Darwin

Thuyết tiến hóa do chọn lọc tự nhiên, lần đầu tiên được xác lập trong cuốn sách "Nguồn gốc các loài" (On the Origin of Species) của Charles Darwin năm 1859. Nó cho biết quá trình biến đổi của các sinh vật theo thời gian do các thay đổi thể chất hoặc hành vi di truyền. Các biến đổi giúp sinh vật thích nghi tốt hơn với môi trường sẽ giúp chúng sống sót và sinh sản nhiều hơn.

Tiến hóa do chọn lọc tự nhiên là một trong những lý thuyết có cơ sở rõ ràng nhất trong lịch sử khoa học, được củng cố bởi bằng chứng từ nhiều lĩnh vực khoa học khác bao gồm cổ sinh vật học, địa chất học, di truyền học và sinh học phát triển.

Theo Brian Richmond ở Bảo tàng lịch sử tự nhiên Mỹ đặt tại New York City, thì lý thuyết này có hai điểm chính. "Mọi sự sống trên Trái Đất kết nối và liên quan tới nhau", và sự đa dạng của sự sống là sản phẩm của "sự biến đổi các quần thể do chọn lọc tự nhiên, cơ chế mà một số đặc điểm phù hợp với môi trường hơn những đặc điểm khác".

Nói một cách đơn giản hơn, lý thuyết này có thể được mô tả là sự "di truyền có điều chỉnh", theo ý kiến của Briana Pobiner - nhà nhân chủng học, nhà giáo dục tại Bảo tàng Lịch sử tự nhiên Quốc gia Smithsonian đặt tại Washington, D.C (Mỹ), đồng thời là một chuyên gia nghiên cứu về nguồn gốc loài người.

Theo Pobiner, lý thuyết này đôi khi được mô tả như là "sự sống sót của những kẻ khỏe mạnh nhất", nhưng điều đó có thể gây hiểu lầm. "Khỏe mạnh" ở đây không phải là vấn đề thể lực, mà chính xác hơn là khả năng tồn tại và sinh sản của sinh vật.

Ví dụ, một nghiên cứu về tiến hóa của loài người được thực hiện trên 1.900 sinh viên và được công bố trên tạp chí Personality and Individual Differences vào tháng 10 năm 2017 đã tìm ra rằng nhiều người gặp khó khăn trong việc tìm kiếm bạn đời bởi các tiến bộ trong công nghệ xã hội đang tiến hóa nhanh hơn con người.

Tác giả chính của nghiên cứu này là Menelaos Apostolou - giáo sư về khoa học xã hội ở Đại học Nicosia, Cyprus - cho biết: "Gần 1 trong số 2 (gần một nửa) người được kiểm tra gặp khó khăn trong việc kết bạn. Trong hầu hết các trường hợp, những khó khăn không phải nằm ở chỗ có gì đó sai sót hay bị phá hỏng, mà nằm ở chỗ con người đang sống trong một môi trường rất khác so với môi trường mà họ đã tiến hóa để hướng tới."

 

Nguồn gốc của cá voi

Trong ấn bản đầu tiên của "Nguồn gốc các loài" năm 1859, Charles Darwin đã suy đoán về cách mà chọn lọc tự nhiên có thể khiến một loài động vật có vú trên cạn biến đổi thành cá voi. Để làm ví dụ giả thuyết, Darwin đã sử dụng gấu đen Bắc Mỹ - một loài mà khi đó đã được biết là có thể bắt côn trùng bằng cách bơi dưới nước và mở miệng.

"Tôi có thể thấy rằng không có khó khăn nào trong việc một loài gấu biến đổi nhờ chọn lọc tự nhiên, cấu tạo và thói quen của chúng liên quan tới nước nhiều hơn, với miệng ngày càng lớn, cho tới khi một sinh vật kỳ quái như cá voi được tạo ra," ông suy đoán.

Ý tưởng này không gây được ấn tượng với công chúng. Darwin thấy xấu hổ khi nhận được những lời chế giễu, và do đó đoạn viết về con gấu bơi đã được ông loại bỏ trong những lần tái bản tiếp theo của cuốn sách.

Các nhà khoa học ngày nay biết rằng Darwin đã có ý tưởng đúng, nhưng sai về loài vật. Thay vì nhìn vào những con gấu, lẽ ra ông nên quan sát bò và hà mã.

Câu chuyện về nguồn gốc của cá voi là một trong những chuyện hấp dẫn nhất của tiến hóa và là một trong những ví dụ tốt nhất mà các nhà khoa học có được về chọn lọc tự nhiên.

