EvoThink – Tư Duy Tiến Hóa #1: Cá Voi Và Giá trị Của Những Luồng Bằng Chứng Độc lập

Giới thiệu, đặc điểm của cá voi và những điều cần xác minh …………….1

  1. Các bằng chứng cổ sinh: hóa thạch và các đặc điểm chuyển tiếp …………….2
  2. Hình thái …………….3
  3. Phôi học …………….3
  4. Cơ quan “thoái hóa” …………….4
  5. Bằng chứng di truyền, sinh học phân tử…………….4
  6. Bằng chứng Địa hóa …………….5
  7. Bằng chứng Cổ – môi sinh…………….5
  8. Bằng chứng Cổ – sinh địa lý …………….5
  9. Bằng chứng niên đại …………….5

Thảo luận …………….6

Trả lời câu hỏi chống tiến hóa hợp lý ……………7

Phần nâng cao: chuyên đề mũi & lỗ thở, chuyên đề tai trong ……………7

Nguồn chính …………7

***

NÂNG CAO

Câu hỏi chống tiến hóa hợp lý

Thú sinh con đầu ra trước, cá voi thì sinh con đuôi trước (để cá voi con không đuối nước trong lúc sinh). Chết bao nhiêu cá voi con thì cá voi mới có đột biến để tiến hóa được vụ sinh con đuôi trước?
Bạn đã xem qua các hình về thai kỳ, bạn có để ý là đầu em bé ở các giai đoạn sớm thường hướng lên trên, trong khi gần sinh thì hướng xuống dưới? Bào thai sẽ xoay đầu, nhưng vẫn có 3 – 5% em bé người đẻ ngôi mông (breech birth) vì nhiều lí do, nhưng đó là hiện tượng tự nhiên, không cần một đột biến đặc biệt gì cả. Đúng là với người và bò thì đẻ ngôi mông được coi là sinh khó, nhưng hãy nhớ là người có xương chậu hẹp so với kích cỡ bào thai – so với bất cứ loài vật nào thì kiểu sinh đẻ la làng la xóm cần chục người giúp đỡ từ A-Z ở người cũng là sinh khó 😉 – và gia súc đã bị quá trình thuần hóa làm thay đổi kiểu hình và hành vi lệ thuộc vào người hơn. Với một sinh vật càng ngày càng chuyển sang môi trường nước và đôi chân sau càng ngày càng bé thì tỉ lệ đẻ ngôi mông có thể tăng lên an toàn. Thực tế là ở loài vẫn còn có thể lên cạn như hà mã thì ngôi mông cũng đã chiếm đại đa số các trường hợp sinh nở.

Đáp án cho câu hỏi ở phần 1 đã rõ khi hóa thạch này đã được tô màu: Maiacetus nghĩa là “bà mẹ hiền cá voi”, trọng bụng của mẫu vật có một bào thai đã gần sinh (răng cỏ đầy đủ) nhưng đầu hướng xuống, làm các nhà nghiên cứu cho rằng Maiacetus vẫn còn đẻ trên cạn. Nhưng nếu bạn bi quan hơn, đó cũng có thể là bữa ăn cuối cùng của “bà mẹ” 😉

Ngay cả cá voi hiện đại vẫn có có đẻ ngôi “thường”, chỉ là hiếm hơn. Như đã nói, nhìn những loài khác có thể cho ta hình bóng của quá trình tiến hóa xa xưa: với tỉ lệ đẻ đầu trước chỉ còn cỡ 63%, chúng ta đã “bắt quả tang” hải cẩu chuẩn bị sống hẳn dưới biển.

