Shutterstock

Martha Jones: Giống như trong những bộ phim đó: nếu bạn giẫm lên một con bướm, bạn sẽ thay đổi tương lai của loài người.

Bác sĩ: Sau đó, không bước vào bất kỳ con bướm. Những con bướm đã từng làm gì với bạn?

Các nhà văn khoa học viễn tưởng dường như không thể đồng ý về các quy tắc du hành thời gian. Đôi khi, như trong Doctor Who (ở trên), các nhân vật có thể du hành thời gian và ảnh hưởng đến các sự kiện nhỏ mà không xuất hiện để thay đổi tiến trình lớn của lịch sử. Trong những câu chuyện khác, chẳng hạn như Back To The Future, ngay cả những hành động nhỏ nhất của những người du hành thời gian trong quá khứ cũng tạo ra những gợn sóng lớn làm thay đổi tương lai một cách khó lường.

Các nhà sinh học tiến hóa đã tổ chức một cuộc tranh luận tương tự về cách thức tiến hóa hoạt động trong nhiều thập kỷ. Trong 1989 (năm của Back To The Future Part II), nhà nghiên cứu sinh vật học người Mỹ Stephen Jay Gould đã xuất bản cuốn sách vượt thời gian Cuộc sống tuyệt vời của mình, được đặt theo tên bộ phim kinh điển Điều đó cũng liên quan đến du hành thời gian của các loại. Trong đó, ông đã đề xuất một thí nghiệm tư duy: điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể phát lại băng của cuộc sống, tua lại lịch sử tiến hóa và chạy lại nó? Bạn vẫn sẽ xem cùng một bộ phim với tất cả các sự kiện tiến hóa diễn ra như trước chứ? Hay nó sẽ giống như một khởi động lại, với các loài phát triển theo những cách khác nhau?

Câu trả lời của Gould là câu trả lời sau. Theo ông, các sự kiện không thể đoán trước đã đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử tự nhiên. Nếu bạn du hành ngược thời gian và bước lên con bướm đầu tiên (gợi nhớ đến truyện ngắn 1952 Một âm thanh của Thunder bởi Ray Bradbury), sau đó bướm sẽ không tiến hóa nữa.

Điều này được cho là bởi vì sự biến đổi mà chúng ta thấy trong tự nhiên - nhiều đặc điểm vật lý và hình thức hành vi khác nhau mà các dạng sống có thể có - được gây ra bởi các sự kiện di truyền ngẫu nhiên, chẳng hạn như đột biến gen và tái hợp. Chọn lọc tự nhiên lọc biến thể này, bảo tồn và lan truyền các tính năng mang lại cho sinh vật lợi thế sinh sản tốt nhất. Theo quan điểm của Gould, vì một loạt các đột biến dẫn đến con bướm đầu tiên là ngẫu nhiên, chúng sẽ khó xảy ra lần thứ hai.

Tiến hóa hội tụ

Nhưng không phải ai cũng đồng ý với bức tranh này. Một vài nhà khoa học bảo vệ ý tưởng về sự tiến hóa hội tụ của người Viking. Đây là khi các sinh vật không liên quan đến nhau phát triển độc lập các tính năng tương tự để đáp ứng với môi trường của chúng. Ví dụ, dơi và cá voi là những động vật rất khác nhau, nhưng cả hai đã phát triển khả năng để nhìn thấy chú chó bằng cách lắng nghe âm thanh vang vọng xung quanh chúng (định vị bằng tiếng vang). Cả gấu trúc và con người đã tiến hóa ngón cái đối diện. Powered bay đã phát triển ít nhất bốn lần, ở chim, dơi, pterraels và côn trùng như bướm. Và đôi mắt đã phát triển độc lập ít nhất là 50 lần trong lịch sử động vật.

Ngay cả trí thông minh đã phát triển nhiều lần. Nhà nghiên cứu cổ sinh học nổi tiếng Simon Conway-Morris đã từng được hỏi liệu khủng long có trở nên thông minh nếu chúng còn ở đây không. Câu trả lời của anh ấy đó là những thí nghiệm đã được thực hiện và chúng tôi gọi chúng là quạ, đề cập đến thực tế là các loài chim, bao gồm cả loài quạ rất thông minh, phát triển từ một nhóm khủng long.

