Sự phức tạp đằng sau việc hầu hết động vật có cơ thể đối xứng 2 bên?

Nếu kẻ một đường dọc giữa cơ thể con người, chó, mèo hay nhiều loài cá, chúng ta sẽ thấy hai nửa trái - phải có cấu trúc khá tương đồng.

Kiểu hình thái này được gọi là đối xứng hai bên và xuất hiện ở phần lớn các nhóm động vật hiện đại.

Tuy nhiên, đây không phải cấu trúc bắt buộc của sự sống.

Bọt biển là ví dụ điển hình. Chúng không có đầu, đuôi hay một đường đối xứng rõ ràng. Cơ thể về cơ bản là một khối tế bào với hình dạng không cố định, có nhiệm vụ hút nước, lọc thức ăn rồi thải nước trở lại môi trường.

Dù vậy, bọt biển vẫn tồn tại thành công suốt hàng trăm triệu năm.

Điều này đặt ra câu hỏi: Nếu động vật không nhất thiết phải đối xứng để sống sót, vì sao đối xứng hai bên lại trở thành một trong những cấu trúc phổ biến nhất của thế giới động vật?

Cơ thể đối xứng được tạo ra như thế nào?

Đối xứng hai bên không đơn giản là việc cơ thể "tự chia đôi" khi phát triển.

Ngay từ giai đoạn phôi, một chương trình sinh học phức tạp đã giúp các tế bào xác định chúng sẽ tạo thành phần nào của cơ thể.

Trong quá trình xác định trục trước - sau, nhóm gen Hox đóng vai trò quan trọng. Có thể hình dung các gen này như một phần của "bản thiết kế", giúp tế bào biết mình đang nằm ở khu vực nào.

Việc xác định bên trái và bên phải thậm chí còn phức tạp hơn.

Trong phôi, những lông chuyển nhỏ tạo ra dòng dịch theo một hướng nhất định. Tín hiệu này góp phần giúp cơ thể phân biệt hai phía, sau đó kích hoạt protein Nodal cùng gen Pitx2 chủ yếu ở phía bên trái.

Từ đó, vị trí của các cơ quan được hình thành theo một chương trình tương đối ổn định.

Nếu quá trình này gặp trục trặc, một số người có thể xuất hiện tình trạng các cơ quan nội tạng đảo vị trí, chẳng hạn tim nằm về bên phải thay vì bên trái.

Điều đáng chú ý là dù các cơ quan bên trong có thể bất đối xứng, hình dáng bên ngoài của cơ thể vẫn thường duy trì cấu trúc trái - phải tương đối giống nhau.

Sao biển cũng từng có hai nửa trái - phải

Sao biển có vẻ là một ngoại lệ rõ ràng.

Khi trưởng thành, cơ thể chúng có dạng đối xứng tỏa tròn, với các cánh sắp xếp quanh một tâm thay vì chia thành hai nửa.

Tuy nhiên, sao biển, cầu gai và hải sâm ở giai đoạn ấu trùng lại có cơ thể đối xứng hai bên.

Chúng có phía trước, phía sau, bên trái và bên phải tương tự nhiều nhóm động vật khác. Chỉ trong quá trình phát triển, cơ thể mới trải qua sự tái cấu trúc và chuyển sang kiểu đối xứng tỏa tròn.

Điều này cho thấy tổ tiên của nhóm động vật da gai vốn có cấu trúc hai bên, còn hình thái tỏa tròn xuất hiện về sau trong tiến hóa.

Vận động có thể là chìa khóa

Một trong những giả thuyết phổ biến nhất giải thích sự thành công của đối xứng hai bên liên quan đến khả năng vận động chủ động.

Trên Trái Đất, trọng lực tạo nên một hướng tương đối cố định từ trên xuống dưới, góp phần hình thành sự khác biệt giữa mặt lưng và mặt bụng.

Khi sinh vật bắt đầu di chuyển theo một hướng rõ ràng, cơ thể tiếp tục xuất hiện sự phân biệt giữa phía trước và phía sau.

Phía trước là nơi đầu tiên tiếp xúc với thức ăn, vật cản, kẻ săn mồi hay những thay đổi của môi trường. Vì vậy, các cơ quan cảm giác và hệ thần kinh có xu hướng tập trung tại đây.

Quá trình này thúc đẩy hiện tượng "đầu hóa", tức hình thành phần đầu với hệ thần kinh và cơ quan cảm giác ngày càng phát triển.

Trong khi đó, môi trường thường không tạo ra sự khác biệt cố định giữa bên trái và bên phải.

Hai phía cơ thể về cơ bản phải xử lý những điều kiện tương tự. Trong hoàn cảnh đó, việc phát triển hai bên gần giống nhau có thể hiệu quả hơn so với xây dựng hai hệ thống hoàn toàn khác biệt.

Đối xứng hai bên cũng thuận lợi cho khả năng di chuyển theo một hướng, tăng tốc, đổi hướng và giữ thăng bằng.

Về mặt phát triển, cấu trúc này còn có thể giúp cơ thể sử dụng những chương trình tương tự để xây dựng hai phía, thay vì phải tạo hai cấu trúc độc lập.

Vì sao tiến hóa vẫn tạo ra những cơ thể bất đối xứng?

Nếu đối xứng mang lại nhiều lợi thế, tại sao một số loài lại phá vỡ cấu trúc này?

Cá bơn là ví dụ dễ nhận thấy.

Khi mới sinh, cá bơn có cơ thể đối xứng và hai mắt nằm ở hai phía đầu. Trong quá trình biến thái, một mắt dần dịch chuyển sang phía còn lại. Khi trưởng thành, cá bơn nằm nghiêng dưới đáy biển với cả hai mắt hướng lên trên. Cấu trúc bất đối xứng này phù hợp hơn với lối sống của chúng.

Một số loài cua cũng có một chiếc càng lớn hơn đáng kể so với chiếc còn lại. Chiếc càng lớn có thể được sử dụng trong chiến đấu, phô diễn hoặc thu hút bạn tình.

Kỳ lân biển lại có một dạng bất đối xứng đặc biệt khác.

Ở nhiều con đực, chiếc răng bên trái phát triển xuyên qua môi thành chiếc ngà dài nổi bật. Một số ít cá thể có hai ngà, trong khi những con khác có thể không có.

Những ví dụ này cho thấy tiến hóa không "ưu tiên" đối xứng trong mọi trường hợp.

Nếu một cấu trúc bất đối xứng giúp sinh vật kiếm ăn, sinh sản hoặc thích nghi tốt hơn với môi trường, đặc điểm đó vẫn có thể được duy trì qua nhiều thế hệ.