Việc không tìm thấy bằng chứng hoá thạch trung gian giữa các loài và sự xuất hiện đột ngột của nhiều nhóm sinh vật chính, từ thực vật đến động vật đến con người đã đặt ra một thách thức lớn đối với thuyết tiến hoá. Darwin cho rằng: “tất cả các loài động vật đều liên quan đến nhau thông qua một tổ tiên chung”. Liệu quan điểm ấy có chính xác?

Phần 5

Khi hóa thạch thất bại trong việc chứng minh động vật tiến hóa từ một tổ tiên chung, các nhà khoa học tiến hóa đã chuyển sang một loại bằng chứng khác – dữ liệu chuỗi DNA – để giải thích về “cây phát sinh sự sống”.

Vào những năm 1960, khoảng thời gian lần đầu tiên biết đến mã di truyền, các nhà sinh hóa học Émile Zuckerkandl và Linus Pauling đã đưa ra giả thuyết sử dụng chuỗi DNA để tạo ra cây tiến hóa – những cây phù hợp với những đặc điểm hình thái học hoặc giải phẫu – với mục đích cung cấp “bằng chứng đơn giản thích hợp nhất về thực tế của tiến hóa vĩ mô”.

Họ đã bắt đầu nỗ lực hàng thập kỷ nghiên cứu phân giải trình tự gen của nhiều sinh vật và xây dựng “phân tử” dựa trên các cây tiến hóa (cây phả hệ). Mục tiêu cuối cùng là lập một “cây phát sinh sự sống”, chứng minh rằng tất cả các sinh vật sống có liên quan thông qua tổ tiên chung.

Giả thuyết chính

Logic căn bản để xây dựng cây phân tử là tương đối đơn giản. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu chọn một gen, hoặc một bộ gen được tìm thấy trên nhiều sinh vật. Tiếp theo, họ phân tích những gen đó để xác định trình tự nucleotide của chúng, sau đó so sánh trình tự gen của các sinh vật khác nhau. Cuối cùng, xây dựng một cây tiến hóa dựa trên nguyên tắc trình tự nucleotide càng giống nhau thì loài càng liên quan chặt chẽ với nhau. Một bài báo trên tạp chí Biological Theory (Lý thuyết sinh học) giải thích như sau:

“Phương pháp hệ thống phân tử (phần lớn) dựa trên giả định được thiết lập lần đầu tiên bởi Zuckerkandl và Pauling (1962) rằng: mức độ tương đồng giữa các sinh vật phản ánh mối liên hệ giữa chúng”.

Giả thuyết này cơ bản là cụ thể hoá lý thuyết về tổ tiên chung. Tuy nhiên, chúng ta cần nhìn nhận rõ rằng nó dựa trên một giả định khác: sự tương đồng di truyền giữa các loài khác nhau nhất thiết là kết quả từ tổ tiên chung.

Khi tư duy trong phạm vi cơ chế tiến hoá của Darwin, các nhà khoa học đặt ra những giả định này một cách tự nhiên. Như bài báo trong tờ Biological Theory đã giải thích, giả định chính về ‘cây phân tử’ xuất phát từ mục tiêu giải thích sự tương đồng phân tử (hoặc bất tương đồng phân tử) giữa các phân loài trong bối cảnh của mô hình tiến hóa dần dần và tiếp nối của Darwin.

Họ công nhận giả thuyết đó để xây dựng một cây phả hệ. Nhưng nếu thuyết tiến hóa của Darwin là đúng, việc xây dựng cây phả hệ bằng các trình tự phân tử khác nhau sẽ cho thấy một xu hướng hợp lý thống nhất giữa các gen hoặc trình tự gen khác nhau. Tuy nhiên, thực tế lại không như vậy.

Vấn đề 6: Sinh học phân tử đã thất bại trong việc “trồng” một “cây phát sinh sự sống” 

Xung đột trong nền tảng của cây phát sinh sự sống

Vấn đề đầu tiên nảy sinh khi các nhà sinh học phân tử phân giải trình tự gen từ ba dạng cơ bản của sự sống – bacteria (vi khuẩn), archaea (vi khuẩn cổ) và eukarya (sinh vật nhân khuẩn). Những gen đó không cho phép các nhóm sự sống cơ bản này đem lại kết quả phân giải thành một mô hình giống như cây. Vào năm 2009, tạp chí New Scientist đã xuất bản một bài có tựa đề “Tại sao Darwin lại sai lầm về cây phát sinh sự sống”, trong đó giải thích về thách thức này như sau:

“Các vấn đề bắt đầu vào đầu những năm 1990 khi chúng ta có thể phân giải các gen vi khuẩn và vi khuẩn cổ thay vì chỉ RNA. Mọi người đều mong đợi các chuỗi DNA có trình tự giống cây RNA, đôi khi nó đúng, nhưng, điều quan trọng là đôi khi chúng lại không đúng. Ví dụ, RNA cho kết quả là loài A có liên quan chặt chẽ hơn với loài B so với loài C, nhưng phân tích DNA cho kết quả ngược lại”.

