Chim sẻ Darwin là nhóm khoảng mười mấy loài chim nhỏ ở quần đảo Galápagos, cùng một tổ tiên nhưng có mỏ rất khác nhau tuỳ thức ăn. Chúng nổi tiếng vì vợ chồng nhà sinh học Peter và Rosemary Grant đã đo được tiến hoá diễn ra trên chúng chỉ trong vài năm: sau đợt hạn hán năm 1977 trên đảo Daphne Major, những con có mỏ dày hơn sống sót nhiều hơn, và thế hệ sau có mỏ trung bình dày hơn thấy rõ. Chuyện "Darwin nhìn mỏ sẻ rồi nghĩ ra thuyết tiến hoá" thì là một cách kể đơn giản hoá sai.
Darwin và những con sẻ: điều thật sự đã xảy ra
Darwin dừng ở Galápagos khoảng năm tuần, từ tháng 9 tới tháng 10 năm 1835. Ông có thu mẫu những con chim nhỏ màu sẫm này, nhưng lúc đó không nhận ra chúng là một nhóm họ hàng gần, thậm chí còn nghĩ một số con thuộc các nhóm chim khác. Với phần lớn mẫu, ông cũng không ghi rõ bắt ở đảo nào.
Về Anh, nhà điểu học John Gould xem mẫu đầu năm 1837 và cho biết đây là một nhóm nhiều loài khác nhau có quan hệ gần. Thứ khiến Darwin chú ý sớm hơn ở Galápagos thật ra là chim nhại (mockingbird) khác nhau giữa các đảo, và rùa khổng lồ mà người địa phương nói có thể nhận ra con nào ở đảo nào. Trong Nguồn gốc các loài năm 1859, Darwin hầu như không nhắc tới sẻ.
Cái tên "chim sẻ Darwin" phổ biến nhờ cuốn sách cùng tên của nhà điểu học David Lack năm 1947. Về phân loại, chúng cũng không phải "sẻ" thật mà thuộc họ Thraupidae, nhóm chim tanager của châu Mỹ; tên gọi giữ lại vì quen dùng.
Một tổ tiên, nhiều kiểu mỏ
Phân tích DNA cho thấy tổ tiên của nhóm này bay tới Galápagos từ lục địa Nam Mỹ khoảng vài triệu năm trước. Trên các đảo trống trải, ít đối thủ, con cháu của nó tách ra khai thác nhiều loại thức ăn khác nhau, và mỏ thay đổi theo.
| Nhóm | Hình dạng mỏ | Thức ăn chính |
|---|---|---|
| Sẻ đất (nhỏ, vừa, lớn) | Dày, hình nón, cỡ khác nhau | Hạt: hạt nhỏ mềm tới hạt to cứng |
| Sẻ xương rồng | Dài, nhọn hơn | Hoa, mật, hạt và thịt quả xương rồng |
| Sẻ cây | Ngắn, khoẻ, hơi giống mỏ vẹt | Côn trùng trên cây, chồi non |
| Sẻ gõ kiến | Thẳng, nhọn | Ấu trùng trong gỗ; dùng gai xương rồng hoặc que để khều mồi |
| Sẻ chích | Mảnh, nhọn như chim chích | Côn trùng nhỏ |
| Sẻ đất mỏ nhọn ở vài đảo xa | Nhọn | Ngoài hạt còn mổ chảy máu chim biển để uống, gọi là "sẻ ma cà rồng" |
Đây là ví dụ kinh điển của phát tán thích nghi: một dòng giống toả ra thành nhiều loài, mỗi loài một cách sống. Danh mục này có bài riêng về hiện tượng đó ở cá hồ Victoria.
Bốn mươi năm trên một hòn đảo đá
Từ năm 1973, Peter và Rosemary Grant cùng học trò bắt đầu nghiên cứu đều đặn trên Daphne Major, một hòn đảo núi lửa nhỏ, khô, không có người ở. Cách làm của họ nghe đơn giản nhưng đòi hỏi kiên nhẫn hiếm có:
- Bắt gần như mọi con sẻ trên đảo, đeo vòng chân màu để nhận ra từng con.
- Đo mỏ (dài, sâu, rộng), cân nặng, chiều dài cánh.
- Ghi lại con nào ghép đôi với con nào, đẻ bao nhiêu con, con nào sống, con nào chết.
- Đếm và cân các loại hạt có trên đảo mỗi mùa.
Họ quay lại đảo gần như năm nào cũng vậy suốt hơn bốn mươi năm. Nhờ thế họ có thứ hiếm có trong sinh học: dữ liệu theo dõi từng cá thể qua nhiều thế hệ của một quần thể hoang dã.
Hạn hán 1977: chọn lọc diễn ra trước mắt
Năm 1977, Daphne Major gần như không có mưa mùa. Cây ít ra hạt. Sẻ đất vừa (Geospiza fortis) ăn hết hạt nhỏ, mềm trước; còn lại chủ yếu là hạt to, vỏ cứng như hạt của cây gai móc.
- Chỉ những con có mỏ dày, khoẻ mới tách được loại hạt cứng đó.
- Phần lớn quần thể chết đói; các con số thường được dẫn là khoảng 85% sẻ đất vừa trên đảo không qua khỏi đợt hạn.
- Con sống sót trung bình có mỏ to hơn rõ so với trước hạn.
- Vì độ dày mỏ di truyền mạnh từ bố mẹ sang con, thế hệ sinh ra sau đó có mỏ trung bình dày hơn vài phần trăm so với thế hệ trước hạn.
