“Dân học tiến sĩ ai cũng muốn trở thành người phản biện sách giáo khoa. Bạn luôn đi tìm những thứ nghe có vẻ ngược đời,” Scott Pitnick nói. Đối với anh, cái ngược đời đó là tinh trùng khổng lồ.

Năm 1995, Pitnick nhận ra là con đực của loài ruồi giấm tí hon Drosophila bifurca sản xuất những tế bào tinh trùng vĩ đại dài tới 6cm (hay là 2,4 inch). Như thế là dài gấp 20 lần chính cơ thể loài ruồi này, và dài gấp một nghìn lần tinh trùng trung bình của người. Nếu một người đàn ông tạo ra tinh trùng to đến thế (so với tỷ lệ cơ thể), nó sẽ dài bằng đường chéo của một sân bóng rổ.

Tinh trùng khổng lồ có vẻ đi ngược lại những điều chúng ta biết về cách mà tiến hóa quy định những đặc tính sinh sản của động vật. Tinh trùng đáng ra là những tế bào nhỏ bé mà các con đực có thể sản xuất đại trà với ít sức lực. Đáng ra chúng phải tí hon, bỏ đi cũng không sao, và nhiều không đếm xuể. Vậy tại sao những con ruồi này lại phá bỏ hoàn toàn những quy luật này?

Pitnick, người có một hình xăm tế bào tinh trùng cuộn xoắn trên tay phải, đã bỏ ra 21 năm qua cố gắng trả lời câu hỏi này. Để bắt đầu thì giờ anh coi tinh trùng khổng lồ không chỉ như một công cụ trong sinh sản, mà còn là những vật trang trí phục vụ cho mục đích sinh sản như đuôi của công hay sừng của hươu. “Các nhà sinh học không nghĩ về chúng như vũ khí hay vật trang trí, nhưng chúng hoàn toàn như thế,” anh nói. “Chúng đủ hết các tiêu chuẩn.”

Tinh trùng đáng ra là những tế bào nhỏ bé mà các con đực có thể sản xuất đại trà với ít sức lực. Đáng ra chúng phải tí hon, bỏ đi cũng không sao, và nhiều không đếm xuể. Vậy tại sao những con ruồi này lại phá bỏ hoàn toàn những quy luật này?

Rõ ràng là chúng to khủng khiếp. Hơn nữa là, chúng to một cách bất cân xứng so với cơ thể của chủ nhân chúng. Sừng của một con linh dương sẽ tăng kích cỡ nhanh gấp đôi so với cơ thể của nó, và cái đuôi của con công thì lớn nhanh hơn ba lần. Nhưng đối với loài ruồi của Pitnick, tinh trùng của chúng sẽ tăng kích cỡ nhanh gấp 5,5 lần. Theo lời anh, chúng chính là những vật trang trí hoành tráng nhất trong toàn bộ tự nhiên. Chúng khiến đuôi công trở nên khiêm nhường. Chúng khiến cho sừng của loài bọ sừng hươu (stag beetle) trông có vẻ kém cỏi. Chúng nâng sự phóng đại đến tầm cực đoan.

Những vật trang trí hoành tráng như vậy tốn rất nhiều năng lượng để sản xuất, và chỉ có những con đực khỏe mạnh nhất mới có thể trả cái giá đắt để đeo chúng lên người. Bằng cách đóng vai trò quảng cáo chất lượng một cách nhìn thấy được và tin cậy được, những vật trang trí này cho phép con cái chọn lựa những bạn tình tốt nhất và chúng cho con đực lợi thế so với đối thủ.