Kết quả trên được nhà sinh hóa học W. Ford Doolittle giải thích: “Các nhà nghiên cứu phát sinh chủng loại phân tử sẽ không tìm thấy ‘cây thật’, không phải vì phương pháp của họ không đầy đủ hoặc vì họ đã chọn sai gen, mà bởi vì lịch sử của sự sống không thể được miêu tả như sơ đồ cây”. Tạp chí New Scientist nói rằng: “Từ lâu, chén thánh được dùng để xây dựng một cây phát sinh sự sống… Nhưng ngày nay, dự án đó bị phá thành từng mảnh bởi sự tấn công bằng các bằng chứng tiêu cực”.

Nhiều nhà tiến hóa đôi khi bao biện rằng những vấn đề này chỉ phát sinh khi nghiên cứu các vi sinh vật như vi khuẩn – những sinh vật có thể hoán đổi gen thông qua một quá trình gọi là “chuyển gen ngang”, do đó làm rối loạn tín hiệu của các thuộc tính tiến hóa. Tuy nhiên lập luận này không hoàn toàn đúng, vì cây phát sinh sự sống bị thách thức ngay cả với các sinh vật bậc cao nơi không thường xuyên xảy ra việc hoán đổi gen. Carl Woese, người tiên phong của phân loại học phân tử tiến hóa, cho biết:

“Sự không phù hợp phát sinh chủng loại gen xảy ra ở khắp nơi trong cây chung này, từ gốc đến các nhánh chính, từ trong phạm vi hay giữa các loài khác nhau cho đến việc tự hình thành nên các nhóm loài chính”.

Tương tự như vậy, một bài trên Tạp chí New Scientist chỉ ra một nghiên cứu “cho thấy sự tiến hóa của động vật và thực vật cũng không phát triển chính xác theo sơ đồ cây”. Bài báo mô tả quá trình xảy ra khi nhà vi trùng học Michael Syvanen cố gắng tạo ra một cây tiến hóa bằng cách sử dụng 2.000 gen từ một nhóm động vật đa dạng:

“Ông ấy đã thất bại. Vấn đề là các gen khác nhau đã cho ra những câu chuyện tiến hóa mâu thuẫn nhau, … các gen đã gửi những tín hiệu hỗn loạn …. Khoảng 50% gen có lịch sử tiến hóa thế này và 50% có lịch sử tiến hóa khác”.

Dữ liệu rất khó phân giải thành sơ đồ cây khiến Syvanen phải thừa nhận: “Kết quả của chúng tôi đã phá hủy cây phát sinh sự sống”. Nhiều bài báo khác nghiên cứu về đề tài này cũng nhận ra vấn đề tương tự.

Xung đột tại các nhánh cây

Một bài báo năm 2009 trên tờ Trends in Ecology and Evolution đề cập: “Thách thức chủ yếu đối với việc hợp nhất số lượng dữ liệu lớn để suy luận xây dựng cây phả hệ của các loài chính là: một lịch sử phả hệ chứa nhiều mâu thuẫn thường tồn tại ở các loại gen khác nhau trong bộ gen”. Tương tự, một bài trên tờ Genome Research đã nghiên cứu các chuỗi DNA của các nhóm động vật khác nhau và phát hiện ra rằng: “các protein khác nhau tạo ra các cây phả hệ khác nhau”.

Một bài báo tháng 6 năm 2012 trên tạp chí Nature đã viết: các chuỗi RNA ngắn gọi là microRNA “đang phá tan ý tưởng truyền thống về cây phả hệ của động vật”.

Nhà nghiên cứu sinh học Kevin Peterson, Dartmouth, người nghiên cứu về microRNA đã than thở: “Tôi đã xem xét hàng ngàn gen microRNA và tôi không thể tìm thấy một ví dụ nào có thể hỗ trợ cây phả hệ truyền thống”. Từ đó, theo bài báo, microRNA mang lại “một sơ đồ cơ bản khác cho động vật có vú: một sơ đồ sắp xếp con người gần gũi với voi hơn so với loài gặm nhấm. Peterson nói một cách thẳng thắn: “Các microRNA là không rõ ràng…, nó cho một cây hoàn toàn khác với những gì mọi người muốn”.

