Nhóm đa ngành (Polyphyletic group)

Một nhóm đa ngành (polyphyletic group) trong sinh học hệ thống là một nhóm gồm các sinh vật mà không bao gồm tổ tiên chung gần nhất của chúng. Nói cách khác, nó là một nhóm nhân tạo được tạo ra dựa trên các đặc điểm tương tự nhưng không phản ánh quan hệ tiến hóa thực sự. Các đặc điểm tương tự này thường là kết quả của tiến hóa hội tụ, nơi các sinh vật khác nhau phát triển các đặc điểm tương tự để thích nghi với môi trường sống tương tự, chứ không phải do chúng được thừa hưởng từ một tổ tiên chung.

So sánh với các nhóm khác

Để hiểu rõ hơn về nhóm đa ngành, ta cần so sánh nó với hai loại nhóm khác trong phân loại sinh học:

Nhóm đơn ngành (Monophyletic group): Bao gồm một tổ tiên chung và tất cả các hậu duệ của nó. Đây là nhóm “tự nhiên” phản ánh chính xác quan hệ tiến hóa.
Nhóm cận ngành (Paraphyletic group): Bao gồm một tổ tiên chung và một số (nhưng không phải tất cả) các hậu duệ của nó. Ví dụ, nhóm “bò sát” theo định nghĩa truyền thống là cận ngành vì nó không bao gồm chim, mặc dù chim có chung tổ tiên với các loài bò sát khác. Việc loại trừ một nhánh hậu duệ (chim) khiến nhóm bò sát không phản ánh đầy đủ lịch sử tiến hoá.

Ví dụ

Một ví dụ kinh điển về nhóm đa ngành là các loài động vật máu nóng (endotherm). Nhóm này bao gồm cả chim và động vật có vú. Cả hai nhóm này đều duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định, nhưng đặc điểm này đã tiến hóa độc lập ở mỗi nhóm. Tổ tiên chung gần nhất của chim và động vật có vú không phải là động vật máu nóng. Do đó, “động vật máu nóng” tạo thành một nhóm đa ngành.

Một ví dụ khác là các loài động vật bay, bao gồm chim, dơi và côn trùng. Khả năng bay đã tiến hóa độc lập ở mỗi nhóm này, và tổ tiên chung gần nhất của chúng không có khả năng bay. Cá cũng có vây, và côn trùng, chim và dơi đều có cánh, nhưng những cấu trúc này khác nhau về nguồn gốc phôi thai và cơ chế hoạt động.

Ý nghĩa trong phân loại học

Trong phân loại học hiện đại, mục tiêu là tạo ra các hệ thống phân loại phản ánh chính xác lịch sử tiến hóa. Do đó, các nhóm đa ngành không được coi là hợp lệ trong phân loại học. Khi một nhóm được xác định là đa ngành, các nhà phân loại học sẽ tìm cách sửa đổi phân loại để phản ánh đúng hơn quan hệ tiến hóa, thường bằng cách chia nhóm đa ngành thành các nhóm đơn ngành nhỏ hơn hoặc bằng cách mở rộng nhóm để bao gồm cả tổ tiên chung bị thiếu và tất cả hậu duệ của nó. Việc xác định và loại bỏ các nhóm đa ngành giúp cho việc phân loại sinh vật phản ánh chính xác hơn cây sự sống.

Tóm tắt

Nhóm đa ngành dựa trên các đặc điểm tương tự phát sinh do tiến hóa hội tụ.
Chúng không bao gồm tổ tiên chung gần nhất của tất cả các thành viên.
Chúng không được coi là hợp lệ trong phân loại học hiện đại.
Mục tiêu của phân loại học là thay thế các nhóm đa ngành bằng các nhóm đơn ngành phản ánh chính xác quan hệ tiến hóa.

Hình minh họa (sơ đồ đơn giản)


    A
   / \
  B   C
 / \ / \
D   E F  G

Trong sơ đồ này, mỗi chữ cái đại diện cho một loài hoặc một nhóm. Các đường nối thể hiện quan hệ tiến hóa.

Nhóm đa ngành (ví dụ): E và G (dựa trên đặc điểm tương tự nhưng không có chung tổ tiên gần nhất)
Nhóm đơn ngành (ví dụ): A, B, D, E (bao gồm cả tổ tiên chung A và tất cả hậu duệ của nó)
Nhóm cận ngành (ví dụ): B, D, E (thiếu tổ tiên chung A)

Nhận diện nhóm đa ngành

Việc nhận diện nhóm đa ngành đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các đặc điểm được sử dụng để xác định nhóm và lịch sử tiến hóa của các sinh vật liên quan. Phân tích phát sinh chủng loại, sử dụng dữ liệu hình thái học, phân tử và các dữ liệu khác để tái tạo lại cây phát sinh chủng loại, là công cụ chính để xác định xem một nhóm có phải là đa ngành hay không. Nếu cây phát sinh chủng loại cho thấy các thành viên của một nhóm có nguồn gốc từ nhiều nhánh khác nhau của cây, thì nhóm đó có thể là đa ngành.

