông tin quý. Chúng chọn bạn tình dựa vào nhịp, độ to và độ bền của tiếng kêu. Vì vậy chọn lọc giới tính thường đẩy dế đực về phía kêu to hơn, kêu nhiều hơn.

Kẻ nghe trộm: ruồi Ormia ochracea

Nhưng không chỉ dế cái nghe. Ruồi Ormia ochracea, một loài ruồi ký sinh có nguồn gốc Bắc Mỹ, có đôi tai rất đặc biệt nằm ngay sau đầu. Hai màng nhĩ của nó nằm sát nhau và nối với nhau bằng một cấu trúc cơ học, giúp phân biệt hướng âm thanh cực kỳ chính xác dù cơ thể rất nhỏ. Cấu trúc tai này còn được các kỹ sư nghiên cứu để thiết kế micro định hướng nhỏ gọn.

Ruồi cái dùng đôi tai ấy để tìm dế đực đang kêu. Khi tới nơi, nó để lại ấu trùng trên hoặc gần con dế. Ấu trùng chui vào cơ thể dế, sống bằng nội tạng của vật chủ trong khoảng một tuần, rồi chui ra hoá nhộng. Con dế không sống sót sau đó.

Trên quần đảo Hawaii, dế Teleogryllus oceanicus là loài du nhập, có thể theo người từ các đảo Thái Bình Dương khác tới. Ruồi Ormia cũng là loài đến sau, và tại đây nó chuyển sang ký sinh trên dế này. Một cặp "nghe và bị nghe" mới đã hình thành.

Đêm im lặng ở Kauai

Nhà sinh học Marlene Zuk và các cộng sự đã nghiên cứu dế và ruồi ở Hawaii từ đầu thập niên 1990. Trên Kauai, những năm đầu, tiếng dế vẫn rộn ràng mỗi tối và tỉ lệ dế đực bị ký sinh khá cao. Đến đầu thập niên 2000, khi quay lại, họ thấy những bãi cỏ gần như im lặng. Ban đầu họ tưởng quần thể dế đã sụp đổ.

Nhưng khi đi bộ trong cỏ, họ thấy dế vẫn nhiều. Chỉ là con đực không kêu. Kiểm tra kỹ cánh của chúng, họ thấy cánh dế đực trông giống cánh dế cái: phẳng, gân không còn sắp xếp thành bộ phận phát âm. Các nhà nghiên cứu gọi đây là dạng "cánh phẳng" (flatwing). Con đực cánh phẳng vẫn cọ cánh như cố kêu, nhưng không phát ra tiếng.

Kết quả công bố năm 2006 cho thấy dạng cánh phẳng đã chiếm hơn chín phần mười số dế đực trên Kauai, và sự thay đổi này diễn ra trong khoảng hai mươi thế hệ. Ở Hawaii khí hậu ấm, dế có thể có vài thế hệ mỗi năm, nên hai mươi thế hệ chỉ tương đương khoảng chục năm.

Cơ chế: đổi một nguy hiểm lấy một khó khăn

Cánh phẳng do một đột biến di truyền đơn giản gây ra, nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X của dế. Đột biến này giải một bài toán và mở ra một bài toán khác:

Câu hỏi lớn là: nếu không kêu được, làm sao dế đực cánh phẳng tìm bạn tình? Câu trả lời nằm ở chiến thuật "vệ tinh". Những con đực im lặng tụ tập gần vài con đực hiếm hoi còn kêu. Khi con cái tìm tới tiếng kêu, chúng có cơ hội chặn đường. Các thí nghiệm cho thấy dế đực cánh phẳng nghe thấy tiếng kêu thì có xu hướng tiến về phía đó. Dế cái ở Kauai cũng có vẻ bớt kén chọn hơn, sẵn sàng giao phối dù không nghe tiếng kêu đầy đủ.

Có một nghịch lý thú vị: chiến thuật vệ tinh chỉ hoạt động khi vẫn còn một ít con đực kêu. Nếu tất cả đều im lặng, chẳng ai dẫn đường cho con cái. Vì vậy dạng kêu được có thể không bao giờ biến mất hoàn toàn.

Cùng một bài toán, nhiều lời giải

Câu chuyện tiếp tục khi các nhà nghiên cứu xem xét dế trên các đảo khác của Hawaii. Ở đảo Oahu, cũng có dế đực cánh phẳng xuất hiện. Phân tích di truyền cho thấy đột biến ở Oahu có vẻ khác với đột biến ở Kauai, nghĩa là cùng một lời giải "im lặng" đã xuất hiện độc lập ít nhất hai lần. Đây là tiến hoá hội tụ ở quy mô vài năm.

Chưa hết, trong những năm sau, các nhà nghiên cứu còn ghi nhận ở một số quần thể dế Hawaii những kiểu tiếng kêu mới lạ, như tiếng "rù rì" nhỏ và khác hẳn tiếng kêu thông thường. Có giả thuyết rằng những tiếng kêu này khó bị ruồi phát hiện hơn nhưng vẫn đủ để dế cái ở gần nghe thấy. Mức độ hiệu quả thật sự của chúng vẫn đang được nghiên cứu.

Bài học: khi áp lực chọn lọc mạnh, tiến hoá không nhất thiết tìm ra một lời giải duy nhất. Mỗi quần thể có thể "thử" một hướng khác, tuỳ vào đột biến nào xuất hiện trước.

Vì sao câu chuyện này quan trọng

• Tốc độ: chỉ khoảng hai mươi thế hệ để một đặc điểm cốt lõi như tiếng kêu gần như biến mất khỏi cả quần thể.
• Xung đột giữa các lực chọn lọc: chọn lọc giới tính đẩy dế về phía kêu to, chọn lọc tự nhiên từ ruồi đẩy về phía im lặng. Cán cân nghiêng về bên nào tuỳ áp lực ký sinh.
• Tập tính và gen song hành: đột biến cánh phẳng chỉ thành công được vì tập tính của dế, cả đực lẫn cái, cũng đủ linh hoạt để thích ứng.
• Loài du nhập tạo ra áp lực mới: cả dế lẫn ruồi đều không phải loài bản địa của Hawaii. Đây là ví dụ về việc những cuộc gặp gỡ do con người gây ra có thể kích hoạt tiến hoá nhanh.

Góc nhìn hôm nay

Câu chuyện dế Kauai nhắc ta rằng thứ mà ta nghe, hoặc không nghe, trong một đêm hè có thể là kết quả của một cuộc chạy đua tiến hoá. Ở Việt Nam, tiếng dế, tiếng ếch nhái và tiếng ve là phần quen thuộc của mùa hè. Ít ai nghĩ rằng chính những âm thanh đó cũng là tín hiệu cho kẻ săn mồi và ký sinh, và là một yếu tố chọn lọc.

Người muốn tìm hiểu thêm có thể đọc bài "Silent night" của Zuk, Rotenberry và Tinghitella trên tạp chí Biology Letters năm 2006, và các sách phổ biến khoa học của Marlene Zuk về tập tính và tiến hoá ở côn trùng.