Finches on Islands
A. Today, the quest continues. On Daphne Major —one of the most desolate of the Galápagos Islands, an uninhabited volcanic cone where cacti and shrubs seldom grow higher than a researcher's knee Peter and Rosemary Grant have spent more than three decades watching Darwin's finches respond to the challenges of storms, drought and competition for food. Biologists at Princeton University, the Grants know and recognize many of the individual birds on the island and can trace the birds' lineages back through time. They have witnessed Darwin's principle in action again and again, over many generations of finches.
Ngày nay, cuộc tìm kiếm vẫn tiếp tục. Trên đảo Daphne Major—một trong những hòn đảo hoang vắng nhất của Quần đảo Galápagos, một nón núi lửa không người ở, nơi xương rồng và cây bụi hiếm khi mọc cao quá đầu gối của nhà nghiên cứu—Peter và Rosemary Grant đã dành hơn ba thập kỷ quan sát loài chim sẻ Darwin phản ứng với các thách thức của bão, hạn hán và cạnh tranh thức ăn. Là nhà sinh học tại Đại học Princeton, vợ chồng Grant biết và nhận ra nhiều cá thể chim trên đảo và có thể truy tìm dòng dõi của chúng ngược thời gian. Họ đã chứng kiến nguyên lý của Darwin trong thực tế hết lần này đến lần khác, qua nhiều thế hệ chim sẻ.
B. The Grants' most dramatic insights have come from watching the evolving bill of the medium ground finch. The plumage of this sparrow-sized bird ranges from dull brown to jet black. At first glance, it may not seem particularly striking, but among scientists who study evolutionary biology, the medium ground finch is a superstar. Its bill is a middling example in the array of shapes and sizes found among Galapagos finches: heftier than that of the small ground finch, which specializes in eating small, soft seeds, but petite compared to that of the large ground finch, an expert at cracking and devouring big, hard seeds.
Những hiểu biết sâu sắc nhất của vợ chồng Grant đến từ việc quan sát chiếc mỏ đang tiến hóa của loài chim sẻ đất trung bình. Bộ lông của loài chim cỡ chim sẻ này có màu từ nâu xỉn đến đen tuyền. Thoạt nhìn, nó có vẻ không đặc biệt nổi bật, nhưng trong giới khoa học nghiên cứu sinh học tiến hóa, chim sẻ đất trung bình là một siêu sao. Mỏ của nó là một ví dụ trung bình trong một loạt các hình dạng và kích cỡ được tìm thấy ở các loài chim sẻ Galapagos: khỏe hơn mỏ của chim sẻ đất nhỏ, chuyên ăn các loại hạt nhỏ, mềm, nhưng nhỏ bé so với chim sẻ đất lớn, một chuyên gia trong việc mổ vỡ và ngấu nghiến các hạt to, cứng.
C. When the Grants began their study in the 1970s, only two species of finch lived on Daphne Major, the medium ground finch and the cactus finch. The island is so small that the researchers were able to count and catalogue every bird. When a severe drought hit in 1977, the birds soon devoured the last of the small, easily eaten seeds. Smaller members of the medium ground finch population, lacking the bill strength to crack large seeds, died out.
Khi vợ chồng Grant bắt đầu nghiên cứu vào những năm 1970, chỉ có hai loài chim sẻ sống trên đảo Daphne Major, chim sẻ đất trung bình và chim sẻ xương rồng. Hòn đảo nhỏ đến mức các nhà nghiên cứu có thể đếm và lập danh mục mọi con chim. Khi một trận hạn hán nghiêm trọng xảy ra vào năm 1977, các loài chim nhanh chóng ăn hết những hạt nhỏ, dễ ăn cuối cùng. Các thành viên nhỏ hơn của quần thể chim sẻ đất trung bình, thiếu sức mạnh mỏ để mổ vỡ các hạt lớn, đã chết dần.
D. Bill and body size are inherited traits, and the next generation had a high proportion of big-billed individuals. The Grants had documented natural selection at work the same process that over many millennia, directed the evolution of the Galápagos' 14 unique finch species, all descended from a common ancestor that reached the islands a few million years ago.
Kích thước mỏ và cơ thể là những đặc điểm di truyền, và thế hệ tiếp theo có tỷ lệ cao các cá thể mỏ lớn. Vợ chồng Grant đã ghi lại được quá trình chọn lọc tự nhiên đang hoạt động—cùng một quá trình mà qua nhiều thiên niên kỷ, đã định hướng sự tiến hóa của 14 loài chim sẻ độc đáo của Galápagos, tất cả đều có nguồn gốc từ một tổ tiên chung đã đến quần đảo vài triệu năm trước.
