Chọn lọc tự nhiên là quá trình trong đó những cá thể mang đặc điểm giúp sống sót và sinh sản tốt hơn trong môi trường của chúng sẽ để lại nhiều con hơn, nên đặc điểm đó ngày càng phổ biến qua các thế hệ. Nó chỉ cần ba điều kiện: cá thể khác nhau, sự khác nhau đó di truyền được, và không phải con nào sinh ra cũng sống tới lúc sinh sản. Có đủ ba điều kiện đó, quần thể sẽ thay đổi — đó là tiến hoá.
Ba điều kiện, một hệ quả
Charles Darwin trình bày ý tưởng này trong cuốn Nguồn gốc các loài xuất bản năm 1859. Cái hay của nó là không cần giả định gì bí ẩn, chỉ cần ba quan sát mà ai cũng kiểm được:
- Biến dị: các cá thể cùng loài không giống hệt nhau. Có con to con nhỏ, lông đậm lông nhạt, chạy nhanh chạy chậm.
- Di truyền: một phần những khác biệt đó truyền từ bố mẹ sang con.
- Sinh nhiều hơn sống được: mỗi thế hệ sinh ra nhiều con hơn số mà môi trường nuôi nổi, nên nhiều con chết trước khi sinh sản.
Hệ quả gần như tất yếu: con nào mang đặc điểm hợp với môi trường hơn thì trung bình sống lâu hơn, sinh nhiều con hơn. Con của chúng lại mang đặc điểm đó. Sau nhiều thế hệ, tỉ lệ đặc điểm có lợi tăng lên trong quần thể.
Một ví dụ tưởng tượng: bọ cánh cứng xanh và nâu
Hãy hình dung một quần thể bọ cánh cứng sống trên nền đất nâu. Có con màu xanh, có con màu nâu, màu sắc di truyền. Chim ăn bọ dễ thấy con xanh trên nền nâu hơn.
- Thế hệ 1: một nửa xanh, một nửa nâu.
- Chim bắt được nhiều con xanh hơn. Số con xanh sống tới lúc đẻ ít hơn.
- Thế hệ 2: tỉ lệ bọ nâu cao hơn, vì bố mẹ nâu đông hơn.
- Sau nhiều thế hệ: gần như toàn bọ nâu.
Lưu ý ba điều. Không con bọ nào "cố gắng" đổi màu. Không có con bọ nào tự thay đổi trong đời nó. Cái thay đổi là tỉ lệ các kiểu bọ trong quần thể. Và nếu một ngày đất chuyển sang màu xanh vì rêu phủ, chiều chọn lọc sẽ đảo ngược. Chọn lọc tự nhiên không có mục đích; nó chỉ phản ánh môi trường lúc đó.
Chọn lọc nhân tạo: bằng chứng ngay trong vườn rau
Darwin mở đầu cuốn sách bằng chuyện người nuôi bồ câu và người trồng trọt, vì đó là chọn lọc mà ai cũng thấy được. Người chọn con giống mang đặc điểm mình thích để nhân, và qua nhiều đời, giống cây con vật đổi khác hẳn tổ tiên.
Ví dụ dễ thấy nhất trong bếp Việt: cải bắp, súp lơ, su hào, cải làn, cải xoăn đều thuộc cùng một loài, Brassica oleracea, tổ tiên là cây cải dại ven biển châu Âu. Người ta chọn cây có búp ngọn to thì ra cải bắp; chọn cây có cụm hoa dày thì ra súp lơ; chọn cây có thân phình thì ra su hào. Cùng một nguyên lý với chọn lọc tự nhiên, chỉ khác là "người chọn" là con người thay vì môi trường.
Ba kiểu chọn lọc
| Kiểu | Điều gì xảy ra | Ví dụ |
|---|---|---|
| Chọn lọc định hướng | Một đầu của dải biến dị được ưu tiên, trung bình quần thể dịch dần về phía đó | Mỏ chim sẻ to dần sau hạn hán; vi khuẩn kháng thuốc tăng dần |
| Chọn lọc ổn định | Các cá thể ở mức trung bình sống tốt nhất, hai đầu cực bị loại | Cân nặng trẻ sơ sinh: quá nhẹ hoặc quá nặng đều rủi ro hơn (trước khi có y tế hiện đại) |
| Chọn lọc phân hoá | Hai đầu cực đều được ưu tiên hơn mức trung bình | Chim ăn hạt nơi chỉ có hạt rất nhỏ và hạt rất to, mỏ trung bình bất lợi |
Những ví dụ đang diễn ra quanh ta
Vi khuẩn kháng kháng sinh
Trong một ổ nhiễm trùng có hàng tỉ vi khuẩn. Vì đột biến ngẫu nhiên, một số rất ít có thể chịu được thuốc tốt hơn. Khi dùng kháng sinh, phần lớn vi khuẩn chết, những con chịu thuốc sống sót và sinh sôi. Dùng thuốc không đủ liều, không đủ ngày, hoặc dùng khi không cần, là tạo điều kiện cho đúng quá trình chọn lọc này. Đây là lý do bác sĩ dặn uống đúng và đủ, và không tự mua kháng sinh.
