Khi một vùng hồ ô nhiễm gần Seattle được tiến hành tẩy sạch, một loài cá nhỏ đầy gai được gọi là cá gai nước ngọt phải “tiến hóa ngược” để sinh tồn.
Vào những năm 50, Hồ Washington, một vùng hồ trên đất liền song song với Bờ biển Thái bình dương của bang Washington, hứng chịu khoảng 76 triệu lít nước thải chứa phốt-pho một ngày. Trước thập kỷ 60, nó trở thành một hồ nước thải rộng 121.400 héc-ta. Sau đó một dự án tẩy sạch trị giá 140 triệu đô-la vào giữa những năm 60 biến hồ nước này thành thiên đường tinh khôi của những người chèo thuyền ngày nay.
Nhưng sự hồi phục của hồ nước gây nguy hiểm cho ít nhất một loài: cá gai 3 ngạnh. Giống cá nhỏ này trước đây lẩn trốn ở độ sâu tối tăm bỗng dưng nằm trong tầm quan sát rõ ràng của loài cá hồi sát thủ.
Các nhà nghiên cứu hiện cho rằng hiểm nguy từ các loài săn mồi đẩy loài cá vào quá trình tiến hóa nhanh chóng trở về một dạng sống cổ xưa hơn của chính nó. Theo Katie Peichel, nhà sinh vật tại Trung tâm nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson ở Seattle, cho biết cá gai hồ Washington ngày nay là một bước thụt lùi so với tổ tiên của chúng, mọc vảy cứng để phòng vệ.
“Chúng tôi gọi đó là ‘tiến hóa ngược’ vì loài cá gai đang chuyển đổi về hình dạng của loài tổ tiên, tức loài cá gai biển, cư dân gốc của hồ.”
Peichel là đồng tác giả của một công trình mới về loài cá gai đăng tải trên ấn bản ngày 20 tháng 5 của tờ Current Biology.
Bức ảnh so sánh cá gai từ hồ Washington năm 1957 với cá năm 2006 trong cùng hồ nước trên. (Ảnh: Katie Peichel/Fred Hutchinson) |
Tiến hóa ngược
Không có nhiều bằng chứng tiến hóa ngược được ghi nhận lại nhưng theo Peichel “có lẽ vì người ta không thực sự chú ý.” Đối với trường hợp cá gai, trở lại hình mẫu cổ xưa là có lý.
Khi hồ Washington bị ô nhiễm, tầm nhìn khoảng 76cm. Cá gai không cần lớp giáp để bảo vệ chúng vì rác che chở cho chúng khỏi tầm quan sát của kẻ săn mồi. Vào năm 1968, sau khi quá trình tẩy sạch được hoàn tất, độ trong của nước hồ đạt độ sâu 3m. Ngày nay nó đạt 7,6m.
Trước khi tẩy hồ, chỉ có 6% số cá mọc vảy hoàn toàn. Hiện nay khoảng 49% mọc vảy hoàn toàn với những mẩu vảy xương bảo vệ cơ thể từ đầu đến đuôi. Khoảng 35% mọc vảy cục bộ ở khoảng phân nửa cơ thể. Sự thích nghi nhanh chóng và ấn tượng này là ví dụ của tiến hóa ngược vì cá gai thường tiến hóa theo chiều hướng ít vảy hơn, chứ không phải nhiều hơn.
Tiến hóa tốc độ nhanh
Tốc độ tiến hóa là điều gây ấn tượng với Peichel nhất. “Sự thay đổi lớn nhất diễn ra vào giữa năm 1968/1969 và 1976. Tốc độ này thực sự nhanh.”
Cá gai ở hồ Washington chứa ADN từ loài nước mặn, loài có xu hướng vảy hoàn toàn, và cá gai nước ngọt, loài có xu hướng có vảy ít hơn.
“Có nhiều biến thể gien trong cộng đồng loài cá có nghĩa là nếu môi trường thay đổi, có thể có biến thể gien nào đó thích hợp hơn với môi trường mới và vì thế mà tự nhiên chọn nó. Biến thể gien làm tăng khả năng tồn tại của loài.”
Cá gai hồ Washington có số đời cách tổ tiên của chúng tương tự như số đời ở người – tức khoảng 10.000 đời. Với vị trí là một loài trong tự nhiên, loài người đối mặt với áp lực chọn lọc đòi hỏi sự thích nghi tương tự. Ví dụ, “người ở các vùng miền bắc có làn da sáng màu hơn, và ngày nay những người này có nguy cơ mắc những bệnh như ung thư da."
Công trình nghiên cứu cá gai không đưa ra phép chữa trị hiện tượng dễ ung thư như trên ở người. Nhưng người và cá gai chia sẻ một loại gien Eda hình thành nên vảy cá. Ở người, đột biến đối với Eda có thể thay đổi da, răng và tóc.
Tiếp tục quan sát
Andrew Hendry, nhà sinh vật học tại ĐH McGill ở Montreal, cho biết công trình này là một bài học quý giá trong ngành sinh học tiến hóa.
“Đối với tôi, nó chứng minh con người có thể ảnh hưởng sâu sắc đến tốc độ và chiều hướng của tiến hóa ở những sinh vật mà chúng ta tiếp xúc.”
Micheal A. Bell, nhà sinh thái học tại ĐH Stony Brook ở New York, cho biết công trình này “ghép với nhau tạo thành một câu chuyện hấp dẫn.”
Tuy nhiên, cũng còn có điểm chưa thỏa đáng.
“Ở phía tây Bắc Phi, có những hồ nước nước trong đối với cả cá gai và cá săn mồi nhưng chúng không mọc vảy toàn thân. Có lẽ các tác giả đúng, hoặc có những tác động môi trường khác mà họ chưa tính đến.”
Về phần mình, Peichel nhìn ra những cơ hội để nghiên cứu trong phạm vi hồ Washington. “Chúng tôi sẽ tiếp tục bằng việc quan sát những đặc điểm khác có vẻ đã thay đổi ở loài cá gai, như kích cỡ và nghiên cứu cơ sở di truyền của những thay đổi này.”
Một công trình mới cho rằng loài cá gai có lẽ đã “tiến hóa ngược” ở hồ Washington, mọc nhiều vảy hơn để bảo vệ bản thân sau khi sự tẩy sạch hồ khiến chúng bị cá săn mồi quan sát rõ hơn.