Nhưng mà, trái ngược với đuôi hay sừng, tinh trùng khổng lồ không nhìn thấy được. Con cái không thể dùng nó làm dấu hiệu để lựa chọn bạn tình. Theo Pitnick, việc này không liên quan, vì cạnh tranh giữa các con đực không dừng lại ở sự ve vãn hào nhoáng, những cuộc đối đầu bạo lực, hay thậm chí là bản thân việc giao phối. Nó còn tiếp tục bên trong cơ thể của con cái. Nếu một con cái giao phối với nhiều con đực, tinh trùng của chúng có thể cạnh tranh quyền được thụ tinh bên trong cơ thể của con cái. Sự cạnh tranh tinh trùng này thúc đẩy sự tiến hóa, số lượng tinh trùng tăng lên và chúng trở nên cơ động hơn, cùng với đó có thêm những tính trạng kì dị hơn như tinh trùng độc hại, tinh trùng có móc nhọn, tinh trùng bắn thẳng vào bụng con cái1, tinh trùng hợp tác cùng bơi. Và, có lẽ là cả tinh trùng khổng lồ.
Nhưng việc coi tinh trùng khổng lồ như vật trang trí chẳng hề giải quyết bí ẩn về nguồn gốc của chúng. Nếu có làm gì thì chúng chỉ khiến mọi thứ trở nên thêm khó hiểu. Đây là lý do tại sao.

Bằng những bước đơn giản và cộng dồn, tự nhiên vẽ nên những điều lố bịch.

Thường thì tinh trùng khá rẻ tiền và các con đực sản xuất chúng theo lố, trong khi trứng thì tốn kém hơn và con cái chỉ sản xuất dè chừng. Cho nên là, theo cách Pitnick nói, “Có rất nhiều tinh trùng so với trứng.” Sự mất cân bằng này có nghĩa là con cái sẽ thành công hơn nếu chúng kén chọn bạn tình của mình, còn đối với con đực thì giao phối với càng nhiều con cái càng tốt. Cho nên là con cái thường là giới tính kén cá chọn canh hơn, còn con đực thì cạnh tranh hơn. Và khi tỷ lệ tinh trùng so với trứng tăng, thì cạnh tranh giữa các con đực cũng trở nên căng hơn.

Chính sự cạnh tranh gay gắt này đã thúc đẩy sự tiến hóa của những vật trang trí to lớn và hoành tráng. Tốn rất nhiều năng lượng để sản xuất và duy trì những cấu trúc mất cân xứng này, vì vậy kích cỡ của chúng quảng cáo cho sức khỏe và chất lượng của chủ chúng. Cạnh tranh giữa các con đực càng gay gắt, những tính trạng này lại càng trở nên cầu kỳ.

Trong bối cảnh này thì tinh trùng khổng lồ của loài ruồi giấm thật khó hiểu. Sản xuất tinh trùng lớn hơn thì tốn nhiều năng lượng hơn, nên những loài có tinh trùng khổng lồ chỉ cho ra lò rất ít. Nói theo cách khác thì tinh trùng của chúng hành xử như là trứng vậy – những tế bào xa xỉ được sản xuất với số lượng có hạn, chứ không phải là hàng rẻ tiền được sản xuất đại trà. Trong những trường hợp như vậy, với số ít tinh trùng trên mỗi trứng, cạnh tranh giữa con đực phải rất yếu. Nhưng bởi vì tinh trùng khổng lồ là những vật trang trí hoành tráng cực độ, chúng hẳn phải tiến hóa trong một bối cảnh cạnh tranh gay gắt. Đây là cái mà Pitnick gọi là “nghịch lý tinh trùng khổng lồ”: tinh trùng khổng lồ ám chỉ cả cạnh tranh gay gắt và cạnh tranh yếu.

Dựng lên nghịch lý xong xuôi, giờ anh đưa một giải pháp. Nó dính dáng đến một yếu tố quan trọng mà đến nay vẫn vắng mặt trong cuộc thảo luận: những con cái.

