Boom Insect
Tiếng Việt

Bài viết miễn phí

Tìm hiểu câu chuyện của bọ kẹp kìm trên đảo Hachijo-jima

Từ khác biệt ở hàm đến lịch sử của đảo và biển

Cả trên các đảo chính của Nhật Bản lẫn Hachijo-jima đều có nhóm bọ kẹp kìm với hàm răng cưa. Hãy tưởng tượng đặt cạnh nhau một con đực ở mỗi nơi, có kích thước cơ thể gần bằng nhau. Con ở Hachijo-jima có hàm ngắn hơn. Chỉ như vậy đã đủ để biết chúng thuộc hai loài khác nhau chưa?

Khác biệt ở hàm đúng là một manh mối để phân biệt loài. Khi so sánh nhiều cá thể, các nhà nghiên cứu thấy rằng con đực ở Hachijo-jima thường có hàm ngắn hơn so với kích thước cơ thể, so với con đực trên các đảo chính.

Vì sao khác biệt ấy xuất hiện ở Hachijo-jima? Hòn đảo được hình thành khi những núi lửa sinh ra dưới đáy biển vươn lên trên mặt nước. Tổ tiên của bọ có lẽ đã vượt biển đến đây sau khi có đất nổi.

Sau khi bọ định cư ở Hachijo-jima, những con từ các đảo chính hoặc đảo khác có tiếp tục đến không? Kodai Kishino và các đồng nghiệp tập trung vào những cuộc di chuyển ấy. Khác biệt trong mối liên hệ với bên ngoài có thể liên quan đến sự tiến hóa của hàm ngắn hơn. Bài viết này sẽ lần theo bí ẩn đó.

Muốn so sánh hàm, hãy đo bề rộng ngực

Chiều dài cơ thể cho biết một con vật dài bao nhiêu. Một số sách nhận dạng bọ kẹp kìm đo từ đầu hàm đến cuối thân. Với cách đo này, hàm dài hơn sẽ làm chiều dài cơ thể tăng, ngay cả khi phần thân còn lại bằng nhau. Để biết hàm dài đến đâu so với cơ thể, nhóm nghiên cứu dùng một thước đo khác: bề rộng phần ngực ngay sau đầu.

Họ chụp bọ ở Nasu Kogen trên các đảo chính, cùng Oshima, Niijima, Kozushima và Hachijo-jima, từ thẳng phía trên. Trên ảnh, họ đo bề rộng ngực và chiều dài hàm. Khi lấy bề rộng ngực làm chuẩn, hàm con đực có xu hướng ngắn dần tương đối theo thứ tự: các đảo chính, Oshima, Niijima rồi Kozushima. Trong số bọ được khảo sát, hàm ngắn nhất so với cơ thể là ở Hachijo-jima.

Bọ trên Hachijo-jima ban đầu được xem là một nhóm mang đặc điểm riêng của đảo, thuộc cùng loài với bọ kẹp kìm hàm răng cưa ở các đảo chính. Năm 1985, dựa vào khác biệt về hình dáng, chúng được xem là một loài riêng, có tên tiếng Nhật mang nghĩa bọ kẹp kìm hàm răng cưa Hachijo. Lần này, nhóm Kishino nghiên cứu mối liên hệ trong quá khứ giữa bọ Hachijo-jima với bọ ở những đảo khác và các đảo chính.

Hachijo-jima tách khỏi các đảo chính từ khi nào?

Nếu bọ hai nơi có tổ tiên chung, liệu đất liền của chúng từng nối với nhau? Hachijo-jima là một đảo núi lửa ở phía nam quần đảo Izu, trải dài ngoài khơi bán đảo Izu. Nghiên cứu địa chất chưa tìm thấy bằng chứng cho thấy đảo hình thành bằng cách tách ra khỏi các đảo chính. Những núi lửa tạo nên đảo sinh ra dưới đáy biển, rồi mới nhô lên trên mặt nước.

Một manh mối về thời điểm đến từ tro núi lửa bay tới từ Kyushu. Tro khoảng 240.000 năm tuổi được tìm thấy trong những lớp địa chất hình thành trên cạn ở Hachijo-jima. Điều đó cho thấy khi tro rơi xuống, ở đây có lẽ đã có đất nổi trên biển.

Với lịch sử hình thành ấy, hợp lý nhất là tổ tiên của bọ đã vượt biển sau khi đất nổi xuất hiện. Trôi đến trên gỗ là một cách có thể xảy ra. Chúng đến thẳng từ các đảo chính hay đi qua những đảo lân cận? Chúng đi nhờ thứ gì và đến lúc nào? Các lớp địa chất chỉ cho biết rằng vào thời điểm đó đã có đất nổi.

Tìm dấu vết di chuyển sau khi định cư trong ADN

Giả sử tổ tiên của bọ đã vượt biển và định cư trên đảo. Sau đó, bọ từ các đảo chính hay đảo khác có tiếp tục đến không? Chúng ta không thể trực tiếp quan sát những chuyến đi xa xưa. Nhưng nếu bọ mới đến sinh con trên đảo, ADN của chúng có thể được truyền đến hậu duệ ngày nay. Nhóm nghiên cứu tìm dấu vết ấy trong ADN của những con bọ hiện sống.

