Leo Cây Tiến Hóa – Hướng Dẫn Đọc Gia Phả Các Loài

Từ Campbell Biology, tái bản lần 8, bản tiếng Việt có sẵn trên Thư Viện.
Chúng ta đã quá quen với hệ thống phân loại sinh giới của Carl Linnaeus, sắp xếp muôn loài khá gọn gàng và đặt cho mỗi đứa một danh pháp hai phần như họ và tên, ví dụ Homo sapiens (kẻ mà ai cũng biết là ai đấy!).
capture
Wikipedia troll người dùng 😉
Nhưng ngày nay, chúng ta thường thấy những cái cây như thế này. Ưu điểm của nó là phản ánh được quan hệ di truyền thay vì chỉ phân loại dựa vào các yếu tố bên ngoài. Vậy, làm sao để hiểu đúng được chúng? Tui phải mượn một ví dụ để phân tích cách hiểu trật.
cay dong vat.PNG

Lưu ý: Bài viết này có sự copy paste nặng nề từ 2 bài viết trên khoahoc.tv, Bạn hiểu thế nào về cây tiến hóa (Phần I)Bạn hiểu thế nào về cây tiến hóa (Phần II).
Dựa trên tài liệu chi tiết của T. Ryan Gregory, bản pdf chi tiết tại đây.
Hình nào không có nguồn là tự tui vẽ (sửa) hoặc là cắt từ nguồn trên.
Trường tui có một folder huyền thoại để luyện Tin học chứng chỉ A, AuTrungTinhNghich. Những file này được chuyền tay từ sinh viên này sang sinh viên khác, thế hệ này qua thế hệ khác. Trong mỗi tập tin sẽ có các file đề mẫu, file bài tập và file bài giải.
Khi một sinh viên X nhận được folder, người đó thường sẽ lưu trực tiếp những thay đổi như đổi tên (thay thế cặp nucleotide), ghi chú, đánh dấu làm rồi, chỉnh màu (các đột biến trung tính), xóa file (mất đoạn), tạo bản sao của đề (lặp đoạn) và giải vào bản sao (đột biến sinh gen mới trên đoạn lặp)…. Và khi sinh viên X này nén và chép (sao chép ADN và giảm phân) folder cho bạn mình là Y, X gửi một dị bản có những thay đổi chỉ riêng folder của X có, và tất cả những người sau này nhận file từ Y, đều thừa hưởng những dị bản đó của X, rồi đến của Y và những người ở trước. Vậy, từ những khác biệt độc nhất này, người đủ rảnh có thể vẽ một cây phả hệ cho AuTrungTinhNghich (để đơn giản ta cho rằng mỗi sinh viên chỉ đưa file của mình cho 2 người khác)



Nếu An đã đổi tên file On Excel CCB 7 thành ThoiRangLamDi-Thuong, hay làm bất cứ điều gì, thì tất cả các folder sau này đều sẽ thừa hưởng. Nếu là Bình sửa, hoặc chỉ là gặp lỗi gì đó trong quá trình nén hoặc giải nén, thì tất cả sinh viên ở bên trái sẽ mang sửa đổi đó, nhưng nguyên đám bên phải sẽ không ảnh hưởng gì – họ hoàn toàn độc lập, bởi vì nhánh của họ (Bông) đã tách ra trước khi có thay đổi đó. Nếu giờ ta chỉ muốn nhấn mạnh một nhánh, ta có thể vẽ như sau:
Dịu ở đó dằn chỗ để người ta biết: An không chỉ truyền folder cho một nhóm là nhóm của Bình. Dịu là đại diện nhóm của Bông – đã tách ra độc lập với nhóm của Bình. Một cây gia phả có thể được vẽ theo bất kỳ phong cách nào, nội dung không đổi.


Tôi dùng file này vì nó cũng có đặc điểm của sự sống là di truyền và biến dị. Nhưng “mọi so sánh đều khập khiễng”, nên dĩ nhiên ví dụ này cũng không hoàn toàn tương đồng với sinh vật – không có giao phối, không chọn lọc tự nhiên, AuTrungTinhNghich là một sinh vật vô tính sống ở thiên đàng. Nhưng từ đây, chúng ta có thể làm sáng tỏ một số ngộ nhận về cây tiến hóa của cả những sinh vật hữu tính, đa bào.


