TIẾN HÓA HỘI TỤ: NÓ BAO GỒM NHỮNG GÌ VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Các quá trình tiến hóa hội tụ là sự xuất hiện của điểm tương đồng kiểu hình trong hai hoặc nhiều dòng một cách độc lập. Nói chung, mô hình này được quan sát thấy khi các nhóm liên quan phải chịu các môi trường tương tự, môi trường vi mô, hoặc cách sống biến thành áp lực chọn lọc tương đương.

Do đó, các đặc điểm sinh lý hoặc hình thái được đề cập làm tăng khả năng thích nghi sinh học (thể lực) và khả năng cạnh tranh trong những điều kiện đó. Khi sự hội tụ xảy ra trong một môi trường cụ thể, có thể trực giác rằng đặc điểm này thuộc loại thích nghi. Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu hơn là cần thiết để xác minh chức năng của đặc điểm, sử dụng bằng chứng để hỗ trợ rằng nó thực sự làm tăng sức khỏe của quần thể.

Ví dụ về các đặc điểm chung của cả cá heo và ichthyosaurs. Mặc dù cả hai rất giống nhau, nhưng nói về mặt phát sinh loài thì chúng rất khác nhau, và các đặc điểm được đề cập ở đó được thu nhận một cách độc lập.
Nguồn: Góc nhìn hoài nghi, từ Wikimedia Commons

Trong số những ví dụ đáng chú ý nhất về sự tiến hóa hội tụ, chúng ta có thể kể đến cách bay ở động vật có xương sống, mắt ở động vật có xương sống và động vật không xương sống, trục quay ở cá và động vật có vú sống dưới nước, trong số những loài khác.

Tiến hóa hội tụ là gì?

Hãy tưởng tượng rằng chúng ta gặp hai người có thể chất khá giống nhau. Cả hai đều có cùng chiều cao, màu mắt và màu tóc. Tính năng của chúng cũng tương tự nhau. Chúng ta có thể sẽ cho rằng hai người là anh em ruột, anh em họ, hoặc có thể là họ hàng xa.

Mặc dù vậy, sẽ không có gì ngạc nhiên khi biết rằng không có mối quan hệ gia đình thân thiết giữa những người trong ví dụ của chúng tôi. Điều này cũng đúng, trên quy mô lớn, trong quá trình tiến hóa: đôi khi các dạng tương tự không có chung một tổ tiên chung gần đây hơn.

Có nghĩa là, trong suốt quá trình tiến hóa, các đặc điểm giống nhau ở hai hoặc nhiều nhóm có thể được thu nhận một cách độc lập.

Định nghĩa chung

Các nhà sinh học sử dụng hai định nghĩa chung cho sự hội tụ hoặc hội tụ tiến hóa. Cả hai định nghĩa đều yêu cầu hai hoặc nhiều dòng phát triển các ký tự tương tự nhau. Định nghĩa này thường kết hợp thuật ngữ "sự độc lập về mặt tiến hóa", mặc dù nó là ngầm.

Tuy nhiên, các định nghĩa khác nhau về quy trình hoặc cơ chế tiến hóa cụ thể cần thiết để có được mẫu.

Một số định nghĩa về sự hội tụ thiếu cơ chế như sau: "sự tiến hóa độc lập của các đặc điểm tương tự từ một tính trạng của tổ tiên", hoặc "sự tiến hóa của các đặc điểm tương tự trong các dòng tiến hóa độc lập".

Cơ chế đề xuất

Ngược lại, các tác giả khác thích tích hợp một cơ chế vào khái niệm hệ số, để giải thích mô hình.

Ví dụ, "sự tiến hóa độc lập của các tính trạng tương tự ở các sinh vật có quan hệ họ hàng xa do sự xuất hiện của các dạng thích nghi với môi trường hoặc dạng sống tương tự."

Cả hai định nghĩa đều được sử dụng rộng rãi trong các bài báo khoa học và trong tài liệu. Ý tưởng cốt yếu đằng sau sự hội tụ tiến hóa là hiểu rằng tổ tiên chung của các dòng họ liên quan sở hữu trạng thái ban đầu khác.

Ý nghĩa tiến hóa

Theo định nghĩa về sự hội tụ bao gồm một cơ chế (được đề cập trong phần trước), điều này giải thích sự giống nhau của các kiểu hình nhờ sự giống nhau của các áp lực chọn lọc mà các đơn vị phân loại đang trải qua.

Dưới ánh sáng của sự tiến hóa, điều này được giải thích theo nghĩa thích nghi. Có nghĩa là, những đặc điểm có được nhờ sự hội tụ là sự thích nghi với môi trường nói trên, vì nó sẽ tăng lên, theo một cách nào đó, thể lực của chúng.

Tuy nhiên, có những trường hợp xảy ra hội tụ tiến hóa và tính trạng không thích nghi. Có nghĩa là, các dòng họ liên quan không phải chịu áp lực chọn lọc giống nhau.

