Di Truyền Là Bạn Thân Nhất Của Tiến Hóa, Phần 1 – Mendel Cứu Darwin

Đây là bài phản biện mini cho Mendel bác bỏ học thuyết Darwin. Trong bài viết, tác giả nói về hơi nhiều thứ, nên phải cắt ra dần, hôm nay ta chỉ nói về Mendel.

Tôi không hề nghi ngờ việc Mendel, một linh mục, lại không đồng ý với Darwin vào thế kỷ 19 khi học thuyết còn non trẻ. Tư liệu về Darwin, ấn phẩm lẫn trang viết cá nhân, thì rất phong phú và đầy đủ, còn của Mendel thì lại hiếm và chắp vá; không những ý kiến của ông về tiến hóa mà rất nhiều thông tin khác về Mendel rất khó xác định.

Tuy nhiên, trong bài viết tổng hợp Mendel & Darwin: Giải mã một bí ẩn dai dẳng đăng trên tạp chí khoa học Heredity của nhà xuất bản Nature, nhiều bằng chứng cho thấy Mendel biết rõ, tiếp thu và phần nào chịu ảnh hưởng các công trình của Darwin, “Hình tượng Mendel hiện lên như một nhà khoa học cẩn trọng, người chấp nhận những rường cột của tiến hóa Darwin trong khi vẫn âm thầm tìm tòi những chi tiết trong quan điểm di truyền Darwin không phù hợp với các thí nghiệm của chính Mendel“. (Cập nhật 3/1/2020)

Nhưng cũng như với bất kỳ nhà khoa học nào được cho là chống tiến hóa khác, tôi nghĩ sẽ khách quan hơn nếu chúng ta đối chiếu phần khoa học thay vì khai thác các phát ngôn.

CÁC ĐỊNH LUẬT MENDEL CÓ MÂU THUẪN VỚI THUYẾT TIẾN HÓA KHÔNG?

Các thí nghiệm Mendel thì đa số đều đã được học thời phổ thông, nhưng với độc giả chưa biết hoặc đã quên, các hình này sẽ giải thích rất nhanh gọn:

Mendel trồng ra một loạt dòng đậu thuần chủng, tức là ra mẻ nào y như mẻ nấy. Sau đó, ông ép chúng thụ phấn với nhau.

Kết quả là:

(tính trạng nghĩa là các biến thể khác nhau của cùng một cơ quan hay thuộc tính, chẳng hạn như thuộc tính màu hoa thì có hoa tím hay hoa trắng, màu hạt vàng hay xanh và thân cây cao hay thấp v.v)

Nhờ có nền tảng toán học vững chắc, Mendel đã lập được mô hình để cho ra kết quả đó bằng cách lý giải rằng mỗi sinh vật có 2 nhân tố di truyền, một từ mẹ và một từ bố, của mỗi tính trạng và gán cho mỗi phiên bản một chữ cái.

Làm tương tự với các tính trạng khác, ta cũng thấy ở đời thứ nhất tính trạng của một bên sẽ hoàn toàn lấn át bên còn lại – nghĩa là toàn bộ con mang tính trạng trội – và ở đời thứ hai sẽ là 3 trội : 1 lặn.

Nguồn hình

Đó là xét từng tính trạng một, còn 2 tính trạng một lúc, thí dụ hạt đậu vừa vàng vừa trơn lai với vừa xanh vừa nhăn, thì sao?

Và chúng ta cũng có mô hình toán học cho chúng

Từ các thí nghiệm trên, Mendel suy ra được 3 quy luật rất dễ hiểu:

1. Định luật đồng tính: Khi lai hai bố mẹ thuần chủng khác nhau về một cặp tính trạng tương phản thì F1 đồng tính
2. Định luật phân tính: Khi lai hai bố mẹ thuần chủng khác nhau về một cặp tính trạng tương phản thì F2 theo tỉ lệ trung bình 3 trội: 1 lặn.
3. Định luật phân ly độc lập: Khi lai hai bố mẹ thuần chủng khác nhau về hai hay nhiều cặp tính trạng tương phản, thì sự di truyền của tính trạng này độc lập với tính trạng kia (có những hạt đậu vàng và nhăn hay xanh và trơn, chứng tỏ 2 tính trạng về màu sắc và hình dạng hạt không đi liền với nhau).