Ngộ nhận 1. Cây tiến hóa được đọc từ trái sang phải và Ngộ nhận 2. Dòm mặt bắt bà con

Theo những gì bạn hiểu về cây tiến hóa trên, loài nào có quan hệ gần gũi nhất với cá: ếch, thằn lằn, chim, mèo hay con người?
Câu trả lời theo trực giác mà hầu hết mọi người đưa ra là ếch, nhưng chẳng phải cái này y chang cái cây ở trên mà thêm một nhánh vào đấy sao? (Con ếch chính là Dịu!) Dương, Diễm, Dậu hay Dũng có quan hệ gần gũi nhất với Dịu? Rất dễ thấy: chẳng ai hết, tất cả đều xa như nhau, vì điểm chung cuối cùng nối Dương, Diễm, Dậu, Dũng, Cường, Cầm và cả Bình với Dịu đều là An. Dù bề ngoài có thể con cá có nhiều điểm tương đồng với ếch hơn là chúng ta hay mèo hay chim, vì cả đám đều nối với cá ở chấm xanh thứ nhất, khoảng cách phả hệ là như nhau.
Thật vậy, khi tính thời gian mà từng nhóm đã tiến hóa, ta thấy dù mức độ thay đổi ngoại hình có khác nhau, khoảng cách thời gian với tổ tiên chung của cả đám là như nhau.
Ảo giác cũng sẽ tan vỡ khi chúng ta vẽ cây tiến hóa/cây phả hệ như sau.
Trái ngược với trực giác của chúng ta, giữa hai cây tiến hóa cũng như hai cây gia phả này không hề có sự khác biệt về thông tin chứa đựng trong đó, có chăng chỉ là khác biệt về thứ tự các nhánh mà thôi. Ở cả hai cây tiến hóa, con người có nhiều đặc điểm chung nhất với mèo. Nhóm động vật có vú có tổ tiên xa hơn một chút với bò sát và chim. Tổ tiên của nhóm này lại có chung nguồn gốc với ếch nhái. Rồi tổ tiên của tất cả các loài bốn chân lại cũng là tổ tiên của loài cá nhiều xương có hình dạng gần giống cá ngày nay. Do cả ếch nhái, con người, thằn lằn, và chim đều có chung nguồn gốc (một loài động vật bốn chân cổ đại) nên chúng đều có mối liên quan tương đương nhau với cá.
Bốn cây tiến hóa này là như nhau, chỉ khác vụ lật qua lật lại, nhưng cái chính là thứ tự phân nhánh vẫn giữ nguyên


Ngộ nhận 2. Nhánh thẳng tức là không tiến hóa

Nhìn các sơ đồ trên, ta dễ tưởng nhánh cá tách khỏi tổ tiên chung xong rồi “giữ nguyên hiện trường”, không tiến hóa gì nữa.
Nhưng, nhớ lại Dịu.
Nằm một mình trên một nhánh cây suông đuột, không có nghĩa là Dịu “nguyên thủy”, Dịu cũng đã thừa hưởng một folder trải qua nhiều sửa đổi không kém bọn Dương, Diễm, Dậu, Dũng – nhưng trong cây này chúng ta chọn phân tích nhóm Bình nên nhóm Dịu bị tối giản.


Thử nhìn hình này là rõ:
Có phải con người xuất hiện sớm và “giữ hình dáng nguyên thủy” trong khi nhóm dưa chuột biển và sao biển bận bịu tiến hóa không? Nghe “sai sai” phải không? Nhưng nếu ta nghĩ cá hay ếch không tiến hóa thì cũng sai y như vậy. Đó là tình cảnh khi bị chọn làm nhóm ngoài (outgroup) – loài cơ bản (basal), bên lề như nam phụ ngôn tình: Nhánh ngoài không phải không tiến hóa, chỉ là bị lờ đi thôi.


