Sau hai cơn bão Irma và Maria năm 2017, những con thằn lằn Anolis scriptus sống sót trên hai hòn đảo nhỏ ở quần đảo Turks và Caicos có đệm ngón chân to hơn, chân trước dài hơn và chân sau ngắn hơn so với quần thể trước bão. Nhờ nhóm nghiên cứu tình cờ đo đạc chúng chỉ vài ngày trước bão, đây trở thành một trong những bằng chứng hiếm hoi về chọn lọc tự nhiên do một sự kiện thời tiết cực đoan, ghi lại trước và sau như một thí nghiệm.
Một chuyến khảo sát tình cờ
Cuối tháng 8 năm 2017, nhà sinh học Colin Donihue cùng các cộng sự đến hai đảo nhỏ Pine Cay và Water Cay ở Turks và Caicos, phía đông nam quần đảo Bahamas. Họ nghiên cứu một chuyện khác hẳn: thằn lằn thay đổi thế nào sau khi chuột bị diệt khỏi đảo. Họ bắt thằn lằn, chụp ảnh, đo chân và đệm ngón, rồi thả lại.
Chỉ vài ngày sau khi họ rời đi, bão Irma quét qua khu vực với sức gió rất mạnh. Khoảng hai tuần sau, bão Maria tới. Nhóm nghiên cứu nhận ra mình đang có trong tay một bộ dữ liệu "trước bão" hiếm có. Khoảng sáu tuần sau, họ quay lại, bắt thằn lằn ở đúng những chỗ cũ và đo lại theo cùng một cách. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature năm 2018.
Những con sống sót khác những con trước bão thế nào
| Đặc điểm | Thằn lằn sau bão so với trước bão |
|---|---|
| Đệm ngón chân (cả chân trước và sau) | To hơn |
| Chân trước | Dài hơn so với cơ thể |
| Chân sau (đặc biệt xương đùi) | Ngắn hơn so với cơ thể |
Hai đảo cho kết quả cùng chiều, điều làm tăng độ tin cậy. Nếu chỉ một đảo thay đổi, có thể đó là may rủi. Hai đảo độc lập cùng thay đổi một kiểu cho thấy có một lực chọn lọc chung.
Thí nghiệm máy thổi lá: vì sao chân sau ngắn lại có lợi
Đệm ngón to hơn bám tốt hơn, điều đó dễ hiểu. Chân trước dài giúp ôm cành chặt hơn. Nhưng vì sao chân sau ngắn lại giúp sống sót? Để trả lời, nhóm nghiên cứu làm một thí nghiệm đơn giản.
Họ đặt từng con thằn lằn lên một thanh gỗ tròn mô phỏng cành cây, rồi dùng máy thổi lá thổi gió với tốc độ tăng dần. Phía sau thanh gỗ có lưới và đệm mềm để đỡ con vật khi bị thổi bay, không con nào bị thương. Quay phim chậm cho thấy:
- Khi gió mạnh dần, thằn lằn không nhảy đi mà áp sát thân vào cành, dùng chân trước ôm chặt.
- Chân sau thường bị gió hất ra phía sau, và phần đùi trở thành "cánh buồm" hứng gió.
- Con có đùi dài hơn hứng nhiều gió hơn, lực kéo lớn hơn, nên dễ bị thổi bay khỏi cành.
Như vậy, trong một cơn bão, chân trước dài và đệm ngón to giúp bám, còn chân sau ngắn giúp giảm diện tích hứng gió. Đây là một ví dụ đẹp về việc giải thích cơ chế chứ không chỉ ghi nhận tương quan.
Chọn lọc chưa chắc đã là tiến hoá
Điểm cần nói rõ: những gì quan sát được ngay sau bão là chọn lọc, tức một số cá thể chết và số khác sống. Để gọi là tiến hoá, khác biệt đó phải được truyền sang đời con. Nếu chân sau ngắn hay đệm ngón to chủ yếu do môi trường lúc con non lớn lên, thì thế hệ sau có thể lại giống như trước bão.
Các nghiên cứu trước đó ở thằn lằn Anolis cho thấy chiều dài chân và kích cỡ đệm ngón có phần do di truyền, nhưng cũng có phần mềm dẻo theo môi trường, ví dụ con non lớn lên trên cành nhỏ có thể có chân ngắn hơn. Nhóm của Donihue đã tiếp tục theo dõi các quần thể này trong những năm sau. Câu hỏi thế hệ con có giữ đặc điểm của bố mẹ sống sót hay không là bước quan trọng mà người đọc nên tìm hiểu thêm trong các công bố tiếp theo, thay vì vội kết luận từ một lần đo.
Từ hai đảo tới cả vùng Caribe
Năm 2020, Donihue và cộng sự công bố một nghiên cứu rộng hơn, so sánh nhiều loài Anolis ở khắp vùng Caribe và Trung Mỹ với dữ liệu lịch sử về bão trong nhiều thập niên. Họ thấy ở những nơi bão thường xuyên hơn, thằn lằn có xu hướng có đệm ngón lớn hơn. Kết quả này gợi ý rằng bão không chỉ là sự kiện một lần, mà là một lực chọn lọc lặp lại, góp phần định hình hình dáng của cả nhóm thằn lằn này qua thời gian dài.
