Lựa chọn đột phá: định nghĩa, nguồn gốc và ví dụ

Chọn lọc đột phá là một loại chọn lọc tự nhiên ủng hộ các cá thể có đặc điểm kiểu hình cực đoan, gây thiệt hại cho các cá thể có kiểu hình trung bình. Trong những trường hợp này, kiểu hình trung bình ít có khả năng tồn tại và sinh sản hơn so với các trường hợp cực đoan, vì kiểu hình sau có một số lợi thế tiến hóa có lợi cho chúng.

Nói cách khác, chọn lọc đột phá là một cơ chế chọn lọc đối với cá thể trung bình, tạo ra sự biến đổi lớn hơn trong một loài. Điều này là do nó làm cho nó có nhiều khả năng tìm thấy những cá thể có kiểu hình khác biệt rõ rệt.

Phát hiện lựa chọn gây rối

Có ba mô hình chọn lọc tự nhiên chính nhằm giải thích sự tiến hóa của các loài khác nhau trong các môi trường tự nhiên khác nhau, đó là chọn lọc ổn định hoặc bình thường hóa , chọn lọc định hướng hoặc tích cực và chọn lọc đột phá . Cách mà các nhà sinh học phát hiện kiểu chọn lọc nào đang hoạt động trong quần thể là phân tích tần suất của từng đặc điểm kiểu hình, và đặc biệt là sự tiến hóa hoặc thay đổi hình dạng của các đường cong phân bố.

Nếu khi phân tích sự phân bố của một đặc điểm nào đó, chẳng hạn như độ dài của mỏ chim, người ta quan sát thấy rằng sự phân bố không có hình chuông cổ điển (như đường cong màu đỏ trong hình trước), mà có hai các đỉnh gần cuối (như phân phối màu xanh lá cây), thì bạn đang ở trong sự lựa chọn đột phá. Loại phân phối này được gọi là phân phối lưỡng thức , vì có hai giá trị của biến thường xuyên hơn các biến khác ((hai chế độ).

Hai kiểu chọn lọc khác cũng có thể được phát hiện bằng phương pháp phân tích các đường cong phân bố, tùy thuộc vào việc tần số của các kiểu hình trở nên phân tán nhiều hay ít (mở rộng hoặc nén đường cong) hoặc nếu giá trị trung bình di chuyển về phía này hay phía khác kiểu hình cực đoan.

Nguyên nhân của sự lựa chọn đột phá

Điều quan trọng cần đề cập là lựa chọn đột phá không phải lúc nào cũng biểu hiện trong quần thể. Động lực cho kiểu chọn lọc này, như mọi khi, là môi trường mà loài đó sinh sống. Nhìn chung, khi trong môi trường xuất hiện những đặc điểm cực đoan liên quan đến động vật ăn thịt, nguồn thức ăn,… thì những cá thể có đặc điểm cực đoan sẽ chuyên biệt hơn những cá thể có đặc điểm trung bình nên sẽ có sự thích nghi tốt hơn những cá thể khác. Theo thời gian, những cá thể này sẽ có khả năng sinh sản thành công hơn những cá thể khác và sẽ tăng dần về tần suất so với những cá thể “trung bình”.

Khám phá sự lựa chọn đột phá

Chọn lọc gián đoạn, cũng như hai hình thức chọn lọc khác, được đề xuất bởi nhà tự nhiên học nổi tiếng người Anh và là cha đẻ của sinh học tiến hóa, Charles Darwin. Trong cuốn sách Nguồn gốc các loài , xuất bản năm 1859, Darwin đã trình bày kết quả điều tra của mình, được thực hiện trong chuyến đi qua nhiều khu vực khác nhau trên trái đất trên con tàu buồm Beagle ., nhưng đặc biệt là ở quần đảo Galapagos. Ở đó, ông đã quan sát các loài chim sẻ khác nhau chủ yếu khác nhau về hình dạng và kích thước mỏ của chúng. Trong môi trường mà nguồn thức ăn chủ yếu là hạt rất lớn và rất cứng hoặc rất nhỏ, chim sẻ có mỏ to khỏe chuyên bẻ và ăn hạt lớn, còn chim sẻ có mỏ mỏng hơn chuyên bẻ hạt nhỏ một cách cẩn thận, chúng có thể ăn tốt hơn những con có mỏ trung bình.

Năm ví dụ về sự chọn lọc tự nhiên có tính đột phá

Ví dụ 1: Cái mỏ của chim ruồi

Trường hợp của chim sẻ Darwin không phải là ví dụ duy nhất về sự lựa chọn đột phá giữa các loài chim và liên quan đến đặc điểm của mỏ chúng. Để kiếm ăn, chim ruồi có một chiếc mỏ rất mỏng và chuyên biệt, được điều chỉnh đặc biệt cho nhiều loại hoa yêu thích của chúng. Ở một số nơi chỉ mọc hoa ngắn và hoa dài mà không có hoa dài trung bình, những con chim ruồi có mỏ ngắn và dài kiếm ăn tốt hơn, được ưa chuộng hơn những con có mỏ trung bình.

