Quần đảo Hawaii, tổng diện tích chưa bằng một tỉnh lớn của Việt Nam, là nhà của khoảng một nghìn loài ruồi giấm bản địa, gần như tất cả không có ở đâu khác. Theo phân tích ADN, chúng nhiều khả năng sinh ra từ một tổ tiên duy nhất tới quần đảo cách đây hơn hai chục triệu năm. Con số ấy tương đương khoảng một phần tư số loài ruồi họ Drosophilidae được biết trên toàn thế giới, khiến Hawaii thành một trong những ví dụ đậm đặc nhất về phát tán thích nghi.
Một nghìn loài từ một tổ tiên
Ruồi giấm là cái tên người ta quen với loài Drosophila melanogaster bay quanh trái cây chín và trong phòng thí nghiệm di truyền. Ở Hawaii, họ hàng của chúng đa dạng tới mức khó tin: có loài nhỏ như con ruồi giấm bình thường, có loài sải cánh gấp mấy lần, cánh vằn vện như tranh, đầu bè ra như búa.
Hiện có khoảng năm trăm loài đã được mô tả chính thức, và các nhà phân loại học ước tính tổng số có thể lên tới khoảng một nghìn. Chúng thuộc hai nhóm chính là Drosophila Hawaii và Scaptomyza. Phân tích phát sinh chủng loại cho thấy cả hai nhóm cùng bắt nguồn từ một lần đặt chân lên quần đảo.
Điều thú vị: tổ tiên ấy tới từ lâu hơn tuổi của các đảo cao hiện nay. Đảo già nhất trong số các đảo chính là Kauaʻi, khoảng năm triệu tuổi. Trước đó, chuỗi Hawaii đã có những đảo khác, nay bị xói mòn và chìm xuống thành rạn san hô và núi ngầm ở phía tây bắc. Ruồi đã "nhảy" từ đảo cũ sang đảo mới qua hàng triệu năm, như người chuyển nhà theo một băng chuyền núi lửa.
Băng chuyền núi lửa và quy luật tiến dần
Hawaii nằm trên một điểm nóng của lớp phủ Trái Đất. Mảng Thái Bình Dương trôi dần về phía tây bắc, điểm nóng đứng yên, nên các đảo mới liên tục mọc ở phía đông nam, còn đảo cũ trôi đi, nguội và lún dần.
| Đảo | Tuổi gần đúng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Kauaʻi | Khoảng 5 triệu năm | Già nhất trong các đảo chính, đất đã phong hoá sâu |
| Oʻahu | Khoảng 3–4 triệu năm | Hai dãy núi lửa cũ |
| Maui, Molokaʻi, Lānaʻi | Khoảng 1–2 triệu năm | Từng nối nhau thành một khối gọi là Maui Nui khi mực biển thấp |
| Hawaiʻi (Đảo Lớn) | Dưới 1 triệu năm | Trẻ nhất, núi lửa vẫn hoạt động |
Nhà di truyền học Hampton Carson dành nhiều thập kỷ nghiên cứu nhóm ruồi "cánh vẽ" (picture-wing). Ông dùng một công cụ đặc biệt: nhiễm sắc thể khổng lồ trong tuyến nước bọt của ấu trùng ruồi giấm, nơi có thể nhìn các dải sáng tối dưới kính hiển vi. Khi một đoạn nhiễm sắc thể bị đảo ngược, dải sẽ đổi thứ tự, giống như dấu vân tay để lại theo dòng dõi. Lần theo các đoạn đảo ngược, Carson dựng được cây phả hệ và thấy một mô hình rõ: loài trên đảo trẻ thường là con cháu của loài trên đảo già hơn. Người ta gọi đây là quy luật tiến dần (progression rule), và sau đó nó được thấy ở nhiều nhóm sinh vật Hawaii khác.
Vì sao lại nhiều loài đến vậy
Không có một nguyên nhân duy nhất. Các nhà khoa học thường kể ra ba yếu tố cộng lại.
Cô lập nhiều tầng
Mỗi đảo cách nhau bằng biển. Trên mỗi đảo, các dòng dung nham mới chia rừng thành những mảng tách rời gọi là kīpuka. Thung lũng sâu và sống núi cao lại chia tiếp. Một quần thể ruồi nhỏ bị kẹt trong một mảng rừng có thể đi con đường riêng của mình.
Thức ăn chuyên biệt của ấu trùng
Ấu trùng ruồi giấm Hawaii thường chuyên ăn một loại vật chất thối rữa rất cụ thể: lá mục của một nhóm cây, vỏ thân đang mục của một loài cây, hoa rụng, nấm. Có nhóm ấu trùng sống trong túi trứng nhện. Khi mỗi dòng ruồi gắn với một loại cây chủ, rừng nhiều loài cây sẽ mở ra nhiều "nghề" khác nhau.
Chọn lọc giới tính dữ dội
Ở nhóm cánh vẽ, con đực tụ tập ở những điểm cố định trên thân cây hay cành dương xỉ, gọi là bãi phô diễn (lek). Chúng xoè cánh có hoa văn, rung, nhảy vòng, có loài còn húc đầu nhau. Con cái tới chọn bạn tình. Ở loài Drosophila heteroneura, đầu con đực bè rộng sang hai bên, mắt nằm xa nhau, và con đầu rộng hơn thường thắng trong các cuộc đẩy đầu. Khi sở thích của con cái và màn trình diễn của con đực trôi đi khác nhau giữa hai quần thể, chúng thôi giao phối với nhau dù có gặp. Đó là một bức tường tách loài không cần núi hay biển.
