Tiến hóa có thể phát triển với tốc độ nhanh như thế nào?

Tiến hóa, theo định nghĩa khoa học, là sự thay đổi dần dần về gen hoặc ngoại hình của một loài qua các thế hệ. Động lực chính của quá trình này là chọn lọc tự nhiên, nơi các cá thể có đặc điểm có lợi sẽ tồn tại và sinh sản nhiều hơn, từ đó truyền những đặc điểm này cho thế hệ sau. Quá trình này, khi kéo dài qua nhiều thế hệ, sẽ dẫn đến cái mà các nhà sinh học gọi là tiến hóa thích nghi – sự thay đổi của một loài để phù hợp hơn với môi trường sống.

Timothée Bonnet, một nhà sinh vật học tiến hóa từ Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp, giải thích rằng sự kết hợp giữa chọn lọc tự nhiên và tiến hóa thích nghi cho phép các loài theo dõi những biến đổi của môi trường. Một ví dụ điển hình là các loài chim sẻ Darwin ở quần đảo Galapagos. Chỉ trong vòng vài thập kỷ, các loài này đã tiến hóa các hình dạng và kích cỡ mỏ khác nhau để thích nghi với các loại thức ăn khác nhau, từ hạt cứng đến côn trùng. Khám phá này trở thành nền tảng cho nhiều nghiên cứu về tốc độ tiến hóa, đặc biệt sau khi cuốn sách "The Beak of a Finch" ra đời vào năm 1994, nêu rõ những tiến bộ đáng kể trong việc hiểu tiến hóa.

Mặc dù tiến hóa thích nghi có thể diễn ra nhanh chóng, nhưng một quá trình khác, chậm hơn rất nhiều, là sự hình thành loài. Hình thành loài là quá trình mà một loài duy nhất dần dần tách thành hai loài khác nhau do những khác biệt di truyền và môi trường. Bonnet cho rằng sự hình thành loài diễn ra với tốc độ chậm hơn nhiều so với tiến hóa thích nghi, và do đó, việc chứng kiến sự ra đời của một loài mới là một sự kiện hiếm hoi trong lịch sử tự nhiên.

Tuy nhiên, vào đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học bắt đầu nhận ra rằng sự tiến hóa có thể diễn ra nhanh hơn nhiều so với quan niệm của Darwin. Họ đã sử dụng lý thuyết chọn lọc tự nhiên để cải tiến cây trồng và vật nuôi trong một khoảng thời gian ngắn. Chẳng hạn, việc thuần hóa chó và gia súc diễn ra chỉ trong vài thế hệ, với những thay đổi rõ rệt về ngoại hình và hành vi. Bonnet nhấn mạnh rằng đây là ví dụ về tiến hóa nhân tạo – một quá trình mà con người có thể điều khiển tốc độ tiến hóa bằng cách chọn lọc những đặc điểm mong muốn.

Vậy, tiến hóa có thể diễn ra nhanh như thế nào nếu không có sự can thiệp của con người? Để trả lời câu hỏi này, Bonnet và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trên 19 loài chim và động vật có vú. Họ phân tích dữ liệu di truyền thu thập qua hàng thập kỷ để đo lường tốc độ tiến hóa trong môi trường tự nhiên. Kết quả thật đáng kinh ngạc: tốc độ tiến hóa thích nghi có thể nhanh hơn từ hai đến bốn lần so với ước tính trước đó. Trong điều kiện ổn định, tỷ lệ sống và sinh sản của các loài tăng trung bình 18,5% mỗi thế hệ.

Ví dụ, trong suốt 20 năm, những con cừu bighorn ở Bắc Mỹ đã phát triển những chiếc sừng ngắn hơn 0,7 inch do áp lực săn bắt của con người, khi các thợ săn thường nhắm vào những con có sừng lớn. Tương tự, loài chuột đồng tuyết đã giảm trọng lượng 0,1 ounce trong suốt 10 thế hệ, có thể là do sự thay đổi về môi trường sống, bao gồm cả lượng tuyết rơi. Những thay đổi này diễn ra nhanh chóng trong bối cảnh của hàng thập kỷ, nhưng trong tự nhiên, các điều kiện thường không ổn định và đầy biến động.

Một trong những động lực lớn nhất của tiến hóa thích nghi trong thời hiện đại là biến đổi khí hậu. Khi nhiệt độ toàn cầu, kiểu thời tiết và mực nước biển thay đổi, nhiều loài phải đối mặt với áp lực thích nghi hoặc di cư để tìm kiếm môi trường sống mới. Tuy nhiên, các nhà khoa học lo ngại rằng tốc độ suy thoái môi trường hiện tại có thể vượt xa tốc độ tiến hóa của các loài. Bonnet cảnh báo rằng, trong nhiều trường hợp, sự thay đổi môi trường diễn ra quá nhanh, khiến cho tiến hóa không thể theo kịp, dẫn đến nguy cơ tuyệt chủng của nhiều loài.

James Stroud, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Georgia Tech, cũng đồng tình với quan điểm này. Ông đặt câu hỏi, nếu chọn lọc tự nhiên là mạnh mẽ và có tác động lớn đến sự sống còn của các loài, tại sao không phải lúc nào tiến hóa cũng diễn ra nhanh chóng? Nghiên cứu của Stroud và các đồng nghiệp trên loài thằn lằn nhiệt đới cho thấy rằng, mặc dù chọn lọc tự nhiên có thể dẫn đến những thay đổi nhanh chóng trong các thế hệ ngắn, nhưng trên thang thời gian dài hơn, những thay đổi này bị giảm đi do những yếu tố khác như ổn định môi trường và sự can thiệp của các loài cạnh tranh.

Vậy làm thế nào để các nhà khoa học đo lường được tốc độ tiến hóa? Philip Gingerich, một nhà cổ sinh vật học tại Đại học Michigan, đã phát minh ra một phương pháp sử dụng một đơn vị đo lường được gọi là "Darwin" để ước tính tốc độ tiến hóa. Kết quả nghiên cứu của ông cho thấy rằng tiến hóa diễn ra nhanh chóng trên quy mô thời gian ngắn, nhưng chậm lại đáng kể khi xét trên hàng triệu năm.

Nghiên cứu về hồ sơ hóa thạch cũng cung cấp bằng chứng cho tốc độ tiến hóa nhanh trong một số trường hợp đặc biệt. Ví dụ, trong kỷ Trias, các loài bò sát biển lớn như ichthyosaurs đã tiến hóa kích thước khổng lồ trong vòng chưa đầy 3 triệu năm sau sự kiện tuyệt chủng Permi. Những thay đổi này có thể do nhu cầu sinh tồn trong môi trường khắc nghiệt, tránh kẻ săn mồi và tìm kiếm nguồn thức ăn mới.

Những phát hiện mới về tốc độ tiến hóa cho thấy rằng tiến hóa có thể diễn ra nhanh hơn nhiều so với những gì Darwin từng tưởng tượng. Dù vậy, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thay đổi môi trường, áp lực sinh tồn và cạnh tranh giữa các loài. Trong bối cảnh hiện tại, biến đổi khí hậu đang tạo ra những thay đổi lớn, buộc nhiều loài phải thích nghi nhanh chóng hoặc đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng.

Tiến hóa không chỉ là một quá trình của quá khứ mà nó đang diễn ra mọi lúc, ở mọi nơi trong tự nhiên. Tuy nhiên, liệu các loài có thể theo kịp tốc độ thay đổi môi trường hay không vẫn là một câu hỏi mở mà các nhà khoa học đang cố gắng giải đáp.