Điều bất ngờ từ chọn lọc tự nhiên: Bài học tiến hóa từ loài thằn lằn hoang dã ở Florida

Các quan sát dài hạn về thằn lằn thách thức hiểu biết truyền thống về chọn lọc tự nhiên, cho thấy các loài có thể tiến hóa trong khi vẫn duy trì vẻ ngoài nhất quán. Nhiều loài thay đổi rất ít trong thời gian dài. Các nhà sinh vật học thường sử dụng cùng một lời giải thích cho lý do tại sao điều này xảy ra: chọn lọc tự nhiên ưu ái những cá thể có đặc điểm ôn hòa hơn. Những cá thể có những đặc điểm cực đoan hơn, chẳng hạn như chân tay dài hơn, thường gặp bất lợi, trong khi những cá thể ôn hòa hoặc trung bình hơn có nhiều khả năng sống sót và sinh sản hơn, truyền lại những đặc điểm chung của chúng.

Nghiên cứu mới cung cấp những hiểu biết mới về sự trì trệ trong quá trình tiến hóa bằng cách nghiên cứu cách thằn lằn tồn tại trong môi trường sống tự nhiên của chúng. Trái ngược với sự hiểu biết thông thường, nghiên cứu này phát hiện ra rằng chọn lọc tự nhiên hiếm khi duy trì các đặc điểm trung bình của loài. Thay vào đó, nó tiết lộ rằng những đặc điểm giúp sinh tồn thay đổi theo từng năm, nhưng nhìn chung, hình dáng của loài hầu như không thay đổi theo thời gian.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới của Đại học Washington ở St. Louis và Viện Công nghệ Georgia đã đưa ra lời giải thích toàn diện hơn về quá trình tiến hóa giữa các loài cùng tồn tại. Bằng cách đo trực tiếp khả năng sống sót lâu dài của thằn lằn trong tự nhiên, các nhà khoa học phát hiện ra rằng mỗi loài cùng tồn tại chiếm một "đỉnh thích nghi" duy nhất, được hiểu rõ nhất là một phần của "bề mặt thích nghi" hay cảnh quan của toàn bộ cộng đồng.

Nghiên cứu do James Stroud thuộc Viện Công nghệ Georgia dẫn đầu, đã được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia vào tuần này.

Chụp ảnh chân thằn lằn có độ phân giải cao để đo kích thước miếng lót chân dính kỹ thuật số. Nguồn hình ảnh: Day'sEdgeProd

Jonathan Losos, giáo sư sinh học tại trường Cao đẳng Khoa học và Nghệ thuật và Giáo sư Đại học Xuất sắc William H. Danforth tại Đại học Washington, cho biết: "Nếu loài thích nghi với môi trường và môi trường không thay đổi thì bạn sẽ không mong đợi loài đó sẽ thay đổi. Tuy nhiên, khi các nhà khoa học nghiên cứu về chọn lọc tự nhiên, họ hiếm khi tìm thấy điều này. bắt đầu nghiên cứu chọn lọc tự nhiên ở một sinh vật mà chúng ta rất quen thuộc: thằn lằn Anolis, đo lường sự chọn lọc trong nhiều năm để cố gắng hiểu điều gì đang diễn ra "

Stroud, lúc đó là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Losos tại Đại học Washington, đã phát hiện ra bốn loài thằn lằn đào hang khác nhau cùng sống trên một hòn đảo trong hồ tại Vườn Bách thảo Nhiệt đới Fairchild gần Miami.

Anh ấy đã bắt được hàng nghìn con thằn lằn riêng lẻ trên đảo, gắn thẻ riêng lẻ cho chúng và đo tỷ lệ cơ thể của chúng. Stroud sau đó cứ sáu tháng lại bắt lại tất cả thằn lằn trên đảo trong hai năm rưỡi, đủ thời gian để chúng sinh ra hai hoặc ba thế hệ thằn lằn.

James Stroud bắt một con thằn lằn bằng cách sử dụng một sợi dây thòng lọng nhỏ gắn vào cần câu. Nguồn hình ảnh: Day'sEdgeProds

Những con thằn lằn mới có vẻ là trẻ em trên đảo. Nếu một con thằn lằn biến mất khỏi danh sách điều tra dân số của mình, Stroud có thể chắc chắn rằng nó đã chết vì hồ xung quanh chứa đầy cá săn mồi. Bằng cách xác định loài thằn lằn nào sống sót từ năm này sang năm tiếp theo, các nhà nghiên cứu có thể đánh giá liệu tỷ lệ sống sót có liên quan đến các đặc điểm thể chất mà chúng đo được hay không, chẳng hạn như chiều dài chân.

Losos cho biết: "Điều đặc biệt trong nghiên cứu này là chúng tôi đồng thời đo lường sự chọn lọc tự nhiên ở bốn loài cùng tồn tại, đây là điều mà rất ít người có thể làm được. Thật trùng hợp, đúng lúc bài báo của chúng tôi được xuất bản, một nhóm nghiên cứu khác đã công bố một nghiên cứu tương tự về loài chim sẻ Galapagos nổi tiếng của Darwin, "

.Ở loài thằn lằn Florida, Losos và Stroud phát hiện ra rằng các hình thức chọn lọc tự nhiên ổn định - việc duy trì các đặc điểm trung bình giống nhau giữa các loài - là cực kỳ hiếm. Trên thực tế, chọn lọc tự nhiên thay đổi đáng kể theo thời gian. Trong một số năm, thằn lằn có chân dài sống sót tốt hơn và trong những năm khác, thằn lằn có chân ngắn sống sót tốt hơn. Những lần khác, không có mô hình rõ ràng nào cả.

Stroud cho biết: "Kết quả hấp dẫn nhất là chọn lọc tự nhiên thay đổi rất nhiều theo thời gian. Chúng ta thường thấy rằng hướng chọn lọc có thể bị đảo ngược hoàn toàn từ năm này sang năm khác. Tuy nhiên, khi kết hợp thành một mô hình dài hạn, tất cả những thay đổi này đều bị loại bỏ một cách hiệu quả: các loài vẫn rất giống nhau trong suốt khoảng thời gian đó."

Các nhà khoa học chưa hoàn toàn hiểu cách tiến hóa diễn ra ở cấp độ cộng đồng. Những nghiên cứu dài hạn như thế này rất hiếm vì chúng đòi hỏi nhiều công sức và thời gian.

Stroud nói: "Sự tiến hóa có thể và thực sự xảy ra - đó là một quá trình đang diễn ra, nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa là mọi thứ liên tục thay đổi trong thời gian dài. Bây giờ chúng ta biết rằng quá trình tiến hóa vẫn diễn ra ngay cả khi động vật trông giống như chúng vẫn giữ nguyên."