Hình ảnh nổi tiếng về hành trình tiến hóa (march of progress) thực ra là sai

_Một số loài cá tiến hóa thành chân và bước lên đất liền. Đúng chứ?

Tiến hóa giải thích cách mà tất cả các sinh vật sống, bao gồm cả chúng ta, đã xuất hiện. Thật dễ dàng để giả định rằng tiến hóa hoạt động bằng cách liên tục thêm các đặc điểm vào sinh vật, không ngừng tăng độ phức tạp của chúng.

Mở đầu

Một số loài cá tiến hóa thành chân và bước lên đất liền. Một số loài khủng long tiến hóa thành cánh và bắt đầu bay. Những loài khác tiến hóa thành tử cung và bắt đầu sinh con trực tiếp.

Tuy nhiên, đây là một trong những hiểu lầm phổ biến và khó chịu nhất về tiến hóa.

Nhiều nhánh thành công của cây sự sống vẫn duy trì đơn giản, chẳng hạn như vi khuẩn, hoặc giảm độ phức tạp của mình, như ký sinh trùng. Và chúng vẫn sống rất tốt.

Đi từ nghiên cứu thực tế

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature ecology and evolution, chúng tôi đã so sánh toàn bộ hệ gene của hơn 100 sinh vật (chủ yếu là động vật), để nghiên cứu cách mà vương quốc động vật đã tiến hóa ở mức độ gene. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng nguồn gốc của các nhóm động vật chính, chẳng hạn nhóm bao gồm con người, không gắn liền với việc bổ sung thêm gene mới mà với việc mất đi một lượng lớn gene.

Nhà sinh học tiến hóa Stephen Jay Gould là một trong những người phản đối mạnh mẽ nhất quan niệm cuộc hành quân tiến bộ, ý tưởng rằng tiến hóa luôn dẫn đến sự gia tăng độ phức tạp. Trong cuốn sách Full House (1996), Gould sử dụng mô hình bước đi của kẻ say. Một người say rượu rời khỏi quán bar trong nhà ga và bước đi loạng choạng trên sân ga, lúc thì nghiêng về phía quán bar, lúc thì tiến tới gần đường ray. Nếu cho đủ thời gian, người say sẽ ngã xuống đường ray và bị mắc kẹt ở đó.

Sân ga tượng trưng cho thang đo độ phức tạp, quán bar là mức độ phức tạp thấp nhất và đường ray là mức độ phức tạp tối đa. Sự sống bắt đầu khi rời khỏi quán bar, với độ phức tạp thấp nhất có thể. Đôi khi nó vấp ngã về phía đường ray (tiến hóa theo cách làm tăng độ phức tạp) và đôi khi lại tiến về phía quán bar (giảm độ phức tạp).

Không có lựa chọn nào tốt hơn lựa chọn kia. Duy trì đơn giản hoặc giảm độ phức tạp có thể là cách tốt hơn để sinh tồn thay vì tiến hóa để tăng độ phức tạp, tùy thuộc vào môi trường.

Đến câu trả lời cổ xưa

Nhưng trong một số trường hợp, các nhóm động vật tiến hóa các đặc điểm phức tạp gắn liền với cách cơ thể chúng hoạt động, và không thể mất đi các gene đó để trở nên đơn giản hơn – chúng bị mắc kẹt ở đường ray. (Trong phép ẩn dụ này thì không có đoàn tàu nào phải lo lắng.) Ví dụ, các sinh vật đa bào hiếm khi quay lại thành đơn bào.

Nếu chúng ta chỉ tập trung vào các sinh vật bị mắc kẹt ở đường ray, chúng ta sẽ có nhận thức lệch lạc rằng sự sống tiến hóa theo một đường thẳng từ đơn giản đến phức tạp.

Chúng ta sẽ sai lầm khi tin rằng các dạng sống cổ xưa luôn đơn giản và các dạng mới luôn phức tạp. Nhưng con đường thực sự dẫn đến phức tạp thì quanh co hơn nhiều.

Cùng với Peter Holland từ Đại học Oxford, chúng tôi đã xem xét cách mà độ phức tạp di truyền đã tiến hóa ở động vật. Trước đây, chúng tôi đã chứng minh rằng việc thêm vào các gene mới là chìa khóa cho quá trình tiến hóa ban đầu của vương quốc động vật. Câu hỏi sau đó trở thành liệu điều này có đúng trong quá trình tiến hóa sau đó của động vật.

Nghiên cứu cây sự sống

Hầu hết các loài động vật có thể được xếp vào các dòng tiến hóa chính, các nhánh trên cây sự sống cho thấy các loài động vật ngày nay tiến hóa từ một chuỗi các tổ tiên chung như thế nào. Để trả lời câu hỏi của chúng tôi, chúng tôi đã nghiên cứu từng dòng động vật có chuỗi gene được công bố công khai, và nhiều dòng không phải là động vật để so sánh.

Một dòng động vật là deuterostomes, bao gồm con người và các loài có xương sống khác, cũng như sao biển hoặc nhím biển. Một dòng khác là ecdysozoans, bao gồm các loài chân đốt (côn trùng, tôm hùm, nhện, cuốn chiếu), và các loài động vật lột xác khác như giun tròn. Các loài có xương sống và côn trùng được coi là một số động vật phức tạp nhất. Cuối cùng, chúng ta có dòng lophotrochozoans, bao gồm các loài động vật như động vật thân mềm (ốc sên, chẳng hạn) hoặc động vật giun đốt (giun đất), cùng nhiều loài khác.

Chúng tôi đã chọn lọc những sinh vật đa dạng này và xem xét cách chúng có mối liên hệ trên cây sự sống và những gene nào chúng chia sẻ và không chia sẻ. Nếu một gene có mặt ở một nhánh cũ của cây và không có ở nhánh mới hơn, chúng tôi suy ra rằng gene này đã bị mất. Nếu một gene không có ở các nhánh cũ nhưng lại xuất hiện ở nhánh mới, chúng tôi coi đó là một gene mới được thêm vào nhánh mới hơn.

Sơ đồ cây sự sống

Một sơ đồ cây sự sống cho thấy sự thay đổi về số lượng gene của các nhóm động vật khác nhau. Các tam giác màu cam hướng xuống biểu thị sự mất gene. Các tam giác màu xanh lục hướng lên biểu thị sự thêm vào gene. Tam giác càng lớn, thay đổi càng lớn.

Kết quả cho thấy một số lượng gene bị mất và thêm vào chưa từng có, điều chưa từng thấy trong các phân tích trước đó. Hai dòng tiến hóa lớn, deuterostomes (bao gồm con người) và ecdysozoans (bao gồm côn trùng), cho thấy số lượng gene bị mất lớn nhất. Ngược lại, lophotrochozoans cho thấy sự cân bằng giữa các gene mới và mất đi.

Kết quả của chúng tôi xác nhận bức tranh mà Stephen Jay Gould đưa ra khi cho thấy rằng, ở mức độ gene, sự sống của động vật xuất hiện khi rời khỏi quán bar và tạo ra một bước nhảy lớn về độ phức tạp. Nhưng sau sự hứng khởi ban đầu, một số dòng tiến hóa vấp ngã gần lại quán bar bằng cách mất đi gene, trong khi các dòng khác lại dạt về phía đường ray bằng cách thêm vào gene. Chúng tôi coi đây là bản tóm tắt hoàn hảo về tiến hóa, một lựa chọn ngẫu nhiên do men rượu tạo ra giữa quán bar và đường ray. Hoặc như meme trên internet nói, về nhà đi tiến hóa, ngươi say rồi.