Các loài chim sẻ ở Galapagos rất đặc trưng, nhưng Darwin lại học hỏi được nhiều hơn về sự tiến hóa từ các loài cây.

Khi HMS Beagle thả neo tại vịnh San Critobal, hòn đảo nằm phía cực đông ở quần đảo Galapagos, tháng 9 năm 1835, con tàu của nhà tự nhiên học Charles Darwin đã nhanh chóng vào bờ để ông thu thập những mẫu vật về côn trùng, chim chóc, các loài giáp xác và các loài cây sinh sống ở đây. Ban đầu, ông không suy nghĩ nhiều về cảnh quan khô cằn ở đây, một nơi dường như “được bao phủ bởi những đám cây bụi còi cọc, cháy nắng… trơ trụi như cây cối mùa đông.” Nhưng điều đó không làm ông nản chí. Khi con tàu Beagle rời khỏi quần đảo này khoảng năm tuần sau đó, ông đã tích lũy được một bộ sưu tập rất ngoạn mục về các loài cây ở Galapagos.

Thật may mắn là ông đã cất công thu thập như thế. Hầu hết các bài viết khi  kể về Darwin và quần đảo Galapagos thì thường hay nhắc đến các loài chim sẻ nổi tiếng hay những con rùa khổng lồ. Nhưng khi cuối cùng ông cũng cho xuất bản cuốn On the Origin of Species (Tạm dịch: Nguồn gốc của muôn loài) gần 25 năm sau khi đến Galapagos, ông không hề nhắc đến những con vật ấy. Khi bàn đến Galapagos trong sách, ông lại tập trung hầu hết vào các loài cây trên quần đảo này.

Đến thế kỷ 19, một mối quan tâm về vấn đề mà hiện chúng ta hay gọi là địa sinh học ngày càng nổi lên, đó là nghiên cứu về sự phân bổ các loài trên toàn cầu. Nhiều người vẫn nghĩ rằng Chúa đã sáng tạo nên các loài, đưa những phiên bản hoàn thiện này xuống Trái đất để chúng tự tiếp tục sinh sôi, phân tán từ một “trung tâm Sáng thế” thần thánh để  đến chinh phục môi trường sống hiện tại của chúng. Để giải thích làm thế nào các loài cây và các con vật có thể hiện diện ở những nơi cùng tận như quần đảo biệt lập Galapagos, nhiều nhà tự nhiên học đã nghĩ rằng có thể ở đó có những hành lang đất, đã chìm xuống biển từ lâu, từng liên kết chúng với một lục địa. Nhưng sau chuyến đi của tàu Beagle, bộ sưu tập các giống cây tại quần đảo Galapagos đã đưa ra một kịch bản thay thế.

Nhưng khi nhà thực vật học bắt đầu nghiên cứu cấu trúc lá, hoa và hạt giống một cách chính xác đến từng chi tiết, ông đã vô cùng ngạc nhiên.

Thậm chí nếu đã từng có một cây cầu bằng đất nối đến quần đảo này, nó cũng không thể giải thích cho sự thật là một nửa trong số những loài cây mà Darwin thu thập được là độc nhất vô nhị tại quần đảo Galapagos, và rằng hầu hết chúng chỉ có ở một hòn đảo tại đây. “Tôi chưa bao giờ hình dung rằng các hòn đảo cách nhau khoảng 50 hay 60 dặm, mà hầu hết chúng đều nằm trong tầm nhìn của nhau, hình thành từ những tảng đá giống hệt nhau, dưới một bầu khí hậu khá giống nhau, cao đến một chiều cao gần như bằng nhau, lại có những cư dân khác nhau,” Darwin đã viết trong Journal of Researches (Tạm dich: Sổ ghi chép Nghiên cứu) của mình. Lời giải thích hợp lý nhất cho những quan sát của ông là các loài không phải là cố định trong tự nhiên, mà bằng cách nào đó lại thay đổi khi mầm sống phát tán đến các địa điểm khác nhau.

Để đưa ra phỏng đoán đó, Darwin cần phân loại các loài thực vật. Vì chuyên môn về thực vật còn hạn chế, ông đã tìm đến một nhà thực vật học trẻ tên là Joseph Dalton Hooker. Darwin rất vui mừng khi biết được số lượng các loài thực vật khác nhau mà ông thu thập được và sự phân bố của chúng trên quần đảo. Lúc đầu, Hooker đã không dự đoán được sẽ có nhiều sự mới lạ như thế. “Các loài không nghi ngờ gì nữa rất đặc biệt, nhưng có lẽ chúng sẽ chỉ thuộc vài chi, mỗi chi một hoặc hai loài.” Nói cách khác, ông đã tưởng rằng phần lớn các loài thực vật tại Galapagos sẽ nằm gọn trong hệ thống có sẵn về thực vật thời bấy giờ.