Carson từng đề xuất rằng hiệu ứng người sáng lập, khi chỉ vài con ruồi (thậm chí một con cái đã mang trứng) bay sang đảo mới, góp phần lớn vào tốc độ hình thành loài. Kenneth Kaneshiro bổ sung ý tưởng về sự lỏng lẻo trong lựa chọn bạn tình ở quần thể mới. Cả hai đều có ảnh hưởng, nhưng tầm quan trọng của hiệu ứng người sáng lập trong hình thành loài nói chung vẫn còn tranh luận.
Ruồi giấm Hawaii khác ruồi giấm trong bếp thế nào
- Kích thước: nhiều loài cánh vẽ to gấp nhiều lần ruồi giấm thường, nhìn gần giống ruồi nhà.
- Cánh: có hoa văn đốm, vằn rõ, dùng để phô diễn với bạn tình.
- Nơi sống: rừng ẩm bản địa trên núi, không phải quanh nhà người.
- Thức ăn ấu trùng: cây chủ chuyên biệt thay vì trái cây lên men nói chung.
- Sinh sản: nhiều loài đẻ ít trứng hơn, trứng to hơn, ấu trùng lớn chậm hơn.
Đang biến mất nhanh hơn được mô tả
Rừng bản địa Hawaii bị thu hẹp mạnh từ khi có chăn nuôi, nông nghiệp và các loài ngoại lai. Lợn hoang, dê đào xới lớp cây bụi. Những cây chủ mà ấu trùng ruồi phụ thuộc giảm theo. Kiến và ong bắp cày vàng ngoại lai săn côn trùng nhỏ trong rừng. Năm 2006, Cơ quan Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ đưa hơn chục loài ruồi cánh vẽ vào danh sách nguy cấp, một trong những lần hiếm hoi ruồi giấm được bảo vệ bằng luật.
Nhiều loài có lẽ đã mất trước khi kịp có tên. Đó là lý do các nhà côn trùng học ở Hawaii vẫn chạy đua thu mẫu và giải mã gen, vừa để mô tả, vừa để biết loài nào cần giữ trước.
Góc nhìn hôm nay: tìm hiểu và học được gì
Ruồi giấm Hawaii cho thấy một quần đảo nhỏ có thể sản sinh đa dạng lớn nếu hội đủ ba thứ: thời gian dài, cô lập nhiều tầng và áp lực chọn lọc mạnh lên hành vi sinh sản. Nó cũng nhắc rằng tiến hoá không chỉ diễn ra trên thú lớn hay chim đẹp. Một con ruồi dài chưa tới hai phân có thể kể cả lịch sử địa chất của một chuỗi núi lửa.
Với học sinh, đây là cầu nối tốt giữa hai bài học: ruồi giấm trong phòng thí nghiệm của Morgan dạy về gen trên nhiễm sắc thể, còn họ hàng của nó ở Hawaii dạy về cách loài mới hình thành. Người muốn đọc thêm có thể tìm các bài tổng quan về Drosophila Hawaii của Hampton Carson và Kenneth Kaneshiro, cùng các công trình gần đây dùng giải trình tự gen để dựng lại cây phả hệ của nhóm này.
Câu hỏi thường gặp
Hawaii có bao nhiêu loài ruồi giấm?
Khoảng năm trăm loài ruồi giấm bản địa Hawaii đã được mô tả chính thức. Các nhà phân loại ước tính tổng số thật có thể gần một nghìn loài. Gần như tất cả là loài đặc hữu, chỉ sống ở Hawaii.
Ruồi cánh vẽ Hawaii là gì?
Đó là một nhóm ruồi giấm Hawaii có cánh mang hoa văn đốm và vằn rõ. Con đực tụ tập ở những điểm cố định để phô diễn cánh và nhảy múa trước con cái. Nhóm này được nghiên cứu kỹ nhất, nhất là qua công trình của Hampton Carson.
Quy luật tiến dần (progression rule) là gì?
Đó là mô hình loài trên đảo trẻ thường bắt nguồn từ loài trên đảo già hơn trong cùng chuỗi đảo. Ở Hawaii, chiều di cư phổ biến là từ Kauaʻi sang Oʻahu, Maui rồi Đảo Lớn. Mô hình này khớp với việc các đảo mọc lần lượt trên một điểm nóng núi lửa.
Vì sao trên đảo nhỏ lại có nhiều loài ruồi giấm như vậy?
Do nhiều yếu tố cộng lại: cô lập giữa các đảo và giữa các mảng rừng, ấu trùng chuyên ăn những loại cây chủ khác nhau, và chọn lọc giới tính mạnh qua màn phô diễn của con đực. Thời gian dài hơn hai chục triệu năm trên chuỗi đảo cũng là điều kiện quan trọng.
Ruồi giấm Hawaii có bị đe doạ không?
Có. Mất rừng bản địa, lợn và dê hoang phá cây chủ, kiến và ong bắp cày ngoại lai là những mối đe doạ chính. Năm 2006, hơn chục loài ruồi cánh vẽ được đưa vào danh sách nguy cấp của Hoa Kỳ.