Xung đột giữa các cây sự sống xây dựng trên cơ sở phân tử học và hình thái học

Không phải tất cả các cây phả hệ đều được xây dựng bằng cách so sánh các phân tử DNA từ các loài khác nhau. Nhiều cây dựa trên việc so sánh hình dạng, cấu trúc và sơ đồ cơ thể của các sinh vật – còn được gọi là hình thái học. Nhưng các xung đột giữa cây dựa trên phân tử và cây dựa trên hình thái học cũng rất phổ biến.

Một bài báo năm 2012 nghiên cứu về các đặc tính của dơi đã cho thấy rõ điều này: “Sự không thống nhất trong phát sinh chủng loại học (phylogeny) trên cơ sở các phân tích hình thái học và phân tử học, và trong các trình tự sắp xếp phân tử khác nhau trở nên phổ biến khi mở rộng dữ liệu nghiên cứu trên cả hai khía cạnh là đặc tính và loài”. Đây không phải là nghiên cứu duy nhất gặp phải kết quả xung đột giữa các cây phả hệ dựa trên DNA và các cây phả hệ dựa trên đặc điểm giải phẫu hoặc hình thái học.

Sách giáo khoa hiện nay thường khẳng định dòng dõi chung bằng cách sử dụng ví dụ về cây động vật dựa trên enzyme cytochrom c, bởi nó phù hợp với cây tiến hóa xây dựng dựa trên hình thái học. Tuy nhiên, sách giáo khoa hiếm khi đề cập rằng cây phả hệ dựa trên một loại enzyme khác, cytochrom b, thì lại hoàn toàn xung đột với cây tiến hóa tiêu chuẩn. Như một bài viết trong Trends in Ecology and Evolution đã chỉ ra:

“Gen cytochrom b ty thể ám chỉ. . . một kiểu phát sinh loài vô lý của động vật có vú, bất kể phương pháp xây dựng cây như thế nào. Mèo và cá voi rơi vào loài linh trưởng, cùng nhóm với simian (khỉ và vượn) và strepsirhines (vượn cáo, vượn mắt to đuôi dài và cu ly) loại trừ loài khỉ lùn tarsiers. Cytochrom b có lẽ là gen phổ biến nhất ở động vật có xương sống, kết quả đáng ngạc nhiên này thậm chí còn gây bối rối hơn”.

Cuối cùng, một nghiên cứu được công bố trên Science năm 2005 đã sử dụng gen để xây dựng lại các đặc tính chung của hệ động vật, nhưng kết luận rằng, “mặc dù chúng ta có khối lượng dữ liệu lớn và phân tích các phân nhóm với độ rộng cao, vẫn chưa thể giải quyết các đặc tính chung của hầu hết các loài động vật”.

Năm sau, các tác giả này đã xuất bản một bài báo khoa học có tựa đề “Các bụi cây trong Cây phát sinh sự sống”, và đưa ra kết luận đáng chú ý: “Phần lớn các gen đơn lẻ sản sinh ra các loài có chất lượng thấp”, và quan sát thấy một nghiên cứu “đã bỏ qua 35% các gen đơn lẻ từ ma trận dữ liệu của họ, bởi vì các gen đó đã sản sinh ra các loài có trí khôn dưới bình thường”.

Bài báo lưu ý rằng: “Một số phần quan trọng nhất định của [cây phát sinh sự sống] có thể rất khó giải quyết, bất kể số lượng dữ liệu là bao nhiêu… Việc liên tục phát hiện ra các nhánh (bụi cây) không được giải quyết đã buộc chúng ta phải đánh giá lại hàng loạt các giả định về phân loại học phân tử”.

Thật không may, một giả thuyết mà các nhà sinh vật học tiến hóa không muốn đánh giá lại chính là giả thuyết khẳng định các loài có tổ tiên chung. Từ đó, thu hút vô số tranh luận trong giới học thuật – chuyển gen ngang, đột biến loài, tiến hóa đột biến, tốc độ tiến hóa khác nhau, lý thuyết hợp chập, lấy mẫu không đầy đủ, phương pháp sai sót và tiến hóa hội tụ – để giải thích các dữ liệu bất tiện, không phù hợp với mô hình cây đã được giả định.

Như một bài báo năm 2012 đã khẳng định “Xung đột phát sinh gen là phổ biến, và thường là thông lệ hơn thay vì ngoại lệ”. Cuối cùng, giấc mơ dữ liệu chuỗi DNA sẽ chứng minh và xây dựng một cây phát sinh sự sống đã thất bại.

Theo “Mười vấn đề lớn về khoa học của Thuyết tiến hóa” của Casey Luskin

Johny Nguyễn

Link bài dịch: NTD Việt Nam