Sự biến đổi của dòng sông giúp nâng cao mức độ đa dạng sinh học của Amazon

Những con sông phân nhánh đóng vai trò như hàng rào vô hình ngăn cách các quần thể chim

Ảnh vệ tinh cho thấy một mạng lưới các con sông nhằng nhịt, liên tục biến đổi ở vùng đất thấp Amazon. Ảnh: Jesse Allen / NASA Earth Observatory 

Nhìn từ cửa sổ của một chiếc máy bay đang băng qua Amazon, khung cảnh thật ngoạn mục. Những con sông bên dưới phân nhánh thành một mạng lưới dày đặc như những nhành cây, tựa như chúng đã liên tục biến đổi qua hàng trăm nghìn năm, vẽ ra những con đường mới và xóa bỏ những con đường cũ. Các con sông chia nhỏ khu rừng thành nhiều không gian, mỗi không gian là cả một thế giới cho vô số sinh vật đu đưa, bay lượn, trườn bò trong ranh giới luôn thay đổi của chúng.

Trong một nghiên cứu mới trên tạp chí Science Advances, Lukas Musher, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Học viện Khoa học Tự nhiên của Đại học Drexel, và các đồng nghiệp của ông báo cáo rằng sự biến đổi liên tục của các dòng sông làm tăng tính đa dạng sinh học của các loài chim xinh đẹp, giúp tô điểm cho các khu rừng nhiệt đới rậm rạp Amazon. Các con sông có thể đóng một vai trò quan trọng hơn chúng ta tưởng trong việc biến rừng Amazon thành một trong những nơi đa dạng sinh học bậc nhất trên hành tinh. Mặc dù các vùng đất thấp của rừng chỉ chiếm 0.5% diện tích đất của hành tinh, nhưng chúng là nơi trú ẩn của khoảng 10% tất cả các loài sinh vật mà chúng ta đã biết — và chắc chắn là vẫn còn nhiều loài chưa được biết đến.

Thực chất, từ những năm 1960, một số nhà khoa học đã đề xuất ý tưởng rằng sự chuyển dịch của các dòng sông có thể hình thành đặc điểm của loài chim, nhưng hầu hết các nhà nghiên cứu không tin rằng đó là một yếu tố thúc đẩy sự đa dạng hóa các loài chim hoặc động vật có vú. “Trong một thời gian dài, chúng ta thực sự coi các con sông là một loại chuyển động tĩnh”, John Bates , một người phụ trách tại Bảo tàng Field ở Chicago, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết.

Cho đến gần đây, các nhà sinh vật học mới bắt đầu chú ý đến những đề xuất của các nhà địa chất. Musher, người đã thực hiện nghiên cứu – đây cũng là một phần trong công trình tiến sĩ của anh, cho biết mối quan hệ giữa sự thay đổi địa lý và đa dạng sinh học là “một trong những chủ đề gây tranh cãi nhất trong sinh học tiến hóa. Một số nhà nghiên cứu cho rằng lịch sử Trái đất ảnh hưởng rất ít đến các mô hình đa dạng sinh học, nhưng những người khác cho rằng “đó là một mối quan hệ cực kỳ chặt chẽ, về cơ bản là tuyến tính”, Musher nói.

Chuyển động xuyên thời gian

Để hiểu cách con sông chuyển động có thể tác động đến các loài chim ở Amazon như thế nào, vào tháng 6 năm 2018, Musher và các cộng sự của ông tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ và Đại học Bang Louisiana đã thực hiện một chuyến thám hiểm đến những con sông chảy qua “trái tim” Brazil.

Họ đã thu thập mẫu của các loài chim từ nhiều địa điểm ở hai bên hai con sông: sông Aripuanã và sông Roosevelt, được đặt theo tên của Teddy Roosevelt, người đã đến đó vào năm 1914 để lập bản đồ vùng đất này. Họ cũng mượn các mẫu mà các tổ chức khác đã thu thập trước đây ở những con sông khác tại Amazon.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào sáu nhóm loài chim không phải là loài bay xa. (Musher cho rằng “nếu bạn muốn biết dòng sông ảnh hưởng đến các loài chim như thế nào, bạn phải chọn những loài chim mà dòng sông sẽ tác động đến”). Những loài chim này, bao gồm chim jacamar má xanh (Galbula cyanicollis) và chim mắt trần đốm đen (Phlegopsis nigromaculata), dành phần lớn thời gian bên dưới tán rừng của vùng đất thấp phía nam Amazon, nơi chúng dõi theo bầy kiến ​​và ăn côn trùng mà kiến tìm ra.

Sự biến đổi của dòng sông ảnh hưởng lớn đến quá trình tiến hóa của các nhóm chim được nghiên cứu, bao gồm các loài chim thuộc chi Hypocnemis (trái) và Malacoptila (phải). Ảnh: (trái) Hector Bottai; (phải) Gonzo Lubitsch

Các nhà nghiên cứu đã giải trình tự gen của những con chim và so sánh chúng để xem chúng đã khác nhau như thế nào theo thời gian. Sau đó, họ so sánh những thay đổi của bộ gen đó với dữ liệu trong tài liệu địa chất về sự thay đổi của các con sông gần đó. Để xác nhận những phát hiện của mình, họ dùng một mô hình dựa trên số lượng đột biến của các loài để suy ra chúng khoảng thời gian mà chúng trở nên khác nhau.

