Các bằng chứng tiến hoá

Ở lớp 9, em đã học bốn loại bằng chứng tiến hoá — hoá thạch, giải phẫu so sánh, phôi sinh học, sinh học phân tử — cùng học thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwin (prior-grade review). Bài lớp 9 dừng lại ở việc nhận diện từng loại bằng chứng qua một ví dụ đơn lẻ. Bài này đi xa hơn: ghép nhiều loại bằng chứng lại để xếp hạng mức độ họ hàng giữa các loài, và bổ sung một nhóm bằng chứng mới — bằng chứng tế bào học, dựa trên cấu trúc tế bào và bộ mã di truyền chung của mọi sinh vật (kiến thức DNA, gene, nucleotide từ chương Cơ sở phân tử của hiện tượng di truyền đầu năm lớp 12 — same-grade bridge).

Bằng chứng tiến hoá không đến từ một nguồn duy nhất. Sinh học hiện đại gom các dấu vết cho thấy sinh giới ngày nay bắt nguồn từ một hoặc một vài tổ tiên chung thành năm nhóm: hoá thạch, giải phẫu so sánh, phôi sinh học, địa lí sinh học, và tế bào học — sinh học phân tử. Mỗi nhóm nhìn sinh vật ở một góc độ khác nhau — lớp đất đá, hình dạng xương, giai đoạn phát triển phôi, nơi phân bố, hay trình tự DNA — nhưng khi cả năm nhóm đều chỉ về cùng một cây phả hệ, kết luận đó đáng tin hơn hẳn so với chỉ dựa vào một nguồn duy nhất.

Hoá thạch là di tích của sinh vật được bảo tồn trong đất đá qua hàng triệu năm — xương, vỏ, dấu chân, đôi khi cả dấu vết mô mềm. Tuổi của lớp đất đá chứa hoá thạch cho biết thứ tự xuất hiện của các nhóm sinh vật theo thời gian: lớp càng sâu càng cổ, hoá thạch trong đó thường càng đơn giản về cấu trúc. Chuỗi hoá thạch ngựa — từ một loài nhỏ, bốn ngón chân, sống cách đây khoảng 55 triệu năm, đến loài ngựa một ngón chân hiện nay — cho thấy kích thước cơ thể tăng dần và số ngón chân giảm dần qua các lớp đất đá liên tiếp, đúng như dự đoán của một quá trình biến đổi từ từ.

Giải phẫu so sánh xem xét cấu trúc cơ thể của các loài khác nhau. Cơ quan tương đồng có cùng nguồn gốc phôi thai và cùng kiểu cấu trúc bên trong, dù chức năng bên ngoài đã khác đi qua tiến hoá — xương chi trước của người, dơi, cá voi ở phần Khởi động là một ví dụ điển hình. Cơ quan tương tự thì ngược lại: cùng chức năng nhưng khác nguồn gốc, khác cấu trúc bên trong — cánh côn trùng là nếp gấp của lớp biểu bì, còn cánh chim là chi trước biến đổi mang lông vũ; cả hai đều dùng để bay, nhưng không họ hàng gần và không cùng kiểu xương. Cơ quan thoái hoá là cơ quan còn sót lại từ tổ tiên, nay không còn chức năng đáng kể hoặc chức năng đã thu nhỏ rất nhiều — ruột thừa ở người, xương chậu còn sót ở một số loài trăn, mắt bị che phủ da ở loài chuột chũi sống trong hang tối. Ba khái niệm này dễ nhầm lẫn nhất trong bài, vì tương đồng và tương tự đều là 'cấu trúc giống nhau giữa hai loài' — điểm phân biệt nằm ở NGUỒN GỐC, không nằm ở chức năng.

Phôi sinh học so sánh giai đoạn phát triển sớm của phôi ở nhiều loài động vật có xương sống. Ở giai đoạn phôi sớm, phôi người, phôi gà và phôi cá đều có các khe mang và một cấu trúc giống đuôi — những đặc điểm chỉ xuất hiện ở giai đoạn này rồi biến mất hoặc biến đổi khác đi khi phôi phát triển tiếp. Sự giống nhau ở giai đoạn phôi sớm cho thấy các loài động vật có xương sống thừa hưởng chung một chương trình phát triển từ một tổ tiên, dù cơ thể trưởng thành của chúng trông rất khác nhau.

Địa lí sinh học nhìn vào nơi các loài phân bố trên Trái Đất. Các loài sống trên cùng một lục địa hoặc quần đảo thường giống nhau hơn các loài sống ở môi trường tương tự nhưng cách xa về địa lí. Chuột túi chỉ có ở Úc không phải vì Úc là nơi duy nhất phù hợp với kiểu sinh vật mang túi, mà vì tổ tiên chung của nhóm thú có túi đã tiến hoá tại đó rồi lan rộng ra trong lúc châu lục này bị cô lập khỏi các châu lục khác hàng chục triệu năm.

Bằng chứng tế bào học dựa trên một sự thật nền tảng: mọi sinh vật, từ vi khuẩn đến con người, đều được cấu tạo từ tế bào, dùng chung một loại vật chất di truyền là DNA, và mã hoá thông tin di truyền bằng cùng một bộ mã di truyền gồm các bộ ba nucleotide. Bằng chứng sinh học phân tử đi xa hơn: so sánh trực tiếp trình tự DNA hoặc trình tự amino acid của cùng một loại protein giữa các loài. Hai loài càng gần gũi về quan hệ họ hàng thì trình tự đó càng ít khác biệt, vì chúng có ít thời gian tiến hoá riêng biệt hơn kể từ khi tách khỏi tổ tiên chung.

Năm nhóm bằng chứng này đến từ những lĩnh vực tách biệt hẳn nhau — địa chất học, giải phẫu học, phôi thai học, địa lí học, sinh học phân tử — do những nhà khoa học khác nhau nghiên cứu trong hơn một thế kỷ. Điều đáng chú ý không phải là từng bằng chứng riêng lẻ, mà là việc cả năm nhóm đều hội tụ về cùng một kết luận: sinh giới ngày nay có chung nguồn gốc và đã biến đổi qua thời gian.