Tổ tiên sống trên bờ cuối cùng của cá voi ngày nay là Sinonyx (trên cùng bên trái, nhìn giống linh cẩu). Hơn 60 triệu năm trước, một số dạng chuyển tiếp đã tiến hóa: (từ trên xuống dưới) Indohyus, Ambulocetus, Rodhocetus, Basilosaurus, Dorudon, và cuối cùng là cá voi lưng gù ngày nay (nguồn hình ảnh: NOAA).

 

Chọn lọc tự nhiên

Để hiểu về nguồn gốc của cá voi, điều cần thiết là phải có hiểu biết cơ bản về cách mà chọn lọc tự nhiên hoạt động. Chọn lọc tự nhiên có thể thay đổi các loài theo những con đường nhỏ, khiến một quần thể sinh vật thay đổi màu sắc hoặc kích thước qua một số thế hệ. Đây được gọi là "tiến hóa vi mô".

Nhưng chọn lọc tự nhiên còn có thể làm hơn thế. Với đủ thời gian và đủ thay đổi được tích lũy, chọn lọc tự nhiên có thể tạo ra một giống loài hoàn toàn mới, việc đó được gọi là "tiến hóa vĩ mô". Nó có thể biến khủng long thành chim, động vật có vú lưỡng cư thành cá voi và các tổ tiên của loài vượn thành con người.

Lấy ví dụ về loài cá voi, sử dụng hiểu biết về tiến hóa và chọn lọc tự nhiên, các nhà sinh vật học biết rằng sự chuyển tiếp của cá voi từ trên cạn xuống nước xảy ra theo một loạt các bước có thể dự đoán được. Chẳng hạn, sự phát triển của lỗ phun nước có thể diễn ra như sau:

Những thay đổi ngẫu nhiên về gen đã khiến ít nhất một con cá voi có lỗ phun nước nằm xa hơn về phía sau của đầu nó. Những động vật có sự thích nghi như vậy trở nên phù hợp hơn với việc sống dưới biển vì chúng không cần nổi toàn bộ lên để thở. Những con vật đó thành công hơn và sinh sản nhiều hơn. Ở những thế hệ tiếp sau, có thêm nhiều biến đổi gen hơn, làm dịch mũi của chúng sâu hơn về phía sau.

Những phần khác của cơ thể cá voi xa xưa cũng thay đổi. Chân trước biến đổi thành mái chèo, chân sau thì biến mất. Cơ thể của chúng trở nên thon gọn hơn và phát triển đuôi để đẩy mình tốt hơn trong nước.

Darwin cũng mô tả một hình thức của chọn lọc tự nhiên phụ thuộc vào khả năng thu hút bạn đời của sinh vật, một quá trình được gọi là sự chọn lọc giới tính. Bộ lông sặc sỡ của chim công và gạc của hươu đực đều là những ví dụ về các đặc điểm phát triển theo kiểu chọn lọc này.

Nhưng Darwin không phải nhà khoa học đầu tiên, cũng không phải duy nhất phát triển lý thuyết về tiến hóa. Nhà sinh học người Pháp Jean-Baptiste Lamarck đã đưa ra ý tưởng rằng một sinh vật có thể truyền các đặc điểm cho con cái của nó, mặc dù ông đã sai ở một số chi tiết. Cùng khoảng thời gian với Darwin, nhà sinh học người Anh Alfred Russel Wallace cũng độc lập đưa ra lú thuyết về tiến hóa do chọn lọc tự nhiên.

 

Hiểu biết hiện đại

Darwin không biết gì về gen, Pobiner nói. "Ông quan sát các mô hình tiến hóa, nhưng ông không thực sự biết về cơ chế." Việc đó phải đợi tới sau này, với việc khám phá ra cách mà các gen mã hóa các đặc điểm sinh học và hành vi khác nhau, cùng với cách mà gen truyền từ cha mẹ sang con cái. Sự kết hợp của di truyền học và lý thuyết của Darwin được gọi là "Tổng hợp tiến hóa hiện đại".

Những thay đổi về thể chất và hành vi cho phép chọn lọc tự nhiên xảy ra ở cấp ADN và gen. Những thay đổi như vậy được gọi là đột biến. "Đột biến về cơ bản là những vật liệu thô sơ mà từ đó tiến hóa hoạt động," Pobiner nói.

Đột biến có thể sinh ra bởi những lỗi ngẫu nhiên trong quá trình sao chép hoặc sửa chữa ADN. Hầu hết các trường hợp, đột biến là có hại hoặc vô hại (trung tính), nhưng trong một số trường hợp rất hiếm, đột biến có thể có lợi cho sinh vật. Trong trường hợp đó, nó sẽ trở nên phổ biến hơn ở thế hệ tiếp theo và lan rộng ra.

