Phát tán thích nghi là khi một dòng tổ tiên toả ra thành nhiều loài trong thời gian ngắn, mỗi loài khai thác một nguồn sống khác nhau. Ví dụ ngoạn mục nhất là cá hoa (họ Cichlidae) ở hồ Victoria, châu Phi: hơn năm trăm loài, phần lớn sinh ra trong một khoảng thời gian rất ngắn về địa chất, có loài cạo tảo, có loài nghiền ốc, có loài ăn cá, thậm chí có loài chuyên ăn trứng của cá khác. Cũng chính hồ này chứng kiến khoảng hai trăm loài biến mất trong vài chục năm cuối thế kỷ 20.
Phát tán thích nghi là gì
Hình dung một tổ tiên đến được một vùng đất hay vùng nước mới, nơi còn nhiều "nghề" bỏ trống: chưa ai ăn ốc, chưa ai cạo tảo trên đá, chưa ai săn cá nhỏ. Con cháu của nó tách thành nhiều nhóm, mỗi nhóm thích nghi với một nghề. Sau một thời gian, từ một tổ tiên đã có cả chục, cả trăm loài khác nhau về hình dạng, đặc biệt là ở bộ phận dùng để kiếm ăn.
Ba điều kiện thường gặp:
- Cơ hội sinh thái: nhiều nguồn sống chưa ai khai thác (đảo mới, hồ mới, hoặc sau một đợt tuyệt chủng lớn).
- Một "cải tiến then chốt": đặc điểm giúp dòng giống linh hoạt, dễ biến hoá sang nhiều kiểu kiếm ăn.
- Cơ chế tách loài nhanh: như chọn lọc giới tính dựa trên màu sắc, khiến các nhóm sớm thôi giao phối với nhau.
Chim sẻ Darwin ở Galápagos (có bài riêng) và cá hoa ở các hồ lớn châu Phi đều hội đủ ba điều kiện này.
Hồ Victoria: một hồ lớn, rất trẻ
Hồ Victoria nằm giữa Uganda, Kenya và Tanzania, rộng gần 70.000 km², là hồ nhiệt đới lớn nhất thế giới. Nhưng hồ khá nông, sâu nhất chỉ khoảng 80 m, và rất trẻ về địa chất. Các lõi khoan trầm tích cho thấy hồ có thể đã khô cạn gần hết vào khoảng 15.000 năm trước, rồi đầy nước trở lại. Mức độ khô cạn còn được tranh luận, nhưng các nhà khoa học đều đồng ý phần lớn đa dạng cá hoa ở đây hình thành trong thời gian rất ngắn, tính bằng vài chục nghìn năm hoặc ít hơn.
Nghiên cứu di truyền công bố năm 2017 cho thấy tổ tiên của bầy cá hoa hồ Victoria là kết quả lai giữa hai dòng cá đến từ hai lưu vực khác nhau. Sự lai giống trộn lẫn vốn gen, cung cấp "nguyên liệu" phong phú để chọn lọc nhào nặn thành nhiều loài nhanh chóng.
Một tổ tiên, trăm nghề kiếm ăn
| Nghề kiếm ăn | Đặc điểm cơ thể |
|---|---|
| Cạo tảo bám trên đá | Miệng ở dưới, răng nhỏ dày như bàn chải |
| Ăn sinh vật phù du | Miệng nhỏ hướng lên, lược mang dày để lọc |
| Ăn côn trùng, ấu trùng | Miệng nhọn, mắt to |
| Nghiền ốc | Hàm hầu khoẻ, răng hầu to như cối đá |
| Ăn cá nhỏ | Thân dài, miệng rộng, răng nhọn |
| Ăn trứng và cá bột của cá khác | Tấn công cá mẹ đang ngậm trứng trong miệng, buộc nó nhả ra |
| Ăn mảnh vụn hữu cơ dưới đáy | Ruột dài, miệng hút |
Nhiều loài trong số này trông khác nhau như các họ cá xa nhau, nhưng DNA cho thấy chúng là họ hàng rất gần.
Hai bộ hàm: "cải tiến then chốt" của cá hoa
Cá hoa có hai bộ hàm. Bộ hàm ở miệng dùng để gắp, cắn, cạo. Bộ hàm hầu nằm sâu trong cổ họng, là xương mang biến đổi, dùng để nghiền, cắt, xé thức ăn. Hai bộ hàm làm việc độc lập, nên mỗi bộ có thể tiến hoá theo một hướng riêng: một loài có thể giữ hàm miệng nhỏ nhắn nhưng hàm hầu cực khoẻ để nghiền ốc. Nhà sinh học Karel Liem từ thập niên 1970 đã đề xuất cấu trúc này là lý do cá hoa đa dạng hoá giỏi như vậy.
Một đặc điểm khác là nhiều loài cá hoa ở hồ Victoria ấp trứng trong miệng: cá mẹ ngậm trứng và cá con trong miệng tới khi chúng đủ lớn. Cách nuôi con kỹ này giúp tỉ lệ sống cao, nhưng mỗi lứa ít con — và tạo ra "nghề" độc lạ cho những loài chuyên cướp trứng.
