Giao phối là cách thức tự nhiên giúp một loài khắc phục được trường hợp các gen xấu kết hợp với nhau.
Nếu bạn hỏi bất cứ nhà sinh vật học nào về tình dục, bạn sẽ nhận được câu trả lời: “Lãng phí! Rất rất tốn kém.”
Tại sao nhỉ?
Bạn thử nghĩ xem để tạo ra bộ lông đuôi cực kỳ rực rỡ của công đực thì chúng cần dùng nguồn năng lượng khủng như thế nào? Mục đích cuối cùng chỉ là quyến rũ con cái giao phối thôi sao? Liệu việc đó có thực sự hiệu quả khi hoạt động tình dục này chỉ cho phép chúng chuyển nửa bộ gen đến thế hệ con của mình và hình thành một nửa số loài không thể sinh con?
Tiến hoá không phải là trò đùa hay chỉ dựa vào cảm tính, và những chi phí bỏ ra ở trên chắc chắn phải mang về một lợi ích nào đó.
Câu trả lời xác đáng cho tình huống này đó là, giới tính tạo ra các tổ hợp gen mới, phân tách các đột biến có lợi ra khỏi các đột biến có hại, thông qua việc thay đổi cấu trúc gen ở mỗi thế hệ. Từ đó, mức độ tiến hoá của loài trở nên linh hoạt hơn. Đặc biệt, điều này còn giúp bảo tồn các gen có thể không hữu dụng thời điểm hiện tại nhưng một lúc nào đó, nó có thể giúp sinh vật thoát khỏi dịch bệnh và ký sinh trùng.
Có lẽ tất cả những điều trên đều đúng, nhưng luận điểm trên cần xem lại một vài điểm. Mặc dù những lợi ích của sinh sản hữu tính có xu hướng tinh tế và trở nên rõ ràng hơn chỉ khi nó trải qua nhiều thế hệ, nhưng cái giá phải trả khá nặng nề và mang tính tức thời.
Giờ thì chúng ta hãy thực hiện một chuyến du hành không gian, trở về nơi chứa nhiều nồi xúp nguyên thủy của những sinh vật phức tạp sơ khai và tìm hiểu về những áp lực sinh tồn tức thời mà chúng phải chịu. Vào năm ngoái, Damian Dowling - một nhà sinh học tiến hóa người Úc và cộng sự của mình đã công bố một ý tưởng đáng ngạc nhiên trên tạp chí Bioessays. Ý tưởng này bắt nguồn từ thực tế đơn giản là vi khuẩn đơn bào và vi khuẩn cổ hay còn gọi là sinh vật nhân sơ không đam mê sinh sản hữu tính chút nào. Chúng thực hiện một số hành vi giống như tình dục kể cả việc tiếp xúc cơ thể để trao đổi gen — hay thỉnh thoảng gọi là “tình dục kiểu vi khuẩn”. Sau đó, chúng không sinh sản hữu tính mà chỉ đơn giản sinh sôi nảy nở bằng cách phân đôi.
Tình dục được xem là đặc quyền của những sinh vật phức tạp hơn - sinh vật nhân thực. Các sinh vật đa dạng như amoebae and armadillos sinh sản bằng cách phân chia nhiễm sắc thể giữa các giao tử (tinh trùng và noãn). Sau đó, tinh trùng và noãn kết hợp với nhau để tạo ra một sinh vật mới. Trong hồ sơ hóa thạch, Tảo đỏ là sinh vật nhân thực được bảo quản sớm nhất và có niên đại 1,2 tỷ năm. Đó cũng là những ví dụ đầu tiên về sinh sản hữu tính được tiết lộ, có sự hiện diện của giao tử.
Đặc điểm nổi bật của sinh vật nhân thực là tế bào của chúng có cấu trúc cao, không chỉ chứa nhân mà còn chứa các bào quan khác. Đặc biệt không thể không nhắc đến ty thể - những cục pin sinh học kỳ diệu, chúng liên kết các tế bào, cung cấp năng lượng giúp sinh vật tồn tại. Dowling, người đứng đầu một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Monash ở Melbourne, Úc tuyên bố: “Lập luận của chúng tôi rất đơn giản: Sinh vật nhân thực bị ràng buộc bởi hai đặc điểm — ti thể và tình dục — và chúng tôi tin rằng ta đã bỏ quên một mối liên hệ nào đó giữa chúng.
Lợi ích của sinh sản hữu tính có xu hướng nhỏ nhưng cái giá phải trả lại rất nặng nề và tức thời.
