Phương pháp phát sinh loài làm sáng tỏ câu chuyện tiến hóa của sự sống như thế nào

Bói Cá Nhỏ

17-04-2025

It takes some time for the bird village to get used to, but they all seem to agree that Kingfisher is suited as the philosopher bird.

Trích “Philosopher Bird”; Wild Wise Weird [1]

Các phương pháp so sánh phát sinh chủng loại (phylogenetic comparative methods – PCMs) đang làm thay đổi cách các nhà khoa học nghiên cứu sự tiến hóa của các đặc điểm sinh học bằng cách tích hợp các công cụ thống kê với lý thuyết tiến hóa. Các phương pháp này tận dụng cây phát sinh chủng loại—sơ đồ biểu diễn mối quan hệ tiến hóa giữa các loài—để khám phá cách các đặc điểm đã xuất hiện, đa dạng hóa và đồng tiến hóa trong suốt chiều sâu của thời gian tiến hóa [2].

Một đột phá quan trọng của PCMs là khả năng xử lý tính không độc lập của dữ liệu giữa các loài—một thiếu sót phổ biến trong nhiều nghiên cứu tiến hóa trước đây. Các loài có quan hệ họ hàng gần thường chia sẻ đặc điểm do tổ tiên chung chứ không phải do sự hội tụ thích nghi, điều này có thể dẫn đến kết luận sai lệch nếu không được kiểm soát. PCMs khắc phục điều này bằng cách sử dụng lịch sử tiến hóa làm khung thống kê [3].

Các phương pháp này giúp giải quyết những câu hỏi cơ bản trong sinh học: đặc điểm xuất hiện khi nào, ở đâu và bao nhiêu lần? Ví dụ, enzym phân giải lignin ở nấm mục trắng được cho là xuất hiện khoảng 290 triệu năm trước—trùng với thời điểm kết thúc quá trình hình thành than đá toàn cầu—gợi ý một mối liên hệ nhân quả giữa đổi mới trao đổi chất của nấm và biến đổi địa hóa học quy mô lớn [4,5]. PCMs cũng cho thấy rằng nhiều loài thực vật thích nghi với môi trường sa mạc đã tiến hóa khả năng chịu hạn trước khi sa mạc hình thành, nhấn mạnh vai trò của sự tiền thích nghi (preadaptation) trong các quá trình chuyển đổi sinh thái [6].

Không chỉ dừng lại ở việc tái tạo dòng thời gian tiến hóa, PCMs còn cho phép kiểm tra sự đồng tiến hóa giữa các đặc điểm, như mối liên hệ giữa hệ thống giao phối và hành vi nuôi dưỡng cộng đồng ở các loài chim, hay giả thuyết rằng việc hiến tế con người từng góp phần củng cố cấu trúc xã hội phân tầng ở các xã hội cổ đại. Với các mô hình thống kê tiên tiến, các nhà khoa học hiện có thể phân tích cả đặc điểm liên tục và rời rạc, cũng như kiểm tra mối quan hệ nhân quả thay vì chỉ đơn thuần xác định tương quan [2].

Bằng cách tích hợp dữ liệu từ bộ gen, hành vi, sinh thái và hóa thạch, PCMs hoạt động như một cầu nối giữa tiến hóa vi mô và vĩ mô. Đây là một bộ công cụ toàn diện giúp giải thích sự đa dạng của sự sống và các cơ chế định hình nó.

Các phương pháp so sánh phát sinh chủng loại hoạt động như một “cỗ máy thời gian thống kê”—theo dõi quá trình tiến hóa của đặc điểm qua hàng triệu năm và làm sáng tỏ cách mà sự phức tạp của tự nhiên hình thành. Chúng làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về thế giới sinh học và nhấn mạnh mối quan hệ gắn bó giữa lịch sử của sự sống với những công cụ mà chúng ta sử dụng để khám phá nó [7,8].

Tài liệu tham khảo

[1] Vuong QH. (2024). Wild Wise Weird. https://www.amazon.com/dp/B0BG2NNHY6/ 

[2] Cornwallis CK, Griffin AS. (2024). A guided tour of phylogenetic comparative methods for studying trait evolution. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 55, 181-204. https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-102221-050754 

[3] Felsenstein J. (1985). Phylogenies and the comparative method. The American Naturalist, 125, 1-15. https://www.jstor.org/stable/2461605 

[4] Ayuso-Fernández I, et al. (2018). Evolutionary convergence in lignin-degrading enzymes. PNAS, 115, 6428-6433. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1802555115 

[5] Floudas D, et al. (2012). The Paleozoic origin of enzymatic lignin decomposition reconstructed from 31 fungal genomes. Science, 336, 1715-1719. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1221748 

[6] Lichter-Marck IH, Baldwin BG. (2023). Edaphic specialization onto bare, rocky outcrops as a factor in the evolution of desert angiosperms. PNAS, 120, e2214729120. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214729120 

[7] Vuong QH. (2018). The (ir)rational consideration of the cost of science in transition economies. Nature Human Behaviour, 2, 5. https://www.nature.com/articles/s41562-017-0281-4 

[8] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267