Khi nói tới “định luật khoa học”, ngoài những ông Tây già đội tóc giả có vẻ mặt rất “táo bón” thì ta cũng dễ nghĩ đến những từ hoành tráng như “bất biến”, “tuyệt đối”, “đúng trong mọi trường hợp”. Nhưng định nghĩa của định luật khoa học là “một hiện tượng/mô tả về hiện tượng đã được chứng minh là sẽ xảy ra khi một số điều kiện nhất định tồn tại hoặc được thỏa mãn” Vậy, thực ra định luật chỉ đảm bảo đúng trong bộ điều kiện của nó. Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton chỉ áp dụng ở từ trường yếu, nguyên lý Bernoulli không còn đúng với những máy bay siêu thanh, không thể dùng định luật Hooke cho sức căng quá giới hạn đàn hồi… Các định luật Mendel trong sách giáo khoa đi kèm luôn các điều kiện nghiệm đúng rất hiển nhiên:

N

Vì tính chất này mà việc áp dụng các định luật bị giới hạn và ta không nên ngoại suy ra khỏi phạm vi của chúng. Ví dụ, thời xưa người ta cho rằng sinh vật sống phức tạp như giòi, bọ, chuột tự nhiên sinh ra từ rác rến; Pasteur đã để dung dịch dinh dưỡng được khử trùng trong dụng cụ đặc biệt, chứng minh một cách tinh tế rằng “sự sống tạo ra sự sống”. Câu đó đúng trong điều kiện: các dưỡng chất đã dùng, các thông số vật lý, hóa học của thế kỷ 19 hay bây giờ. Nhưng có logic nào để thí nghiệm đó chứng minh được rằng sự sống, ở bất kì cấp độ nào, không thể nào tự hình thành trong bất kì thời điểm nào, bất kì nơi nào hay bất kì hoàn cảnh nào không? Không.

Vậy, bạn đọc kính mến, làm sao từ những thí nghiệm Mendel trên mà ta suy ra được “một sự thật tự nó tỏ lộ ra rằng các đặc điểm của sinh vật KHÔNG THAY ĐỔI trong quá trình di truyền – các loài được bảo toàn, không có sự thay đổi di truyền để loài này biến thành loài khác. Điều đó đặt dấu chấm hết cho những suy đoán của Darwin và những đệ tử của ông về khả năng pha trộn biến đổi di truyền làm biến đổi loài”? Bằng cách nào mà “theo lý thuyết di truyền của Mendel, khỉ chỉ có thể đẻ ra khỉ, cá chỉ có thể đẻ ra cá,… không bao giờ khỉ biến thành người được. Không có cái gọi là biến đổi từ từ trong một thời gian dài để một loài này biến thành loài khác”?

Lý lẽ nào?

Lập luận nào?

Đường nào?

N

Cần lắm hình chụp một bài báo khoa học đăng trên tạp chí uy tín hay một sách khoa chính thống nào có câu “con khỉ biến thành con người”. Mãi chờ.

Tác giả vin vào câu này trong một lá thư của Mendel “Tôi không bao giờ quan sát thấy những sự chuyển tiếp quá độ từ từ tứng tí một các đặc điểm của cha mẹ cho con cái”.

Nhưng chúng ta đã biết, bằng thực nghiệm, lý do tuyên bố này của Mendel đáng tiếc là không đúng. Mendel không sống ở đúng thế kỷ để biết rằng ngoài nhân tố di truyền là allele thì hệ thống di truyền còn nhiều cơ chế nữa, khiến cho thế hệ sau, dù quan sát thì không thấy thay đổi gì, nhưng mã ADN bên trong thì đã có những khác biệt – đó là do đột biến, một hiện tượng mà chỉ sau phát hiện về cấu trúc ADN của Watson, Crick và Franklin tận thập niên 1950 mới có thể được xác định (Tôi đã có trình bày cụ thể tại sao đột biến gen rất phổ biến mà lại thường không được biểu hiện ra ở đây).

Cũng như thuyết tiến hóa với Darwin, di truyền học hiện đại đã tiến xa kể từ thời Mendel: chúng ta biết cơ chế tiềm ẩn về gen, allele, nhiễm sắc thế; hoán vị gen; tác động của nhiều gen, tính đa hiệu của gen; sự tinh vi của cơ chế trội lặn; di truyền ngoài nhiễm sắc thể; về di truyền liên kết; biết hơn rất nhiều về giới tính…. Vậy giờ chúng ta không thể hiểu cứng nhắc phát hiện của Mendel thành “gen của sinh vật không thể thay đổi qua các thệ hệ”, mà phải là gen không bị tạp nhiễm, không trộn hay lẫn với các gen khác.

Phần đầu bài viết là một lập luận của tác giả: Vì Darwin đã tin vào di truyền các tính trạng có được (ví dụ như cụt tay) và dùng nó trong học thuyết của mình cũng như đề ra một giả thuyết về cơ chế di truyền khác là pangenesis, nên di truyền Mendel mâu thuẫn với cốt lõi của thuyết tiến hóa. Nghe qua khá hợp lý. Đúng là Darwin, dù cũng là một nhà nhân giống cây và bồ câu mát tay cũng như ghi nhận được một số hiện tượng giống Mendel, đã không có duyên trở thành ông tổ di truyền học. Ông ấy đã dùng sai cơ chế di truyền – một điều tuyệt không thể tránh khỏi vào thời bấy giờ. Darwin đã sai, nhưng thuyết tiến hóa có sai không?

