LOÀI CÁ CỔ ĐẠI NHỎ BÉ GIÚP CHÚNG TA HIỂU RÕ HƠN QUÁ TRÌNH TIẾN HÓA CỦA CÁ

Một hóa thạch cá nhỏ bé, chỉ bằng móng tay, đã hé lộ những bí mật lớn về lịch sử tiến hóa của động vật có xương sống. Qua quá trình tái dựng kỹ thuật số tinh vi, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra rằng loài cá cổ đại Norselapsis glacialis sở hữu trái tim lớn, hệ cảm giác nhạy bén và khả năng bơi linh hoạt. Tất cả đều xuất hiện trước khi hàm và răng tiến hóa để phục vụ việc săn mồi.

Phục dựng ngoại hình của Noselapsis glacialis. Tranh của Kristen Tietjin.

Theo nhà nghiên cứu Tetsuto Miyashita, những đặc điểm này là “màn dạo đầu” cho một giai đoạn quan trọng trong lịch sử tiến hóa sâu xa của loài người. Cá đã tồn tại hơn nửa tỷ năm, và các loài đầu tiên sống gần đáy biển. Khi hàm và răng xuất hiện, hệ sinh thái dưới nước đã thay đổi mạnh mẽ, dẫn đến sự bùng nổ của các loài cá có hàm vào khoảng 400 triệu năm trước. Từ đó, các loài động vật có chi, bao gồm cả con người, cũng bắt nguồn từ sự kiện tiến hóa này.

Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi này vẫn còn nhiều bí ẩn. Lý thuyết phổ biến cho rằng hàm tiến hóa trước, sau đó các bộ phận khác thích nghi để hỗ trợ lối sống săn mồi. Giáo sư Michael Coates từ Đại học Chicago cho biết: "Chúng ta đã thiếu những mảnh ghép từ hóa thạch để sắp xếp lại trình tự các sự kiện quan trọng trong quá trình tiến hóa."

Nghiên cứu mới đã đảo ngược giả thuyết "hàm trước" này. Các nhà khoa học phát hiện rằng Norselapsis glacialis, một loài cá không hàm sống vào Kỷ Devon hơn 400 triệu năm trước, đã sở hữu các đặc điểm mà trước đây được cho là chỉ có ở cá có hàm, như hệ cảm giác phát triển và tim lớn. Hóa thạch được bảo tồn hoàn hảo trong một mảnh đá sa thạch thu thập từ quần đảo Spitsbergen (Na Uy) vào năm 1969, và được phát hiện sau khi các nhà nghiên cứu tách một khối đá ra 40 năm sau đó.

Hóa thạch của Norselapis gracialis. Ảnh: Michael Coates, University of Chicago.

Mẫu vật được đưa đến Viện Paul Scherrer ở Thụy Sĩ để quét bằng tia X năng lượng cao. Các hình ảnh cho thấy các lớp xương mỏng bao quanh các cơ quan nội tạng như tim, mạch máu, não, dây thần kinh, tai trong và thậm chí cả các cơ nhỏ điều khiển nhãn cầu. Quay trở lại Chicago, chuyên gia hình ảnh kỹ thuật số Kristen Tietjen đã cùng nhóm nghiên cứu tái dựng giải phẫu của loài cá này qua hàng nghìn giờ làm việc.

Kết quả cho thấy Norselapsis có bảy cơ nhỏ điều khiển mắt, nhiều hơn một cơ so với con người, cùng với tai trong lớn bất thường, tim khổng lồ và hệ mạch máu phức tạp. Miyashita ví von: "Nếu Norselaspis có kích thước như con người, tai trong của nó sẽ to bằng quả bơ, còn tim thì lớn như quả dưa lưới." Những đặc điểm này giúp loài cá cảm nhận rung động, định hướng và tăng cường lưu thông máu để hỗ trợ vận động mạnh mẽ.

Ngoài ra, Norselapsis còn có một cặp vây nghiêng giống mái chèo phía sau mang, giúp nó dừng đột ngột, tăng tốc hoặc chuyển hướng nhanh chóng. Coates nhận định: "Những đặc điểm giải phẫu này khiến Norselapsis giống như một chiếc xe thể thao giữa các loài cá không hàm thường chậm chạp."

Ảnh dựng kỹ thuật số 3D hộp sọ cắt ngang của Norselapsis glacialis. Ảnh: Michael Coates, University of Chicago.

Các nhà khoa học cho rằng những đặc điểm này ban đầu tiến hóa để giúp cá tránh kẻ săn mồi, nhưng về sau lại tạo nền tảng cho cá có hàm phát triển khả năng săn mồi hiệu quả hơn. Khi hàm tiến hóa trong bối cảnh này, nó kết hợp với hệ cảm giác và vận động để tạo ra sự đa dạng và phong phú của các loài cá Kỷ Devon.

Nghiên cứu cũng bác bỏ giả thuyết rằng vai và tay của động vật bốn chi hiện đại tiến hóa từ cấu trúc mang. Nhóm nghiên cứu đã lần theo dây thần kinh dẫn đến vai của Norselapsis và phát hiện nó tách biệt hoàn toàn với dây thần kinh dẫn đến mang, cho thấy vai là một cấu trúc mới, không phải biến đổi từ mang. Miyashita kết luận: "Nhiều thay đổi tiến hóa liên quan đến cách đầu gắn với thân. Norselapsis là trung gian, đầu gắn trực tiếp với vai, không có cổ, gần giống như tay của chúng ta mọc ra ngay sau má vậy." Tuy nhiên, các cơ quan nằm ở vùng giao tiếp giữa đầu và thân như tai trong, vai và tim lại được tăng cường hoặc tái tổ chức để nâng cao khả năng định hướng trong môi trường sống.

Các nhà cổ sinh vật học vẫn đang tìm hiểu điều gì đã kích hoạt sự chuyển đổi này. Một số người, như Christian Klug thuộc Đại học Zurich (Thụy Sĩ), người không tham gia nghiên cứu, cho rằng dòng tiến hóa của Norselapsis xuất hiện vào thời kỳ gọi là "Cuộc cách mạng Nekton", khi các sinh vật biển bắt đầu di chuyển lên cao hơn trong cột nước. Khi đó, cuộc chơi xoay quanh việc trở nên nhanh hơn, thông minh hơn và linh hoạt hơn.

"Với một sự kiện lịch sử, chúng ta thường nhấn mạnh một hoặc hai khoảnh khắc mang tính biểu tượng đến mức trở thành sáo rỗng. Theo nghĩa đó, sự tiến hóa của hàm giống như phát súng ở Sarajevo khơi mào Chiến tranh thế giới thứ nhất năm 1914," Miyashita nói. "Nhưng điều quan trọng là phải hiểu bối cảnh. Với Norselapsis, chúng ta thực sự có thể tìm thấy điều đó trong trái tim của nó."