Tốc độ tiến hóa đang diễn ra nhanh hơn Darwin dự đoán

Nhưng điều này có đúng không, hay quá trình tiến hóa có thể diễn ra nhanh hơn? Tiến hóa có thể diễn ra nhanh đến mức nào?

Thế nào là tiến hóa?

Trước tiên, chúng ta hãy định nghĩa thế nào là tiến hóa. Đó là quá trình mà gen hoặc ngoại hình của một loài thay đổi dần dần theo thời gian. Động lực chính là chọn lọc tự nhiên, trong đó những cá thể có nhiều đặc điểm có lợi hơn sẽ sống sót và sinh sản, truyền những đặc điểm đó cho thế hệ tiếp theo. Qua nhiều thế hệ, đây được gọi là tiến hóa thích nghi.

Timothée Bonnet, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp và Đại học La Rochelle nói rõ thêm: “Kết hợp, chọn lọc tự nhiên và tiến hóa thích nghi cho phép một "loài bám theo những thay đổi trong môi trường của mình”.

Trong ví dụ nổi tiếng về loài chim sẻ của Darwin trên Quần đảo Galápagos, các loài khác nhau đã tiến hóa các hình dạng và kích thước mỏ khác nhau trong vòng vài thập niên để chuyên ăn các loại hạt và côn trùng khác nhau. Phát hiện này đã tạo nên làn sóng sau khi xuất bản cuốn sách "The Beak of the Finch: A Story of Evolution in Our Time" (Mỏ của loài chim sẻ: Câu chuyện về sự tiến hóa trong thời đại của chúng ta) đoạt giải Pulitzer.

Sau đó, có một thành phần thứ ba: sự hình thành loài. Đây là khi một loài phân nhánh thành hai loài riêng biệt theo thời gian. Bonnet cho biết điều này diễn ra chậm hơn nhiều so với quá trình tiến hóa thích nghi.

Vào đầu đến giữa thế kỷ 20, các nhà khoa học nhận ra rằng quá trình tiến hóa có thể diễn ra nhanh hơn nhiều so với suy nghĩ của Darwin bằng cách sử dụng lý thuyết chọn lọc tự nhiên để làm cho cây trồng ngon hơn chỉ trong bảy năm và thuần hóa chó trong vài thế hệ. Bonnet nói rằng "Chúng tôi đã tạo ra quá trình tiến hóa. Chúng tôi có thể thấy rằng sự thay đổi xảy ra ở quy mô của một vài thế hệ khá ấn tượng".

Quá trình chọn lọc tự nhiên nhanh đến mức nào?

Quá trình chọn lọc nhân tạo này đã đẩy nhanh quá trình tiến hóa, nhưng quá trình này có thể diễn ra nhanh đến mức nào trong tự nhiên?

Để tìm hiểu, Bonnet và một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã phân tích dữ liệu di truyền trong nhiều thập niên của 19 loài chim và động vật có vú. Họ phát hiện ra rằng tốc độ tiến hóa thích nghi nhanh hơn từ hai đến bốn lần so với ước tính trước đây. Cụ thể hơn, mỗi thế hệ đều tăng khả năng sống sót và sinh sản trung bình 18,5% trong điều kiện hoàn toàn ổn định.

Điều này có nghĩa là nếu khả năng sống sót và sinh sản giảm đi một phần ba, quá trình tiến hóa thích nghi sẽ giúp quần thể phục hồi trong ba đến bảy thế hệ. Cừu sừng lớn (Ovis canadensis) đã tiến hóa sừng ngắn hơn 2 cm trong hơn 20 năm hoặc ba thế hệ, vì thợ săn đã nhắm vào những con có sừng lớn hơn. Chuột đồng tuyết (Chionomys nivalis) đã giảm tới 3 gram trong hơn 10 năm hoặc tám thế hệ, có thể là do lượng tuyết rơi thay đổi.

Nhưng trong tự nhiên, điều kiện không bao giờ ổn định.

