Nếu kẻ một đường dọc giữa cơ thể một con chó, con mèo, con hổ, cá mập hay chính con người, chúng ta gần như luôn có thể chia cơ thể thành hai nửa trái phải tương tự nhau. Đây là dạng đối xứng hai bên, một trong những đặc điểm phổ biến nhất của thế giới động vật.
Tuy nhiên, sự đối xứng ấy không phải điều mặc định ngay từ khi sự sống xuất hiện. Bọt biển là một ví dụ rõ ràng. Những động vật sống dưới biển này không có đầu, không có đuôi và cũng không sở hữu một đường đối xứng rõ ràng. Cơ thể của chúng về cơ bản là một khối tế bào với hình dạng lồi lõm, chuyên hút nước, lọc thức ăn rồi thải nước ra ngoài.
Điều đáng chú ý là hình thái đơn giản và không đối xứng ấy vẫn giúp bọt biển tồn tại thành công hàng trăm triệu năm, thậm chí có thể gần một tỷ năm. Điều đó cho thấy động vật không nhất thiết phải có cơ thể đối xứng mới có thể tồn tại.
Vậy tại sao đối xứng hai bên cuối cùng lại trở thành kiểu cấu trúc phổ biến ở động vật?
Một chương trình phát triển phức tạp
Để một cơ thể có hình dạng đối xứng, phôi động vật phải trải qua quá trình phát triển được kiểm soát rất chặt chẽ. Ban đầu, phôi chỉ là một tập hợp tế bào. Sau đó, các tế bào dần được phân chia vị trí và đảm nhận những vai trò khác nhau.
Trong quá trình xác định trục trước sau, các gene Hox đóng vai trò quan trọng. Có thể xem đây là một dạng bản thiết kế giúp các tế bào nhận biết chúng thuộc khu vực nào của cơ thể.
Nhưng xác định trái phải còn phức tạp hơn.
Theo nội dung được trình bày, phôi sử dụng những lông chuyển nhỏ có độ nghiêng để tạo ra dòng dịch theo một hướng nhất định. Từ tín hiệu này, cơ thể xác định bên trái và bên phải, sau đó kích hoạt protein Nodal cùng gene Pitx2 chủ yếu ở phía bên trái.
Nhờ vậy, một chương trình phát triển trái phải được thiết lập chính xác ngay trong cơ thể đang phát triển.
Khi cơ chế này gặp trục trặc, các cơ quan nội tạng có thể bị đảo vị trí. Tim có thể nằm bên phải thay vì bên trái, trong khi hệ tiêu hóa cũng được sắp xếp theo hướng ngược lại. Tuy nhiên, hình dạng bên ngoài của cơ thể vẫn có thể duy trì sự đối xứng.
Điều này cho thấy đối xứng hai bên là kết quả của một cơ chế phát triển rất ổn định và phức tạp.
Sao biển từng đối xứng hai bên
Một trường hợp dễ khiến nhiều người hiểu lầm là sao biển. Nhìn hình dạng trưởng thành, sao biển có đối xứng tỏa tròn chứ không phải đối xứng hai bên.
Tuy nhiên, sao biển, cầu gai và hải sâm khi còn non lại có cơ thể đối xứng hai bên. Chúng có phía trước, phía sau, bên trái và bên phải giống nhiều động vật khác.
Chỉ trong quá trình phát triển, cơ thể chúng mới trải qua một cuộc tái cấu trúc lớn và chuyển sang dạng đối xứng tỏa tròn.
Vì vậy, xét về tiến hóa, tổ tiên của nhóm động vật này vốn là những sinh vật đối xứng hai bên. Hình thái tỏa tròn xuất hiện về sau chứ không phải trạng thái nguyên thủy.
Khi động vật bắt đầu chủ động di chuyển
Một trong những lời giải thích phổ biến nhất cho sự phổ biến của đối xứng hai bên liên quan trực tiếp đến vận động.
Trên Trái Đất, trọng lực tạo ra một hướng cố định từ trên xuống dưới. Điều này góp phần hình thành sự khác biệt giữa mặt lưng và mặt bụng.
Khi sinh vật bắt đầu chủ động di chuyển theo một hướng, cơ thể lại hình thành thêm sự phân biệt giữa phía trước và phía sau. Phía trước là phần đầu tiên tiếp xúc với thức ăn, kẻ săn mồi và những biến đổi của môi trường. Vì vậy, các cơ quan cảm giác và hệ thần kinh dần tập trung về phía trước, thúc đẩy quá trình đầu hóa.
Trong khi đó, không có một lực tự nhiên cố định nào luôn tác động khác nhau lên bên trái và bên phải. Môi trường mà hai phía cơ thể tiếp xúc thường tương đối giống nhau.
