Phương pháp ngừa sinh sản

Phương pháp ngừa sinh sản (Reproductive isolation) là một tập hợp các cơ chế tiến hóa, hành vi và các quá trình sinh lý quan trọng để xác định sự ngăn cản thành viên của các loài khác nhau sinh ra con cái, hoặc đảm bảo rằng bất kỳ con cái nào từ sự lai khác loài là bất hữu thụ (vô sinh). Những rào cản này duy trì tính toàn vẹn của một loài bằng cách giảm dòng gen giữa các loài có liên quan, kể cả loài thân thuộc. Các cơ chế của sự phương pháp ngừa sinh sản đã được phân loại theo một số cách, nhà động vật học Ernst Mayr đã phân loại các cơ chế của sự phương pháp ngừa sinh sản thành hai loại lớn là phương pháp ngừa tiền hợp tử chỉ về những diễn biến trước khi thụ tinh (hoặc trước khi giao phối đối với động vật) và phương pháp ngừa sau hợp tử cho những diễn tiến sau khi thụ hợp. Cơ chế phương pháp ngừa sinh sản là một trong những nhân tố giải thích sự hình thành loài và tính ổn định của các loài.

Cơ chế

Các cơ chế phương pháp ngừa sinh sản được kiểm soát về mặt di truyền và có thể xuất hiện ở những loài có sự phân bố địa lý trùng lặp (đồng quy địa lý) hoặc riêng biệt (loài biệt hóa) kể cả Loài thân thuộc là những loài có hình thái rất giống nhau (loài đồng hình) nhưng phương pháp ngừa sinh sản với nhau. Giữa hai loài có phương pháp ngừa sinh sản (các cá thể không giao phối với nhau hoặc giao phối nhưng sinh ra con không có khả năng sinh sản hữu tính-bất thụ) do đó, phương pháp ngừa sinh sản là quá trình ngăn cản quá trình giao phối của các các thể trong quần thể với nhau và làm tăng cường sự sai khác vốn gen giữa các quần thể so với quần thể ban đầu. Các kiểu phương pháp ngừa sinh sản phổ biến gồm phương pháp ngừa địa lí và phương pháp ngừa sinh sản. Trong đo, phương pháp ngừa sinh sản chính là các trở ngại trên cơ thể sinh vật (trở ngại sinh học) ngăn cản các cá thể giao phối với nhau hoặc ngăn cản tạo ra con lai hữu thụ.

Phương pháp ngăn cản sinh sản bao gồm ngăn cản trước và sau hợp tử. Ngăn cản trước hợp tử bao gồm ngăn cản nơi sinh sống, ngăn cản tập tính, ngăn cản theo thời gian (mùa sinh sản), ngăn cản cơ học. Ngăn cản trước hợp tử bao gồm các rào cản ngăn cản các cá thể giao phối để sinh ra hợp tử, ví dụ như ngăn cản nơi sinh sống (ngăn cản sinh cảnh) do sống ở các sinh cảnh khác nhau nên không giao phối với nhau, ngăn cản tập tính do tập tính giao phối khác nhau nên không giao phối được với nhau, sống trong cùng khu vực địa lý nhưng trong sinh cảnh khác nhau nên không thể giao phối, ví dụ như giữa loài chó nhà và chó sói hoặc vịt nhà và vịt trời sống ở các sinh cảnh khác nhau.

Ngăn cản theo thời gian (mùa sinh sản, sinh thái) ví dụ như do mùa sinh sản khác nhau nên không giao phối được với nhau, ví dụ như các cá thể thuộc các quần thể có mùa sinh sản khác nhau, không thể giao phối với nhau được, chẳng hạn như loài sáo đen và sáo nâu có mùa sinh sản khác nhau. Ngăn cản cơ học là do đặc điểm cấu tạo cơ quan sinh sản khác nhau nên không thể giao phối với nhau, ví dụ như các loài chim bói cá thân thuộc có tập tính kết đôi và giao phối khác nhau hay do cấu tạo của cơ quan sinh sản khác nhau làm cho các cá thể thuộc các quần thể khác nhau không giao phối được với nhau, ví dụ như hươu cao cổ và hươu sao có cấu tạo cơ thể và cơ quan sinh sản khác nhau.