Mặt khác, thực tế là tỷ lệ chim ruồi có mỏ dài và ngắn nhiều hơn cũng giúp thực vật có hoa dài và ngắn được thụ phấn thường xuyên hơn và chiếm ưu thế trong môi trường của chúng so với thực vật có hoa trung gian, điều này cũng đại diện cho một ví dụ về lựa chọn đột phá.

Ví dụ 2: Đuôi sóc

Loài sóc thường bị săn đuổi bởi những kẻ săn mồi khi chúng ở trên mặt đất chứ không phải khi chúng ở trên cây, vì vậy bất kỳ đặc điểm nào giúp chúng di chuyển trên mặt đất tốt hơn để thoát khỏi kẻ săn mồi hoặc di chuyển tự do trên cành cây, thì đó sẽ là một lợi thế tiến hóa. Đây là lực thúc đẩy sự lựa chọn đột phá về chiều dài đuôi ở loài sóc.

Chiếc đuôi dài giúp con sóc giữ thăng bằng, cho phép nó di chuyển rất tự tin trên cành cây, do đó tránh được những kẻ săn mồi trên mặt đất.

Mặt khác, đuôi ngắn giúp sóc chạy trên mặt đất dễ dàng hơn (nơi nó không cần nhiều thăng bằng) vì nó ít cản đường hơn. Ngoài ra, việc sở hữu một chiếc đuôi dài và cồng kềnh giúp kẻ săn mồi dễ dàng bắt được con sóc hơn. Vì hai lý do này, sóc đuôi ngắn có xu hướng tồn tại lâu hơn trên mặt đất so với những loài khác.

Vì cả sóc đuôi dài và đuôi ngắn đều có lợi thế làm tăng cơ hội sống sót của chúng (vì những kẻ săn mồi gặp khó khăn hơn trong việc săn bắt chúng) còn sóc đuôi trung bình thì không, nên hai kiểu hình cực đoan này cuối cùng sẽ chiếm ưu thế.

Ví dụ 3: Màu lông thỏ

Có ba màu lông rất phổ biến ở loài thỏ, được chi phối bởi một gen trội không hoàn toàn: đen, trắng và xám. Tùy thuộc vào môi trường mà chúng sống, một trong những màu này có thể đại diện cho một lợi thế khiến thỏ phù hợp hơn hoặc có khả năng thích nghi tốt hơn.

Ví dụ, nếu thỏ sống ở một nơi có đá đặc trưng bởi sự hiện diện của đá rất tối và/hoặc rất sáng, thì thỏ đen và trắng sẽ có khả năng ngụy trang tốt hơn và do đó trốn tránh kẻ săn mồi, trong khi thỏ xám sẽ nổi bật trên cả hai tảng đá, khiến chúng trở thành con mồi dễ dàng. Sự lựa chọn này chống lại màu trung gian khiến chúng ít có khả năng tồn tại trong môi trường này, làm tăng tần suất tương đối của hai kiểu hình cực đoan còn lại.

Ví dụ 4: Họa tiết cánh bướm

Loài bướm đuôi én châu Phi ( Papilio dardanus ) nổi tiếng là một ví dụ về khả năng bắt chước Batesian. Con đực của loài này ít nhiều đồng nhất, nhưng hơn 10 giống cái có hình dạng cánh khác nhau rõ rệt (kiểu hình cực đoan) đã tiến hóa.

Ở những con bướm này, sự chọn lọc xảy ra đối với những con cái có cánh với kiểu hình chung trung bình của con đực, ưu tiên những kiểu hình cực đoan giống với các giống bướm khác ít ngon miệng hơn hoặc thậm chí độc hại đối với những kẻ săn mồi. Do đó, những con bướm này có nhiều khả năng sống sót hơn những con khác, dẫn đến sự lựa chọn đột phá.

Ví dụ 5: Màu của con sâu bướm

Tương tự như ví dụ về thỏ, bướm đêm Biston betularia là một ví dụ khác về sự lựa chọn đột phá liên quan đến màu sắc. Trong môi trường mà cây cối rất tối (ví dụ do nhiễm bồ hóng), bướm đêm f . carbonaria cũng rất tối và có thể ngụy trang hiệu quả để trốn tránh những kẻ săn mồi. Mặt khác, ở những nơi cây cối trong xanh và sạch sẽ hơn, hoặc ở những thành phố có những bức tường trắng, những con sâu bướm trong veo f. typica là những loài tồn tại tốt nhất. Tuy nhiên, những con bướm có màu trung gian không tồn tại tốt trong cả hai môi trường, vì vậy chúng thường xuyên bị những kẻ săn mồi tấn công hơn.