Màu sắc và nước trong: chọn lọc giới tính tách loài
Con đực cá hoa thường có màu sặc sỡ, con cái chọn bạn đời theo màu. Ở các bờ đá hồ Victoria có những cặp loài gần như giống hệt nhau trừ màu con đực: một loài đỏ, một loài xanh. Con cái mỗi loài chỉ chọn đực đúng màu của loài mình.
Nhóm của nhà sinh học Ole Seehausen còn phát hiện các gen thu nhận ánh sáng trong mắt cá thay đổi theo độ sâu: nước sâu hơn ít ánh sáng xanh, nhiều ánh sáng đỏ hơn, và cá ở mỗi độ sâu "thấy" màu theo kiểu riêng. Màu con đực, mắt con cái và môi trường ánh sáng tiến hoá cùng nhau, đẩy nhanh việc tách loài.
Mặt trái: nghiên cứu công bố năm 1997 của Seehausen cho thấy khi nước hồ đục đi do ô nhiễm dinh dưỡng, con cái không còn phân biệt rõ màu, nên giao phối lẫn giữa các loài. Những loài vốn tách ra nhờ màu sắc bắt đầu hoà vào nhau. Mất nước trong là mất luôn bức tường vô hình giữa các loài.
Khoảng hai trăm loài biến mất
Thập niên 1950, cá rô sông Nile, một loài săn mồi lớn, được thả vào hồ Victoria để tăng sản lượng đánh bắt. Tới thập niên 1980, quần thể cá rô sông Nile bùng nổ. Cùng lúc, nước hồ giàu dinh dưỡng và đục dần, tầng đáy thiếu oxy. Kết quả: các nhà khoa học ước tính khoảng hai trăm loài cá hoa đã biến mất hoặc gần như không còn thấy, một trong những đợt tuyệt chủng hàng loạt nhanh nhất từng được ghi nhận ở động vật có xương sống.
Một số loài sau đó có dấu hiệu hồi phục khi cá rô sông Nile bị đánh bắt mạnh, và vài quần thể đã thay đổi hình dạng (như mang to hơn để sống trong nước ít oxy) — bản thân điều đó cũng là tiến hoá nhanh. Nhưng nhiều loài đã mất vĩnh viễn.
Cá hoa ở hai hồ khác: lặp lại một kịch bản
Hồ Malawi có hàng trăm loài cá hoa, hồ Tanganyika già hơn nhiều cũng có vài trăm loài. Điều đáng kinh ngạc: những loài ở hồ Malawi và hồ Tanganyika có cùng kiểu kiếm ăn thường giống nhau về hình dạng, dù chúng tiến hoá độc lập ở hai hồ. Đây là trường hợp phát tán thích nghi đi kèm hội tụ tiến hoá, chủ đề của một bài khác trong danh mục này.
Góc nhìn hôm nay: gặp cá hoa ở đâu, và một lời nhắc
- Cá hoa gần gũi hơn ta tưởng: cá rô phi, loài cá nuôi phổ biến ở Việt Nam, cũng thuộc họ Cichlidae, có tập tính ấp trứng trong miệng. Nhiều loài cá cảnh như cá ali, cá dĩa, cá ông tiên cũng thuộc họ này.
- Cá cảnh mua ở cửa hàng chỉ nuôi trong bể. Tuyệt đối không thả cá cảnh, kể cả cá hoa châu Phi, ra ao hồ, sông suối, dù với ý "phóng sinh": chúng có thể lấn át cá bản địa — chính bài học của hồ Victoria theo chiều ngược lại.
- Đọc thêm: các bài tổng quan về cá hoa hồ Victoria của Ole Seehausen; phần phát tán thích nghi trong Campbell Biology; phim tài liệu về các hồ lớn Đông Phi.
Câu hỏi thường gặp
Phát tán thích nghi là gì?
Là hiện tượng một dòng tổ tiên đa dạng hoá nhanh thành nhiều loài, mỗi loài thích nghi với một nguồn sống hay cách sống khác nhau. Ví dụ nổi tiếng là chim sẻ Darwin ở Galápagos và cá hoa ở các hồ lớn châu Phi.
Hồ Victoria có bao nhiêu loài cá hoa?
Trước khi có đợt suy giảm cuối thế kỷ 20, hồ Victoria được ước tính có hơn năm trăm loài cá hoa, gần như tất cả là đặc hữu. Khoảng hai trăm loài sau đó đã biến mất hoặc gần như không còn thấy.
Vì sao cá hoa hồ Victoria bị tuyệt chủng hàng loạt?
Nguyên nhân chính là cá rô sông Nile được thả vào hồ từ thập niên 1950 và bùng nổ vào thập niên 1980, cùng với nước hồ bị ô nhiễm dinh dưỡng, đục và thiếu oxy ở tầng đáy. Nước đục còn khiến các loài lai lẫn với nhau.
Hàm hầu của cá là gì?
Hàm hầu là bộ hàm thứ hai nằm trong cổ họng cá, hình thành từ xương mang biến đổi. Ở cá hoa, hàm hầu rất phát triển, dùng để nghiền và cắt thức ăn, giúp bộ hàm ở miệng rảnh để tiến hoá theo hướng khác.
Cá rô phi có phải là cá hoa không?
Có. Cá rô phi thuộc họ Cichlidae, cùng họ với cá hoa ở các hồ lớn châu Phi. Cá rô phi có nguồn gốc châu Phi và cũng ấp trứng trong miệng.
