CHIẾC LÔNG VŨ DÀI NHẤT TỪNG ĐƯỢC BẢO TỒN TRONG HỔ PHÁCH HÉ LỘ NGUỒN GỐC CỦA KHẢ NĂNG BAY

Một nhóm nhà nghiên cứu đã mô tả chiếc lông vũ có kích thước lớn nhất từng được bảo tồn nguyên vẹn trong hổ phách theo dạng ba chiều. Mẫu vật, được tìm thấy trong hổ phách Myanmar có niên đại khoảng 99 triệu năm, thuộc Tầng Cenoman của Kỷ Phấn Trắng, đang cung cấp những bằng chứng quan trọng về quá trình tiến hóa của lông vũ và nguồn gốc của khả năng bay ở khủng long có lông cũng như chim cổ đại.

Cận cảnh chiếc lông khủng long 99 triệu năm quý hiếm. Ảnh: Zhang et al.

Theo các tác giả nghiên cứu, lông vũ là cấu trúc bao phủ cơ thể đặc trưng của khủng long phi điểu và chim, với hình thái và chức năng rất đa dạng. Sự xuất hiện của lông dạng phiến (pennaceous feather), tức loại lông có trục chính và các phiến lông rõ ràng ở hai bên, từ lâu được xem là một bước tiến hóa quan trọng trong quá trình chuyển đổi từ khủng long chân thú phi điểu sang chim. Tuy nhiên, cách thức những dạng lông ban đầu tiến hóa thành cấu trúc khí động học tối ưu như ở chim hiện đại vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Mẫu vật mới, mang số hiệu ECNU A0033, được một nhà sưu tập nghiệp dư hiến tặng cho Bảo tàng Sinh học thuộc Đại học Sư phạm Hoa Đông vào năm 2016. Phần lông còn được bảo tồn dài khoảng 105mm và rộng tối đa khoảng 40mm. Dựa trên tỷ lệ tổng thể, các nhà nghiên cứu ước tính phần gốc bị thiếu chiếm khoảng một phần tư chiều dài ban đầu, cho thấy chiếc lông hoàn chỉnh có thể dài hơn 140mm. Đây là chiếc lông dạng phiến được bảo tồn trong hổ phách dài nhất từng được ghi nhận cho đến nay.

Quan sát chi tiết cho thấy chiếc lông có hai phiến lông gần như đối xứng, được tạo thành từ rất nhiều nhánh lông xếp dày đặc. Về hình thức bên ngoài, nó khá giống những chiếc lông liên quan đến hoạt động bay ở chim hiện đại. Tuy nhiên, các nhà khoa học phát hiện rằng những cấu trúc siêu nhỏ có nhiệm vụ liên kết các nhánh lông với nhau, gọi là "barbules", lại không có các móc khóa (hooklets). Vì vậy, các nhánh lông không thể gài chặt vào nhau để tạo nên một bề mặt liền mạch như ở chim ngày nay.

Ngoài ra, trục chính của lông cũng chưa phát triển hoàn thiện. Thay vì là một cấu trúc rỗng khép kín với các mô chuyên hóa như ở chim hiện đại, mặt dưới của trục lông vẫn còn hở và thiếu sự phân hóa mô bên trong. Các mô phỏng bằng máy tính cho thấy cấu trúc này khiến chiếc lông mềm dẻo hơn đáng kể khi chịu tác động của luồng không khí so với một trục lông hình trụ hoàn chỉnh.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các đặc điểm hình thành nên lông dạng phiến không xuất hiện đồng thời mà phát triển theo từng bước. Sự kéo dài của lông và sự hình thành các phiến lông có tổ chức có thể đã xuất hiện trước, trong khi các đặc điểm giúp tăng cường độ bền cơ học và hiệu quả khí động học, chẳng hạn như cơ chế khóa liên kết giữa các nhánh lông hay cấu trúc mô hoàn thiện, chỉ xuất hiện sau đó.

Phát hiện này thách thức quan niệm cho rằng một chiếc lông lớn, đối xứng và có vẻ ngoài hiện đại đồng nghĩa với khả năng bay hiệu quả. Mẫu ECNU A0033 cho thấy một chiếc lông có hình thái bên ngoài rất phát triển nhưng vẫn thiếu những yếu tố cấu trúc cần thiết để hoạt động khí động học tương tự lông bay của chim hiện đại. Theo các tác giả, đây là bằng chứng trực tiếp cho thấy sự tiến hóa của lông vũ diễn ra theo kiểu từng phần và mang tính mô-đun, với các đặc điểm khác nhau xuất hiện ở những thời điểm khác nhau.

Nhóm nghiên cứu cũng khảo sát các melanosome, tức những bào quan chứa sắc tố được bảo tồn trong hóa thạch. Kết quả cho thấy chiếc lông có màu sẫm, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về màu sắc lông ở khủng long chân thú phi điểu và các loài chim cổ đại. Tuy nhiên, do không tìm thấy bộ xương đi kèm, các nhà khoa học chưa thể xác định chính xác chủ nhân của chiếc lông. Dựa trên hình thái học, họ cho rằng mẫu vật nhiều khả năng thuộc về một loài khủng long thuộc nhóm Pennaraptora không phải chim.