Hội tụ tiến hóa so với song song

Trong tài liệu, người ta thường tìm thấy sự phân biệt giữa sự hội tụ và sự song song. Một số tác giả sử dụng khoảng cách tiến hóa giữa các nhóm được so sánh để tách biệt hai khái niệm.

Sự tiến hóa lặp đi lặp lại của một tính trạng trong hai hoặc nhiều nhóm sinh vật được coi là song song nếu các kiểu hình tương tự tiến hóa trong các dòng có liên quan, trong khi sự hội tụ bao gồm sự tiến hóa của các tính trạng tương tự trong các dòng riêng biệt hoặc tương đối xa.

Một định nghĩa khác về sự hội tụ và song song tìm cách tách biệt chúng về các con đường phát triển liên quan đến cấu trúc. Trong bối cảnh này, quá trình tiến hóa hội tụ tạo ra các đặc điểm tương tự thông qua các tuyến phát triển khác nhau, trong khi quá trình tiến hóa song song làm như vậy thông qua các tuyến tương tự.

Tuy nhiên, sự phân biệt giữa tiến hóa song song và tiến hóa hội tụ có thể gây tranh cãi và thậm chí còn trở nên phức tạp hơn khi chúng ta đi sâu vào việc xác định cơ sở phân tử của đặc điểm được đề cập. Bất chấp những khó khăn này, hàm ý tiến hóa liên quan đến cả hai khái niệm là rất đáng kể.

Hội tụ và phân kỳ

Mặc dù chọn lọc ủng hộ các kiểu hình tương tự trong các môi trường tương tự, nhưng nó không phải là một hiện tượng có thể áp dụng trong mọi trường hợp.

Sự tương đồng, từ quan điểm về hình dạng và hình thái, có thể dẫn đến các sinh vật cạnh tranh với nhau. Kết quả của điều này là sự chọn lọc tạo ra sự khác biệt giữa các loài cùng tồn tại ở địa phương, tạo ra sự căng thẳng giữa mức độ hội tụ và phân hóa dự kiến ​​cho một môi trường sống cụ thể.

Những cá nhân ở gần và có sự trùng lặp đáng kể trong ngách là những đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ nhất - dựa trên sự giống nhau về kiểu hình của họ, điều này khiến họ khai thác tài nguyên theo cách tương tự.

Trong những trường hợp này, chọn lọc khác nhau có thể dẫn đến hiện tượng được gọi là phóng xạ thích nghi, trong đó một dòng dõi làm phát sinh các loài khác nhau với vai trò sinh thái đa dạng trong một thời gian ngắn. Các điều kiện thúc đẩy bức xạ thích ứng bao gồm môi trường không đồng nhất, không có động vật ăn thịt, trong số những điều kiện khác.

Phóng xạ thích nghi và tiến hóa hội tụ được coi là hai mặt của cùng một “đồng tiền tiến hóa”.

Sự hội tụ xảy ra ở mức nào?

Để hiểu được sự khác biệt giữa sự hội tụ tiến hóa và sự tương đồng, một câu hỏi rất thú vị được đặt ra: Khi chọn lọc tự nhiên tạo điều kiện cho sự tiến hóa của các tính trạng tương tự, nó xảy ra dưới cùng một gen, hay nó có thể liên quan đến các gen và đột biến khác nhau dẫn đến kiểu hình tương tự?

Dựa trên các bằng chứng được tạo ra cho đến nay, câu trả lời cho cả hai câu hỏi dường như là có. Có những nghiên cứu ủng hộ cả hai lập luận.

Mặc dù cho đến nay vẫn chưa có câu trả lời cụ thể về lý do tại sao một số gen được "tái sử dụng" trong quá trình tiến hóa, nhưng có bằng chứng thực nghiệm đang tìm cách làm sáng tỏ vấn đề.

Những thay đổi liên quan đến các gen giống nhau

Ví dụ, sự tiến hóa lặp đi lặp lại của thời gian ra hoa ở thực vật, khả năng kháng thuốc trừ sâu ở côn trùng, và sắc tố ở động vật có xương sống và không xương sống đã được chứng minh là xảy ra thông qua những thay đổi liên quan đến cùng một gen.

Tuy nhiên, đối với một số tính trạng, chỉ một số lượng nhỏ gen có thể làm thay đổi tính trạng đó. Lấy trường hợp về thị giác: những thay đổi về thị giác màu sắc nhất thiết phải xảy ra trong những thay đổi liên quan đến gen opsin.

Ngược lại, ở các đặc điểm khác, các gen kiểm soát chúng lại nhiều hơn. Khoảng 80 gen liên quan đến thời gian ra hoa của thực vật, nhưng những thay đổi đã được chứng minh trong suốt quá trình tiến hóa chỉ ở một số ít.

Ví dụ

Năm 1997, Moore và Willmer tự hỏi hiện tượng hội tụ phổ biến như thế nào.