Vài phần trăm nghe nhỏ, chỉ cỡ nửa milimét. Nhưng đây là thay đổi đo được, xảy ra trong một thế hệ, đúng như chọn lọc tự nhiên dự đoán.
Khi mưa tới, chiều chọn lọc đảo ngược
Năm 1982–1983, hiện tượng El Niño mạnh mang mưa lớn tới Galápagos. Đảo phủ xanh, cây ra rất nhiều hạt nhỏ, mềm. Lúc này mỏ nhỏ lại có lợi vì nhặt hạt nhỏ hiệu quả hơn, và các năm sau đó kích thước mỏ trung bình dịch ngược lại.
Điểm mấu chốt: chọn lọc không đẩy mỏ "to dần mãi mãi". Nó dao động theo môi trường. Các khảo sát cho thấy tiến hoá có thể nhanh và có thể đổi chiều — một bức tranh sống động hơn nhiều so với hình dung "tiến hoá luôn chậm chạp hàng triệu năm".
Đối thủ mới tới: hạn hán 2004–2005
Năm 1982, sẻ đất lớn (Geospiza magnirostris) tới lập quần thể trên Daphne Major. Trong đợt hạn 2004–2005, loài mỏ rất to này giành hết hạt to. Lần này, sẻ đất vừa có mỏ nhỏ lại sống sót tốt hơn vì ăn được những hạt nhỏ mà đối thủ bỏ qua. Mỏ của loài sẻ đất vừa nhỏ lại — một trường hợp hai loài "dạt" xa nhau để giảm tranh chấp.
Một dòng lai thành loài riêng
Năm 1981, một con sẻ trống thuộc loài khác từ đảo xa bay tới Daphne, ghép đôi với sẻ đất vừa. Con cháu của nó có mỏ và tiếng hót khác thường, và qua vài thế hệ chỉ ghép đôi với nhau. Năm 2017, nhóm nghiên cứu công bố phân tích di truyền cho thấy dòng này đã cách ly sinh sản, như một loài mới hình thành qua lai giống ngay trong thời gian quan sát.
Gen nào làm mỏ đổi hình
Khi giải mã bộ gen của các loài sẻ Darwin, các nhóm nghiên cứu (có cả Grant tham gia) tìm ra một số gen liên quan mạnh tới hình dạng và kích thước mỏ, như gen ALX1 liên quan hình dạng mỏ và vùng gen HMGA2 liên quan kích thước mỏ. Khám phá này nối hai đầu câu chuyện: từ hạt cứng trên đảo, tới con chim mỏ dày, tới DNA của nó.
Góc nhìn hôm nay: bài học và cách tìm hiểu thêm
- Bài học về khoa học: một phát hiện lớn đến từ việc đo đếm lặp đi lặp lại, không bỏ năm nào. Dữ liệu dài hạn quý hơn nhiều so với một lần khảo sát.
- Bài học về tiến hoá: tiến hoá không chỉ là chuyện quá khứ xa xôi; nó có thể đo được trong đời một nhà nghiên cứu.
- Sách nên đọc: The Beak of the Finch của Jonathan Weiner (1994, đoạt giải Pulitzer) kể lại công trình của Grant rất cuốn hút; 40 Years of Evolution của chính Peter và Rosemary Grant (2014) cho người muốn đi sâu.
- Thử ở nhà: dùng các dụng cụ khác nhau (kẹp gắp, nhíp, kìm, thìa) để "nhặt hạt" các cỡ (hạt mè, đậu xanh, hạt điều có vỏ) và đếm trong một phút. Dụng cụ nào thắng tuỳ loại hạt — đúng logic của mỏ sẻ.
Câu hỏi thường gặp
Chim sẻ Darwin là gì?
Là nhóm khoảng mười mấy loài chim nhỏ sống ở quần đảo Galápagos, cùng tiến hoá từ một tổ tiên nhưng có mỏ khác nhau tuỳ thức ăn: hạt, côn trùng, hoa xương rồng. Chúng là ví dụ kinh điển của phát tán thích nghi và tiến hoá đo được.
Darwin có nghĩ ra thuyết tiến hoá nhờ chim sẻ không?
Không hẳn. Khi ở Galápagos năm 1835, Darwin chưa nhận ra các con sẻ là họ hàng gần và không ghi rõ nơi bắt nhiều mẫu. Chim nhại và rùa khổng lồ gây chú ý cho ông sớm hơn; vai trò của sẻ chỉ được làm rõ về sau.
Peter và Rosemary Grant phát hiện ra điều gì?
Hai nhà nghiên cứu theo dõi sẻ trên đảo Daphne Major từ năm 1973. Họ chứng minh sau hạn hán năm 1977, sẻ mỏ dày sống sót nhiều hơn và thế hệ sau có mỏ dày hơn, tức tiến hoá diễn ra đo được trong một thế hệ, và có thể đổi chiều khi môi trường đổi.
Vì sao mỏ chim sẻ Darwin khác nhau?
Vì mỗi loài thích nghi với một nguồn thức ăn khác nhau. Mỏ dày khoẻ tách hạt cứng, mỏ nhọn mảnh bắt côn trùng, mỏ dài ăn hoa xương rồng. Chọn lọc tự nhiên giữ lại những kiểu mỏ hợp với thức ăn sẵn có trên từng đảo.
Chim sẻ Darwin có phải chim sẻ thật không?
Không. Về phân loại chúng thuộc họ Thraupidae (nhóm chim tanager châu Mỹ), không cùng họ với chim sẻ nhà. Tên "chim sẻ Darwin" được giữ lại vì đã quá quen dùng.