Khi ruồi giấm giao phối, con đực giải phóng tinh trùng khổng lồ của mình dưới dạng một quả cầu len rối bòng bong, rồi bằng cách nào đó được gỡ rối khi chúng đi vào một cơ quan cái cũng dài không kém cạnh, gọi là khoảng chứa tinh trùng (seminal receptacle). Con cái dự trữ tinh trùng ở đó cho đến lúc nó sẵn sàng thụ tinh cho trứng của nó. “Ở D. bifurca, cơ quan này dài gần 8cm, và cơ bản là tinh trùng được kéo thẳng ở trong đó,” Pitnick nói. “Chúng ta không biết việc này xảy ra thế nào, nhưng chắc chắn phải hay ho lắm.”

Điều rõ ràng hơn là những cơ quan dự trữ này thiên vị những con đực với tinh trùng dài hơn. Những tế bào lớn nhất có thể hất cẳng những tế bào ngắn hơn của đối thủ, trong khi bản thân chúng lại khó mà nhúc nhích. Cho nên những con cái, chỉ đơn giản bằng cách sở hữu những cơ quan sinh dục tựa mê cung, tình cờ thiên vị những con đực có tinh trùng dài hơn. Ta có thể nói rằng chúng có một “sở thích” – không phải một sở thích chủ động, nhưng nó cũng thật và có hiệu quả như, để lấy ví dụ, một con công cái để mắt đến công đực có bộ đuôi hoành tráng.

Pitnick đã cho thấy được điều này vào năm 2002. Bây giờ, thông qua những thí nghiệm giao phối chặt chẽ, anh đã cho thấy là độ dài của cơ quan dự trữ của một con cái có mối liên hệ gen với độ dài của tinh trùng con đực. Một trong hai không thể thay đổi mà không tự động điều chỉnh cái còn lại. Điều này cũng đúng với những tính trạng quan trọng khác, như là tần suất giao phối. Khi kích cỡ của tinh trùng tăng lên và số lượng giảm đi, con cái nhận được rất ít tinh trùng trong một lần giao phối, và vì thế mà giao phối thường xuyên hơn.

“Những liên kết di truyền này là một phần quan trọng của cái đã thúc đẩy câu chuyện tiến hóa điên rồ này,” Pitnick nói. Nó có nghĩa là những tính trạng trên con đực và con cái có thể phi nước đại (runaway) cùng với nhau, khi một tính trạng tăng lên sẽ đẩy cái còn lại cũng tăng lên cho đến khi cả hai đều trở nên phóng đại một cách hoang đường. Bằng những bước đơn giản và cộng dồn, tự nhiên vẽ nên những điều lố bịch.

“Đối với tôi, bộ phận sinh dục nữ là mặt tiền chưa được khám phá lớn nhất của nghiên cứu về chọn lọc sinh sản.”

Nhưng điều quan trọng không chỉ là kích cỡ của tinh trùng, mà còn cả số lượng của chúng. Bằng cách nghiên cứu bảy loài ruồi giấm với tinh trùng có độ dài khác nhau, Pitnick tìm ra rằng kích cỡ của tinh trùng càng tăng thì số lượng chúng lại càng phản ánh sức khỏe của con đực. Anh giải thích rằng, “Ở những loài ruồi có độ dài tinh trùng lớn nhất, khi mà con cái giao phối liên hồi, chỉ có những con đực với chất lượng cao nhất mới có thể sản xuất đủ tinh trùng.” “Chỉ có những con đực có bộ gen tốt nhất mới có thể tận dụng tần suất giao phối cao ở con cái.” Và bằng cách giao phối với những con đực như vậy, con cái truyền những gen tốt này cho con của mình và khiến chúng cũng trở nên thành công hơn.

Để tóm tắt, nghịch lý tinh trùng khổng lồ hóa ra lại không phải là một nghịch lý. Con đực có tinh trùng lớn hơn vì con cái có cơ quan dự trữ tinh trùng dài hơn và cũng giao phối với tần suất cao hơn2 Điều này tạo nên sự cạnh tranh gay gắt giữa các tinh trùng mà chỉ có những con đực khỏe mạnh nhất mới có cơ thắng lợi, bởi vì chúng có đủ năng lượng để sản xuất nhiều tinh trùng khổng lồ hơn. Có thể chúng không sản xuất đại trà những tế bào này, nhưng kể cả những cải tiến nhỏ trong khả năng của chúng cũng có thể đem lại lợi thế lớn. Hoặc là để trích lời Monty Python thì “mỗi tinh trùng đều thiêng liêng, mỗi tinh trùng đều tuyệt vời.”