Để tránh những ngộ nhận kiểu đó, cây tiến hóa nên được dựng sao cho không nhóm nào luôn ở ngoài cùng
Lí do của cách trình bày thiên vị này nằm ở cây sự sống, phiên bản bỏ túi này (con người nằm ở đầu mút bên phải)
Như có thể thấy, sẽ chẳng bàn bạc học hành gì nổi nếu mọi cây tiến hóa đều bưng hết nguyên chú, bác, cậu, mợ, hội anh chị em bạn dì lên mâm. Mọi cây tiến hóa dưới một triệu nhánh đều là giản đồ “trắng trợn” và đều “không chính xác”. Thế nào cũng phải có vài thằng phải bị vẽ suông đuột để nêu bật nhóm khác đang quan tâm lên, dù thực tế có thể nhóm bị hy sinh thật ra đa dạng hơn nhóm kia rất nhiều lần (ví dụ, cá xương chiếm cỡ một nửa số động vật có xương sống, còn thú có vú chỉ 10% :P). Cái cây với 6 đại diện “đơn giản” nãy giờ chúng ta xem xét tượng trưng cho 50,000 loài động vật có xương sống.


Ngộ nhận 3: Nhánh chính, nhánh phụ & “Thuyết tiến hóa nói khỉ biến thành người!” blah blah


Nhìn cây tiến hóa này chắc chắn nhiều bạn đọc cho rằng nó thể hiện một xu hướng “tiến bộ” từ một tổ tiên “sơ khai” đến một loài “cao cấp” như con người. Bạn nào đã nghe EvoLit nói bể cổ rằng không phải khỉ tiến hóa thành người vẫn có thể hiểu lầm rằng nhánh khỉ, vượn là những nhánh phụ trên con đường hình thành loài người, những “thử nghiệm thất bại” của tiến hóa, những kẻ cùng đường, bế tắc trong kiếp “khọt khẹt”. SAI. Cứ khi nào bạn thấy cây tiến hóa hình như là cho ta thấy một xu hướng gì đó, hãy thử xoay các nhánh xem: nó “biến mất như có phép lạ”, dù thông tin không hề thay đổi ;).
Ta thấy: con người và tinh tinh là hai loài họ hàng đang sống gần gũi với nhau nhất, cả hai loài đều có chung một tổ tiên (tại đỉnh U) gần hơn đối với bất cứ một loài linh trưởng nào còn sống được thể hiện trên cây tiến hóa (tức là dù cùng “khọt khẹt” nhưng nhánh tinh tinh gần gũi về di truyền với người hơn cả gorilla, hay bất cứ thứ gì trên đời). Loài được thể hiện tại đỉnh U không hẳn là người hay tinh tinh. Đã có rất nhiều biến đổi trong suốt quá trình tiến hóa từ loài ở đỉnh U cho đến người hiện đại, bao gồm cả rất nhiều loài tổ tiên không được thể hiện trong biểu đồ cây tiến hóa. Bên cạnh đó còn có những biến đổi trong nhánh của loài tinh tinh cũng như tất cả các loài linh trưởng khác để trở thành những đại diện hiện nay. Nói tóm lại, không phải con người có nguồn gốc từ khỉ, vượn hay khỉ, vượn có nguồn gốc từ con người. Chúng ta là họ hàng, không loài nào là bố mẹ của loài nào.
Scala naturae, hay Chuỗi Sự Sống Vĩ Đại là một quan niệm tiền Darwin lỗi thời nhưng phản ánh thái độ vẫn chưa thực sự thay đổi của con người với thiên nhiên: con người chỉ dưới Thiên Đàng và đứng trên muôn loài.


Nguồn ảnh

Tiến hóa lại nói khác.Dù hình ảnh bước tiến từ vượn thành người (March of Progress) đã trở thành biểu tượng, thực tế không phải như vậy: con người không phải là đỉnh cao tiến hóa mà là một nhánh như bao nhánh khác.