Ngược lại là đằng khác. Không những di truyền học Mendel nói riêng (và di truyền học nói chung) không bác bỏ thuyết tiến hóa, mà còn cứu Darwin một bàn thua, bạn tin không? Để hiểu vì sao, ta phải xem trước Mendel thì người ta nghĩ di truyền vận hành như thế nào:

Người ta đã tin vào di truyền hòa trộn (blending heredity), nghĩa là con cái sẽ mang tính trạng trung bình của tính trạng bố mẹ, như màu sơn vậy.

Giờ các bạn hãy dành hẳn 1 phút 30 giây để nghĩ về tác động lên thuyết tiến hóa nếu tư tưởng đó là đúng. Đừng vội, đừng bỏ cuộc sớm, hãy dành đúng thời gian ấy (hoặc hơn) để suy ngẫm.

*

*

*

*

*

*

*

*

Banana!

Đúng rồi: (hoặc Sai rồi:) di truyền trộn lẫn sẽ hủy diệt triệt để thuyết tiến hóa.

Cùng xem lại các rường cột dễ hiểu của thuyết tiến hóa tôi đã nêu ở đây

Vậy, theo thuyết tiến hóa, cách duy nhất để một loài có thể thay đổi thích nghi hơn qua các thế hệ là các kiểu hình mới (hay cũ) tạo ra ưu thế được tăng tần suất/phát tán trong quần thể. Nếu trong một quần thể hoa trắng, kiểu gen/kiểu hình hoa đỏ có ưu điểm là thu hút côn trùng hơn gấp 2 lần xuất hiện, điều gì sẽ xảy ra khi nó thụ phấn với hoa trắng xung quanh? Rồi các thế hệ sau đó thì sao?

Kết quả của 4 phép lai này đều sẽ ra hoa màu hồng, đậm hay nhạt, nhưng vẫn là hồng. Ta dễ suy ra rằng chỉ sau vài thế hệ trung bình cộng như vậy thì tất cả đều sẽ là mang một màu hồng đồng nhất. Chọn lọc tự nhiên cần có sự khác biệt mới hoạt động được, và với di truyền hòa trộn thì không còn độ đa dạng nữa. Hãy nghĩ (thêm) về điều đó: nếu các tính trạng thật sự hòa vào nhau như sơn, ta có bao giờ lấy lại được màu sắc/tính trạng ban đầu không? Các ưu thế được tạo ra từ đột biến hoa đỏ chưa gì đã bị pha loãng và biến mất mãi mãi, hoa đỏ sẽ không bao giờ bành trướng được.

Chọn lọc tự nhiên và di truyền hòa trộn là một mất một còn. Giả thuyết Pangenesis của Darwin – công bố gần 10 năm sau Nguồn Gốc Các Loài (1859) – rằng mọi phần (pan) của cơ thể đều đóng góp các hạt di truyền vào thế hệ sau là một cơ chế di truyền hòa trộn.

Chết chưa!

Bấm xem một truyện tranh dễ thương về 2 siêu nhân Sinh học này 🙂

Giờ hãy so sánh khả năng phối hợp của chọn lọc tự nhiên với di truyền Mendel:

Không phải trộn các màu sơn mà là chồng lấp các lăng kính.

Ngay cả một gen lặn mất tăm trong thế hệ đầu tiên như hoa trắng vẫn tồn tại nguyên vẹn (nguyên vẹn theo nghĩa hiện đại 😉 ) trong các cá thể mang hình thái trội nhưng gen không thuần chủng và sẽ tái xuất giang hồ khi chúng lai với nhau. Nếu có một điều kiện khiến màu hoa trắng chiếm ưu thế thì tỉ lệ của chúng trong quần thể có triển vọng tăng lên.

=> Chọn lọc tự nhiên có nguyên liệu để thi triển võ công, trở thành một cơ chế khả dĩ!

Vậy, không phải là dù cho di truyền Mendel chứng minh pangenesis sai mà thuyết tiến hóa vẫn sống sót, mà là chính nhờ di truyền Mendel chứng minh pangenesis sai mà thuyết tiến hóa mới sống sót! Như sách giáo khoa Evolution của Giáo sư Mark Ridley, ĐH Oxford nhận xét:

Thuyết di truyền của Mendel đã vá một sơ hở nguy hiểm của học thuyết ban đầu của Darwin.

Mendel’s theory of heredity plugged a dangerous leak in Darwin’s original theory.

Ảnh đầu bài: https://askabiologist.asu.edu/explore/darwin_mendel