E. Eight years later (1985), heavy rains brought by an El Nino transformed the normally meager vegetation on Daphne Major. Vines and other plants that in most years struggle for survival suddenly flourished, choking out the plants that provide large seeds to the finches. Small seeds came to dominate the food supply, and big birds with big bills died out at a higher rate than smaller ones. 'Natural selection is observable,' Rosemary Grant says. 'It happens when the environment changes. When local conditions reverse themselves, so does the direction of adaptation.'
Tám năm sau, các trận mưa lớn do El Nino mang lại đã biến đổi thảm thực vật thường nghèo nàn trên Daphne Major. Dây leo và các loài thực vật khác mà trong hầu hết các năm phải vật lộn để tồn tại đột nhiên phát triển mạnh, lấn át các loài thực vật cung cấp hạt lớn cho chim sẻ. Hạt nhỏ bắt đầu chiếm ưu thế trong nguồn cung cấp thức ăn, và những con chim lớn với mỏ lớn đã chết với tỷ lệ cao hơn những con nhỏ hơn. Rosemary Grant nói: 'Chọn lọc tự nhiên là có thể quan sát được. Nó xảy ra khi môi trường thay đổi. Khi điều kiện địa phương đảo ngược, hướng thích nghi cũng vậy.'
F. Recently, the Grants witnessed another form of natural selection acting on the medium ground finch: competition from bigger, stronger cousins. In 1982, a third finch, the large ground finch, came to live on Daphne Major. The stout bills of these birds resemble the business end of a crescent wrench. Their arrival was the first such colonization recorded on the Galapagos in nearly a century of scientific observation. 'We realized,' Peter Grant says, 'we had a very unusual and potentially important event to follow.' For 20 years, the large ground finch coexisted with the medium ground finch, which shared the supply of large seeds with its bigger-billed relative. Then, in 2002 and 2003, another drought struck. None of the birds nested that year, and many died out. Medium ground finches with large bills, crowded out of feeding areas by the more powerful large ground finches, were hit particularly hard.
Gần đây, vợ chồng Grant đã chứng kiến một hình thức chọn lọc tự nhiên khác tác động lên chim sẻ đất trung bình: sự cạnh tranh từ những người anh em họ lớn hơn, mạnh mẽ hơn. Năm 1982, một loài chim sẻ thứ ba, chim sẻ đất lớn, đã đến sống trên Daphne Major. Chiếc mỏ cứng cáp của loài chim này giống như phần đầu của một chiếc mỏ lết. Sự xuất hiện của chúng là sự xâm chiếm đầu tiên được ghi nhận trên quần đảo Galapagos trong gần một thế kỷ quan sát khoa học. Peter Grant nói: 'Chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi có một sự kiện rất bất thường và có khả năng quan trọng để theo dõi.' Trong 20 năm, chim sẻ đất lớn cùng tồn tại với chim sẻ đất trung bình, loài chia sẻ nguồn cung cấp hạt lớn với họ hàng mỏ lớn hơn của nó. Sau đó, vào năm 2002 và 2003, một trận hạn hán khác ập đến. Không có con chim nào làm tổ trong năm đó, và nhiều con đã chết. Những con chim sẻ đất trung bình có mỏ lớn, bị đẩy ra khỏi khu vực kiếm ăn bởi những con chim sẻ đất lớn mạnh mẽ hơn, đã bị ảnh hưởng đặc biệt nặng nề.
G. When wetter weather returned in 2004, and the finches nested again, the new generation of the medium ground finch was dominated by smaller birds with smaller bills, able to survive on smaller seeds. This situation, says Peter Grant, marked the first time that biologists have been able to follow the complete process of an evolutionary change due to competition between species and the strongest response to natural selection that he had seen in 33 years of tracking Galapagos finches.
Khi thời tiết ẩm ướt hơn trở lại vào năm 2004, và chim sẻ làm tổ trở lại, thế hệ mới của chim sẻ đất trung bình bị chi phối bởi những con chim nhỏ hơn với mỏ nhỏ hơn, có thể sống sót nhờ các hạt nhỏ hơn. Tình huống này, Peter Grant nói, đánh dấu lần đầu tiên các nhà sinh học có thể theo dõi quá trình hoàn chỉnh của một sự thay đổi tiến hóa do cạnh tranh giữa các loài và là phản ứng mạnh mẽ nhất đối với chọn lọc tự nhiên mà ông từng thấy trong 33 năm theo dõi chim sẻ Galapagos.
H. On the inhabited island of Santa Cruz, just south of Daphne Major, Andrew Hendry of McGill University and Jeffrey Podos of the University of Massachusetts at Amherst have discovered a new, man-made twist in finch evolution. Their study focused on birds living near the Academy Bay research station, on the fringe of the town of Puerto Ayora. The human population of the area has been growing fast—from 900 people in 1974 to 9,582 in 2001. 'Today Puerto Ayora is full of hotels and mai tai bars,' Hendry says. 'People have taken this extremely arid place and tried to turn it into a Caribbean resort.'
Trên hòn đảo có người ở Santa Cruz, ngay phía nam của Daphne Major, Andrew Hendry của Đại học McGill và Jeffrey Podos của Đại học Massachusetts tại Amherst đã phát hiện ra một bước ngoặt mới, do con người tạo ra trong quá trình tiến hóa của chim sẻ. Nghiên cứu của họ tập trung vào các loài chim sống gần trạm nghiên cứu Academy Bay, ở rìa thị trấn Puerto Ayora. Dân số loài người trong khu vực đã tăng nhanh—từ 900 người năm 1974 lên 9.582 người năm 2001. Hendry nói: 'Ngày nay Puerto Ayora đầy rẫy khách sạn và quán bar mai tai. Người ta đã chiếm lấy nơi cực kỳ khô cằn này và cố gắng biến nó thành một khu nghỉ dưỡng kiểu Ca-ri-bê.'
I. Academy Bay records dating back to the early 1960s show that medium ground finches captured there had either small or large bills. Very few of the birds had mid-size bills. The finches appeared to be in the early stages of a new adaptive radiation... But in the late 1960s and early 70s, medium ground finches with medium-sized bills began to thrive at Academy Bay... The booming human population had introduced new food sources, including exotic plants and bird feeding stations stocked with rice. Bill size, once critical to the finches' survival, no longer made any difference. 'Now an intermediate bill can do fine,' Hendry says.
Các ghi chép tại Vịnh Academy từ đầu những năm 1960 cho thấy rằng chim sẻ đất trung bình bị bắt ở đó có mỏ nhỏ hoặc mỏ lớn. Rất ít chim có mỏ cỡ trung. Loài chim sẻ này dường như đang ở giai đoạn đầu của một sự phân nhánh thích nghi mới. Nhưng vào cuối những năm 1960 và đầu những năm 70, chim sẻ đất trung bình với mỏ cỡ trung bình bắt đầu phát triển mạnh tại Vịnh Academy. Dân số loài người bùng nổ đã giới thiệu các nguồn thức ăn mới, bao gồm cả thực vật ngoại lai và các trạm cho chim ăn chứa đầy gạo. Kích thước mỏ, từng rất quan trọng đối với sự sống còn của chim sẻ, không còn tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào nữa. Hendry nói: 'Bây giờ một chiếc mỏ trung gian cũng có thể sống tốt.'
J. At a control site distant from Puerto Ayora, and relatively untouched by humans, the medium ground finch population remains split between large- and small-billed birds. On undisturbed parts of Santa Cruz, there is no ecological niche for a middling medium ground finch, and the birds continue to diversify. In town, though there are still many finches, once-distinct populations are merging.
Tại một địa điểm đối chứng cách xa Puerto Ayora, và tương đối hoang sơ, quần thể chim sẻ đất trung bình vẫn bị phân chia giữa các loài chim mỏ lớn và mỏ nhỏ. Trên những phần không bị xáo trộn của Santa Cruz, không có ổ sinh thái nào cho một con chim sẻ đất trung bình cỡ vừa, và các loài chim tiếp tục đa dạng hóa. Tuy nhiên, trong thị trấn, mặc dù vẫn còn nhiều chim sẻ, các quần thể từng riêng biệt đang hợp nhất lại.
K. The finches of Santa Cruz demonstrate a subtle process in which human meddling can stop evolution in its tracks, cutting off the formation of new species. In a time when global biodiversity continues its downhill slide, Darwin's finches have yet another unexpected lesson to teach. 'If we hope to regain some of the diversity that's already been lost,' Hendry says, 'we need to protect not just existing creatures, but also the processes that drive the origin of new species.'
Những con chim sẻ của Santa Cruz chứng minh một quá trình tinh vi trong đó sự can thiệp của con người có thể ngăn chặn quá trình tiến hóa, làm ngừng sự hình thành các loài mới. Trong thời điểm đa dạng sinh học toàn cầu tiếp tục trượt dốc, chim sẻ của Darwin lại có thêm một bài học bất ngờ để dạy. Hendry nói: 'Nếu chúng ta hy vọng lấy lại được một số sự đa dạng đã mất, chúng ta cần bảo vệ không chỉ các sinh vật hiện có, mà còn cả các quá trình thúc đẩy nguồn gốc của các loài mới.'