Đúng như dự đoán, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các con sông là hàng rào ngăn cách đối với những con chim này: Khi các con sông phân nhánh, những quần thể cũng bị chia cắt với nhau. Ngay cả những con sông tương đối nhỏ cũng có thể ngăn cách các quần thể và góp phần tạo ra sự khác biệt trong bộ gen của chúng.

Nhưng nhóm nghiên cứu cũng thấy rằng các con sông – những hàng rào cản trở – là vật thể động chứ không hề tĩnh. Những con sông bị chia cắt cuối cùng sẽ quay trở về với nhau, cho phép các quần thể bị chia tách lại hòa vào nhau. Đôi khi các quần thể quá khác nhau để lai tạo và chúng vẫn là những loài riêng biệt. Nhưng phần lớn, những cuộc đoàn tụ này đã trở thành cơ hội để các quần thể trao đổi các gene mới mà chúng đã có được.

“Dòng gene” này dẫn đến các tổ hợp gene mới trong bộ gene mỗi khi quá trình chia tách – đoàn tụ lặp lại, và nó có khả năng “góp phần tạo ra nhiều loài chim mới theo thời gian,” Musher nói. Các mô hình đa dạng hóa ở các loài khác nhau thay đổi tùy theo sự biến đổi và thời điểm biến đổi của các con sông.

Họ phát hiện ra rằng sự biến đổi về địa lý tạo ra nhiều dòng gene giữa các loài chim ở phía tây Amazon hơn ở phía đông. Ở phía tây Amazon, nơi có cảnh quan bằng phẳng, các con sông chảy xiết, có nhiều khả năng làm xói mòn bờ và thay đổi dòng chảy. Ở phía đông, nơi có cảnh quan nhiều đồi núi, các con sông cắt thành nền đá cứng và có xu hướng ổn định hơn, ít gió hơn.

Thông qua sử dụng mô hình toán học, các nhà nghiên cứu nhận thấy các con sông đóng vai trò là yếu tố dự báo sự khác biệt của hệ gen – yếu tố này thậm chí quan trọng hơn điều kiện môi trường và khoảng cách giữa các loài. Các yếu tố khác mà họ không tính đến cũng là những yếu tố tiềm năng, nhưng rõ ràng là “chuyển động của Trái đất và mức độ đa dạng sinh học của nó có mối liên hệ với nhau, đôi khi gắn bó chặt chẽ với nhau”.

Chân trời rộng lớn

Mặc dù khá là khó tin khi nghĩ đến việc dòng sông có thể cản trở việc bay lượn của chim, nhưng có nhiều bằng chứng cho thấy nhiều loài chim thực sự không thể bay ngang qua sông được. Ngay cả một số con sông tương đối nhỏ ở Amazon cũng lớn đến mức “từ quan điểm của một con chim, nó giống như đang nhìn vào đường chân trời”, Philip Stouffer, giáo sư về sinh học bảo tồn tại Bang Louisiana, người không tham gia vào nghiên cứu, cho hay. “Đối với những loài chim không thích di chuyển quãng đường xa, đó là một rào cản bất khả thi.”

Hơn nữa, nhiều loài chim thích nghi với việc sống trong tầng tối của rừng không thích vượt qua những khoảng trống có ánh nắng mặt trời, vì vậy chúng có thể không có hứng thú với việc rời khỏi ngôi nhà trong rừng của chúng — cũng như các loài khác sống cùng với chúng. Việc dòng sông biến đổi đóng vai trò rất quan trọng đối với quá trình đa dạng hóa các sinh vật sống dưới nước như cá ở Amazon, và các nhà nghiên cứu cho rằng những mô hình tương tự cũng có thể phù hợp với các loài khác, chẳng hạn như linh trưởng và bướm.

Chim có lẽ là nhóm sinh vật đã được tìm hiểu kỹ càng nhất tại Amazon, nhưng ngay cả như vậy, “chúng tôi vẫn đang tiếp tục nghiên cứu về những mô hình đa dạng sinh học cơ bản này,” Musher nói. Vì vậy, vẫn còn một chặng đường dài nếu muốn hiểu rõ mối quan hệ giữa sự biến đổi về mặt địa chất của Amazon với các loài sinh vật của nó.

Các tác giả cho rằng nhiều khả năng các quá trình địa chất tương tự – cho dù chúng liên quan đến chuyển động của dòng sông hay những biến đổi khác – cũng đang thúc đẩy đa dạng sinh học ở những nơi khác trên hành tinh. Nhưng nó có thể không diễn ra giống chính xác những gì đang xảy ra ở Amazon, bởi vì “trên Trái đất không có nơi nào giống như Amazon,” Musher nói.

Anh Thư  tổng hợp

Nguồn: 

Reshuffled Rivers Bolster the Amazon’s Hyper-Biodiversity

River network rearrangements promote speciation in lowland Amazonian birds