Các đặc điểm phô trương của con đực tiến hóa như thế nào?

Đối với Charles Darwin, chiếc đuôi công xét theo góc độ chọn lọc tự nhiên khiến cho ông cực kỳ khó chịu.

Thực tế trong một lần viết cho người bạn Hoa Kỳ thân thiết Asa Gray vào năm 1860, Darwin đã thú nhận: “Bất cứ khi nào tôi nhìn vào một chiếc lông trên đuôi con công, tôi cảm thấy phát ốm!”

Trong nỗ lực nhằm giải thích tại sao các đặc điểm có vẻ như hơi quá mức và phiền toái như thế lại tồn tại, nhà tự nhiên học vĩ đại người Anh đã có suy nghĩ về chọn lọc giới tính. Các đặc điểm phô trương như cách trang hoàng trên đuôi công là một lợi thế trong cuộc chơi tìm bạn tình giúp chúng che đi những gì bất lợi.

Một nhóm các nhà khoa học Wisconsin đã chuyển câu hỏi từ hướng tại sao các đặc điểm phô trương của con đực lại tồn tại sang hướng chúng đã tiến hóa như thế nào. Họ đã phát hiện các chi tiết phân tử về cách mà một công tắc di truyền đơn giản có thể kiểm soát các đặc điểm trang trí trên cơ thể ruồi giấm đực, và công tắc đó tiến hóa như thế nào. Mở rộng hơn, nghiên cứu của họ giải thích cơ chế mà sư tử đực có cái bờm oai dũng, nai sừng tấm đực có đôi gạc uy nghi ấn tượng, và chim công đực lại có chiếc đuôi quyến rũ.

Trong một bài báo đăng tải trên số mới nhất ra ngày 22 tháng 8 tờ Cell, nhóm nghiên cứu do nhà sinh học phân tử Sean Carroll thuộc trường đại học Wisconsin – Madison chỉ đạo đã mô tả nguyên tắc và quá trình tiến hóa của một đoạn gen ruồi giấm cho phép con đực trang trí phần bụng của nó. Nghiên cứu của họ cũng cho thấy sự điều chỉnh đoạn gen đó ở ruồi giấm cái đã ức chế hiện tượng này như thế nào. Carroll – điều tra viên thuộc Viện y học Howard Hughes đồng thời là một trong những nhà sinh học tiến hóa nổi bật của thế giới – cho biết: “Nghiên cứu tập trung vào câu hỏi bằng cách nào chứ không phải câu hỏi tại sao. Bằng cách nào đặc điểm này lại xuất hiện ở một giới mà không phải giới kia?”

Câu hỏi về nguồn gốc của các đặc điểm giới tính phụ - đặc điểm chứ không phải các cơ quan sinh sản riêng biệt ở mỗi giới tính – là câu hỏi bao trùm ngành sinh học tiến hóa hiện đại, theo Thomas Williams – cộng sự thuộc đại học Wisconsin – Madison đồng chỉ đạo nghiên cứu. “Con đực và con cái về cơ bản có cùng bộ gen, vậy bằng cách nào chúng ta có thể biến đổi hoạt động của hệ gen con đực mà không biến đổi hệ gen của con cái?”

Theo bài viết trên tờ Cell, câu trả lời nằm ở quá trình ức chế di truyền của một loại protein có trong ruồi giấm đực cho phép con đực tô màu phần đuôi ở cuối bụng.

Carroll nói: “Ruồi giấm không cần phải có gen mới để tạo nên ngoại hình mới. Chúng chỉ cần thay đổi cách thức con đực và con cái sử dụng cùng một hệ gen”. 

Carrolle nhấn mạnh, công tắc gen điều khiển hoạt động của protein đã có từ xa xưa, nó tiến hóa ban đầu với một mục đích hoàn toàn khác. Nhưng qua thời gian đột biến được tích lũy có lẽ là để đáp ứng chọn lọc về giới tính đã khiến quá trình tiến hóa của ruồi đực chuyến sang hướng hình thành phần đuôi sặc sỡ hơn. “Công tắc gen tồn tại đã hàng chục triệu năm bởi nó đã từng mang một nhiệm vụ khác. Nhưng nó đã được sửa đổi lại. Tiến hóa là một quá trình tích lũy. Bạn có cỗ máy này, và rất dễ dàng để thêm vào đó một chiếc chuông hay còi. Với đặc điểm đặc biệt đó, nó đã tiến hóa bằng cách khai thác thông tin di truyền có sẵn để khiến cơ thể con đực khác với cơ thể con cái”.

Theo Williams và Carroll, nghiên cứu cũng không mang lại bằng chứng nào chứng minh rằng quá trình trang trí đã từng xuất hiện ở con cái nhưng sau đó bị ức chế. “Chúng tôi có đủ bằng chứng để tin rằng hiện tượng này chỉ tiến hóa ở con đực mà thôi”.

Carroll và Williams tranh luận, quá trình tương tự cũng xuất hiện ở các loài động vật từ con người đến voi, từ hải cẩu đến cá hay các loài bọ cánh cứng. Đó là thế giới của những đặc điểm cường điệu ở muôn loài. Các nhà sinh vật học tiến hóa ngày nay, cũng giống như Darwin 150 năm trước, rất hứng thú với câu hỏi về những lợi ích mà chúng mang lại.

Carroll giải thích: “Đây là những đặc điểm tiến hóa nhanh nhất. Nếu sở thích của con cái thay đổi, các đặc điểm cũ biến mất. Và không hề có một sự củng cố nào”.

Carroll kết luận: “Đó là sự cân bằng. Miễn là cái được vượt trội cái mất, các đặc điểm đó vẫn tiếp tục tồn tại. Kiểu màu sắc của ruồi giấm chính là một ví dụ để hiểu được cách sử dụng cùng một bộ gen ở hai giới tính khác nhau làm hình thành nên các đặc điểm khác nhau”.