Môi trường sống mới khiến thằn lằn tiến hóa nhanh hơn

Năm 1971, các nhà sinh học đã đưa 5 cặp thằn lằn trưởng thành Italia từ hòn đảo quê hương Pod Kopiste (phía nam biển Adriatic) đến hòn đảo láng giềng Pod Mrcaru. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã chứng minh việc đưa những con thằn lằn Podarcis sicula lưng xanh đến môi trường sống mới đã thúc đẩy chúng tiến hóa nhanh chóng và trên diện rộng.

Duncan Irschick – giáo sư sinh học thuộc đại học Massachusetts Amherst – cho biết: “Những điểm khác biệt ấn tượng ở kích cỡ đầu và hình dạng, sức mạnh tăng lên của cú đớp cùng với sự phát triển cấu trúc mới trong hệ tiêu hóa của thằn lằn đã xuất hiện chỉ trong vòng 36 năm – một khoảng thời gian vô cùng ngắn. Những biến đổi thể chất xảy ra đồng thời với những biến đổi lạ thường về mật độ cá thể cũng như cấu trúc xã hội”. Kết quả của nghiên cứu được đăng tải trên số ra ngày 25/03 trên tờ Proceedings of the National Academy of Sciences.

Trong suốt 3 năm liền, các nhà khoa học đã quay trở lại hòn đảo cứ 2 lần một năm – vào mùa xuân và mùa hè năm 2004, 2005, và 2006. Những con thằn lằn bị bắt được đưa đến phòng thí nghiệm. Ở đó các nhà khoa học sẽ đo chiều dài của chúng từ miệng đến hậu môn, kích cỡ đầu cũng như trọng lượng cơ thể. Các mẫu đuôi được lấy nhằm tiến hành phân tích ADN để chắc chắn rằng những con thằn lằn trên đảo Pod Mrcaru có hệ gen giống với quần thể gốc trên đảo Pod Kopiste.

Những biến đổi quan sát được về hình dạng đầu bắt nguồn từ sự thích nghi với nguồn thức ăn mới. Theo Irschick, thằn lằn sống trên hòn đảo Pod Kopiste cằn cỗi rất giỏi bắt con mồi di động, thức ăn chủ yếu của chúng là côn trùng. Trong khi cuộc sống trên đảo Pod Mrcaru – nơi chúng chưa bao giờ đặt chân đến, lại có nguồn cung cấp thức ăn ê hề từ thực vật, bao gồm lá và thân cây bụi. Qua phân tích đặc điểm dạ dày của thằn lằn trên đảo Pod Mrcaru cho thấy chế độ ăn của chúng có đến 2/3 là thực vật tùy thuộc theo mùa – một sự gia tăng lớn đối với quần thể trên đảo Pod Kopiste.

“Kết quả là, các cá thể trên đảo Pod Mrcaru có đầu dài hơn, to hơn và cao hơn những con thằn lằn đảo Pod Kopiste kéo theo sự gia tăng lớn trong sức mạnh của những cú đớp. Do thực vật nhiều chất xơ và dai, lực cắn mạnh sẽ giúp những con thằn lằn lấy được mẩu thức ăn nhỏ, đồng thời giúp chúng phá vỡ được thành tế bào thực vật không tiêu hóa được”, Irschick phát biểu.

Thằn lằn trên đảo Pod Mrcaru (Ảnh: Anthony Herrel thuộc Đại học Antwerp)

Nghiên cứu hệ tiêu hóa của thằn lằn đã tiết lộ một điều còn thú vị hơn: Ăn nhiều thực vật khiến thằn lằn phát triển những cấu trúc mới có tên van manh tràng với công dụng làm chậm dòng máu lưu thông bằng cách tạo ra những đoạn lên men trong ruột. Ở đó vi khuẩn có thể bẻ gãy những phần khó tiêu hóa của thực vật. Van manh tràng có ở cả những con vừa mới nở, những con đang lớn và cả trưởng thành trên đảo Pod Mrcaru. Bộ phận này trước đây chưa từng được phát hiện ở thằn lằn, bao gồm cả quần thể gốc trên đảo Pod Kopiste.

Irschick cho biết: "Chưa đến 1% các loài bò sát có vảy có cấu trúc này. Dữ liệu của chúng tôi cho thấy quá trình tiến hóa cấu trúc mới có thể xảy ra chỉ trong một khoảng thời gian vô cùng ngắn. Sự tiến hóa của van manh tràng đã hình thành song song với mối liên hệ lạ thường giữa loài thằn lằn trên đảo Pod Mrcaru với sinh vật bé nhỏ có tên giun tròn kí sinh trong đoạn ruột sau của thằn lằn giúp tiêu hóa xenluloza."

Thay đổi trong chế độ ăn cũng ảnh hưởng đến mật độ cá thể cũng như cấu trúc xã hội trong quần thể trên đảo Pod Mrcaru. Do thực vật là nguồn cung cấp thức ăn lớn và kiểm soát được, nên có nhiều cá thể thằn lằn hơn trong cùng một diện tích trên đảo. Những con thằn lằn chỉ việc gặm lá cây mà không cần phải tìm cách săn đuổi con mồi như trước, chính vì thế mà chúng đã mất cả thói quen bảo vệ lãnh thổ của mình.

Theo Irschick, “điều thú vị có một không hai trong phát hiện này chính là quá trình tiến hóa nhanh chóng không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của một loài, mà còn ảnh hưởng đến cả lịch sử tự nhiên và sinh thái hành vi”.