Phát hiện sự “tiến hóa ngược” trên một loài cá ở Seattle

Phát hiện sự “tiến hóa ngược” trên một loài cá ở Seattle
Anne Minard – www.nationalgeographic.com

Vào những năm 1950, hồ Washington, hồ nội địa song song với bờ biển bang Washington, thu nhận 76 triệu lít nước thải phốt-pho mỗi ngày.

Sau đó một ngân sách đặc biệt gồm 140 triệu đô la được bỏ ra để nạo vét hồ vào giữa những năm 1960 biến hồ nước thành thiên đường du thuyền thơ mộng như chúng ta thấy ngày nay.

Nhưng sự phục hồi của hồ nước ít nhất đã đặt một loài vào hoàn cảnh sinh tồn: loài cá gai lưng (stickleback).

Loài cá nhỏ này vốn thường ẩn náu trong lớp bùn, bỗng nhiên hiện rõ trong tầm quan sát của các loài săn mồi chẳng hạn như cá hồi.

Các nhà nghiên cứu hiện tin tưởng rằng sự đe dọa của cá săn mồi đã thúc đẩy tốc độ tiến hóa của chúng theo chiến thuật cũ của chính mình.

Theo Katie Peichel, nhà sinh học thuộc Trung Tâm Nghiên Cứu Ung Thư Hutchinson ở Seattle, cá gai lưng ngày nay ở hồ Washington tiến hóa tương tự như tổ tiên của chúng tức phát triển các tấm giáp để bảo vệ cơ thể.

Bà nói “chúng tôi gọi đây là hiện “tượng tiến hóa ngược” (reverse evolution) bởi vì cá gai lưng biến đổi hình dạng thành kiểu hình của tổ tiên [hay bề ngoài] giống như những con cá gai lưng nước mặn vốn là cư dân gốc của quần thể sinh vật trong hồ”.

Peichel là đồng tác giả của nghiên cứu mới về loài cá gai lưng đăng trên tạp chí Current Biology, ngày 20 tháng 5 năm 2008.


Hình so sánh cá gai lưng (stickleback) ở hồ Washington vào năm 1957 với cá cùng hồ vào năm 2006. Nghiên cứu mới dự đoán rằng loài cá này có thể đã “tiến hóa ngược” (reverse evolution) ở hồ Washington, bằng cách phát triển tấm giáp để bảo vệ cơ thể sau khi hồ được nạo vét khiến cho chúng dễ bị các loài săn mồi phát hiện.

Sự tiến hóa ngược
Peichel nói “không có nhiều tài liệu chứng minh cho hiện tượng tiến hóa ngược trong tự nhiên, nhưng có lẽ bởi vì mọi người chưa thực sự quan tâm đến chúng mà thôi”.

Khi hồ Washington bị ô nhiễm, tầm nhìn xa chỉ khoảng 76 cm. Vào năm 1968, sau khi việc nạo vét hoàn tất, tầm nhìn xa lên đến 3 m. Ngày nay nó đạt đến 7.6 m.

Trước khi nạo vét, chỉ 6% cá phủ giáp. Ngày nay 49% cá phủ giáp toàn thân với những tấm xương bảo vệ từ đầu đến đuôi. Khoảng 35% cá phủ giáp một phần, tức khoảng một nửa thân.

Nhóm nghiên cứu cho rằng sự thích nghi một cách nhanh chóng và ấn tượng này minh chứng cho sự tiến hóa ngược bởi vì cá gai lưng thường tiến hóa theo hướng phủ giáp ít đi.

Sự tiến hóa nhanh chóng
Tốc độ thích nghi là điều gây ấn tượng nhất đối với Peichel. Bà nói “sự biến đổi lớn nhất xảy ra trong khoảng thời gian từ 1968/1969 đến 1976, điều này thực sự nhanh!”.

Theo bà, cá gai lưng ở hồ Washington mang DNA của cả cá biển, vốn có xu hướng phủ giáp toàn thân, và cá nước ngọt, có xu hướng bỏ bớt giáp.

“Sự đa dạng về di truyền trong quần thể có nghĩa rằng khi môi trường thay đổi, nhiều khả năng một vài gen nào đó đáp ứng tốt hơn với môi trường mới và vì vậy, tự nhiên sẽ lựa chọn chúng”.

“Nhìn chung, đa dạng di truyền làm gia tăng cơ hội tồn tại của một loài.”

Bà nói rằng con người và cá gai lưng ở hồ Washington ngày nay khác với tổ tiên tương ứng của mình khoảng 10.000 thế hệ trước.

Với tư cách là một loài, con người cũng phải đối mặt với áp lực của chọn lọc tự nhiên từ đó làm phát sinh các chiến lược thích nghi khác nhau.

Ví dụ, “người ở bắc bán cầu có màu da sáng, và ngày nay họ phải đối mặt với những vấn đề chẳng hạn như ung thư da”. Pleichel nói rằng nghiên cứu về cá gai lưng không giúp tìm ra cách chữa trị cho chứng dễ mắc bệnh ung thư bẩm sinh ở con người.

Bà giải thích rằng con người và cá gai lưng đều có một gen, gọi là Eda, gen này tạo ra lớp giáp trên mình cá gai lưng. Nhưng ở con người, đột biến của gen Eda giúp hình thành da, răng và lông tóc.

Thảo luận
Andrew Hendry, nhà sinh học thuộc trường đại học McGill ở Montreal nói rằng nghiên cứu này là một giáo trình quý giá về mặt sinh học tiến hóa.

“Theo tôi, nó cho thấy làm thế nào mà con người có thể tác động một cách đáng kể lên tốc độ và quỹ đạo tiến hóa của những vật thể sống mà chúng ta tương tác với”.

Michael A. Bell, nhà sinh thái thuộc trường đại học Stony Brook ở New York phát biểu trên báo chí rằng “tóm lại đây là một câu chuyện thú vị”.

Ông cho rằng vai trò của gen Eda đã được khẳng định và các nhà nghiên cứu đã nỗ lực hết sức để chứng minh rằng sự thay đổi nhanh chóng ở cá gai lưng là tác động trực tiếp từ loài săn mồi.

Nhưng ông thấy có ngoại lệ “ở vùng cực tây Bắc Mỹ, có những hồ nước trong khác với quần thể cá gai lưng và săn mồi, và chúng không hoàn toàn phủ giáp”.

“Có lẽ các bạn đã đúng hoặc có lẽ còn một số yếu tố về môi trường quan trọng khác nữa mà các bạn đã không tính đến”.

Về phần mình, Peichel thấy cần có thêm cơ hội để nghiên cứu bên trong hồ Washington.

Bà nói “kế tiếp chúng tôi mong sẽ phát hiện được những đặc điểm bị biến đổi khác nữa ở cá gai lưng chẳng hạn như kích thước và tiến hành khảo sát những gen có liên quan”.

Ngày 20 tháng 5 năm 2008.