Chuyên đề mũi/lỗ thở

Tại sao tiến hóa lỗ thở ở trên đỉnh đầu?
Lỗ thở trên đỉnh đầu thì lợi rõ ràng rồi: chỉ cần đưa một phần cơ thể rất nhỏ lên để thở, không cần ngẩng nguyên cái mõm lên=> không phá vỡ dáng khí động, hay rời mắt khỏi vùng nước phía dưới, có thể đi nhanh mà không bị nước quật vào lớp màng nhạy cảm trong mũi (bọn hải cẩu có giải phải pháp khác: vẫn giữ cái mũi chỗ cũ nhưng đóng lại)…
Nước: thuận ta thì sống, nghịch ta thì đuối!
Nhưng động cơ nào để quá trình di dời này *bắt đầu*? Tức, lỗ mũi hỉnh hơn một chút thì được lợi gì? Tui chưa đọc thấy tài liệu nào phân tích lợi ích của cái cũi cao “giữa giữa”, nhưng tự tui để ý tụi bán thủy sinh như hà mã mũi và mắt cũng ở khá cao. Ngay trong chính loài chúng ta cũng thấy, có người mũi ngắn, có người mũi dài, người mũi ngắn sẽ cần nhô ít đầu của mình hơn để thở. Với kẻ tấn công bằng mai phục, cái mũi chỉ cần, để cho nó bớt lộ liễu hơn một chút cũng đã tăng cơ hội thành công lên rồi. Vì thế tui cho rằng chính đời sống “cá sấu có lông” của Ambulocetus và Kutchicetus đã khởi đầu trào lưu.
Sơ đồ xương mặt của cá voi, so với cáo xám. Mặt cá heo không có xương nào mới, chỉ là xương cũ tái định cư.
Vậy, sự biến đổi từ mũi sang lỗ thở, như nhiều thay đổi thích nghi tưởng như rất lớn khác, thật ra là sự sắp xếp lại một cấu trúc có sẵn – có khi chẳng cần gen mới, chỉ cần tích lũy đột biến điều hòa quá trình phát triển. Tiến hóa cũng như tâm lý đàn ông thôi, “không thích đập đi xây mới, mà chỉ thích cơi nới và làm thêm”

Sơ đồ sọ người và các xương tương ứng

Phải so với con người thì ta mới cảm thụ được nét đẹp ấy, nên tớ đã tô màu tương đương từng xùng xương cho các bạn xem. Bạn hãy tưởng tượng sống mũi của mình cuốn lên trên trán (à, bạn gần như không có trán (frontal bone), thôi đỉnh đầu đi), còn vùng nhân trung của bạn thì dàiiiiiiiiiiiiiiiii ra đến mức nó như cái cầu tuột từ trên cái lỗ mũi cao chót vót ấy đi xuống, nằm phía trên hai mắt bạn và chĩa ra phía trước – có thể để được, 4,5 cái bánh trung thu. Đó, là cấu hình của các bạn cá voi.

 

Hình móc họng thuyết tiến hóa, nhưng hài, tui thích!
Khi cá voi gần chết ngạt và cái kết

 

Chuyên đề tai trong

Một con cá voi mù có thể sống tương đối bình thường, nhưng một con cá voi điếc là một con cá voi chết.
Vị trí của tổ hợp thính giác cá voi ở cá voi răng (trên) và cá voi tấm sừng (dưới). t: bóng xương tai giữa, p: xương quanh tai trong, s: mỏm xương chữ S nối hai phần
Tất cả thú có vú đều có bóng xương (auditory bulla) này để bảo vệ tai trong. Vậy điều gì làm nó đặc biệt ở cá voi? Nó tách biệt, và thay vì gắn chặt vào sọ như chúng ta, nó nằm ở sau hàm và kết nối tòn ten với xương quanh tai trong bằng mỏm xương hình chữ S. Khi con cá voi chết – nó sẽ rụng ra như một quả khô. Rất to. Như trái thanh long. Rụng.

Soi trong tổ hợp này ta thấy các thành phần điển hình tai thú: xương búa, xương đe, ốc tai v.v