Nhưng khi nhà thực vật học bắt đầu nghiên cứu cấu trúc lá, hoa và hạt giống một cách chính xác đến từng chi tiết, ông đã vô cùng ngạc nhiên. “Số lượng các loài thực vật tại Galapagos lớn hơn rất nhiều so với những gì mà tôi có thể tưởng tượng,” ông viết cho Darwin với một niềm vui lớn lao vào cuối năm 1843.

Mặc dù chúng tương tự như thực vật từ lục địa Nam Mỹ, nhưng gần một nửa số loài thực vật này là loài đặc hữu, chỉ có ở Galapagos. Thậm chí thú vị hơn, Hooker lưu ý rằng đại đa số loài thực vật có hoa và dương xỉ mà ông mô tả đều mọc giới hạn ở một hòn đảo duy nhất. Hooker đã viết: “Điều kỳ lạ” này, Hooker nói, “hoàn toàn lật ngược tất cả các quan niệm trước đây của chúng ta về các loài có xuất phát từ trung tâm.” Thay vào đó, mỗi hòn đảo khác nhau đều có hệ thực vật tương tự nhưng khác biệt.

Darwin đã rất hưng phấn khi nghe điều đó. “Tôi không thể cho ông biết tôi vui mừng và ngạc nhiên đến nhường nào với kết quả kiểm tra của ông; rằng chúng là cơ sở rất vững chắc cho khẳng định của tôi về sự khác biệt giữa các loài động vật ở các hòn đảo khác nhau.” Ngoài những hiểu biết của Hooker về việc phân bố thực vật ở Galapagos, bài báo của ông về On the Vegetation of the Galapagos Archipelago (Tạm dịch: Thực vật ở Quần đảo Galapagos) có một số phỏng đoán rất thú vị về cách mà các loài thực vật lần đầu đến với quần đảo này. Ví dụ, Hooker chỉ ra rằng so với các loài cây nhiệt đới từ lục địa, hệ thực vật Galapagos có một tỷ lệ các loài thực vật có hoa nhỏ hơn rất nhiều. Có lẽ, ông gợi ý, có thể có “những trở ngại trong việc vận chuyển hạt giống từ lục địa ra. Ông đưa ra bốn tuyến đường chính mà qua đó các loài cây có thể đã đến Galapagos. “Các phương tiện có thể đã đưa những loài cây này đến đây là những dòng hải lưu và không khí trên không, đường đi của loài chim và con người”, ông viết.

Nếu bạn có một phương thức sinh sản rườm rà, thì cơ may sống sót trên một hòn đảo xa xa xôi ở một nơi như là Galapagos của bạn cực kỳ thấp.

Hooker dự đoán rằng hầu hết các loài được tìm thấy gần bờ biển có lẽ đến với Galapagos bằng cách trôi tới, những hạt giống rắn rỏi của chúng giúp chúng “chống lại những ảnh hưởng của nước biển trong một thời gian nhất định.” Cũng có một số loài cây ngoài khơi với các hạt giống “quá lớn để có thể được phân tán nhờ gió” và “không có cách nào để đính vào thân chim để chúng phân tán giúp” mà có lẽ cũng đã phải mất cả một đoạn đường biển dài để đến Galapagos. Hooker cảm thấy rằng chỉ có những hạt giống nhỏ hay những hạt “có cánh hay những thứ khác tương tự vậy” mới có thể tới nhờ gió. Ông chắc chắn rằng các loài chim có thể giải thích cho sự hiện diện của nhiều loài cây nằm ở những nơi sâu hơn trong bờ. Con nguời đã đến quần đảo Galapagos nên rõ ràng là họ cũng đã mang các loài cây tới, ví dụ như Floreana – thời đó là hòn đảo có người sinh sống duy nhất – là nơi duy nhất có một số lượng đáng kể các loại thực vật có thể được khai thác làm thực phẩm.