Ảnh hưởng của tiến hóa hội tụ

Tiến hóa hội tụ là nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành các nhóm đa ngành. Khi các sinh vật không có quan hệ họ hàng gần sống trong môi trường tương tự và phải đối mặt với những áp lực chọn lọc tương tự, chúng có thể phát triển các đặc điểm tương tự một cách độc lập. Những đặc điểm này, mặc dù bề ngoài giống nhau, lại không được thừa hưởng từ một tổ tiên chung và do đó không phản ánh quan hệ tiến hóa thực sự.

Ví dụ thêm về nhóm đa ngành

Động vật có vây: Nhóm “động vật có vây” bao gồm cá và các loài động vật biển có vú như cá voi và cá heo. Vây đã tiến hóa độc lập ở cá và động vật có vú biển như một sự thích nghi với cuộc sống dưới nước.
Thực vật C4: Thực vật C4 là một nhóm thực vật đã tiến hóa một con đường quang hợp đặc biệt để thích nghi với môi trường nóng và khô. Cơ chế C4 đã tiến hóa nhiều lần độc lập trong các dòng thực vật khác nhau.

Nhóm đa ngành và sự tiến bộ của khoa học

Việc xác định và loại bỏ các nhóm đa ngành là một phần quan trọng của quá trình tinh chỉnh và cải thiện hệ thống phân loại sinh học. Khi kiến thức của chúng ta về lịch sử tiến hóa của sự sống ngày càng hoàn thiện, chúng ta có thể mong đợi sẽ thấy nhiều nhóm đa ngành được công nhận và sửa đổi. Điều này phản ánh bản chất động của khoa học và cam kết liên tục của chúng ta trong việc tìm kiếm sự hiểu biết chính xác hơn về thế giới tự nhiên.

Tóm tắt về Nhóm đa ngành

Nhóm đa ngành là một nhóm sinh vật được tập hợp dựa trên các đặc điểm tương tự, nhưng lại không bao gồm tổ tiên chung gần nhất của tất cả các thành viên. Điều này có nghĩa là các đặc điểm chung của nhóm đã tiến hóa độc lập ở các nhánh khác nhau, thường là do tiến hóa hội tụ để thích nghi với môi trường tương tự. Hãy nhớ rằng, tiến hóa hội tụ là quá trình các sinh vật không có quan hệ họ hàng gần phát triển các đặc điểm tương tự do áp lực chọn lọc giống nhau.

Điểm quan trọng cần phân biệt là nhóm đa ngành khác với nhóm đơn ngành và nhóm cận ngành. Nhóm đơn ngành bao gồm một tổ tiên chung và tất cả các hậu duệ của nó, phản ánh chính xác quan hệ tiến hóa. Nhóm cận ngành bao gồm một tổ tiên chung và một số, nhưng không phải tất cả, các hậu duệ của nó. Vì vậy, khi xem xét một nhóm sinh vật, cần phải xác định xem nhóm đó là đơn ngành, cận ngành hay đa ngành để hiểu rõ về quan hệ tiến hóa giữa các thành viên.

Trong phân loại học hiện đại, các nhóm đa ngành không được coi là hợp lệ. Mục tiêu của phân loại học là xây dựng các hệ thống phân loại phản ánh chính xác lịch sử tiến hóa. Do đó, các nhà khoa học luôn nỗ lực thay thế các nhóm đa ngành bằng các nhóm đơn ngành. Việc nhận diện và phân tích các nhóm đa ngành giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa và sự phức tạp của thế giới tự nhiên. Cuối cùng, hãy ghi nhớ việc sử dụng các phương pháp phân tích phát sinh chủng loại là rất quan trọng để xác định chính xác quan hệ tiến hóa và phân biệt giữa các nhóm đa ngành, đơn ngành và cận ngành.

Tài liệu tham khảo:

Judd, W. S., Campbell, C. S., Kellogg, E. A., Stevens, P. F., & Donoghue, M. J. (2008). Plant systematics: A phylogenetic approach. Sinauer Associates.
Simpson, M. G. (2010). Plant systematics. Elsevier Academic Press.
Wiley, E. O. (1981). Phylogenetics: The theory and practice of phylogenetic systematics. John Wiley & Sons.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để phân biệt giữa một nhóm đa ngành và một nhóm cận ngành?

Trả lời: Cả nhóm đa ngành và nhóm cận ngành đều không phải là nhóm đơn ngành (bao gồm tổ tiên chung và tất cả hậu duệ). Sự khác biệt nằm ở chỗ nhóm đa ngành bao gồm các thành viên từ nhiều nhánh tiến hóa khác nhau, không có chung tổ tiên gần nhất trong nhóm đó, trong khi nhóm cận ngành chỉ loại trừ một số hậu duệ của tổ tiên chung. Nói cách khác, nhóm cận ngành có thể trở thành đơn ngành bằng cách thêm vào các thành viên bị bỏ sót, trong khi nhóm đa ngành cần được chia nhỏ thành các nhóm đơn ngành.

Ngoài tiến hóa hội tụ, còn yếu tố nào khác có thể dẫn đến sự hình thành nhóm đa ngành?

