Chọn lọc tự nhiên theo Darwin

Ở Anh thế kỷ 19, bướm sâu đo (Biston betularia) vốn chủ yếu có màu sáng, giúp chúng ẩn mình trên thân cây phủ địa y sáng màu. Khi các nhà máy công nghiệp thải bồ hóng làm đen thân cây, tỉ lệ bướm màu sẫm trong quần thể tăng lên rõ rệt qua vài chục năm. Hãy giải thích hiện tượng này bằng năm bước của chọn lọc tự nhiên.

Trong quần thể bướm sâu đo, từ trước khi có công nghiệp hoá, đã tồn tại sẵn cả hai biến dị màu sáng và màu sẫm với tỉ lệ rất nhỏ cho biến dị sẫm màu — không phải bồ hóng 'tạo ra' màu sẫm mới.

Chim ăn sâu chọn bắt cá thể dễ nhìn thấy nhất trên thân cây. Khi thân cây còn sáng màu, bướm sẫm màu dễ bị phát hiện và ăn thịt hơn; khi bồ hóng làm thân cây sẫm lại, tình thế đảo ngược — bướm sáng màu dễ bị phát hiện hơn, còn bướm sẫm màu ẩn mình tốt và sống sót nhiều hơn.

Màu sắc cánh bướm do gene quy định nên di truyền được. Vì bướm sẫm màu sống sót và sinh sản nhiều hơn khi thân cây đã sẫm màu, tỉ lệ cá thể mang gene màu sẫm tăng dần qua các thế hệ, đúng như xu hướng minh hoạ ở biểu đồ trên.

Vậy quần thể bướm sâu đo thay đổi màu sắc không phải vì từng con bướm tự đổi màu để nguỵ trang, mà vì môi trường thay đổi làm biến dị sẫm màu — vốn đã có sẵn với tỉ lệ nhỏ — trở nên có lợi hơn, sống sót và sinh sản nhiều hơn qua nhiều thế hệ.

Một bệnh nhân dùng một loại kháng sinh để điều trị nhiễm khuẩn. Sau vài đợt điều trị lặp lại, bác sĩ nhận thấy loại vi khuẩn gây bệnh ngày càng khó bị tiêu diệt bởi chính loại kháng sinh đó. Hãy giải thích hiện tượng này bằng cơ chế chọn lọc tự nhiên, và chỉ rõ vì sao không nên nói 'vi khuẩn tự biến đổi để kháng thuốc'.

Trong một quần thể vi khuẩn rất đông, luôn có một tỉ lệ rất nhỏ cá thể mang đột biến ngẫu nhiên giúp chúng chống chịu kháng sinh — biến dị này tồn tại từ TRƯỚC khi bệnh nhân dùng thuốc, không phải xuất hiện vì thuốc 'yêu cầu' vi khuẩn kháng lại.

Khi kháng sinh được đưa vào, phần lớn vi khuẩn không mang đột biến kháng thuốc bị tiêu diệt, chỉ số ít cá thể mang sẵn đột biến kháng thuốc sống sót — kháng sinh đóng vai trò tác nhân chọn lọc, không phải tác nhân tạo ra biến dị.

Những vi khuẩn sống sót sinh sản rất nhanh (một số loài chỉ mất khoảng 20 phút mỗi lần phân chia), truyền đột biến kháng thuốc cho toàn bộ thế hệ con. Sau nhiều đợt điều trị lặp lại, tỉ lệ vi khuẩn mang gene kháng thuốc trong quần thể tăng lên rõ rệt.

Vậy vi khuẩn không 'tự biến đổi để kháng thuốc' — biến dị kháng thuốc đã có sẵn một cách ngẫu nhiên trong quần thể từ trước, kháng sinh chỉ tiêu diệt chọn lọc những cá thể không mang biến dị đó, khiến tỉ lệ cá thể kháng thuốc tăng lên qua các thế hệ.