Vào năm 1855, Darwin tiến hành thử nghiệm những dự đoán của Hooker. Ông bắt đầu bằng việc thử trồng các hạt giống với nước biển tại nhà ở vùng quê ở nước Anh, phía Nam Luân Đôn. Ông bắt đầu với những loài mà ông có thể dễ dàng tìm được – củ cải, cải bắp, rau diếp, cà rốt, cần tây, và hành tây – chỉ để xác định liệu nước biển có làm chết hạt giống. Đó là một câu hỏi mà ông thừa nhận là “tất nhiên có thể nghe có vẻ trẻ con với nhiều người”, nhưng nó lại đem lại một số kết quả hấp dẫn và kết luận sâu sắc bất ngờ.

Ông ngâm các hạt giống trong nước muối trong một tuần trước khi trồng chúng trong chậu nhỏ. Thật ngạc nhiên, tất cả đều nảy mầm. “Thật đáng kinh ngạc khi các hạt giống củ cải đã phát triển, vì nước muối đã có phần bốc mùi thối rữa , mà nếu không phải chính tôi ngửi thấy chắc tôi cũng không tin nổi”, ông viết. Ông tiến hành mở rộng nghiên cứu hơn, mua hạt giống của nhiều loài hơn và dần dần kéo dài khoảng thời gian chúng được ngâm trong dung dịch nước biển tự chế của mình. Vào thời điểm ông xuất bản cuốn Nguồn gốc của muôn loài 1859, ông đã cho hạt giống của 87 loài thực vật khác nhau tiếp xúc với những điều kiện khắc nghiệt này. Thật không thể tin nổi, gần như tất cả chúng nảy mầm sau khi được ngâm trong nước muối. Một số chỉ sống sót được trong vài ngày, nhưng một số khác có vẻ như vẫn có thể sống tốt sau vài tháng.

Bỗng nhiên, không gian rộng lớn của đại dương giữa Nam Mỹ và Galapagos dường như không còn là một trở ngại. Tuy nhiên, vẫn có một nhược điểm: Rất nhiều hạt giống mà ông đã thử nghiệm chìm chứ không nổi, và vì thế chắc chắn sẽ mất tích ở đáy đại dương trước khi đến Galapagos. Nhưng Darwin đã có một câu trả lời cho điều này: tình trạng hạt giống ảnh hưởng đến sự nổi lên của nó. “Ví dụ, hạt phỉ chín đã chìm ngay lập tức, nhưng khi chúng khô lại, chúng nổi tới 90 ngày và sau đó khi trồng thì chúng nảy mầm”, ông viết trong cuốn Nguồn gốc của muôn loài. Tương tự như vậy, “một cây măng tây với quả chín đã trôi nổi 23 ngày, khi chúng khô lại thì có thể nổi trong suốt 85 ngày, và hạt sau đó vẫn nảy mầm.”

Darwin nhận ra rằng ngay cả một hạt giống không nổi được  vẫn có thể được các dòng hải lưu đưa đi nếu nó được đi cùng với một đám đất gắn liền với rễ của một số loài cây lớn hoặc được bảo vệ bên trong xác một con vật chết. Để minh họa cho khả năng này, ông cho một con chim bồ câu ăn những hạt giống bình thường sẽ “chết khi bị ngâm trong nước biển dù chỉ vài ngày.” Sau đó ông hy sinh con chim và thả nổi cơ thể của nó trên nước muối trong một tháng. Với sự ngạc nhiên vô cùng (và, ta cũng có thể hình dung, là sự hài lòng), những hạt giống yếu ớt này “gần như tất cả đã nảy mầm.”

Nếu hầu hết các hạt giống có thể tồn tại được vài tuần trong nước biển thì liệu chúng có thể tiếp cận quần đảo xa xôi như Galapagos mà còn nguyên vẹn không? Darwin vác cuốn Physical Atlas (Tạm dịch: Atlas Vật lý) của A. K. Johnston từ kệ sách của mình và phát hiện ra rằng các dòng chảy của Đại Tây Dương lưu chuyển ở mức trung bình 33 dặm mỗi ngày, đủ nhanh để đưa một tỷ lệ đáng kể các hạt giống đi rất xa trước khi chúng hoặc là bị chìm hoặc không chịu nổi sự tàn phá của nước mặn. Trong trường hợp ở Galapagos, dòng chảy từ lục địa Nam Mỹ chảy nhanh hơn đáng kể, thường cao gấp hai lần mức trung bình của dòng chảy theo thông số của Johnston ở Đại Tây Dương. Vì vậy, khi tính toán sơ bộ ta thấy rằng một hạt giống – dù là trôi nổi hay nhờ một vật thể nào đó để di chuyển – có thể tới Galapagos chỉ trong vòng chín ngày. Những loài có hạt giống yếu ớt nhất có thể sẽ không chịu nổi. Nhưng rất nhiều loài khác thì có.