ADN là vật chất mang thông tin liên quan đến cấu tạo và hoạt động của cơ thể. Cấu trúc của nó có bốn loại thành phần hóa học gọi là bazơ. Thứ tự của chúng lưu giữ thông tin. Trình tự ấy truyền từ bố mẹ sang con, nhưng đôi khi một phần nhỏ thay đổi. So sánh những thay đổi còn lại trong các quần thể giúp tìm hiểu quan hệ giữa chúng. Ở đây, quần thể là nhóm bọ cùng loại sống trong một khu vực.

Trước hết, nhóm so sánh ADN của ti thể. Ti thể nằm trong tế bào, sử dụng chất dinh dưỡng từ thức ăn để tạo ra năng lượng ở dạng tế bào dùng được. Ở nhiều loài động vật, ADN ti thể chủ yếu được truyền từ mẹ sang con. Vì vậy, so sánh trình tự của nó có thể giúp lần theo dòng mẹ, như lần trong gia phả từ mẹ đến bà ngoại.

Các nhà nghiên cứu đọc một phần ADN ti thể. Phần đó chứa thông tin để tạo ra một thành phần cần cho quá trình sản xuất năng lượng.

Họ so sánh trình tự ADN giữa các con bọ để tìm những chỗ giống và khác nhau. Từ đó, họ ước tính thứ tự các dòng tách ra từ tổ tiên chung. Cách biểu diễn những mối quan hệ này như các nhánh cây được gọi là cây phát sinh chủng loại.

Họ dựng cây với bọ từ tám đảo thuộc Izu, các đảo chính và một số nơi khác. Hachijo-jima cùng các đảo phía nam, trong đó có Miyake-jima, nằm trên một nhánh riêng với nhóm các đảo chính. Điều đó có nghĩa là bọ trong nhánh này được ước tính có tổ tiên chung với nhau gần đây hơn so với tổ tiên chung với bọ các đảo chính. Oshima và Niijima nằm ở nhánh các đảo chính. So sánh thêm các phần ADN ti thể cũng không làm thay đổi cách phân nhánh ấy.

Tiếp theo là ADN trong nhân tế bào, được thừa hưởng từ cả bố lẫn mẹ. Nhân là nơi chứa phần lớn ADN của tế bào. Nhóm nghiên cứu so sánh 1.317 gen trong ADN nhân. Gen là một đoạn ADN mang thông tin liên quan đến cấu tạo hoặc hoạt động của cơ thể.

Trong cây dựng từ ADN nhân, bốn đảo Oshima, Niijima, Miyake-jima và Hachijo-jima nằm trên một nhánh tách biệt với các đảo chính. Nhánh này lại chia thành Hachijo-jima và ba đảo còn lại. Miyake-jima, vốn cùng nhánh với Hachijo-jima trong cây ADN ti thể, nay lại cùng nhánh với Oshima và Niijima.

Liệu sự không khớp này có liên quan đến các cuộc di chuyển sau khi bọ đã định cư? Nếu những con đến sau sinh con trên đảo, ADN của chúng cũng sẽ được bổ sung vào hậu duệ địa phương. Nhóm nghiên cứu tìm hiểu kỹ hơn khả năng ấy.

Bên nào có nhiều thay đổi ADN giống các đảo chính hơn?

Nhóm nghiên cứu gộp Oshima, Niijima và Miyake-jima thành một nhóm để so sánh với quần thể Hachijo-jima. Họ xem nhóm nào giữ lại nhiều vị trí ADN có cùng thay đổi với bọ các đảo chính hơn.

Nếu sau khi hai nhóm tách ra, không nhóm nào có con với bọ các đảo chính, thì số thay đổi chung ấy được dự đoán sẽ không lệch mạnh về một bên. Nhưng trên thực tế, nhóm ba đảo có nhiều vị trí mang thay đổi giống các đảo chính hơn Hachijo-jima.

Nếu bọ từ các đảo chính sinh con với bọ ba đảo, con của chúng sẽ nhận ADN từ bố hoặc mẹ mới đến. Điều đó có thể giải thích sự lệch này. Kết hợp cả những phân tích khác, nhóm cho rằng bọ từ các đảo chính đã để lại hậu duệ trên ba đảo ấy. Tại Hachijo-jima, họ không có bằng chứng tương tự về việc bọ từ các đảo chính bổ sung vào quần thể địa phương.

Dòng Kuroshio có cản đường đến Hachijo-jima không?

Oshima, Niijima và Miyake-jima có dấu vết liên hệ với các đảo chính, nhưng Hachijo-jima không có những dấu vết tương tự. Tất cả đều cách nhau bởi biển. Vì sao lại khác nhau?

Để tìm hiểu, nhóm cũng dùng ADN ước tính thời điểm quần thể các đảo chính và Hachijo-jima tách nhau. Ước tính khoảng 150.000 năm trước, với khoảng ước tính trong bài báo từ chừng 120.000 đến 190.000 năm trước. Phép tính giả định rằng hai quần thể không có con chung sau khi tách ra. Vì vậy, đây không phải thời điểm những con bọ đầu tiên đến đảo.