“Đây là một câu chuyện vô cùng phức tạp và là một công trình nghiên cứu đáng kinh ngạc,” Marlene Zuk từ Đại học Minnesota nói. “Tôi nghĩ rằng nó giúp chúng ta thoát khỏi cái khuôn mẫu cũ – tinh trùng thì rẻ tiền, trứng thì tốn kém, đấy là lý do tại sao người ta lại ghen và đàn ông thì thích đến các câu lạc bộ thoát y – những quy luật đầy rẫy trong nhiều tác phẩm về tiến hóa của khác biệt giới tính dành cho độc giả phổ thông.

“Những phát hiện này quan trọng vì chúng cho thấy rằng thành công trong cạnh tranh sinh sản không chỉ bao gồm chuyện sản xuất nhiều tinh trùng hơn hay tinh trùng tốt hơn, mà còn là sản xuất tinh trùng tốt nhất cho một môi trường nhất định,” Heidi Fisher từ Đại học Maryland nói thêm.

Môi trường đó, đương nhiên, chính là cơ thể của con cái. Hết lần này đến lần khác, ta thấy rằng những câu hỏi đặt ra về bộ phận sinh dục nam thực ra lại là những câu hỏi về bộ phận sinh dục nữ. Trong một nghiên cứu khác trên bọ lặn (diving beetles), nhóm của Pitnick tìm thấy rằng rất nhiều loại tính trạng của tinh trùng, từ hình thù đầu đến di chuyển có cộng tác, đều nằm dưới sự quy định từ cấu trúc của bộ phận sinh sản nữ. Và câu chuyện giờ đã quá nổi tiếng về dương vật xoắn như cái mở rượu của vịt thực ra lại là một câu chuyện về những con vịt cái với âm đạo hình xoắn ốc.

Vậy mà, “hóa ra là hầu như chẳng ai hiểu gì lắm về bộ phận sinh sản nữ (của các loài khác nhau),” Pitnick nói. “Chúng đang tiến hóa rất nhanh, chúng là môi trường chọn lọc của tinh trùng, và chúng đang thúc đẩy (sự tiến hóa) của hình dạng tinh trùng. Nhưng mà mặc dù tinh trùng của hàng chục ngàn loài đã được miêu tả chính thức, chúng ta vẫn không biết gì về việc chúng làm gì ở bên trong cơ thể con cái.”

Có nhiều lý do cho điều này, như tôi đã viết trước đây. Dễ thấy là, những cái lỗ hổng thì khó mà nghiên cứu hơn, so với những vật hình ống. Nhưng những bộ phận sinh dục nữ không chỉ là những ổ khóa thụ động; chúng còn thay đổi hình dạng, tiết ra hóc-môn, và làm những thứ phức tạp hơn bất cứ dương vật nào.

Cũng còn một vấn đề nữa về những định kiến lâu đời về giới tính. Đáng chú ý là, trong những bài nghiên cứu về mâu thuẫn giữa hai giới (sexual conflict) được trích dẫn nhiều nhất, các tác giả sử dụng những từ chủ động như “hăm dọa” và “ép buộc” để miêu tả con đực, nhưng lại dùng những từ bị động như “chống lại” và “tránh né” để miêu tả con cái. Con đực thì có “tính trạng thích nghi” (adaptation) và con cái thì có “tính trạng phản thích nghi” (counter-adaption). Thông điệp hàm ý – và sai lầm – là con đực thì hành động, nhưng con cái thì phản ứng.

“Đối với tôi, bộ phận sinh dục nữ là mặt tiền chưa được khám phá lớn nhất của nghiên cứu về chọn lọc sinh sản,” Pitnick nói.