Con mắt tiến hoá được vì nó được xây từng bước nhỏ, và mỗi bước đều có ích ngay cho sinh vật mang nó. Bắt đầu chỉ là một mảng tế bào biết sáng tối, rồi mảng ấy lõm thành chén để biết ánh sáng đến từ hướng nào, chén khép lại thành lỗ nhỏ cho ảnh mờ, và cuối cùng có thấu kính cho ảnh rõ. Thiên nhiên hôm nay vẫn còn những sinh vật mang đủ các kiểu mắt trung gian ấy.
Chào bạn, đây là Nhà Sinh Học. Câu hỏi con mắt tinh xảo như vậy sao tự hình thành được là một trong những câu hỏi lâu đời nhất về tiến hoá. Ngay Darwin cũng từng viết về nó. Tập này mình đi lại con đường ấy.
Darwin cũng thấy câu hỏi này khó
Trong cuốn Nguồn gốc các loài, Darwin viết rằng ý nghĩ con mắt hình thành nhờ chọn lọc tự nhiên nghe có vẻ phi lý ở mức cao nhất. Người ta hay trích đến đó rồi dừng, như thể ông thừa nhận thất bại.
Thật ra ngay sau câu ấy, ông lập luận tiếp: nếu chứng minh được có nhiều bậc trung gian từ mắt đơn giản tới mắt hoàn hảo, mỗi bậc đều có ích cho chủ nhân, và biến dị có thể di truyền, thì khó khăn ấy không còn là trở ngại thật.
Đó là một cách lập luận rất khoa học: nêu ra khó khăn mạnh nhất chống lại ý tưởng của mình, rồi chỉ ra điều kiện để nó được giải quyết. Hơn một thế kỷ rưỡi sau, các nhà sinh học đã tìm thấy đủ những bậc trung gian ông cần.
Bài học đầu tiên là cảnh giác với những câu trích cắt cụt. Đọc đủ đoạn văn thường cho ra ý ngược lại.
Từng bậc thang của con mắt
Bậc đầu tiên là một mảng tế bào chứa sắc tố nhạy sáng. Nó chỉ phân biệt sáng và tối, nhưng thế đã đủ để một sinh vật biết có bóng kẻ thù vừa che ánh nắng. Một số sinh vật đơn bào trong nước ao có điểm mắt như vậy.
Bậc thứ hai là mảng ấy lõm vào thành hình chén. Thành chén che bớt ánh sáng từ một số phía, nên sinh vật biết được ánh sáng đến từ hướng nào. Loài giun dẹp nhỏ sống ở suối có đôi mắt kiểu này.
Bậc thứ ba là chén khép miệng lại thành một lỗ nhỏ, hoạt động như buồng tối chụp ảnh lỗ kim, cho ra hình ảnh mờ. Một loài thân mềm biển có vỏ xoắn ốc sống đến ngày nay vẫn dùng mắt lỗ kim không có thấu kính.
Bậc thứ tư là một lớp chất trong suốt phủ lên lỗ, ban đầu có lẽ chỉ để bảo vệ, rồi dày dần thành thấu kính hội tụ ánh sáng. Lúc ấy ảnh mới thật sự rõ nét.
Một nửa con mắt có ích gì?
Câu hỏi này thường được đặt ra như một câu bắt bí. Câu trả lời thật đơn giản: một nửa con mắt tốt hơn không có mắt, giống như người cận thị nặng vẫn muốn nhìn thấy mờ mờ còn hơn mù hẳn.
Trong thế giới mà không ai nhìn thấy gì, sinh vật nào phân biệt được sáng tối đã có lợi thế. Khi ai cũng có mảng cảm quang, ai đoán được hướng sáng sẽ có lợi thế. Mỗi bước nhỏ đều được chọn lọc vì nó tốt hơn bước trước.
Hai nhà khoa học Thuỵ Điển từng dựng một mô hình tính toán: giả sử mỗi thế hệ chỉ cải thiện rất nhỏ, thì từ một mảng cảm quang phẳng tới mắt có thấu kính cần khoảng vài trăm nghìn thế hệ. Với sinh vật nhỏ sống một hai năm mỗi đời, đó là một chớp mắt trên thang thời gian địa chất.
Mô hình này đơn giản hoá rất nhiều, nhưng nó cho thấy thời gian không phải là trở ngại như nhiều người tưởng.