Các lớp địa chất cho thấy khoảng 240.000 năm trước Hachijo-jima đã có đất nổi. Khi xem xét những mối liên hệ về sau của bọ, nhóm Kishino chú ý đến Kuroshio. Dòng biển mạnh này đôi lúc chảy giữa Mikura-jima và Hachijo-jima. Các nhà nghiên cứu đặt khả năng nó đã cản trở việc đến đảo.

Những nghiên cứu khác tìm hiểu biển cổ qua bùn tích tụ dưới đáy biển cho rằng trong một thời kỳ lạnh, Kuroshio chảy xa về phía nam hơn hiện nay. Nhóm Kishino đề xuất rằng tổ tiên của bọ có thể đến Hachijo-jima vào thời kỳ đó. Sau này, khi dòng biển dịch lên phía bắc và cắt ngang giữa các đảo, gỗ trôi có thể bị cuốn sang hướng khác, khiến việc đến Hachijo-jima khó hơn. Đây là giả thuyết. Thời điểm phân tách được ước tính trong một khoảng rộng, nên chưa rõ có trùng khít với thời điểm dòng biển đổi đường hay không.

Mỗi lần bọ từ các đảo chính sinh con trên đảo, ADN từ nơi đó lại được bổ sung vào quần thể địa phương. Nhóm cho rằng ở Hachijo-jima, việc bổ sung này ít hơn. Nhờ vậy, những thay đổi phù hợp với đời sống trên đảo có thể dễ được giữ lại, góp phần thúc đẩy sự tiến hóa của hàm ngắn hơn.

Họ đã thay đổi điều gì khi ấu trùng lớn lên?

Nếu cách hàm phát triển thay đổi, ADN liên quan đến tăng trưởng có thể cung cấp thêm manh mối. Tế bào ấu trùng có một thành phần nhận tín hiệu tăng trưởng được gửi tùy theo tình trạng dinh dưỡng của cơ thể. Ở bọ Hachijo-jima, ADN mang thông tin tạo ra thành phần này có những khác biệt không thấy ở các quần thể còn lại.

Nhóm chia ấu trùng từ các đảo chính thành hai nhóm và làm giảm khả năng tạo ra thành phần ấy ở một nhóm. Khi đo những con đực đã trưởng thành, nhóm bị giảm sản xuất có hàm ngắn hơn so với kích thước cơ thể, so với nhóm không chịu can thiệp đó. Thí nghiệm xác nhận rằng thành phần này tham gia vào sự phát triển của hàm.

Điều đã biết và điều còn phải kiểm chứng

Nghiên cứu xác nhận rằng con đực Hachijo-jima có hàm ngắn hơn ngay cả khi đã tính đến kích thước cơ thể. So sánh ADN tìm thấy dấu vết hậu duệ của bọ từ các đảo chính ở Oshima, Niijima và Miyake-jima. Hachijo-jima không có dấu vết tương tự. Mối liên hệ với các đảo chính vì thế khác nhau giữa các đảo.

Nhóm đề xuất rằng do ít ADN từ các đảo chính được bổ sung vào Hachijo-jima, những thay đổi phù hợp với đời sống trên đảo dễ được giữ lại hơn, góp phần vào sự tiến hóa của hàm ngắn. Cả môi trường đảo và lịch sử ít tiếp nhận cá thể mới từ các đảo chính đều có thể đóng vai trò.

Vẫn còn việc phải làm để kiểm chứng cách giải thích ấy. Thí nghiệm cho thấy giảm sản xuất một thành phần liên quan đến tăng trưởng ở ấu trùng các đảo chính sẽ tạo ra hàm ngắn hơn. Nhưng việc chính những khác biệt ADN tìm thấy ở Hachijo-jima có làm thay đổi chức năng của thành phần đó hay không thì chưa được kiểm tra. Muốn biết hàm ngắn hữu ích lúc nào trên đảo, còn cần nghiên cứu con đực gặp nhau ở đâu và tranh giành điều gì.

Giải thích rằng Kuroshio cản đường đến Hachijo-jima cũng vẫn là giả thuyết. Cần thêm bằng chứng để biết những con bọ đầu tiên đến khi nào, theo đường nào và các cuộc di chuyển về sau thay đổi ra sao. Chẳng hạn, so sánh những côn trùng khác cùng sống ở Mikura-jima và Hachijo-jima có thể cho biết liệu khác biệt ADN cũng tăng giữa hai đảo hay không. Điều đó có thể gợi mở về ảnh hưởng của dòng biển.

Đào sâu một khác biệt ở hàm, chúng ta đã đến với sự hình thành của đảo và chuyển động của biển. Phải chăng liên hệ yếu hơn với các đảo chính đã giúp bọ Hachijo-jima tiến hóa theo hướng riêng? Từ những kết quả này, thử thách tiếp theo là kết nối và kiểm chứng hoạt động của ADN với đời sống của bọ trên đảo.

Tài liệu tham khảo