Đối với những tác giả này, câu hỏi này vẫn chưa được trả lời. Họ cho rằng, dựa trên các ví dụ được mô tả cho đến nay, có mức độ hội tụ tương đối cao. Tuy nhiên, họ cho rằng vẫn còn đánh giá thấp đáng kể sự hội tụ tiến hóa trong các sinh vật hữu cơ.

Trong sách tiến hóa, chúng ta tìm thấy hàng tá ví dụ cổ điển về sự hội tụ. Nếu độc giả muốn mở rộng kiến ​​thức của mình về chủ đề này, anh ta có thể tham khảo cuốn sách của McGhee (2011), nơi anh ta sẽ tìm thấy vô số ví dụ trong các nhóm khác nhau của cây sự sống.

Chuyến bay ở động vật có xương sống

Ở các sinh vật hữu cơ, một trong những ví dụ nổi bật nhất về sự hội tụ tiến hóa là sự xuất hiện của khả năng bay ở ba dòng động vật có xương sống: chim, dơi và loài pterodactyls hiện đã tuyệt chủng.

Trên thực tế, sự hội tụ trong các nhóm động vật có xương sống bay ngày nay còn vượt xa việc các chi trước được biến đổi thành các cấu trúc cho phép bay.

Một loạt sự thích nghi về sinh lý và giải phẫu được chia sẻ giữa cả hai nhóm, chẳng hạn như đặc điểm có ruột ngắn hơn, người ta cho rằng làm giảm khối lượng của cá thể trong suốt chuyến bay, làm cho nó ít tốn kém hơn và tình cảm hơn.

Đáng ngạc nhiên hơn nữa, các nhà nghiên cứu khác nhau đã tìm thấy sự hội tụ tiến hóa trong các nhóm dơi và chim ở cấp độ gia đình.

Ví dụ, dơi trong họ Molossidae tương tự như các thành viên của họ Hirundinidae (én và đồng minh) ở chim. Cả hai nhóm đều có đặc điểm là bay nhanh, ở độ cao lớn, có những đôi cánh giống nhau.

Tương tự, các thành viên của họ Nycteridae hội tụ ở nhiều khía cạnh khác nhau với các loài chim thuộc bộ chuyền (Passeriformes). Cả hai đều bay ở tốc độ thấp và có khả năng di chuyển qua thảm thực vật.

Aye-aye và loài gặm nhấm

Một ví dụ nổi bật về sự hội tụ tiến hóa được tìm thấy khi phân tích hai nhóm động vật có vú: aye-hôm qua và sóc.

Ngày nay, aye-aye (Daubentonia madagascariensis) được phân loại là loài linh trưởng lemuriform đặc hữu của Madagascar. Chế độ ăn uống khác thường của họ về cơ bản được tạo thành từ côn trùng.

Do đó, loài mắt đỏ có những thích nghi liên quan đến thói quen dinh dưỡng của nó, chẳng hạn như thính giác cấp tính, ngón tay giữa dài ra và răng với răng cửa đang mọc.

Về mặt răng giả, nó giống như của một loài gặm nhấm theo một số cách. Không chỉ giống nhau về hình dáng của răng cửa, chúng còn có chung một công thức nha khoa cực kỳ giống nhau.

Sự xuất hiện giữa hai đơn vị phân loại này rất ấn tượng đến nỗi các nhà phân loại học đầu tiên đã xếp loài sóc mắt, cùng với các loài sóc khác, trong chi Sciurus.

Người giới thiệu

1. Doolittle, RF (1994). Tiến hóa hội tụ: sự cần thiết phải rõ ràng. Xu hướng trong khoa học hóa sinh, 19 (1), 15-18.
2. Greenberg, G., & Haraway, MM (1998). Tâm lý học so sánh: Một cuốn sổ tay. Routledge.
3. Kliman, RM (2016). Bách khoa toàn thư về sinh học tiến hóa. Báo chí Học thuật.
4. Losos, JB (2013). Hướng dẫn của Princeton về sự tiến hóa. Nhà xuất bản Đại học Princeton.
5. McGhee, GR (2011). Tiến hóa hội tụ: hình thức giới hạn đẹp nhất. Báo chí MIT.
6. Morris, P., Cobb, S., & Cox, PG (2018). Sự tiến hóa hội tụ ở Euarchontoglires. Thư sinh học, 14 (8), 20180366.
7. Gạo, SA (2009). Bách khoa toàn thư về sự tiến hóa. Xuất bản Infobase.
8. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Sinh học: các khái niệm và ứng dụng không có sinh lý học. Học tập Cengage.
9. Stayton CT (2015). Tiến hóa hội tụ nghĩa là gì? Việc giải thích sự hội tụ và ý nghĩa của nó trong việc tìm kiếm các giới hạn đối với sự tiến hóa. Tiêu điểm giao diện, 5 (6), 20150039.
10. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Homoplasy: từ phát hiện khuôn mẫu đến xác định quá trình và cơ chế tiến hóa. khoa học, 331 (6020), 1032-1035.