Trong hoàn cảnh đó, việc tạo ra hai bên tương tự nhau có thể là lựa chọn hiệu quả hơn so với xây dựng hai hệ thống hoàn toàn khác biệt.
Đối xứng hai bên còn mang lại lợi thế về vận động. Cấu trúc này phù hợp với cơ thể có khả năng di chuyển theo hướng rõ ràng, đồng thời hỗ trợ việc tăng tốc, đổi hướng và cơ động.
Ngoài ra, sự đối xứng cũng có thể giúp tiết kiệm chi phí trong quá trình phát triển. Nếu một bên cơ thể đã có chương trình phát triển phù hợp, bên còn lại có thể sử dụng một chương trình tương tự thay vì phải xây dựng một cấu trúc hoàn toàn khác.
Hóa thạch hé lộ dấu vết cổ xưa
Một số hóa thạch động vật đối xứng hai bên cổ xưa cho thấy chúng đã sở hữu sự phân biệt trước sau và hai bên cơ thể tương đối giống nhau.
Trong đó, Auroralia wutia được cho là sống khoảng 555 triệu năm trước. Loài động vật này có kích thước nhỏ, cấu trúc cơ thể không phức tạp nhưng đã thể hiện phần trước và phần sau tương đối rõ ràng.
Đặc biệt, những dấu vết để lại cho thấy nó có khả năng di chuyển trong lớp trầm tích dưới đáy biển. Điều này có nghĩa nó không đơn thuần bị dòng nước cuốn đi mà có thể chủ động vận động.
Phát hiện như vậy phù hợp với giả thuyết cho rằng vận động chủ động và đối xứng hai bên có mối liên hệ trong quá trình tiến hóa.
Dù vậy, đây vẫn chưa phải câu trả lời cuối cùng. Một quan điểm khác cho rằng đối xứng hai bên có thể ban đầu xuất hiện ở những sinh vật sống cố định dưới đáy biển, trong đó cấu trúc đối xứng giúp chất lỏng lưu thông bên trong cơ thể.
Nói cách khác, giới khoa học vẫn đang tiếp tục tìm kiếm bằng chứng để xác định cơ chế nào đóng vai trò quan trọng hơn.
Khi bất đối xứng trở thành lợi thế
Điều thú vị là nếu đối xứng hai bên mang lại nhiều lợi ích, tiến hóa vẫn không loại bỏ hoàn toàn sự bất đối xứng.
Cá bơn là một ví dụ điển hình. Khi mới sinh, cá bơn có cơ thể đối xứng và hai mắt nằm ở hai phía đầu. Nhưng trong giai đoạn biến thái, một mắt dần di chuyển qua phần đầu sang phía đối diện.
Khi trưởng thành, cá bơn nằm nghiêng trên đáy biển và hai mắt cùng hướng lên trên. Nhờ vậy, nó có thể quan sát những gì diễn ra phía trên mà không cần duy trì cấu trúc hai mắt nằm ở hai phía đối diện.
Ở cua đực, một chiếc càng có thể lớn hơn rất nhiều so với chiếc còn lại. Sự bất đối xứng này phục vụ cho chiến đấu, thu hút bạn tình và phô diễn.
Kỳ lân biển cũng là một trường hợp đặc biệt. Nhiều con đực có một chiếc răng bên trái phát triển xuyên qua môi thành chiếc ngà dài đặc trưng. Một số ít cá thể có hai chiếc, trong khi một số khác không có.
Những trường hợp này cho thấy bất đối xứng không phải một "sai lầm" của tiến hóa. Khi nó mang lại lợi thế trong một môi trường hoặc lối sống cụ thể, bất đối xứng hoàn toàn có thể trở thành một giải pháp hiệu quả.
Ngay cả con người cũng không hoàn toàn đối xứng. Hình dáng bên ngoài của chúng ta thuộc kiểu đối xứng hai bên, nhưng bên trong lại có nhiều cấu trúc bất đối xứng. Tim lệch về bên trái, gan chủ yếu nằm ở bên phải và hệ thống ruột cũng không được sắp xếp thành hai nửa giống hệt nhau.
Vì thế, đối xứng hai bên không phải một quy luật tuyệt đối của sự sống. Nó chỉ là một giải pháp tiến hóa đặc biệt thành công.
Cuối cùng, tiến hóa không có một bản thiết kế duy nhất. Đối xứng hay bất đối xứng đều có thể tồn tại nếu giúp sinh vật thích nghi tốt hơn với môi trường. Điều quan trọng không phải cơ thể có đẹp, đều hay hoàn hảo hay không, mà là cấu trúc ấy có giúp sinh vật sống sót và tiếp tục sinh sản hay không.
Tham khảo: Zhihu
Đức Khương
