Quá trình tiến hóa của hoàn toàn bất kỳ loài sinh vật nào trên hành tinh của chúng ta đều trải qua cả hai giai đoạn phát triển mạnh mẽ và tăng số lượng quần thể, và giảm số lượng mẫu vật xuống còn vài nghìn, hàng trăm hoặc ít hơn. Trong trường hợp thứ hai, người ta thường nói về hiệu ứng nút cổ chai. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn điều này có nghĩa là gì.
Hiệu ứng nút cổ chai là gì?
Hãy tưởng tượng rằng có một số loại sinh vật sống, được đại diện bởi hàng trăm nghìn hoặc thậm chí vài triệu bản sao. Trong một quần thể khổng lồ như vậy, có thể tìm thấy nhiều đặc điểm khác nhau giữa các cá thể của loài này. Ví dụ, sẽ có những cá thể có màu trắng, đen, nâu, đốm; cá nhân lớn, nhỏ và vừa; một số sẽ nhanh, một số khác chậm, một số sẽ có tay chân dài, những người khác sẽ có đôi mắt to. Danh sách phẩm chất và thuộc tính này có thể được tiếp tục trong một thời gian dài. Chỉ có một kết luận duy nhất: trong một quần thể có số lượng cá thể lớn thì thông tin di truyền đa dạng, đó là vốn gen.giàu có.
Bây giờ chúng ta hãy tưởng tượng rằng một trận đại hồng thủy nào đó đã xảy ra, dẫn đến sự tuyệt chủng mạnh mẽ của loài này. Kết quả là, trong số một triệu cá thể, chỉ còn lại vài chục hoặc hàng trăm cá thể. Đương nhiên, sự đa dạng di truyền sẽ bị mất đi. Các cá thể sống sót chỉ mang một số alen khác nhau, từ đó các thế hệ tiếp theo sẽ hình thành. Việc giảm nguồn gen này là một hiệu ứng tắc nghẽn. Tình hình thực sự tương tự như việc trong số rất nhiều loại bóng màu có trong chai, chỉ có một số ít trong số chúng được đổ qua một cái cổ hẹp.
Hiệu ứng người sáng lập
Số lượng cá thể sống sót qua giai đoạn "thắt cổ chai" sinh ra các thế hệ mới. Liên quan đến họ, số lượng cá thể giảm này là người sáng lập hoặc quần thể cha mẹ.
Nếu số lượng cá thể của một loài giảm xuống còn 10 hoặc ít hơn, thì người ta nói lên hiệu ứng người sáng lập cực đoan. Trong trường hợp này, thực tế sẽ không có sự đa dạng của các alen trong vốn gen của các thế hệ tiếp theo và các đặc điểm hình thái giống nhau sẽ xảy ra khá thường xuyên.
Do đó, tác động của người sáng lập và nút thắt cổ chai được kết nối với nhau trong một chuỗi tiến hóa: chuỗi đầu tiên tiếp nối chuỗi thứ hai.
Những tác động này dẫn đến điều gì?
Nói cách khác, giảm vốn gen là tốt hay xấu? Câu trả lời cho câu hỏi này không đơn giản như thoạt nhìn. Dưới đây là những mặt tích cực và tiêu cựctheo định nghĩa của hiệu ứng nút cổ chai, tức là giảm đa dạng di truyền ở một loài nhất định:
- Ưu. Trong các quần thể tiếp theo, các đặc điểm và đột biến cụ thể được cố định có thể có lợi cho các cá thể trong môi trường đó.
- Nhược điểm. Mức độ đa dạng di truyền thấp dẫn đến giảm khả năng của một loài để thích ứng với những thay đổi của môi trường, tức là làm cho nó dễ bị tổn thương. Ngoài ra, các cá nhân thường bắt đầu có những khiếm khuyết do di truyền.
Cheetah dụ
Một ví dụ sinh động về hiệu ứng thắt cổ chai do quá trình chọn lọc tiến hóa gây ra là loài báo hiện đại. Trước khi hành tinh của chúng ta đóng băng toàn cầu (thời kỳ Đệ tứ), có một số loài báo gêpa ở Châu Phi, Âu Á và Bắc Mỹ, rất khác với loài hiện đại cả về kích thước và khả năng tốc độ. Theo một số ước tính, tổng số loài báo gêpa trên hành tinh có thể lên tới hàng trăm nghìn cá thể.
