Loài mới thường hình thành khi một quần thể bị chia đôi bởi một vật cản như sông lớn, dãy núi hay eo biển. Hai nửa không còn giao phối với nhau, mỗi bên tích luỹ đột biến riêng và chịu chọn lọc riêng, nên dần khác đi. Sau đủ lâu, dù vật cản biến mất, chúng cũng không còn giao phối hoặc không sinh con hữu thụ với nhau nữa — lúc đó đã thành hai loài. Các nhà sinh học gọi con đường này là hình thành loài khác khu vực địa lý, phổ biến nhất ở động vật.
Thế nào là "một loài"
Định nghĩa được dùng nhiều nhất trong sách giáo khoa là khái niệm loài sinh học, do nhà sinh học Ernst Mayr phát biểu rõ năm 1942: loài là nhóm quần thể có thể giao phối với nhau trong tự nhiên và sinh ra con hữu thụ, đồng thời cách ly sinh sản với các nhóm khác.
Ngựa và lừa giao phối được, nhưng con la sinh ra gần như luôn bất thụ, nên ngựa và lừa là hai loài. Định nghĩa này có giới hạn: không dùng được cho sinh vật sinh sản vô tính, cho hoá thạch, và có những loài thực vật lai với nhau khá dễ. Vì thế các nhà khoa học còn dùng thêm tiêu chí hình thái, di truyền. Nhưng để hiểu loài mới ra đời thế nào, "cách ly sinh sản" là chìa khoá.
Bốn bước của hình thành loài khác khu vực
- Chia cắt: một quần thể liên tục bị tách bởi vật cản địa lý — sông đổi dòng, núi nâng lên, mực nước biển dâng tạo eo biển, hoặc một nhóm nhỏ bay, trôi sang một hòn đảo.
- Tách dòng gen: hai nửa không còn trao đổi gen.
- Khác dần: mỗi bên có đột biến riêng, môi trường riêng (chọn lọc khác nhau), và ở quần thể nhỏ còn có phiêu bạt di truyền ngẫu nhiên.
- Cách ly sinh sản: khác biệt tích luỹ tới mức nếu gặp lại, chúng không nhận ra nhau làm bạn tình, không ghép được, hoặc con lai yếu, bất thụ.
Khoảng thời gian cần thiết rất khác nhau, từ vài nghìn tới vài triệu năm, tuỳ loài và tuỳ sức ép chọn lọc.
Những ví dụ kinh điển
Hai bờ hẻm núi Grand Canyon
Ở bờ bắc hẻm Grand Canyon (Mỹ) sống sóc Kaibab, thân xám sẫm, đuôi trắng toàn bộ. Ở bờ nam là sóc Abert, bụng trắng, đuôi xám. Hẻm núi sâu và vùng đáy khô nóng là vật cản mà loài sóc sống trên rừng thông cao không vượt qua được. Hiện hai nhóm thường được xếp là hai phân loài của cùng một loài — một ví dụ đẹp về quá trình tách loài đang diễn ra, chưa hoàn tất.
Tôm gõ mõ hai bên eo đất Panama
Khoảng ba triệu năm trước, eo đất Panama khép lại, nối Bắc và Nam Mỹ, đồng thời chia biển thành hai bên: Thái Bình Dương và biển Caribe. Các loài tôm gõ mõ (chi Alpheus) ở hai bên trông rất giống nhau, thành từng cặp "song sinh". Thí nghiệm của nhóm Nancy Knowlton công bố năm 1993 cho thấy khi đặt các cặp này chung bể, chúng phần lớn không chịu ghép đôi với nhau. Một bức tường đất đã tách ra những loài mới.
Sông lớn chia cắt linh trưởng
Từ thế kỷ 19, Alfred Russel Wallace đã để ý rằng các sông lớn của lưu vực Amazon thường là ranh giới phân bố của nhiều loài khỉ. Ở Đông Dương, sông Mê Kông cũng thường được nhắc tới như ranh giới phân bố của một số nhóm vượn và chim. Với động vật sống trên cây, không biết bơi, một con sông rộng là bức tường.
Khi gặp lại: các hàng rào cách ly sinh sản
Cách ly sinh sản có nhiều dạng, chia làm hai nhóm theo thời điểm: trước khi thụ tinh và sau khi thụ tinh.
