Cấu trúc bàn tay của linh trưởng và loài gặm nhấm khá giống nhau: Liệu đây có phải là sự tiến hóa hội tụ, hay chúng thực sự gần nhau trên cây tiến hóa?

Gốc rễ chung: Mối quan hệ "họ hàng" xa xưa

Đầu tiên, xét theo góc độ tiến hóa vĩ mô, loài linh trưởng và loài gặm nhấm thực sự có quan hệ họ hàng gần gũi hơn nhiều nhóm động vật có vú khác. Các nghiên cứu hệ thống phân tử hiện đại đã phân loại một cách thuyết phục linh trưởng và loài gặm nhấm vào một siêu nhánh chung gọi là Euarchontoglires.

Điều này có nghĩa là chúng có chung một tổ tiên sống vào cuối kỷ Phấn trắng hoặc đầu kỷ Paleocen, khoảng 66 triệu năm trước, ngay sau sự tuyệt chủng của khủng long.

Tổ tiên chung này, có thể là một loài giống chuột chù cây hoặc loài gặm nhấm hiện đại với ngoại hình giống sóc, đã sở hữu một dạng "bàn tay" hay chi trước với cấu trúc năm ngón (pentadactyly) đặc trưng của động vật có vú.

Chi trước này có mức độ linh hoạt cho phép chúng di chuyển, đào bới và thực hiện các thao tác cầm nắm thô sơ trong môi trường trên cạn và trên cây phức tạp. Do đó, bản thiết kế cơ bản của cấu trúc bàn tay linh trưởng và loài gặm nhấm: nhiều ngón tay cử động được, lòng bàn tay và xương cổ tay nối liền là những đặc điểm tương đồng có nguồn gốc từ một tổ tiên chung, là cơ sở nền tảng cho sự tương đồng của chúng.

Sự phân hóa: Khi linh trưởng và loài gặm nhấm đi theo những con đường riêng

Tuy nhiên, bắt đầu từ điểm khởi đầu chung này, hai nhóm chính đã đi theo những con đường tiến hóa hoàn toàn khác nhau. Dòng tiến hóa của loài linh trưởng gắn liền với đời sống trên cây, và nhu cầu về khả năng cầm nắm đã được nâng lên mức chưa từng có.

Bàn tay của con người là một kiệt tác của kỹ thuật sinh học, sở hữu ngón cái đối diện hoàn toàn, cho phép tiếp xúc chính xác với đầu ngón tay của bốn ngón còn lại, tạo nên một "cầm nắm chính xác" vô song. Khả năng này là cơ sở để chế tạo và sử dụng các công cụ phức tạp.

Tương tự, bàn tay của tinh tinh cũng có khả năng cầm nắm nhưng thích nghi với phương pháp di chuyển "đi bằng khớp ngón tay", khiến ngón cái của chúng ngắn hơn và khả năng cầm nắm yếu hơn. Thậm chí, loài khỉ aye-aye Madagascar còn có ngón giữa tiến hóa thành một loài dài và mảnh bất thường, chuyên dùng để gõ vào thân cây tìm ấu trùng.

Ngược lại, loài gặm nhấm đã phân bố rộng khắp các hốc sinh thái trên khắp thế giới, và bàn chân trước của chúng đã tiến hóa với nhiều hình thái khác nhau.

Ví dụ, chuột nâu có ngón cái rất ngắn và không thể cầm nắm được, chức năng chính của bàn chân là hỗ trợ đào bới và giữ thức ăn. Sóc sống trên cây lại có móng vuốt dài và sắc nhọn để bám chắc, và sự khéo léo của chúng khi ăn hạt là sự kết hợp giữa sức mạnh của cả hai bàn tay và sự ổn định của móng vuốt, chứ không phải sự phối hợp tinh tế giữa các ngón tay.

Hải ly bán thủy sinh có bàn chân trước ngắn, khỏe, dùng để đào hang, mang vác và xây đập. Mặc dù tất cả chúng đều có chung đặc điểm nguyên thủy là móng vuốt, nhưng hành vi thao túng của chúng phụ thuộc nhiều vào sự phối hợp hai tay hơn là khả năng nắm bắt tinh tế bằng một tay như linh trưởng.

"Hội tụ" ở cấp độ thần kinh: Giải thích sự tương đồng chức năng

Vậy, làm thế nào chúng ta hiểu được sự tương đồng trực quan này giữa hai loài? Đây chính là lúc thuyết tiến hóa hội tụ phát huy tác dụng. Mặc dù cấu trúc xương cơ bản là tương đồng và các con đường tiến hóa sau đó phân kỳ, linh trưởng và loài gặm nhấm đã tiến hóa độc lập các giải pháp tương tự, được thúc đẩy bởi nhu cầu chức năng chung là thao tác với các vật thể nhỏ (đặc biệt là thức ăn).

Sự hội tụ này chủ yếu thể hiện ở mức độ kiểm soát thần kinh và cơ sinh học. Nghiên cứu khoa học thần kinh gần đây đã tiết lộ rằng cả linh trưởng và động vật gặm nhấm đều sở hữu những vùng chuyên biệt và rộng lớn trong vỏ não, chịu trách nhiệm kiểm soát các chuyển động tinh tế của chi trước.

Đặc biệt, đường dẫn truyền vỏ não tủy sống, nối trực tiếp từ vỏ não đến các tế bào thần kinh vận động tủy sống, được coi là một đường dẫn thần kinh quan trọng để đạt được các chuyển động tinh tế có chủ ý.

Mặc dù các loài gặm nhấm có kết nối nơ-ron vận động vỏ não trực tiếp kém phát triển hơn nhiều so với các loài linh trưởng, nhưng chúng cũng đã phát triển một bộ mạch thần kinh hiệu quả có thể điều chỉnh chính xác các chuyển động của bàn chân trước thông qua mạng lưới phức tạp các nơ-ron trung gian tủy sống.

Sự hội tụ chức năng này ở cấp độ hệ thần kinh cho phép các "bàn tay" với các nền tảng cấu trúc khác nhau thực hiện các nhiệm vụ phức tạp tương tự. Khi một con chuột cầm thức ăn bằng hai chân trước và đưa lên miệng, hay một con sóc lật hạt, sự ổn định và phối hợp mà nó thể hiện rất giống với chức năng của một con khỉ cầm trái cây bằng tay và ăn.

Điều này là do cả hai đều phải đối mặt với cùng một thách thức về mặt thể chất: làm thế nào để giữ, định vị và xử lý một vật thể tương đối nhỏ so với kích thước của nó một cách ổn định. Để giải quyết vấn đề này, quá trình tiến hóa đã "chọn lọc" một cách tình cờ để tăng cường độ chính xác của hệ thần kinh trong việc kiểm soát chi trước.

Tóm lại, sự tương đồng về cấu trúc bàn tay giữa loài linh trưởng và loài gặm nhấm là kết quả phức tạp của hoạt động kết hợp của ba cơ chế tiến hóa: đồng dạng (từ tổ tiên chung), phân kỳ (phát triển các hình thái khác nhau) và hội tụ (độc lập phát triển các giải pháp chức năng tương tự).