Côn trùng kháng thuốc trừ sâu
Muỗi, rầy, sâu hại phun cùng một loại thuốc nhiều năm thì dần kháng thuốc. Vòng đời côn trùng ngắn, mỗi năm nhiều thế hệ, nên chọn lọc diễn ra nhanh tới mức nhìn thấy trong vài năm. Ngành nông nghiệp vì thế khuyến cáo luân phiên thuốc và kết hợp nhiều biện pháp.
Chim, bướm, cá trong tự nhiên
Hai ví dụ kinh điển — mỏ chim sẻ trên đảo Galápagos và màu cánh bướm sâu đo bạch dương ở Anh — có bài riêng trong danh mục này, vì cả hai đã được đo đếm qua nhiều năm.
Những điều chọn lọc tự nhiên KHÔNG phải
- Không phải "kẻ mạnh nhất sống sót". Cụm "sự sống sót của kẻ thích nghi nhất" do Herbert Spencer đặt ra, và "thích nghi" ở đây là hợp với môi trường, đo bằng số con cháu để lại, không phải sức khoẻ hay to khoẻ. Một con bọ nhỏ ngụy trang tốt có thể "thích nghi" hơn con bọ to dễ bị thấy.
- Không tạo ra biến dị. Biến dị đến từ đột biến và tổ hợp gen, xảy ra ngẫu nhiên. Chọn lọc chỉ "sàng" những gì đã có.
- Không hướng tới sự hoàn hảo. Nó chỉ làm cho sinh vật đủ hợp với môi trường hiện tại, bằng vật liệu sẵn có. Vì thế cơ thể sinh vật đầy những thiết kế "chắp vá".
- Không phải cơ chế duy nhất. Phiêu bạt di truyền (thay đổi ngẫu nhiên, mạnh ở quần thể nhỏ), dòng gen giữa các quần thể và đột biến cũng làm quần thể thay đổi.
Chọn lọc giới tính: một nhánh riêng
Có những đặc điểm không giúp sống sót mà giúp được bạn tình chọn: đuôi công rực rỡ, tiếng hót phức tạp, sừng to để tranh đấu. Darwin gọi đó là chọn lọc giới tính. Đuôi công có thể làm con trống dễ bị thú săn hơn, nhưng nếu nó giúp để lại nhiều con hơn, đặc điểm đó vẫn lan rộng.
Góc nhìn hôm nay: tự tay thấy chọn lọc trong lớp học
Một hoạt động quen thuộc trong giờ sinh học có thể làm ở nhà, chỉ cần giấy màu và một tấm vải hoa:
- Cắt nhiều mẩu giấy nhỏ, mỗi màu số lượng bằng nhau (ví dụ 20 mẩu đỏ, 20 xanh, 20 nâu, 20 vàng). Đó là "con mồi".
- Rải lên tấm vải hoa. Một người đóng vai "chim", có 15 giây nhặt càng nhiều càng tốt.
- Đếm số còn lại mỗi màu. Mỗi mẩu còn sót "sinh" thêm một mẩu cùng màu.
- Lặp lại vài vòng, ghi bảng tỉ lệ từng màu.
Sau vài vòng, màu nào lẫn vào nền vải sẽ chiếm phần lớn. Đổi sang tấm vải khác, kết quả đổi theo. Đó là chọn lọc định hướng trên một mặt bàn.
Muốn đọc thêm: phần Tiến hoá trong SGK Sinh học 12; chương về chọn lọc trong Campbell Biology; và chính cuốn Nguồn gốc các loài, chương 1 về chọn lọc nhân tạo đọc rất dễ.
Câu hỏi thường gặp
Chọn lọc tự nhiên là gì?
Chọn lọc tự nhiên là quá trình những cá thể mang đặc điểm di truyền giúp sống sót và sinh sản tốt hơn trong môi trường sống sẽ để lại nhiều con cháu hơn. Qua nhiều thế hệ, đặc điểm có lợi trở nên phổ biến trong quần thể.
Chọn lọc tự nhiên khác chọn lọc nhân tạo thế nào?
Hai quá trình có cùng nguyên lý: cá thể mang đặc điểm được "chọn" để lại nhiều con hơn. Khác ở chỗ chọn lọc tự nhiên do điều kiện môi trường quyết định, còn chọn lọc nhân tạo do con người chủ động chọn giống theo mong muốn.
Ai là người đưa ra thuyết chọn lọc tự nhiên?
Charles Darwin và Alfred Russel Wallace cùng đưa ra ý tưởng này; Darwin trình bày đầy đủ trong cuốn Nguồn gốc các loài năm 1859. Lý thuyết sau đó được bổ sung bằng di truyền học thành thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại.
Vì sao vi khuẩn kháng kháng sinh là ví dụ chọn lọc tự nhiên?
Trong quần thể vi khuẩn luôn có vài cá thể chịu thuốc tốt hơn do đột biến. Kháng sinh giết phần lớn vi khuẩn nhạy cảm, những con chịu thuốc sống sót và sinh sôi, nên quần thể sau đó gồm chủ yếu vi khuẩn kháng thuốc.
Cá thể có tiến hoá không?
Không. Một cá thể không thay đổi bộ gen của mình trong đời để thích nghi. Cái tiến hoá là quần thể: tỉ lệ các kiểu gen trong quần thể thay đổi qua nhiều thế hệ.