Vị trí của tổ hợp tai trong và mảng mỡ

Để hiểu nguyên do đặc điểm giải phẫu này, chúng ta hiểu sự khác biệt của việc nghe trong không khí và nghe trong môi trường đặc như nước hay đất. Nguyên tắc của của tính giác là lan truyền và xử lý rung động.
whale-vs-human-hearing-3-o
Trong không khí, tai ngoài của chúng ta có thể hứng được sóng âm và rót vào ống tai, làm màng nhĩ rung, rồi xương nọ đá xương kia đến khi rung động đến được dây thần kinh. Thách thức thứ nhất khi xuống nước là tai ngoài không hứng được gì nữa vì sự khác biệt của thịt tai và nước không đủ lớn để chuyển hướng sóng âm như tai và không khí. Thứ hai là ống tai ngập nước sẽ tạo ra chênh lệch áp suất làm màng nhĩ bị bất lực.
Nếu bạn đã từng ngầu như tui và đưa cái máy đấm lưng lên mặt, bạn sẽ thấy rung động được truyền đi khắp đầu. Trong nước cũng vậy, cả sọ của chúng ta sẽ cùng dao động một lúc, vì nước truyền âm thanh tốt hơn không khí nhiều. Vì rung động khắp nơi nên cái khó thứ ba là chúng ta sẽ không xác định được âm thanh đó đến từ đâu, và nếu bạn là hàng xóm của cá mập thì rất kẹt.
Trái: tai thú điển hình; Phải: Tai cá voi điển hình. Phần màu đen là bao xương, là phần cuộn của bóng xương, có nhiệm vụ, phần kia của bóng nối với xương búa và đe, đóng vai trò như màng nhĩ.
Ngay từ Pakicetus, ta đã thấy một sự chia tay nhẹ giữa bóng xương và sọ, tăng đều qua các hóa thạch tiếp theo. Tách ra khỏi sọ cũng là tách ra khỏi nhau, hai bóng xương tai cá voi có thể rung độc lập để định hướng âm thanh. Mảng mỡ xuất hiện từ thời các protocetid, và vì mỡ có tính chất vật lý, hóa học khác hẳn xương, người ta cho rằng chúng là đường “vẽ sẵn” cho âm thanh ưu tiên đến gần tai. Đến basilosaurids thì đã có các xoang khí đóng vai trò cách âm giữa tai và sọ (sọ rung cứ rung, tai chỉ nghe lời hàm), dù vẫn còn ống tai đàng hoàng. Tới nay, ta đã có những con cá voi hứng âm thanh bằng hàm, dẫn đường bằng mỡ, dùng phần dày của bóng xương làm ampli, dùng phần mỏng làm màng nhĩ và nghe được siêu thanh. Voilà! Bạn có một chùm tiến hóa tai cá voi, với mỗi bước là một thay đổi về phát triển nho nhỏ, chưa hoàn thiện nhưng có cải thiện, đủ để thấy rõ là tai (cũng như mọi cơ quan của cá voi) là sản phẩm của quá trình thích nghi cho cuộc sống dưới nước.

 

Khi âm thanh tới sẽ truyền vào hàm, qua mảng mỡ dẫn vào bóng tai, rung động truyền tín hiệu lên não.

LOGO
Hình lai giữa cây tiến hóa phác thảo đầu tiên “I think” của Darwin và phát biểu để đời “I think, therefore I am” (Cogito, ergo sum – tôi tư duy, nên tôi tồn tại) của Descarte. Logo trang và cũng là biểu tượng của chùm bài EvoThink. Bộ óc của chúng ta là sản phẩm của 3.8 tỉ năm tiến hóa, hãy tư duy hết công suất ^^.
Ai có hóa thạch, bên đó thắng, vậy đi!

Nguồn chính:

  • The Origin of Whales and the Power of Independent Evidence, Raymond Sutera
  • http://www.indiana.edu/~ensiweb/lessons/wh.or.11.pdf
  • Thewissen JGM, Cohn MJ, Stevens LS, Bajpai S, Heyning J, Horton WE (2006) Developmental basis for hind-limb loss in dolphins and the origin of the cetacean body plan. Proc.Nat.Acad.Sci. USA 103(22):8414-8418.
  • Bài giảng: Drawing Out Leviathan: The Origins of Whales, Khóa GEOL 204 Dinosaurs, Early Humans, Ancestors & Evolution: The Fossil Record of Vanished Worlds of the Prehistoric Past
  • Học kỳ Mùa Xuân 2016, Khoa Địa chất, Đại học Maryland.
  •         Evolution of Whales from Land to Sea1 PHILIP D. GINGERICH