 


Chúng ta cần phải gỡ cài đặt tư tưởng từ cổ chí kim rằng con người là tuyệt phẩm của Trái Đất, là tinh hoa của vũ trụ. Phiên bản cây sự sống ở trên là một sự minh họa mối quan hệ của con người với sinh vật sống và tuyệt chủng, đồng thời ve vuốt cái tôi của nhân loại, cho chúng ta “lên đỉnh” ngồi. Thực ra, như các tác giả của cây sự sống ấy cũng nói rõ, dưới con mắt của tiến hóa, con người cũng chỉ là một loài thành công khác (vì sống đến ngày hôm nay ^^) – không cao cấp hay hạ cấp hơn bất cứ loài nào, mà là một sinh vật có chiến lược sống đặc thù và đặc biệt hiệu quả. Có thể thấy điều này trong cây tiến hóa đương đại rút gọn (3000 loài).
Bạn có thấy chúng ta đâu không?
Nguồn ảnh, có thể phóng to chi tiết từng loài
Đấy, đường bệ nằm trên “lươn” lưỡng cư và dưới chuột nhắt.


Nãy giờ biết đọc cây tiến hóa sai như thế nào rồi, nhưng làm sao đọc đúng?

Nhìn nùi nùi như thế chứ cây tiến hóa thực sự rất dễ hiểu:
  1. Tất cả các loài còn sống được đặt ở ngọn, thời gian tính từ gốc lên.
  2. Mỗi nút trong là tổ tiên chung của hai nhánh, hai nhánh có nút trong càng gần thì càng gần.
  3. Hậu duệ thừa hưởng các đặc điểm xuất hiện trước khi một nhánh tách ra.

Cùng thực hành trên cây cá voi sau (tìm câu trả lời bằng cách bôi đen dòng dưới câu hỏi):

1. Chỉ ra hai ngọn có quan hệ gần gũi nhất?

Odontocetes và Mysticetes, vì chúng có một tổ tiên chung gần đây nhất. 

2. Loài nào có quan hệ gần nhất với hà mã?

Không loài nào cả, nút cuối cùng nối cả đám với hà mã đều là ở hơn 55 triệu năm trước.

3. Loài nào có thể có nhiều đặc điểm giống với tổ tiên chung cuối cùng với hà mã?

Indohyus và Pakicetus vì chúng tách ra sớm và tồn tại trong khoảng thời gian trước khi những thay đổi lớn bắt đầu, nên có nhiều khả năng sẽ còn giữ nhiều đặc điểm của tổ tiên chung.

whale-evolution-tree
Những mốc màu hồng cho biết những đặc điểm gì đã xuất hiện vào thời gian nào. Chúng cùng với những đặc điểm khác giúp các nhà khoa học có thể sắp xếp các hóa thạch thành một giả thiết về quan hệ huyết thống – cây tiến hóa cá voi. Để tìm hiểu thêm về tiến hóa cá voi, các bạn có thể đọc bài này
Thử tưởng tượng bạn nắm cái tán cây này và chặt ở bất kỳ đâu, cái bạn có được một cành cây với tất cả những nhánh và những chi mọc ra từ nó, gọi là một “clade”.
Ta thấy, A và tất cả hậu duệ của nó (C& K) tạo thành một clade, P và tất cả hậu duệ của nó (Y&S) tạo thành một clade, và cả hai clade này nằm trong một clade lớn của G và tất cả hậu duệ của nó. Trong nhánh có nhánh, đó chính là một phả hệ thứ bậc lồng vào nhau (nested hierarchy); chỉ có một quá trình duy nhất trong tự nhiên tạo ra cây gia phả như thế này, đó là di truyền.
phylo_real_animated
Từ những đặc điểm chung và riêng của các nhóm sinh vật (nút màu xanh), ta có thể xây dựng cây phả hệ toàn sinh giới.
phylo_real_animated2
Sinh giới được tổ chức thành các clade lồng vào nhau, một điều chỉ có thể xảy ra nếu chúng có cùng tổ tiên thay vì được tạo tác độc lập.