Ngăn cản sau hợp tử là các rào cản ngăn cản việc tạo ra con lai hoặc ngăn cản việc tạo ra con lai hữu thụ. Các rào cản ngăn cản việc tạo ra con lai hoặc ngăn cản tạo ra con lai hữu thụ, thực chất là cách li di truyền, do không tương hợp giữa 2 bộ NST của bố mẹ về số lượng, hình thái, cấu trúc. Thụ tinh được nhưng hợp tử không phát triển. Hợp tử phát triển nhưng con lai không sống hoặc con lai bất thụ. Giữa các loài có một ranh giới lớn ngăn cách việc lai tạo, đó chính là sự ngăn cản sinh sản, bao gồm sự khác biệt về hình thái, hành vi giao phối và tín hiệu thu hút bạn tình, thời điểm sinh sản khác nhau, sự ngăn cản trước và sau thụ tinh. Ranh giới tương tự cũng tồn tại ở thực vật, với sự khác biệt về mùa ra hoa, vật chủ thụ phấn, sự ức chế phát triển ống dẫn phấn, tính bất thụ bào chất soma (do sự không hợp giữa nội nhũ và phôi), tính bất thụ gen-tế bào chất đực và cấu trúc nhiễm sắc thể.

Hàm ý

Theo định nghĩa của Ernst Mayr, loài là nhóm các quần thể tự nhiên có khả năng giao phối với nhau và tương đối cách ly sinh sản với các nhóm khác. Điều này giải đáp câu hỏi liệu người có thể giao phối với khỉ (hay dã nhân, vượn) để sinh con hay không? Trước khi có định nghĩa về loài và sự hiểu biết về nhiễm sắc thể cũng như gene, các nhà khoa học đã nghiên cứu liệu khả năng này có tồn tại. Khỉ, loài rất gần với người, có thể chia sẻ nhiều đặc điểm với con người. Tuy nhiên, các thí nghiệm đã chỉ ra rằng người giao phối với khỉ không thể sinh con do sự không tương hợp giữa các bộ NST và gene của hai loài khác nhau.

Để giải quyết câu hỏi này, người ta đã từng thực hiện các thí nghiệm với vượn Bonobo, loài linh trưởng dã nhân có tính dục mạnh mẽ nhất và gần giống nhất với người. Kết quả cho thấy dù giao phối nhiều lần, các cá thể vượn Bonobo cái không thể thụ thai. Các nhà khoa học cho rằng điều này có thể do điều kiện nuôi dưỡng khác biệt so với môi trường tự nhiên của chúng. Các thí nghiệm khác cũng xác nhận rằng người giao phối với khỉ không thể sinh con.

Sau khi có định nghĩa về loài của Ernst Mayr và hiểu biết về nhiễm sắc thể và gene, không cần thực hiện các thí nghiệm như vậy nữa, người ta cũng đã biết rằng hai loài như người và khỉ không thể sinh con khi giao phối với nhau do sự không tương hợp giữa các bộ NST và gene. Theo định nghĩa của Ernst Mayr, loài là nhóm các cá thể sinh vật có đặc điểm tương đối giống nhau và có khả năng giao phối với nhau sinh sản ra thế hệ tương lai. Do đó, hai loài khác nhau thì không thể giao phối với nhau hoặc giao phối nhưng không thể sinh sản, hoặc sinh sản nhưng con không thể sinh sản được do sự khác biệt về nhiễm sắc thể và gene.

Trong thế giới động vật, chỉ có trường hợp của lừa và ngựa là hai loài khác nhau nhưng vẫn có thể giao phối để sinh ra con la, nhưng con la không thể sinh sản. Con lai khác loài thường kế thừa các đặc tính từ cả bố và mẹ, nhưng thường là vô sinh. Sự vô sinh này thường được giải thích bởi sự khác biệt về số lượng nhiễm sắc thể giữa hai loài, ví dụ, lừa có 62 nhiễm sắc thể, ngựa có 64 nhiễm sắc thể, trong khi con la và lừa la có 63 nhiễm sắc thể. Điều này dẫn đến sự không tương thích trong quá trình giảm phân, khiến cho quá trình tạo bào tử không thể hoàn thành.

Sự đa dạng trong cơ chế cách li đã hạn chế sự thành công trong việc lai giống, bao gồm sự khác biệt lớn trong di truyền giữa hầu hết các loài. Ranh giới này bao gồm sự khác biệt về hình thái, thời điểm sinh sản, hành vi thu hút và giao phối, cả sự cách li trước và sau thụ tinh. Ở thực vật, sự khác biệt này có thể bao gồm mùa ra hoa khác nhau, vật chủ thụ phấn khác nhau, sự ức chế phát triển ống dẫn phấn, sự bất thụ bào chất soma (do sự không hợp giữa nội nhũ và phôi), sự bất thụ gen-tế bào chất đực và cấu trúc nhiễm sắc thể.