Mắt bạch tuộc không có điểm mù, mắt người lại có
Mắt bạch tuộc và mắt người giống nhau đến kinh ngạc: cùng có thấu kính, võng mạc, mống mắt. Nhưng hai nhóm này tách nhau từ rất xa, khi tổ tiên chung chỉ có những mảng cảm quang đơn giản. Hai con mắt được xây độc lập, hiện tượng gọi là tiến hoá hội tụ.
Khác biệt nằm ở cách nối dây. Ở mắt người, tế bào cảm quang nằm phía sau, dây thần kinh chạy phía trước võng mạc rồi gom lại xuyên qua võng mạc ở một chỗ để về não. Chỗ đó không có tế bào cảm quang, gọi là điểm mù. Não khéo léo vá ảnh nên bạn không nhận ra.
Mắt bạch tuộc nối dây từ phía sau, nên không có điểm mù. Đây là ví dụ hay cho thấy tiến hoá không thiết kế từ đầu mà sửa trên cái có sẵn: tổ tiên ta lỡ đi theo một cách nối dây, và các thế hệ sau phải sống với nó.
Bạn có thể tự tìm điểm mù của mình bằng cách nhắm một mắt, nhìn chằm chằm vào một dấu chấm trên giấy và di chuyển một dấu chấm thứ hai ra xa dần: tới một vị trí, dấu chấm thứ hai biến mất.
Mắt kép của chuồn chuồn và cá hang mất mắt
Côn trùng đi một con đường khác hẳn: mắt kép gồm rất nhiều mắt con xếp sát nhau, mỗi mắt con nhìn một mảnh nhỏ. Mắt chuồn chuồn có tới hàng chục nghìn mắt con, cho tầm nhìn gần như quanh mình và cực nhạy với chuyển động. Đó là lý do bắt chuồn chuồn bằng tay khó vậy.
Dù hình dạng khác nhau, các loại mắt từ côn trùng tới người đều dùng cùng một họ protein cảm quang và có những gen điều khiển phát triển mắt rất giống nhau. Điều này gợi ý tổ tiên chung xa xưa đã có bộ dụng cụ cơ bản, rồi mỗi nhánh lắp ráp theo kiểu riêng.
Chiều ngược lại cũng xảy ra. Một số loài cá sống trong hang tối hoàn toàn đã mất mắt qua nhiều thế hệ. Trong bóng tối, mắt không còn lợi ích mà vẫn tốn năng lượng nuôi, nên những cá thể đầu tư ít cho mắt không bị thiệt.
Lần tới gặp một con chuồn chuồn đậu yên trên ngọn cỏ, bạn thử tiến lại thật chậm từ phía sau. Bạn sẽ thấy hàng chục nghìn con mắt nhỏ ấy làm việc tốt thế nào.
Câu hỏi thường gặp
Loài vật nào có mắt tốt nhất?
Không có mắt tốt nhất cho mọi việc. Chim săn mồi nhìn xa rất rõ, côn trùng nhạy chuyển động, nhiều loài cá và chim thấy được tia cực tím. Mỗi con mắt tốt cho lối sống của chủ nhân nó.
Mắt người có phải thiết kế kém vì có điểm mù không?
Điểm mù là dấu vết lịch sử chứ không làm mắt kém đi nhiều trong đời sống, vì hai mắt bù cho nhau và não vá ảnh. Nhưng nó là ví dụ cho thấy tiến hoá sửa trên nền có sẵn chứ không thiết kế lại từ đầu.
Thực vật có nhìn thấy không?
Thực vật không có mắt nhưng có các protein cảm nhận ánh sáng, giúp cây biết hướng sáng, độ dài ngày, và cả màu ánh sáng. Cây vươn về phía cửa sổ là nhờ chúng.
Mắt tiến hoá một lần hay nhiều lần?
Các kiểu mắt tạo ảnh được cho là đã hình thành độc lập nhiều lần ở các nhóm động vật khác nhau. Tuy vậy, chúng chia sẻ một số gen và protein cảm quang chung có từ tổ tiên rất xa.
Vì sao mắt mèo phát sáng ban đêm?
Sau võng mạc của mèo có một lớp phản quang hắt ánh sáng trở lại, giúp tế bào cảm quang có cơ hội bắt sáng lần hai trong đêm tối. Khi đèn rọi vào, lớp này phản chiếu nên mắt mèo trông như phát sáng.
