Tiến hóa hội tụ là khi các sinh vật khác nhau phát triển độc lập các đặc điểm tương tự.
Ví dụ, cá mập và cá heo trông tương đối giống nhau mặc dù hoàn toàn không liên quan. Cá mập là loài cá đẻ trứng với khả năng chết người để đánh hơi máu trong nước, trong khi cá heo là loài động vật có vú tò mò điều hướng bằng cách tạo ra âm thanh nhấp chuột và lắng nghe tiếng vang của chúng. Những khác biệt đó không quá ngạc nhiên, khi xem xét rằng tổ tiên chung cuối cùng của bộ đôi đã bơi trên biển khoảng 290 triệu năm trước.
Từ tổ tiên chung cổ xưa đó, một dòng dõi xuất hiện trên đất liền và tiến hóa thành động vật có vú, bao gồm cả giống sói Pakicetus, sau đó sẽ trở về nước và tiến hóa thành cá voi và cá heo. Một dòng dõi khác ở lại trong đại dương, trải qua các chỉnh sửa để trở thành cá mập hiện đại. Tuy nhiên, bất chấp những con đường quanh co của chúng, cả hai loài động vật cuối cùng đều có những hốc tiến hóa tương tự: những người bơi lội hợp lý với làn da mịn màng và vây nước lý tưởng để đuổi theo con mồi.
Mỗi môi trường sống của Trái đất đều có những thách thức riêng. Đôi khi, các loài khác nhau phát triển cùng một giải pháp cho cùng một vấn đề. Các nhà sinh học gọi quá trình này - khi hai sinh vật có chung đặc điểm là chúng không cùng thừa hưởng từ một tổ tiên chung - tiến hóa hội tụ.
Tiến hóa hội tụ và phân kỳ
Các ví dụ cổ điển về sự tiến hóa, chẳng hạn như chim sẻ của Darwin, thể hiện quá trình ngược lại: tiến hóa khác biệt. Được phổ biến vào cuối những năm 1800 bởi nhà truyền giáo và nhà tự nhiên học người Mỹ J. T. Gulick, thuật ngữ này mô tả một loài duy nhất trở thành nhiều loài để phù hợp với các vai trò khác nhau trong một bối cảnh nhất định. Ví dụ, trong số các loài chim sẻ Galápagos, hình dạng mỏ đã thay đổi (hoặc chuyển hướng) để phù hợp hơn với các loại thực phẩm khác nhau có sẵn trên các đảo khác nhau.
Ngược lại, tiến hóa hội tụ xảy ra khi các loài bắt đầu khác biệt và sau đó phát triển tương tự. Ví dụ, hãy tưởng tượng bạn đã đổ một loại vẹt và vẹt vào cùng một hòn đảo. Những cá thể có mỏ không hiệu quả đối với bọ xít có thể bị đói và chết mà không truyền gen mỏ xấu của chúng cho con cái. Nhưng những con vẹt và vẹt may mắn có được những cái mỏ thành công hơn trong việc bắt bọ, sẽ sống sót và truyền gen cho những cái mỏ bắt bọ. Các thế hệ sau, con cháu của cả hai loài có thể hội tụ cùng một hình dạng mỏ, vì đó là thiết kế thành công nhất để sống sót trong môi trường sống đó.
Các khái niệm cơ bản về tiến hóa hội tụ có thể được bắt nguồn từ Richard Owen, một nhà sinh vật học người Anh, mặc dù nghi ngờ thuyết tiến hóa của Darwin, vào giữa những năm 1800 đã chỉ ra sự khác biệt giữa động vật với các bộ phận cơ thể được xây dựng tương tự (tương đồng) và các bộ phận cơ thể chỉ tương tự có mục đích tương tự (tương tự). Chẳng hạn, vây của cá heo và bàn tay con người là tương đồng vì chúng có cùng cấu trúc xương, mặc dù chức năng của chúng chuyển hướng kể từ tổ tiên chung cuối cùng của chúng ta. Mặt khác, vây của cá heo là một dạng tương tự của vây cá mập - chúng có cùng mục đích nhưng hình dạng khác nhau vì chúng tiến hóa độc lập (và hội tụ).
Ví dụ về sự tiến hóa hội tụ
Ví dụ về sự tiến hóa hội tụ rất nhiều, nhưng chúng dễ thấy nhất ở các loài động vật quen thuộc. Ví dụ, gấu trúc khổng lồ có các bộ phận cơ thể giống như ngón tay cái, mà các loài động vật sử dụng để kẹp tre, như nhà sinh vật học Stephen Jay Gould đã mô tả trên Tạp chí Incorporating Nature vào những năm 1970. Cả con người và bạch tuộc đều có đôi mắt giống như máy ảnh với mống mắt, ống kính và võng mạc - tất cả các bộ phận thiết yếu của thiết bị hình ảnh. Và cả dơi và chim đều có cánh.