Mặc dù một vài loài cây ở Galapagos rõ ràng là đến bằng các dòng hải lưu và bằng gió, có vẻ là hầu hết các loài cây ở Galapagos đều đến đây với sự giúp đỡ của các loài chim. “Các loài chim khó có thể không là một tác nhân trong việc truyền đi các loại hạt giống,” Darwin viết trong cuốn Nguồn gốc của muôn Loài. Đã rõ ràng như thế, nhưng ông vẫn tìm kiếm bằng chứng, ông ra vườn và tìm kiếm phân chim. “Trong vòng hai tháng,” ông viết, “tôi nhặt được ở khu vườn của tôi 12 loại hạt giống, lấy ra từ phân của những con chim nhỏ, và chúng dường như còn rất nguyên vẹn, và một vài trong số chúng khi tôi thử trồng đã nảy mầm.” Ông cũng đào xung quanh trong các bãi bùn và cho thấy nó chứa đầy các loại hạt, trong một trường hợp, một cốc chứa đầy bùn đặc lấy từ một cái ao nước gần đó đã mọc ra hơn 500 mầm cây nhỏ. “Tôi nghĩ đó có thể là một trường hợp không thể giải thích được nếu các loài thủy cầm không chuyển những hạt giống của những loài cây nước ngọt đi một khoảng cách xa như thế,” ông viết.

Khi một loài cây đã “lập nghiệp” trên một vùng đất cô lập như quần đảo Galapagos, Darwin cảm thấy rằng “sự bảo tồn cho các biến dị có triển vọng và loại bỏ những biến dị nguy hiểm” cuối cùng sẽ dẫn đến việc tạo ra các loài mới, một quá trình mà ông gọi là “chọn lọc tự nhiên.” “Tôi có thể thấy sự không giới hạn trong những thay đổi, vẻ đẹp và sự phức tạp vô vàn của những biến đổi để đồng thích nghi giữa vạn vật hữu cơ, của đối tượng này với đối tượng khác và với những điều kiện vật chất của sự sống, mà sức mạnh chọn lọc của tự nhiên có thể tạo ra suốt dòng chảy đằng đẵng của thời gian,” ông viết trong tác phẩm.

Darwin không đi chi tiết về việc làm thế nào hạt giống đầu tiên đến với Galapagos và tham gia vào “cuộc sống đầy tranh đấu” này. Tuy nhiên, gần 180 năm sau chuyến thăm của ông, có rất nhiều bằng chứng giải thích cho sự thích nghi đó. Một trong những quan sát được nhắc đến nhiều nhất, nổi lên vào những năm 1980, là phần lớn các loài cây có hoa ở quần đảo Galapagos có thể tự thụ phấn. Darwin rất thích quan sát này và ông đã đưa ra một sự giải thích. Nếu bạn có một phương thức sinh sản rườm rà, như những loại cây có hoa mà sống dựa vào những loài côn trùng đặc biệt để chuyên chở phấn hoa đến các loài cây cùng loài, thì cơ may sống sót trên một hòn đảo xa xa xôi ở một nơi như là Galapagos của bạn cực kỳ thấp. Điều này cũng giải thích cho sự thật là hầu hết các loài cây có hoa ở quần đảo này, do không cần phải thu hút côn trùng, nên đều không đặc biệt sặc sỡ (cánh hoa thường mang màu trắng hoặc vàng).

Sự thật là, có bằng chứng cho thấy sự thích nghi xuất hiện ở mọi nơi trên quần đảo Galapagos. Gần bờ biển, chúng ta nhìn thấy những loài cây có thể chịu được những điều kiện khô cằn và nhiễm mặn. Ví dụ như rừng ngập mặn đỏ có thể tồn tại với bộ rễ đặc biệt có thể lấy nước biển mà không đưa vào thân cây quá nhiều muối. Lá của rừng ngập mặn đen cũng chứa những tuyến mặn có thể chuyển muối từ trong ra ngoài cây.

Bộ sưu tập các loài cây ở Galapagos của Darwin đã trở thành nguồn cảm hứng trọng yếu cho những ý tưởng của ông về sự tiến hóa bởi chọn lọc tự nhiên.