Sự tiến hóa hội tụ cho thấy rằng có một vài cách tối ưu để loài có thể thích nghi với môi trường của chúng, điều đó có nghĩa là (nếu bạn có đủ thông tin), bạn có thể dự đoán một loài có khả năng tiến hóa trong một thời gian dài. Nếu bạn bước lên con bướm đầu tiên, một loài côn trùng giống bướm khác cuối cùng sẽ tiến hóa bởi vì các đột biến khác cuối cùng sẽ tạo ra các tính năng tương tự sẽ được ưa thích bởi chọn lọc tự nhiên.

A nghiên cứu gần đây trong tạp chí Current Biology dường như đưa ra quy mô ủng hộ tiến hóa hội tụ. Nghiên cứu này điều tra cách những con nhện dính đã phát triển ở Quần đảo Hawaii và cung cấp bằng chứng cho các nhóm động vật bị cô lập, khác biệt phát triển cùng một tính năng một cách độc lập.

Quần đảo thường được gọi là phòng thí nghiệm tự nhiên vì chúng là môi trường khép kín hiệu quả. Mỗi khi một loài xâm chiếm một hòn đảo mới, một thí nghiệm độc lập mới về sự thích nghi sẽ diễn ra. Một ví dụ mang tính biểu tượng là loài chim sẻ thích nghi với các nguồn thực phẩm khác nhau trên mỗi hòn đảo của Galapagos, một thực tế đã giúp Charles Darwin phát triển lý thuyết chọn lọc tự nhiên của mình. Một số trong những quần thể này thậm chí đã bị bắt gặp trong hành động trở thành mới loài chim sẻ.

Hầu hết những con nhện dính trên quần đảo Hawaii có màu cơ thể vàng, tối hoặc trắng như ngụy trang để ẩn nấp trước những kẻ săn mồi, như chim. Các nhà khoa học đã sử dụng DNA của các loài nhện khác nhau để xây dựng lại lịch sử về cách chúng tiến hóa. Họ cho thấy những con nhện đen và nhện trắng đã liên tục tiến hóa từ những con nhện vàng tổ tiên, sáu lần trong trường hợp những con nhện đen và hai lần trong trường hợp của những con nhện trắng.

Cơ hội hay sự cần thiết?

Nghiên cứu này là một ví dụ đáng chú ý về sự tiến hóa hội tụ diễn ra trong cùng một khu vực địa lý. Nó gợi nhớ đến những nghiên cứu kinh điển về Thằn lằn Anolis bởi nhà sinh thái học tiến hóa Jonathan Losos, người nhận thấy thằn lằn trên các đảo Caribbean khác nhau đã phát triển độc lập thích ứng giống nhau nhiều lần. Tất cả điều này cho thấy rằng các dạng sống sống trong một môi trường cụ thể trong một khoảng thời gian đủ dài có khả năng phát triển các tính năng nhất định.

Nhưng bằng chứng cho sự tiến hóa hội tụ không loại trừ vai trò của cơ hội. Không có nghi ngờ rằng đột biến và các biến thể sinh học mà họ tạo ra là ngẫu nhiên. Các sinh vật là một khảm của nhiều tính trạng, mỗi tính trạng có lịch sử tiến hóa khác nhau. Và điều đó có nghĩa là bất cứ thứ gì tiến hóa ở vị trí của con bướm cũng có thể trông không giống hệt nhau.

Bằng chứng không phải là kết luận, nhưng có lẽ cả cơ hội và sự cần thiết đều đóng một vai trò trong quá trình tiến hóa. Nếu chúng ta chạy băng cuộc sống một lần nữa, tôi nghĩ rằng chúng ta sẽ kết thúc với cùng loại sinh vật chúng ta có ngày nay. Có lẽ sẽ có những nhà sản xuất chính chiết xuất chất dinh dưỡng từ đất và năng lượng từ mặt trời, và các sinh vật khác di chuyển xung quanh và ăn những nhà sản xuất chính. Nhiều người trong số này sẽ có mắt, một số sẽ bay và một số sẽ thông minh. Nhưng chúng có thể trông khá khác biệt với thực vật và động vật mà chúng ta biết ngày nay. Thậm chí có thể không có bất kỳ động vật có vú hai chân thông minh.

Vì vậy, trong trường hợp bạn thấy mình du hành ngược thời gian, đừng bước lên bất kỳ con bướm nào.

Giới thiệu về Tác giả

Jordi Paps, Giảng viên, Khoa Khoa học Sinh học, Đại học Essex

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon