7 quy luật chi phối hình dạng động vật

Sau đây là bảy quy luật mà giới khoa học đã xác định để mô tả các xu hướng tiến hóa của động vật. Chúng ta cần lưu ý rằng đây chỉ là những xu hướng chung và không phải tất cả các loài đều tuân theo chúng. Ngay cả tự nhiên cũng có những trường hợp ngoại lệ.

1. Quy luật Bergmann

Năm 1847, nhà sinh vật học người Đức Carl Bergmann đã mô tả một quy luật trong sinh thái học gọi là “quy luật Bergmann”. Theo đó, động vật tiến hóa để trở nên lớn hơn ở vùng có khí hậu lạnh hơn. Xu hướng này xảy ra là do các động vật càng lớn thì tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của chúng càng nhỏ, giúp giảm sự mất nhiệt. Vì vậy, cơ thể lớn có khả năng giữ nhiệt tốt hơn so với cơ thể nhỏ.

Ví dụ, một con gấu Bắc Cực (Ursus maritimus) sống ở vùng khí hậu lạnh cao hơn 2,5 lần so với một con gấu chó (Helarctos malayanus) sống ở vùng nhiệt đới Đông Nam Á, theo Đại học Texas tại Austin (Mỹ).

2. Quy luật Allen

Đây là quy luật địa lý sinh thái do nhà động vật học người Mỹ Joel Allen công bố vào năm 1877. Ông cho rằng, động vật sống ở vùng khí hậu lạnh có xu hướng phát triển các bộ phận phụ nhỏ hơn – chẳng hạn như các chi, tai và đuôi – so với họ hàng của chúng ở vùng nhiệt đới ấm áp.

Tương tự như quan sát của Bergmann, quy luật này liên quan đến việc giữ nhiệt. Các phần phụ là nơi có diện tích bề mặt lớn so với thể tích, do đó chúng càng lớn thì càng mất nhiệt nhanh hơn.

Ví dụ, thỏ Bắc Cực (Lepus Arcticus) có chân ngắn hơn và tai nhỏ hơn so với những con thỏ sống trên sa mạc ở châu Mỹ, bao gồm thỏ tai to đuôi đen (L. californicus) và thỏ rừng linh dương (L. alleni).

3.Định luật bình phương - lập phương

Về mặt lý thuyết, có một giới hạn về kích thước tối đa mà động vật có thể đạt đượcdựa trên các định luật vật lý.Đó là mức khối lượng 109 tấn đối với động vật sống trên cạn, theo Felisa Smith, giáo sư cổ sinh vật học tại Đại học New Mexico (Mỹ).

“Để to lớn hơn thế, đôi chân của các loài động vật trên cạn phải đủ rộng để chống đỡ cơ thể, khiến chúng không thể di chuyển một cách hiệu quả”, Smith nhận định.

Smith đang đề cập đến định luật bình phương – lập phương, một nguyên lý toán học được nhà bác học Galileo Galilei mô tả lần đầu tiên với nội dung “tỷ lệ giữa hai thể tích lớn hơn tỷ lệ diện tích bề mặt của chúng”. Nói cách khác, khi một con vật tăng kích thước, thể tích của nó sẽ tăng nhanh hơn diện tích bề mặt. Vì vậy những con vật lớn cần các chân to hơn nhiều để nâng đỡ trọng lượng của chúng. Nếu chúng ta phóng to độ lớn của con voi lên vài lần thì con vật sẽ ngã quỵ. Bởi vì theo định luật bình phương – lập phương, khối lượng của nó sẽ tăng lên theo lũy thừa ba, trong khi kích thước các chân chỉ tăng theo lũy thừa hai.

4.Quy luật đảo

Năm 1964, nhà sinh học J. Bristol Foster đã mô tả một quy luật trong lĩnh vực sinh học tiến hóa trên tạp chí Nature gọi là “quy luật đảo” hoặc “quy tắc Foster”, sau khi ông quan sát và ghi chép xu hướng tiến hóa của 116 loài động vật sống trên đảo.

Foster phát hiện các loài động vật nhỏ trên đảo có xu hướng phát triển thành phiên bản lớn hơn so với họ hàng của chúng trên đất liền. Trong khi đó, các loài động vật lớn có xu hướng tiến hóa thành phiên bản nhỏ hơn so với họ hàng trên đất liền.

Điều này nghĩa là các động vật ở hai đầu của phổ kích thước (lớn nhất và nhỏ nhất) sẽ phát triển tới kích thước trung bình, phù hợp với nguồn tài nguyên trên đảo. Foster cho rằng các động vật nhỏ dần trở nên lớn hơn khi áp lực trở thành con mồi giảm xuống do sự thiếu hụt các động vật ăn thịt. Ngược lại, các sinh vật lớn dần trở nên nhỏ bé hơn do nguồn thức ăn bị hạn chế trong bối cảnh diện tích đất giới hạn.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Ecology & Evolution vào năm 2021, các nhà khoa học phát hiện quy luật đảo chủ yếu ảnh hưởng đến các loài động vật có vú, chim và bò sát, ví dụ như thằn lằn khổng lồ và voi lùn.

5.Chim trên đảo tiến hóa theo hướng không biết bay

Theo nghiên cứu được công bố trên Kỷ yếucủa Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ (PNAS)vào năm 2016, các loài chim trên đảo có xu hướng tiến hóa thành dạng không biết bay, từ những con chim dodo (Raphus cucullatus) trên đảo Mauritius cho đến những con chim Kiwis tại New Zealand.

Mặc dù hầu hết các loài chim sống trên đảo hiện tại vẫn giữ được khả năng bay, nhưng chúng đều phát triển cơ trên cánh nhỏ hơn và chân dài hơn. Điều này nghĩa là tất cả các loài chim trên đảo đều tiến hóa ít nhất theo một cách nào đó để quay về hình thức không biết bay.
Hiện tượng trên phổ biến hơn ở những hòn đảo có ít động vật ăn thịt. Nhiều khả năng áp lực trở thành con mồi giảm xuống đã khuyến khích các loài chim dần từ bỏ khả năng bay.

6.Động vật khổng lồ dưới biển sâu

Các động vật biển không xương sống có xu hướng tiến hóa thành dạng khổng lồ ở nơi có độ sâu lớn trong lòng đại dương, ví dụ như loài mực khổng lồ (Mesonychoteuthis hamiltoni) hoặc cua khổng lồ.

Những động vật lớn hơn có thể di chuyển xa hơn để tìm thức ăn và bạn tình. Điều này giải thích tại sao có rất nhiều động vật khổng lồ ở vùng biển sâu, nơi nguồn tài nguyên khan hiếm. Những động vật lớn cũng có quá trình trao đổi chất hiệu quả và khả năng dự trữ năng lượng từ thức ăn cao hơn. Cuối cùng, môi trường đại dương sâu rất lạnh, vì vậy hiện tượng động vật khổng lồ dưới biển sâu tương quan với “quy luật Bergmann” về khí hậu lạnh hơn tạo ra những động vật lớn hơn.

7.Dị hình giới tính

Dị hình giới tính là sự khác biệt rõ rệt về đặc điểm hình thái giữa giống đực và giống cái trong cùng một loài động vật. Sự khác biệt này thường xuất hiện ở các loài sinh sản hữu tính, ví dụ điển hình là sự khác nhau về cấu trúc cơ quan sinh sản. Ngoài ra, dị hình giới tính cũng thể hiện qua nhiều đặc điểm khác của cơ thể như kích thước, khối lượng, sức mạnh thể chất, hình dáng, màu sắc, hành vi.

Ví dụ, trong một nghiên cứu được công bố trên Kỷ yếucủa Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ (PNAS) vào năm 2004, các nhà khoa học tại Đại học Oxford (Anh) phát hiện các loài chim lớn sống ở vùng ven biển thường có con đực lớn hơn con cái. Ngược lại, con cái thường lớn hơn con đực ở những loài chim ven biển có kích thước nhỏ.