Ngoài những vùng duyên hải ngập mặn, tầm tiếp xúc thấp nhất của mỗi ngọn núi lửa ở Galapagos  bị bao phủ bởi những vùng khô cằn, nơi mà nước – hay sự thiếu hụt nước – là một vấn đề vĩnh cửu. Ở Santiago, Darwin đặt một cái nhiệt kế vào trong một vài vùng đất nâu, và thủy ngân nhảy vọt lên đến 600C (1400F). Nó còn có thể tăng cao hơn, nhưng nhiệt kế của Darwin chỉ có thể chỉ đến mức đó. Phải là một loại cây nhất định – loại thường có bộ rễ đặc biệt – mới tồn tại được trong một môi trường bỏng rát như vậy. Lấy ví dụ về một loại cây xương rồng thuộc chi Opuntia. Chúng có hai loại rễ: một bộ rễ mịn hơn ở bên trên, có công dụng hút lên từng giọt nước sau những trận mưa, và loại có rễ cọc như một thứ “vòi” cắm sâu hơn, giúp cây bám chặt hơn trên đá và tìm ra những nguồn nước sâu hơn. Cuộc sống ở vùng khô cằn cũng dễ dàng hơn nếu bạn có khả năng tích trữ nước, việc mà xương rồng làm rất tốt. Lá của chúng đã biến đổi rất nhiều để thành thứ mà chúng ta gọi là gai – và những sự biến đổi này là một cách hoàn hảo để làm giảm sự mất nước.

Vào mùa lạnh, giữa tháng sáu và tháng mười một, một đợt sương mù tươi mát xuất hiện ở khoảng từ 500 mét đến 1.000 mét trên mực nước biển, tạo ra một khu vực tốt tươi, ẩm ướt, tràn ngập loài thực vật phát sáng thuộc một loại hoàn toàn khác biệt. Khi Darwin trải nghiệm sự chuyển giao từ vùng khô cằn sang vùng ẩm ướt, nó cũng làm ông ngạc nhiên không kém. Cập bến tại Bờ Biển Đen tại Floreana (nơi hiện nay là thị trấn nhỏ Puerto Velasco Ibarra), đi bộ khoảng 8 km trong đất liền thì ông rất vui mừng khi “tìm thấy bùn đen và thấy rêu, dương xỉ, địa y và thực vật ký sinh bám chặt vào nhau trên thân cây.”

Bộ sưu tập của Darwin về các loài cây ở Galapagos đã trở thành một nguồn cảm hứng trọng yếu cho những ý tưởng của ông về sự tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên. Năm 1837, những mẫu vật về các loài chim của ông – đặc biệt là loài chim ưng Galapagos – đã cảnh báo ông về khả năng hệ thực vật và động vật ở Galapagos sẽ có mối quan hệ với các loài thực vật của Nam Mỹ, rằng sẽ có cực kỳ nhiều những điểm mới lạ, và hầu hết các loài mới sẽ bị giới hạn ở một hòn đảo duy nhất. Nhưng thất bại trong việc ghi lại nguồn gốc của nhiều mẫu vật ở các loài chim của ông có nghĩa là chúng không thể cung cấp cho ông những bằng chứng mạnh mẽ để ủng hộ hoặc bác bỏ những nghi ngờ của ông.

Tuy nhiên, những mẫu cây tại Galapagos của Darwin lại có thể làm điều đó. Đánh giá ban đầu của Hooker đã khẳng định rằng hệ thực vật Galapagos thực sự có liên quan đến Nam Mỹ, rằng có rất nhiều loài đặc hữu, và nhiều trong số những điều mới mẻ này dường như chỉ giới hạn trong một hòn đảo. Những kết luận này đã đến với Darwin vào đầu năm 1845, đúng lúc ông đã đưa chúng vào ấn bản thứ hai trong Ghi Chép Nghiên cứu của ông. Chương về quần đảo Galapagos được cơi nới để trình bày những thông tin mới này và ông trở nên chắc chắn hơn với những kết luận của mình.

“Xem xét những sự việc này cho thấy,” ông viết, “người ta sẽ phải kinh ngạc về hàm lượng của sức sáng tạo, nếu ta có thể ví von như thế, hiện diện trên quần đảo nhỏ bé, khô cằn và sỏi đá này.” Và chính là nhằm trực tiếp trả lời cho những phát hiện của Hooker mà nhờ đó Darwin đã đưa ra được kết luận nổi tiếng sau đây: “Cả về không gian và thời gian, chúng ta dường như được đưa đến gần với sự thật vĩ đại ấy – đó là bí ẩn của những bí ẩn – sự xuất hiện đầu tiên của những sinh vật mới trên trái đất này.”