| Hàng rào | Nghĩa là | Ví dụ |
|---|---|---|
| Nơi ở | Sống cùng vùng nhưng khác sinh cảnh nên ít gặp nhau | Loài sống trên cây và loài sống dưới đất |
| Thời gian | Mùa sinh sản, giờ ra hoa khác nhau | Hai loài cây ra hoa lệch tháng |
| Tập tính | Tiếng hót, điệu múa, ánh đèn khác nhau, không nhận ra nhau | Đom đóm mỗi loài nháy theo nhịp riêng |
| Cơ học | Cơ quan sinh sản không khớp | Nhiều loài côn trùng, ốc sên xoắn ngược chiều |
| Giao tử | Tinh trùng không thụ tinh được trứng loài kia | San hô, nhím biển thả giao tử ra nước |
| Con lai yếu | Con lai chết sớm hoặc phát triển kém | Nhiều cặp loài ếch |
| Con lai bất thụ | Con lai sống khoẻ nhưng không sinh sản được | Con la (ngựa × lừa) |
Một hiện tượng thú vị: nếu hai quần thể đã khác khá nhiều gặp lại và con lai yếu, chọn lọc sẽ ưu tiên những cá thể "kén chọn", chỉ ghép đôi với đồng loại. Hàng rào trước thụ tinh nhờ đó càng rõ thêm, gọi là tăng cường cách ly.
Không phải loài mới nào cũng cần núi sông
Cách ly địa lý là con đường phổ biến nhất, nhưng không phải duy nhất:
- Hiệu ứng người sáng lập: một nhóm rất nhỏ tới đảo mới, mang theo chỉ một phần vốn gen của quần thể gốc, nên khác đi nhanh. Hàng trăm loài ruồi giấm ở quần đảo Hawaii được cho là hình thành theo cách này.
- Đa bội ở thực vật: do lỗi phân bào, cây con có số bộ nhiễm sắc thể gấp đôi, không lai được với cây bố mẹ — một loài mới ra đời chỉ trong một thế hệ. Nhiều cây trồng như lúa mì, bông là kết quả của đa bội hoá.
- Đổi vật chủ: ruồi đục quả táo gai ở Bắc Mỹ bắt đầu đẻ trứng trên táo trồng từ thế kỷ 19; hai dòng ruồi trên hai loại cây ra quả lệch thời gian nhau đang tách dần, dù sống cùng vùng.
- Loài vòng: một chuỗi quần thể bao quanh một vật cản (như thung lũng trung tâm California với loài kỳ giông Ensatina), các quần thể kề nhau giao phối được, nhưng hai đầu chuỗi khi gặp nhau thì không. Mức độ "hoàn hảo" của các ví dụ loài vòng vẫn còn được tranh luận.
Góc nhìn hôm nay: nhìn thế giới bằng "bản đồ ranh giới"
- Khi đọc về phân bố một loài, hãy để ý ranh giới của nó trùng với con sông, dãy núi hay eo biển nào. Rất nhiều ranh giới phân bố ở Việt Nam và Đông Dương đi theo sông lớn và dãy Trường Sơn.
- Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam (Hà Nội) có các bộ mẫu linh trưởng, chim cho thấy những loài họ hàng gần ở các vùng khác nhau.
- Đọc thêm: phần Hình thành loài mới trong SGK Sinh học 12; Speciation của Jerry Coyne và H. Allen Orr (2004) cho người muốn đi sâu; các bài phổ biến khoa học về tôm gõ mõ Panama.
- Suy nghĩ thêm: đường cao tốc, kênh đào, đập thuỷ điện cũng là vật cản. Về lâu dài, chúng chia cắt quần thể giống như sông núi — một lý do người ta làm cầu vượt, đường hầm cho động vật.
Câu hỏi thường gặp
Hình thành loài khác khu vực địa lý là gì?
Là con đường hình thành loài mới khi một quần thể bị chia cắt bởi vật cản địa lý như sông, núi, biển. Hai nhóm không trao đổi gen, khác dần đi qua nhiều thế hệ và cuối cùng cách ly sinh sản, trở thành hai loài.
Cách ly sinh sản là gì?
Là khi hai nhóm sinh vật không giao phối với nhau được, hoặc giao phối nhưng con lai chết sớm hay bất thụ. Cách ly sinh sản là dấu hiệu cho thấy hai nhóm đã thành hai loài riêng theo khái niệm loài sinh học.
Vì sao con la không sinh sản được?
Con la là con lai giữa ngựa và lừa, hai loài có số nhiễm sắc thể khác nhau. Khi la tạo giao tử, các nhiễm sắc thể không bắt cặp được bình thường, nên hầu như không tạo ra trứng hay tinh trùng có khả năng thụ tinh.
Hình thành loài mới mất bao lâu?
Thường từ vài nghìn tới vài triệu năm, tuỳ sinh vật và điều kiện. Ở thực vật, đa bội hoá có thể tạo ra loài mới chỉ trong một thế hệ.
Có thể thấy loài mới hình thành trong đời người không?
Có trường hợp ghi nhận được, như một dòng lai chim sẻ trên đảo Daphne Major ở Galápagos, các loài thực vật đa bội mới, hay ruồi đục quả đang tách dòng theo cây chủ. Nhưng phần lớn quá trình hình thành loài diễn ra chậm hơn nhiều so với một đời người.