Đây là cách các nhà sinh học tiến hoá hay ghép các mảnh bằng chứng: một quan sát "trước và sau" chi tiết ở vài quần thể, cộng với một so sánh rộng ở nhiều loài, cùng chỉ về một hướng.
Thằn lằn Anolis: phòng thí nghiệm sống của tiến hoá
Chi Anolis có hàng trăm loài, phần lớn ở vùng Caribe và châu Mỹ nhiệt đới. Nhà sinh học Jonathan Losos và nhiều người khác đã nghiên cứu chúng hàng chục năm, vì một lý do: trên các đảo lớn như Cuba, Hispaniola, Jamaica và Puerto Rico, những kiểu thằn lằn giống nhau đã tiến hoá độc lập nhiều lần. Kiểu sống trên thân cây to có chân dài, kiểu sống trên cành nhỏ có chân ngắn, kiểu sống ở ngọn cây có đệm ngón rất to.
Một số ví dụ khác về Anolis thay đổi nhanh:
- Thằn lằn thành phố ở Puerto Rico: các quần thể Anolis cristatellus sống trong đô thị, leo tường và cột trơn, có đệm ngón to hơn và chân dài hơn so với quần thể trong rừng. Thí nghiệm nuôi chung cho thấy một phần khác biệt có cơ sở di truyền.
- Thằn lằn trên các đảo nhỏ ở Bahamas: các thí nghiệm thả thằn lằn lên đảo không có thằn lằn, hoặc thả thêm loài săn mồi, cho thấy chân của chúng thay đổi trong vài thế hệ, tuỳ theo loại thực vật và áp lực từ kẻ săn.
- Thằn lằn Florida và loài xâm lấn: khi thằn lằn nâu Anolis sagrei xâm chiếm, loài bản địa Anolis carolinensis dịch lên cao hơn trên cây và có đệm ngón to hơn chỉ trong khoảng hai chục thế hệ.
Góc nhìn hôm nay: thời tiết cực đoan như một lực chọn lọc
Với biến đổi khí hậu, nhiều nhà khoa học dự đoán bão mạnh có thể trở nên thường xuyên hơn ở một số vùng. Nghiên cứu thằn lằn sau bão Irma và Maria cho thấy những sự kiện cực đoan, chỉ diễn ra trong vài giờ, có thể để lại dấu vết trong hình dáng của quần thể. Tiến hoá không chỉ là trung bình dài hạn của khí hậu, mà còn là những đêm tồi tệ nhất.
Cũng có một bài học về phương pháp. Muốn biết sự kiện cực đoan tác động thế nào, cần có dữ liệu trước sự kiện. Đó là lý do việc theo dõi dài hạn các quần thể sinh vật, kể cả những loài trông bình thường, có giá trị rất lớn. Ở Việt Nam, những chương trình theo dõi chim, bò sát và côn trùng ở vườn quốc gia ven biển, nơi bão đổ bộ hằng năm, có thể trả lời những câu hỏi tương tự trong tương lai.
Câu hỏi thường gặp
Bão làm thằn lằn tiến hoá như thế nào?
Gió bão thổi bay những con bám kém khỏi cành. Những con sống sót sau bão Irma và Maria năm 2017 có đệm ngón to hơn, chân trước dài hơn và chân sau ngắn hơn. Nếu các đặc điểm này di truyền được, thế hệ sau sẽ mang dấu vết của cơn bão.
Vì sao chân sau ngắn giúp thằn lằn sống sót trong bão?
Thí nghiệm bằng máy thổi lá cho thấy khi gặp gió mạnh, thằn lằn ôm chặt cành bằng chân trước, còn chân sau bị gió hất ra như cánh buồm. Đùi dài hứng nhiều gió hơn, nên con chân sau dài dễ bị thổi bay hơn.
Anolis là loài thằn lằn gì?
Anolis là một chi thằn lằn nhỏ sống chủ yếu ở vùng Caribe và châu Mỹ nhiệt đới, có hàng trăm loài. Chúng có đệm ngón chân giúp leo bám, và được dùng nhiều trong nghiên cứu tiến hoá vì thích nghi nhanh với môi trường sống.
Chọn lọc tự nhiên và tiến hoá khác nhau thế nào?
Chọn lọc là việc một số cá thể sống sót hay sinh sản nhiều hơn số khác. Tiến hoá là khi tần số đặc điểm di truyền trong quần thể thay đổi qua các thế hệ. Chọn lọc chỉ dẫn tới tiến hoá nếu đặc điểm được chọn có cơ sở di truyền.
Nghiên cứu thằn lằn sau bão được công bố ở đâu?
Nghiên cứu của Colin Donihue và cộng sự về thằn lằn Anolis scriptus trước và sau bão Irma, Maria được công bố trên tạp chí Nature năm 2018. Một nghiên cứu rộng hơn so sánh nhiều loài ở vùng Caribe được công bố năm 2020.