Mối liên hệ đó chính là ti thể không đơn thuần chỉ là cục pin di động. Hàng tỷ năm trước, chúng là những sinh vật độc lập. Đây cũng là một ví dụ điển hình cho việc cơ thể con người thực chất không hoàn toàn là “con người”. Tại sao lại có sự ngược ngạo như vậy? Ruột của chúng ta chứa hàng nghìn tỷ tế bào vi khuẩn ngoại lai; DNA của chúng ta bị phá vỡ bởi các mảnh vụn của vi rút; và thậm chí các tế bào của chúng ta là những miếng thịt to trong nồi xúp nguyên thủy. Các nhà khoa học ngày càng nhận ra rằng nguyên nhân của nhiều căn bệnh không phải xuất phát từ sự tấn công từ bên ngoài, mà là sự mất cân bằng của hệ sinh thái bên trong cơ thể.
Trong trường hợp của ti thể, sự xung đột có thể phát sinh bởi vì những bào quan này sở hữu DNA riêng biệt và độc nhất. Dowling nói rằng: “Cho đến thời điểm hiện tại, về cơ bản khoa học đã phớt lờ thực tế cho rằng, tất cả các vấn đề đều xoay quanh hai bộ gen trong mỗi tế bào, đó là bộ gen của nhân và bộ gen của ti thể”.
Bộ gen của ty thể có xu hướng đột biến rất nhanh và rất dễ mất đồng bộ với các gen điều hòa trong nhân. Điều này có thể gây ra những hậu quả tiêu cực cho sinh vật. Dowling cho rằng giới tính phát triển như một cách để nhân bắt kịp với vùng biến dạng mà chính nhân giám sát. Các sinh vật nhân thực đầu tiên đã xây dựng một đế chế dựa trên vũ khí tối thượng đó là năng lượng của ty thể. Thế nhưng đế chế này đang lâm nguy nếu ty thể đột biến quá thường xuyên. Với mỗi thế hệ, giới tính tạo ra các kiểu gen mới và nó cho phép hạt nhân bù đắp mọi thứ khi có bất kì rắc rối nào xảy ra. Nói cách khác, đây là một cách để khôi phục sự cân bằng, hàn gắn sự phân tranh bên trong chúng ta. Và không giống như những lợi ích khác của giới tính, điều này có vai trò quan trọng đối với những sinh vật nhân thực đầu tiên cũng như đối với con cháu của chúng sau này.
Khoảng 2 tỷ năm về trước, hai sinh vật nhân sơ (hai vi khuẩn) cùng du ngoạn lềnh bềnh trong nồi xúp nguyên thủy. Chúng đã thực hiện hành vi được xem như hành vi tình dục nguyên thuỷ. Kẻ này nuốt lấy kẻ kia. Cả kẻ nuốt và kẻ bị nuốt đều sống để kể tiếp cuộc tình dang dở. Chúng hợp nhất, và theo thời gian chúng đã tạo nên một cái gì đó rất gì và này nọ. Một trong hai nhân vật đã tiến hóa thành các ty thể nhỏ nhưng mạnh mẽ trong suốt vài triệu năm. Nhân vật còn lại có khả năng đã tiến hóa thành hạt nhân có kích thước lớn hơn nhiều. Sự hợp nhất này dẫn đến một cuộc cộng sinh ngoạn mục. Ty thể dần chuyên hoá để sản xuất năng lượng. Nó hoạt động hiệu quả đến mức, nó lan tỏa mạnh mẽ sự bùng nổ của các sự sống phức tạp trên hành tinh theo mọi hướng.
Thế nhưng để chuyên hoá về sản xuất năng lượng, ty thể phải đánh đổi khá lớn: Sự mất cân bằng oxi hoá trong ty thể trở nên rất cao và điều đó có thể làm hỏng bào quan và gen của chính nó. Do đó, Dowling lập luận rằng, DNA ti thể “được định sẵn là tích lũy các đột biến có hại”. Sự đột biến nhanh chóng dường như là một vấn đề chung của các bào quan duy trì DNA của chính mình. Nó không chỉ ảnh hưởng đến ti thể mà còn ảnh hưởng đến cả lục lạp (bào quan có chức năng quang hợp ở thực vật, tiền thân là vi khuẩn trôi nổi). Và nghiên cứu gần đây của Nils-Göran Larsson thuộc Viện Sinh học Lão hóa Max Planck ở Cologne, Đức, cho thấy quá trình sao chép của ty thể rất dễ xảy ra lỗi (ngoại trừ các tế bào mầm chuyên biệt).
Vậy tỷ lệ đột biến ở ti thể cao như thế nào, cùng đón chờ bài dịch TIẾN HOÁ - ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY GIỐNG LOÀI GIAO PHỐI VỚI NHAU (P2) của mình nhé.
Nếu háo hức đến nỗi không thể chờ đợi, hãy đọc bài viết gốc mà mình chia sẻ nhé!
**Artwork: không rõ**
**Dịch từ bài đăng của tác giả Jill Neimark, cây bút nổi tiếng trên các trang Discover, Science, NPR, Nautilus, Aeon, Quartz, Psychology Today and The New York Times. Bài gốc được đăng trên Nautilus.**