Trả lời: Ngoài tiến hóa hội tụ, mất đặc điểm (character loss) cũng có thể góp phần tạo ra nhóm đa ngành. Nếu một nhóm sinh vật ban đầu có chung một đặc điểm, nhưng một số hậu duệ sau đó mất đặc điểm này, việc nhóm các sinh vật còn lại dựa trên đặc điểm đó sẽ tạo ra một nhóm đa ngành.

Tại sao việc sử dụng các nhóm đa ngành trong phân loại học lại bị coi là không hợp lệ?

Trả lời: Việc sử dụng các nhóm đa ngành trong phân loại học bị coi là không hợp lệ vì chúng không phản ánh chính xác quan hệ tiến hóa. Phân loại học hiện đại dựa trên nguyên tắc phản ánh lịch sử tiến hóa, và các nhóm đa ngành, do dựa trên các đặc điểm tương tự không phải do di truyền từ tổ tiên chung, làm sai lệch sự hiểu biết của chúng ta về mối quan hệ giữa các sinh vật.

Cho ví dụ về một nhóm đa ngành đã được sửa đổi trong phân loại học hiện đại.

Trả lời: Nhóm “Protista” là một ví dụ điển hình. Trước đây, nó được sử dụng để phân loại tất cả các sinh vật nhân thực không phải là động vật, thực vật hay nấm. Tuy nhiên, nghiên cứu phát sinh chủng loại đã chỉ ra rằng Protista là một nhóm đa ngành, và hiện nay nó đã được chia thành nhiều nhóm đơn ngành nhỏ hơn, phản ánh chính xác hơn quan hệ tiến hóa của các sinh vật này.

Làm thế nào để xác định xem một nhóm có phải là đa ngành hay không?

Trả lời: Phương pháp chính để xác định xem một nhóm có phải là đa ngành hay không là phân tích phát sinh chủng loại. Bằng cách so sánh các đặc điểm (hình thái, phân tử,…) của các sinh vật trong nhóm và xây dựng cây phát sinh chủng loại, chúng ta có thể xác định xem nhóm đó có bao gồm tổ tiên chung gần nhất của tất cả các thành viên hay không. Nếu các thành viên của nhóm xuất hiện trên nhiều nhánh khác nhau của cây phát sinh chủng loại, không có chung tổ tiên gần nhất trong nhóm đó, thì nhóm đó được coi là đa ngành.

Một số điều thú vị về Nhóm đa ngành

“Động vật máu nóng” từng là một nhóm phân loại chính thức: Trước khi hiểu biết về tiến hóa được nâng cao, các nhà khoa học đã phân loại động vật máu nóng (chim và động vật có vú) thành một nhóm riêng biệt. Ngày nay, ta biết rằng đây là một nhóm đa ngành, minh họa cho sự thay đổi trong tư duy phân loại học theo thời gian.
Cá voi không phải là cá: Nhóm “cá” là một ví dụ điển hình về nhóm cận ngành nếu không bao gồm các loài động vật có vú sống dưới nước như cá voi và cá heo. Tuy nhiên, nếu gộp cả cá voi vào nhóm “cá”, ta sẽ có một nhóm đa ngành. Điều này cho thấy sự phức tạp trong việc phân loại các sinh vật dựa trên hình thái bên ngoài.
Tảo không phải là một nhóm thống nhất: “Tảo” là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi để chỉ nhiều sinh vật quang hợp sống dưới nước, nhưng chúng không tạo thành một nhóm đơn ngành. Trên thực tế, “tảo” bao gồm nhiều nhóm sinh vật khác nhau, từ vi khuẩn lam đến tảo lục, và đại diện cho nhiều sự kiện tiến hóa độc lập của khả năng quang hợp.
Sự phân loại của Protista đang thay đổi: Giới Protista truyền thống là một ví dụ điển hình về nhóm đa ngành, bao gồm tất cả các sinh vật nhân thực không phải là động vật, thực vật hay nấm. Các nghiên cứu phân tử gần đây đã tiết lộ sự đa dạng đáng kinh ngạc trong giới này và dẫn đến việc phân chia nó thành nhiều nhóm đơn ngành nhỏ hơn.
Tiến hóa hội tụ có thể rất ấn tượng: Sự tương đồng giữa cá mập (cá sụn), cá heo (động vật có vú) và ichthyizard (bò sát biển đã tuyệt chủng) là một ví dụ nổi bật về tiến hóa hội tụ. Cả ba nhóm này đều phát triển hình dạng cơ thể thuôn dài và vây để thích nghi với cuộc sống săn mồi dưới nước, mặc dù chúng thuộc về các nhánh tiến hóa hoàn toàn khác nhau.
Nhận diện nhóm đa ngành giúp hiểu rõ hơn về tiến hóa: Bằng cách xác định các nhóm đa ngành, các nhà khoa học có thể nghiên cứu chi tiết hơn về quá trình tiến hóa hội tụ và cách các áp lực chọn lọc tương tự có thể dẫn đến các giải pháp thích nghi tương tự ở các dòng dõi khác nhau.