Vì sao ngày càng có nhiều loài động vật tiến hóa để thành cua?

Lịch sử phát triển phức tạp của hành tinh chúng ta đã sản sinh ra vô số sinh vật kỳ lạ và tuyệt vời, nhưng không có sinh vật nào gây ra sự tò mò lớn cho các nhà sinh vật học tiến hóa - hoặc các nhà phân loại học chia rẽ - giống như cua.

Khi các nhà nghiên cứu cố gắng phân tích lịch sử tiến hóa của loài cua trong trong một nghiên cứu được công bố vào năm 2021, họ đã đi đến kết luận rằng các đặc điểm xác định tính trạng, cấu trúc cơ thể giống cua đã tiến hóa ít nhất 5 lần riêng biệt giữa các loài giáp xác mười chân trong 250 triệu năm qua.

Quá trình tiến hóa lặp đi lặp lại của một kế hoạch cơ thể giống cua này diễn ra thường xuyên đến mức nó có tên riêng: carcinization.

Carcinization là một ví dụ về một hiện tượng được gọi là  tiến hóa hội tụ, đó là khi các nhóm sinh vật khác nhau tiến hóa độc lập các đặc điểm giống nhau. Đó là lý do cả dơi và chim đều có cánh. Nhưng thật thú vị, việc tiến hóa cơ thể giống cua đã xuất hiện nhiều lần trong số các loài động vật có quan hệ họ hàng rất gần.

Tại sao sự tiến hóa tiếp tục chế tạo và điều chỉnh cơ thể của nhiều sinh vật để giống như cua vẫn còn là một bí ẩn, nhưng chúng ta biết được rằng có hàng nghìn loài cua phát triển mạnh ở hầu hết mọi môi trường sống trên Trái Đất, từ rạn san hô và đồng bằng vực thẳm đến lạch, hang động và rừng.

Cua cũng là một loài rất đa dạng về kích thước cơ thể, loài nhỏ nhất là cua đậu (Pinnothera faba), có kích thước chỉ vài milimet, trong khi con lớn nhất, cua nhện Nhật Bản (Macrocheira kaempferi), dài gần 4 mét khi đo giữa hai càng.

Với sự phong phú về loài, sự đa dạng về hình dạng cơ thể và hồ sơ hóa thạch phong phú, cua là một nhóm sinh vật lý tưởng để nghiên cứu xu hướng đa dạng sinh học theo thời gian.

Các loài giáp xác đã nhiều lần chuyển từ hình dạng cơ thể hình trụ với chiếc đuôi lớn - đặc trưng của tôm hoặc tôm hùm - sang hình dạng phẳng hơn, tròn hơn, giống cua hơn với chiếc đuôi cụp bên dưới bụng. 

Kết quả là nhiều loài giáp xác đã tiến hóa để có vẻ ngoài rất giống cua, chẳng hạn như cua hoàng đế, chúng có cấu tạo cơ thể giống cua, nhưng thực ra loài này lại thuộc về một nhóm giáp xác có họ hàng gần được gọi là "cua giả".

Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa "cua thật" và "cua giả" là số chân đi bộ của chúng: cua thật có bốn cặp chân, trong khi cua giả chỉ có ba chân.

Cả cua thật và cua giả đều tiến hóa lớp vỏ trên rộng, phẳng, cứng và cụp đuôi độc lập với nhau, từ một tổ tiên chung không có những đặc điểm đó, theo một phân tích được công bố vào tháng 3 năm 2021, do nhà sinh vật học tiến hóa Joanna Wolfe của Đại học Harvard dẫn đầu.

Cũng như nhiều chủ đề khác, các nhà sinh vật học tiến hóa có rất nhiều ý tưởng để giải thích cho điều này, nhưng ở thời điểm hiện tại vẫn không có câu trả lời chắc chắn nào về hiện tượng carcinization.

Khi một tính trạng xuất hiện ở một loài động vật và tồn tại qua nhiều thế hệ, đó là dấu hiệu cho thấy tính trạng đó có lợi cho loài. Đó là nguyên tắc cơ bản của chọn lọc tự nhiên. Động vật có dạng cua có nhiều kích cỡ và phát triển mạnh trong nhiều môi trường sống, từ núi đến biển sâu. Joanna Wolfe cho biết, sự đa dạng của chúng khiến việc xác định một lợi ích chung duy nhất cho cấu trúc cơ thể của chúng trở nên khó khăn.

Wolfe và các đồng nghiệp đã đưa ra một số khả năng trong một bài báo năm 2021 trên tạp chí  BioEssays. Ví dụ, phần đuôi cụp vào của cua, so với đuôi của tôm hùm, có thể làm giảm lượng thịt dễ bị tổn thương mà những kẻ săn mồi có thể tiếp cận được. Và lớp vỏ tròn, phẳng có thể giúp cua lật sang một bên hiệu quả hơn so với thân tôm hùm hình trụ.

Nhưng cần nhiều nghiên cứu hơn để kiểm tra những giả thuyết đó, Wolfe nói. Cô ấy cũng đang cố gắng sử dụng dữ liệu di truyền để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các loài giáp xác mười chân khác nhau, để xác định chính xác hơn thời điểm các dòng "cua" khác nhau tiến hóa và phân biệt các yếu tố thúc đẩy quá trình carcinization.

Hầu hết những loài đã trải qua quá trình carcinization đều phát triển lớp vỏ cứng, bị vôi hóa để bảo vệ chúng khỏi những kẻ săn mồi - một lợi thế rõ ràng - nhưng sau đó đã có một số loài cua từ bỏ lớp bảo vệ này mà không rõ lý do.

Đi ngang, có vẻ ngớ ngẩn, tuy nhiên điều này lại có nghĩa là cua cực kỳ nhanh nhẹn, có thể thoát ra nhanh chóng theo cả hai hướng mà không mất dấu kẻ săn mồi, nếu chúng xuất hiện. Nhưng việc đi ngang không được quan sát thấy ở tất cả các dòng cua trải qua quá trình carcinization (có những loài cua nhện đi về phía trước ) và một số cua ẩn sĩ không trải qua quá trình carcinization cũng có thể đi ngang.