Một số ảnh tóm lại những gì ta đã học:

Dù có hình dạng gì thì thứ tự thời gian của cây tiến hóa chỉ có thể đọc một chiều duy nhất là từ dưới lên, không phải trái qua phải hay ngược lại.
cay-tien-hoa
Mối quan hệ tiến hóa không phải một đường thẳng mà là một cành cây xum xuê. Các loài ngọn cây không phải tổ tiên của nhau, mà là hậu duệ của cùng một tổ tiên, là anh chị em xa – gần
Ngoại hình không nhất thiết phản ánh quan hệ tiến hóa. Ta có thể nghĩ con thằn lằn nhìn y như cá sấu thu nhỏ, ấy vậy mà chúng chẳng hề gần gũi với thằn lằn hơn chim!
Khoảng cách tiến hóa không phụ thuộc vào độ dài của nhánh hay số nút cách nhau, mà là số nút chúng cùng có. Thời gian tiến hóa của cả 5 loài trên là như nhau, và khoảng cách của cả bốn con bên trái với kangaroo là như nhau vì chúng cùng hội tụ ở W và chỉ W.

Cuối cùng,

Tiến hóa không phải là một nấc thang hay chuỗi mà là một cái cây, một mạng lưới 3.8 tỉ năm tuổi, với tất cả mọi loài còn sống đều là những kẻ chiến thắng xuất sắc như nhau.


Xin kết bài này bằng nhận xét của O’Hara (1992)
Khi chúng ta nhận ra được rằng nội nhóm động vật có xương sống thôi đã có 50,000 ‘câu chuyện tiến hóa’ khác nhau, mỗi câu chuyện đều có một hành trình riêng, một bối cảnh tự sự riêng; khi chúng ta thực sự từ bỏ được tư duy đường thẳng mà nghĩ về tiến hóa như một cái cây xum xuê; khi chúng ta hiểu được sự kệch cỡm của việc coi loài này là thượng đẳng hơn loài kia; chỉ khi đó ta mới thấy được hết toàn cảnh sự kì vĩ của cái nhìn lịch sử về sự sống.

***

Tuy cây tiến hóa vẫn là công cụ đắc lực để thể hiện mối quan hệ theo chiều dọc (tổ tiên => hậu duệ), mối quan hệ giữa các loài, đặc biệt là sinh vật đơn bào bị làm rối bởi sự truyền gen theo chiều ngang. Để hiểu rõ thêm về sự phức tạp và vấn đề với cây tiến hóa, bạn có thể đọc hai bài báo tiếng Anh, một là bài tổng hợp của Plos Genetics (2016) và bài viết thường thức trên New Scientist với cái bìa dễ hiểu lầm mà người chống tiến hóa đã tíu tít vồ vập trưng ra làm như thể cộng đồng khoa học đã từ bỏ thuyết tiến hóa. EvoLit cung cấp ảnh chụp màn hình bài báo ấy, bạn đọc có thể tự xem có giống như người ta đồn không nhé ;).
Khi bạn có bài báo gốc trong tay thì Lời Giới Thiệu này càng đọc càng có tính giải trí cao ^^

9 Comments

  1. Chào Evolit, mình đã đọc bài về Leo cây tiến hóa của bạn và còn một số thắc mắc (không thể hiểu nổi), rất mong có thể được giải đáp?! (mình không mang ý chặt chém ở đây nhak).
    Thứ nhất: Theo cây tiến hóa A (cá, lưỡng cư, bò sát, chim, mèo và người), nói rằng không có loài nào trong số lưỡng cư bò sát, chim, mèo hay người có quan hệ gần gũi nhất với cá?!
    Vậy nếu chúng ta đi xa hơn, tức là mối quan hệ gia phả lâu đời hơn, gắn thêm sự phát triển các nhóm côn trùng vào chẳng hạn, thì nhận định trên kia có còn đúng hay không?
    Hay là do ngay từ ban đầu, câu hỏi loài nào có quan hệ gần gũi nhất với cá? đã là một câu hỏi vô nghĩa khi áp dụng cho cây phát sinh loài??
    Thứ hai: Khi các loài càng có nhiều đặc điểm giống nhau thì phần lớn do chủ yếu là sai khác về mặt di truyền càng nhỏ (theo mình biết là thế) thì sẽ ghép càng gần về hệ thống phân loại (ngành, lớp, bộ, họ, chi, loài). Vậy hệ thống phân loại và cây phát sinh loài là không tương ứng với nhau hả?
    Rất mong nhận được phản hồi! (mình chưa hiểu được nhiều về tiến hóa)
    Cảm ơn nhiều. ^^

    Số lượt thích

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s