Trong thời kỳ Đệ tứ, khi thức ăn trở nên ít hơn, đã có tình trạng chết hàng loạt đối với nhiều loài sinh vật sống, bao gồm cả loài báo gêpa. Người ta tin rằng số lượng cá thể sau này có thể chỉ là vài trăm cá thể. Hơn nữa, chỉ có những mẫu vật nhanh nhất và nhỏ nhất sống sót, tức là đã có hiệu ứng thắt cổ chai đối với loài báo.
Hiện nay, báo gêpa là loài động vật có vú có tính đa dạng di truyền cực kỳ thấp. Những con thú này rất yếucó khả năng chống lại mọi loại bệnh tật, và mọi nỗ lực cấy ghép các cơ quan trong đó đều thất bại. Thực tế, cơ thể của loài báo không thể thích nghi với những thay đổi của môi trường.
Giảm dân số nhân tạo
Căn cứ vào tên gọi, hiệu ứng nút cổ chai này là do sự can thiệp của con người vào tự nhiên. Có một số ví dụ:
- hải cẩu voi phương Bắc. Kết quả của hoạt động săn bắt và tiêu diệt những loài động vật này vào cuối thế kỷ 19, trong số 150 nghìn con, chỉ còn lại 20 cá thể.
- bò rừng Âu Mỹ. Bò rừng châu Âu vào đầu thế kỷ 20, chỉ có 12 cá thể (trong số 3600 con) và châu Mỹ - 750 con (trong số 370 nghìn con).
- Rùa khổng lồ của Quần đảo Galapagos.
Lưu ý rằng hiệu ứng này cũng được sử dụng trong việc lựa chọn các phân loài thực vật và động vật mới, nhằm củng cố các đặc điểm có lợi cho con người.
Đa dạng di truyền có thể phục hồi được không?
Câu trả lời cho câu hỏi này là có. Có, nó có thể, nhưng đối với điều này, nó là cần thiết để tạo ra các điều kiện thích hợp. Ngay cả khi nhóm cá thể cha mẹ còn nhỏ và đã từng có hiệu ứng tắc nghẽn mạnh mẽ trong quá khứ, sự đa dạng di truyền có thể được phục hồi trong một quá trình tiến hóa lâu dài sau đó.
Muốn vậy, môi trường phải cung cấp nhiều ngóc ngách khác nhau cho môi trường sống của loài này, tức là bản thân môi trường phải đa dạng. Sau đó,thích nghi với điều kiện mới và tích lũy dần các đột biến mới, loài này có thể khôi phục vốn gen của mình.
Còn sự tiến hóa của loài người thì sao?
Những trận đại hồng thủy khác nhau trong lịch sử liên tục cướp đi sinh mạng của hàng chục, hàng trăm nghìn người, điều này đã tạo ra hiệu ứng tắc nghẽn cho Người Homo Sapiens và các loài người khác. Dưới đây là một số ví dụ:
- 75 nghìn năm trước, siêu núi lửa Toba đã phát nổ ở Indonesia. Lực nổ của nó ước tính khoảng 3.000 ngọn núi lửa Saint Helena! Theo một số giả thiết, vụ phun trào này có thể làm giảm số lượng các loại người khác nhau xuống còn vài nghìn cá thể trên khắp Trái đất.
- Trong thời Trung cổ, khoảng 1/3 dân số Châu Âu đã chết vì bệnh dịch đen.
- Trong quá trình thực dân hóa Tân Thế giới của người Châu Âu vào cuối thế kỷ 15 - nửa đầu thế kỷ 16, khoảng 90% dân số bản địa đã bị tiêu diệt.
- Năm 1783, núi lửa Lucky nổ ở Iceland. Sau đó, nạn đói và dịch bệnh cộng thêm vào đó, hậu quả là khoảng 20% dân số trên đảo đã chết.
Đối với tình hình hiện tại với con người, sự đa dạng di truyền của họ là khá lớn, vì dân số hành tinh là khoảng 7,5 tỷ người và nó phân bố trên khắp Trái đất (các điều kiện môi trường khác nhau).