Bằng cách này, chọn lọc tự nhiên định hướng cho quá trình tiến hóa, bảo tồn và bổ sung những đột biến có lợi và loại bỏ những đột biến xấu.

"Đột biến là ngẫu nhiên, nhưng việc chọn lọc chúng thì không ngẫu nhiên," Pobiner nói.

Nhưng chọn lọc tự nhiên không phải cơ chế duy nhất mà từ đó sinh vật tiến hóa - Pobiner cho biết. Chẳng hạn, các gen có thể được chuyển từ một quần thể tới quần thể khác khi các sinh vật tách hoặc nhập đàn - một quá trình được gọi là dòng gen. Tần số của một gen cũng có thể thay đổi ngẫu nhiên, được gọi là sự trôi dạt di truyền.

 

Rất nhiều bằng chứng

Mặc dù các nhà khoa học có thể dự đoán những con cá voi ban đầu trông như thế nào, họ thiếu bằng chứng hóa thạch để củng cố khẳng định của mình. Những người ủng hộ trường phái sáng thế coi đó là bằng chứng cho thấy tiến hóa không xảy ra. Họ chế nhạo ý tưởng rằng có thể từng có những con cá voi đi trên cạn. Nhưng kể từ những năm 1990, đó chính xác là những gì các nhà khoa học đã tìm ra.

Cằng chứng quan trọng xuất hiện vào năm 1994, khi các nhà cổ sinh vật học tìm thấy hóa thạch của Ambulocetus natans - một loài động vật mà cái tên kia có nghĩa là "cá voi bơi và đi". Chi trước của nó có ngón chân và móng guốc nhỏ, nhưng chi sau có kích thước lớn. Nó rõ ràng có thể bơi, và cũng có thể đi trên mặt đất, giống như hải cẩu.

Khi bơi, sinh vật cổ đại này di chuyển như một con rái cá, tiến lên phía trước bằng cách đạp chân sau về phía sau và uốn éo cột sống và đuôi.

Các loài cá voi hiện đại bơi về phía trước nhà những cú đập mạnh của sán đuôi nằm ngang, nhưng Ambulocetus vẫn còn cái đuôi dạng roi và phải dùng chân của nó để tạo ra hầu hết lực đẩy nó cần cho việc bơi trong nước.

Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều loài chuyển tiếp được phát hiện và củng cố thêm lý thuyết của Darwin - Richmond nói.

Các "liên kết" hóa thạch cũng đã được tìm thấy ủng hộ cho lý thuyết về tiến hóa của con người. Vào đầu năm 2018, hàm và răng hóa thạch được phát hiện với ước tính tuổi có thể lên tới 194.000 năm, có nghĩa là già hơn tối thiểu là 5.000 tuổi so với những hóa thạch loài người bên ngoài châu Phi được tìm thấy trước đây. Phát hiện này là một manh mối khác về cách mà loài người đã tiến hóa.

 

Tranh cãi

Mặc dù có vô số bằng chứng về hóa thạch, di truyền và cả các lĩnh vực khoa học khác, một số người vẫn đặt nghi vấn về giá trị của thuyết tiến hóa do chọn lọc tự nhiên. Một số chính trị gia và các lãnh tụ tôn giáo lên án thuyết tiến hóa và khẳng định rằng có một đấng tối cao nào đó đã thiết kế ra toàn bộ thế giới phức tạp của mọi sự sống, bao gồm cả con người.

Nhiều tổ chức trường học tranh cãi rằng liệu có nên giảng về thuyết tiến hóa cùng những ý tưởng khác như là "thiết kế thông minh" hay là "thuyết sáng tạo" hay không.

Các nhà khoa học chính thống thì không thấy có gì đáng tranh cãi cả.

"Nhiều người có niềm tin tôn giáo mạnh mẽ và cũng vẫn chấp nhận thuyết tiến hóa," - Pobiner nói.

Thuyết tiến hóa được ủng hộ bởi rất nhiều ví dụ về sự biến đổi ở nhiều loài để dẫn tới sự đa dạng của sự sống mà chúng ta thấy ngày nay.

"Nếu ai đó có thể thực sự chứng minh một cách giải thích nào đó tốt hơn thuyết tiến hóa và chọn lọc tự nhiên, [người đó] hẳn sẽ là một Darwin mới," Richmond nói.

Đặng Vũ Tuấn Sơn
Dịch từ bài của Ker Than trên Live Science

Đọc thêm bài: Hình thành và tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.