Tương tự như những đặc điểm này có thể xuất hiện, một cái nhìn gần hơn cho thấy nguồn gốc độc lập của chúng. Một chân gấu trúc, với năm chữ số và xương cụt, giống như ngón tay cái nhô ra từ lòng bàn tay, trông không giống bàn tay con người. Điều đó có ý nghĩa, cho rằng loài linh trưởng đã tiến hóa ngón tay cái đối nghịch của chúng khoảng 50 triệu năm trước trong khi gấu trúc đã làm điều đó cách đây chưa đến 20 triệu năm (và tổ tiên chung cuối cùng của chúng ta đã sống cách đây 65 triệu đến 90 triệu năm). Tương tự, hệ thống dây độc đáo của mắt bạch tuộc có nghĩa là chúng thiếu điểm mù. Và trong khi cánh chim gần giống với "cánh tay", cánh dơi trông giống "bàn tay" hơn với những ngón tay nhọn. Để sử dụng các danh mục của Owen, đây là các bộ phận cơ thể tương tự, không tương đồng.
Động lực của sự tiến hóa hội tụ là sự sẵn có của các vai trò cụ thể được cung cấp bởi môi trường. Đại dương đúc những kẻ săn mồi bơi nhanh, có thể là cá mập hoặc cá heo. Bầu trời cần những người bay, và những sinh vật sống hoặc tiếp xúc nhiều với cây cần có thể lấy cành cây bằng đuôi, tay hoặc móng vuốt.
Một trong những ví dụ ấn tượng nhất thời hiện đại là hai nhóm động vật hội tụ: động vật có vú ở Úc, chúng sống những ngày đầu trong túi và động vật có vú được sinh ra từ nhau thai, sống ở phần còn lại của thế giới. Do Úc tách ra khỏi các lục địa khác hàng chục triệu năm trước, các loài động vật của nó đã tiến hóa một cách độc lập. Tuy nhiên, nhiều hốc đã được lấp đầy bởi các động vật trông rất giống với các đối tác của chúng ở Châu Phi, Châu Mỹ và Âu Á.
Để đào dưới lòng đất, có nốt ruồi và nốt ruồi. Để lừa đảo dọc theo mặt đất, những con chuột gặp trận đấu của chúng ở mulgaras Úc. Và để săn các động vật có vú nhỏ khác, thylacine hiện đã tuyệt chủng nhìn và đi giống hệt như một con chó hoặc một con sói, ngoại trừ nó, cũng mang con non của mình trong một cái túi như một con chuột túi. Bởi vì các vai trò tương tự - như thợ đào, kẻ lừa đảo và thợ săn - tồn tại ở cả hai phía của đại dương, sự tiến hóa hội tụ trên các thiết kế tương tự ở cả hai địa điểm.
Là sự tiến hóa hội tụ là không thể tránh khỏi?
Hồ sơ hóa thạch cho thấy các mô hình tương tự đã diễn ra trong các sự kiện và nhiều sự kiện tuyệt chủng, với vây, chân, vỏ bọc và móng vuốt xuất hiện như những gói quen thuộc trong môi trường tương tự. Hiện tượng này đã khiến các nhà sinh học tiến hóa đặt câu hỏi tiến hóa ở mức độ nào là một quá trình ngẫu nhiên, và mức độ kết quả của nó được cố định bởi môi trường. Như Gould tự hỏi, nếu chúng ta có thể phát lại lịch sử Trái đất ngay từ đầu, liệu cây sự sống có hình dạng tương tự?
Tuy nhiên, rõ ràng mô tả các trường hợp tiến hóa hội tụ, không phải là màu đen và trắng. Nó liên quan chặt chẽ đến sự tiến hóa song song, trong đó một loài thấy mình ở hai môi trường khác nhau và tiến hóa sự thích nghi giống nhau với từng loài. Bắt đầu từ cùng một kế hoạch cơ thể, sự tiến hóa di chuyển theo từng bước, không chính xác là "hội tụ" vào một sự thích nghi mới và tương tự. Một số nhà khoa học coi tiến hóa thú có túi là song song với tiến hóa của động vật có vú, trong khi những người khác tranh luận liệu tiến hóa song song chỉ là một hình thức tiến hóa hội tụ ít cực đoan hơn.
Cả tiến hóa hội tụ và tiến hóa song song đều đóng vai trò nhắc nhở rằng chọn lọc tự nhiên không có con đường ưa thích, không có vòng cung nội tại từ cơ bản đến nâng cao. Loài có thể phân kỳ, hội tụ và phân kỳ một lần nữa. Sự tiến hóa chỉ khẳng định rằng các loài áp dụng các chiến lược sinh tồn hoạt động trong một môi trường nhất định, bất kể các chiến lược đó đến từ đâu.
