Rate of Evolution (tốc độ tiến hóa)

Tốc độ tiến hóa có tầm thay đổi rất rộng qua thời gian, tùy vào đặc tính, và tùy vào chủng loài (species). Sự thay đổi chủng loài qua tiến hóa có thể được ước tính dựa vào kiểm tra hóa thạch (fossil) và các chủng loài có liên quan nhau. Tốc độ thay đổi cũng được kiểm soát bởi quãng đời của chủng loài đó (chủng loài sống ngắn ngày thì có khả năng thay đổi nhanh chóng và khả năng sinh sản nhanh chóng). Tuy nhiên, ngay cả những sinh vật có quãng đời ngắn như vi khuẩn (bacteria), với quãng đời đo bằng phút, cũng không thể hiện rõ sự thay đổi trong tiến hóa trong suốt quãng thời gian bằng quãng đời một người.

Kĩ thuật dùng để xác định tốc độ tiến hóa là dựa vào phân tích DNA. Nó xác định tỉ lệ phần trăm giống nhau giữa 2 mẫu DNA từ 2 cá thể (organism) liên quan để nghiên cứu. Tỉ lệ càng cao, thì thời gian phân tách (diverge) của 2 cá thể này từ một tổ tiên chung (common ancestor) càng gần. Để kiểm nghiệm, nó còn được kiểm tra dựa vào thông tin thu thập từ các nguồn khác (như bản ghi hóa thách và các nghiên cứu và so sánh bộ xương (comparative anatomy))

Có 2 giả thuyết (hypotheses) dùng để giải thích tốc độ tiến hóa thay đổi.

• punctuated equilibrium hyphotheses:
• gradual change hypothesis:

(1): giả thuyết này cho rằng có những giai đoạn mà tốc độ tiến hóa thay đổi chậm, và chen vào đó là những giai đoạn mà tốc độ tiến hóa thay đổi nhanh – đó là lúc mà thời gian đầu thích nghi của chủng loài đó, khi mà chúng chưa thích nghi với sự phát triển của môi trường. Ví dụ: nếu mà 1 nguồn thức ăn trở nên không có nữa, thì tốc độ tiến hóa của loài sẽ thay đổi nhanh, để nó có thể xuất hiện những đặc tính mới của cá thể giúp chúng có thể sử dụng những nguồn khác làm thức ăn, hoặc nếu không, chúng sẽ bị tuyệt chủng. Và một khi, chúng đã thích nghi dần với điều kiện mới, tốc độ tiến hóa sẽ thay đổi chậm lại.

(2): giả thuyết này chấp nhận sự thay đổi từ từ. Nó giải thích rằng: ‘các chủng loài tiến hóa một cách từ từ theo thời gian (ổn định). Và những loài nào mà tốc độ tiến hóa không đủ nhanh để thích nghi với điều kiện mới để tồn tại thì chúng sẽ chết.

Vậy những nhân tố nào làm hạn chế và điều khiển tốc độ tiến hóa thay đổi. Trước hết là các thay đổi về vật lí và sinh học của môi trường. Tiếp đến là tỉ lệ đột biến (mutation rate) theo nghĩa tỉ lệ đột biến cao tương quan với tốc độ tiến hóa cao, với giả thiết là điều kiện môi trường không đổi. Tuy nhiên, đột biến dường như không ảnh hướng lớn tới việc hạn chế tiến hóa vì sự đa dạng trong hình thái tiến hóa (morphological evolution) không có tương quan tốt với tỉ lệ đột biến DNA Một ví dụ điển hình là sự lờn thuốc kháng sinh (antibiotic resistance) – tốc độ đột biến của vi khuẩn có thể gây ra sự thay đổi làm tăng khả năng lờn thuốc kháng sinh.

Sự chọn lọc một số đặc tính ở chủng loài này tốt hơn chủng loài khác thì cũng dẫn đến tốc độ tiến hóa cũng khác nhau. Với các quần thể (population) càng lớn thì áp lực chọn lọc càng cao. Vì thế, với các quần thể nhỏ, thì tốc độ tiến hóa có thể không đủ nhanh so với sự thay đổi của môi trường. Trong hoàn cảnh này, sự chọn lọc tự nhiên (natural selection) không hiệu quả sẽ dẫn đến sự hạn chế trong tốc độ tiến hóa.

Cuối cùng, các ràng buộc sau cũng có thể là nhân tố hạn chế (limiting factor) đến tốc độ tiến hóa – khi một đột biến trong gien tạo ra một đặc tính tốt cho chủng loài nhưng đồng thời nó cũng làm trở ngại chức năng của các sản phẩm khác của gian. Đây gọi là ràng buộc về cấu trúc, và chúng có thể được vượt qua nếu gien hay toàn bộ genome được nhân đôi; như vậy, gien bổ sung sẽ bổ khuyết cho hạn chế gặp phải, giúp tăng tốc độ tiến hóa thay đổi.

Tham khảo:

http://science.jrank.org/pages/2612/Evolutionary-Change-Rate.html

Click to access 2001,%20EncyGen,%20Lenski.pdf

http://lifesci.rutgers.edu/~heylab/sconcept/simplesystem.html

Books

Gould, Stephen Jay. The Structure of Evolutionary Theory. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2002.

Milligan, B.G. Estimating Evolutionary Rates for Discrete Characters. Clarendon Press; Oxford, England, 1994.

Ridley, Mark. Evolution. Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1993.