Bonnet nêu vấn đề: "Chúng ta có những quần thể đang thích nghi, nhưng chúng ta không biết chúng đang thích nghi với điều gì". Ông giải thích rằng sự thay đổi môi trường, cạnh tranh, bệnh tật và con người đều có thể thúc đẩy quá trình tiến hóa nhanh chóng. Ông nói thêm "Sự tiến hóa ở đó để ổn định hoặc ít nhất là tạo bước đệm nhỏ trước những thay đổi đang diễn ra trong môi trường".

Bonnet cho biết biến đổi khí hậu là một động lực chính khác của quá trình tiến hóa thích nghi, nhưng các nhà khoa học không chắc chắn liệu quần thể có thích nghi theo kịp hay không. Khi nhiệt độ, kiểu thời tiết và mực nước biển dâng cao đã thay đổi, một số loài đã phản ứng bằng cách di chuyển đến những nơi mát mẻ hơn hoặc thích nghi với điều kiện nước biển mặn hơn. Tuy nhiên, ông cho biết môi trường có thể đang xấu đi nhanh hơn quá trình tiến hóa.

James Stroud, một nhà sinh học tiến hóa tại Viện Công nghệ Georgia khẳng định: "Tiến hóa luôn diễn ra”.

Stroud đặt vấn đề: “Nếu chọn lọc tự nhiên mạnh mẽ, thì "tại sao mọi thứ không tiến hóa nhanh chóng mọi lúc?". Để giải quyết khúc mắc, ông đã nghiên cứu về chủ đề này và thu được một số kết quả. Ông và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng chọn lọc tự nhiên ở thằn lằn nhiệt đới trong khoảng thời gian ngắn rất năng động nhưng lại đình trệ trong khoảng thời gian dài hơn (hàng triệu năm) đến mức hầu như không có thay đổi nào.

Tốc độ có sự thay đổi

Các nhà khoa học thậm chí đo tốc độ tiến hóa như thế nào? Philip Gingerich, một nhà cổ sinh vật học tại Đại học Michigan, đã phát triển một phương pháp, sử dụng một đơn vị đo lường được gọi là Darwin. Ông phát hiện ra rằng quá trình tiến hóa diễn ra chậm trên thang thời gian dài và nhanh trên thang thời gian ngắn hơn. Thang thời gian ở đây được tính bằng các vạch trên các lớp địa chất.

Michael Benton, một nhà cổ sinh vật học về động vật có xương sống tại Đại học Bristol giải thích: "Tốc độ tiến hóa có thể diễn ra cực kỳ nhanh do sự thay đổi liên tục của môi trường. Nhưng "thang thời gian càng ngắn thì tốc độ càng nhanh và điều này diễn ra sau khi bạn đã hiệu chỉnh theo thời gian".

Stroud và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Miami hiện đang sử dụng kỳ nhông xanh không phải bản địa làm nghiên cứu điển hình cho quá trình tiến hóa nhanh. Những con thằn lằn thích nghi với nhiệt độ ấm áp được biết là bị đóng băng và rơi khỏi cây trong những đợt lạnh bất thường ở Miami.

Stroud kể lại: "Những gì chúng tôi thấy là một số con đã chết, nhưng một số sống sót — và những con sống sót thực sự có thể chịu được nhiệt độ lạnh hơn so với nhiệt độ mà chúng tôi đã đo trước đó. Vì vậy, điều đó cho thấy rằng quá trình tiến hóa có thể đang diễn ra".

Hồ sơ hóa thạch cũng chứa một số manh mối. Trong kỷ Trias (251,9 triệu đến 201,3 triệu năm trước), sau sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi, các loài bò sát biển lớn gọi là ichthyosaur đã tiến hóa thành khổng lồ trong vòng chưa đầy 3 triệu năm. Tốc độ này nhanh hơn cá voi và biến chúng trở thành loài săn mồi hàng đầu trong đại dương.

Benton cho biết thêm các yếu tố như thích nghi với điều kiện mới, lấp đầy hốc sinh thái mới, trốn tránh kẻ săn mồi và cạnh tranh với các loài động vật khác thường làm tăng tốc độ tiến hóa của một loài động vật. Do vậy, Benton kết luận: "Có lẽ câu trả lời là mọi thứ đều có khả năng tiến hóa cực kỳ nhanh, nếu cần thiết".