Một nghiên cứu về lịch sử tiến hóa của động vật đã cho thấy cấu trúc loài động vật đầu tiên trên Trái đất – một sinh vật huyền bí mà chúng ta chỉ có thể suy đoán các đặc điểm của nó dựa trên hóa thạch cũng như nghiên cứu từ các loài còn tồn tại – có lẽ còn phức tạp hơn nhiều những điều trước đây chúng ta vẫn tin tưởng.
Nghiên cứu này được Quỹ khoa học quốc gia tài trợ và được đăng tải trên trang nhất tờ Nature số ra ngày 10/04/2008. Nhờ công nghệ cao trong phân tích khối lượng lớn gen di truyền, nghiên cứu đã xác định được điểm phân nhánh sớm nhất tại phần gốc của cây phả hệ động vật. Charles Darwin chính là người đã giới thiệu cây sự sống với cấu trúc phân tầng theo mối quan hệ tiến hóa giữa các loài.
Thay đổi cây sự sống
Một trong những phát hiện gây ngạc nhiên của nghiên cứu là loài sứa phiến lược đã tách ra khỏi các loài động vật khác và tự đi trên con đường tiến hóa riêng của nó còn trước cả loài bọt biển. Điều thú vị này đã làm ngỡ ngàng những quan điểm truyền thống cho rằng loài bọt biển bé nhỏ là loài vật phân nhánh tiến hóa sớm nhất ở phần gốc của cây sự sống. Dunn cho biết: “Đây đúng là một cú sốc, đến nỗi ban đầu chúng tôi cho rằng có nhầm lẫn ở đâu đó”.
Lịch sử tiến hóa của loài sứa phiến lược tiết lộ những điều ngạc nhiên về loài động vật đầu tiên trên Trái đất (Ảnh: Casey Dunn) |
Nhưng ngay cả khi nhóm nghiên cứu của Dunn đã kiểm tra đi kiểm tra lại kết quả đồng thời bổ sung thêm nhiều dữ liệu thì những gì họ thu được vẫn chỉ là loài sứa phiến lược có mô và hệ thần kinh đã tách ra khỏi các loài khác trước cả loài bọt biển (không có mô, không có cả hệ thần kinh)
Cũng theo Dunn, sự xuất hiện của những đại diện sứa phiến lược có cấu trúc tương đối phức tạp ở ngay phần gốc của cây sự sống chứng tỏ một điều rằng động vật đầu tiên trên Trái đất có lẽ cũng phức tạp hơn nhiều những gì chúng ta vẫn nghĩ.
Trong khi vẫn thận trọng cho rằng cần phải tiến hành thêm nhiều nghiên cứu bổ sung để chứng thực cho phát hiện của nhóm, Dunn cho biết loài sứa phiến lược chỉ có thể vượt qua loài bọt biển đơn giản về “tuổi đời” nhờ một trong hai kịch bản tiến hóa dưới đây:
1) Loài sứa phiến lược tự tiến hóa phức tạp độc lập với các loài động vật khác, sau khi nó tách nhánh để thực hiện con đường tiến hóa riêng của mình.
2) Loài bọt biển đã tiến hóa thành dạng đơn giản từ những sinh vật phức tạp hơn – Theo Dunn, đây là một khả năng nhằm nhấn mạnh sự thực là “tiến hóa không nhất thiết là phải phát triển cao hơn nhằm tăng mức độ phức tạp. Kịch bản tiến hóa này sẽ là một ví dụ xác thực và điển hình cho quy luật nói trên”.
Từ bao giờ?
Những con sứa phiến lược đầu tiên tách nhánh từ bao giờ? “Thật không may, chúng ta không hề có hóa thạch của những con sứa cổ nhất”, Dunn rầu rĩ. “Chính vì thế, không có cách nào để xác định thời điểm xuất hiện của những con sứa đầu tiên cũng như thời điểm chúng tách nhánh trên cây sự sống”.
Theo Herendeen, sau khi tách khỏi các loài khác, có lẽ loài sứa phiến lược vẫn tiếp tục tiến hóa. Do đó, những con sứa phiến lược ngày này trông rất khác những con sứa ban đầu.
Cũng theo Patrick Herendeen – giám đốc Quỹ khoa học Quốc gia, những con sứa phiến lược mềm mại có tua cảm nhưng không có hình vòm đã trải qua con đường tiến hóa khác biệt so với loài sứa có hình vòm. Sự phân rẽ này cho thấy “các loài sứa phân loại theo hình dáng cơ thể cũng đã tiến hóa độc lập với nhau đến vài lần”.
Khoảng trống còn lại trên cây sự sống
Ngoài việc đảo ngược trật tự tiến hóa của bọt biển và sứa phiến lược, nghiên cứu của Dunn còn giải đáp những câu hỏi đã có từ lâu về các loài khác. Trong số đó có vấn đề liệu động vật nhiều chân có quan hệ gần gũi hơn với loài nhện hay côn trùng. Câu trả lời là loài nhện.
Mặc dù có những lời giải đáp nói trên cùng với những phát hiện tiến hóa quan trọng của nhóm, cây sự sống vẫn đang trong quá trình thiết lập. Dunn cho biết: “Hiện các nhà khoa học ước tính có khoảng 10 triệu loài sinh vật cả thảy trên Trái đất. Nhưng cho đến này, chỉ có khoảng 1,8 triệu loài – đa số là động vật – được các nhà khoa học nghiên cứu. Rất ít loài được điền tên trên cây sự sống”.
(Ảnh: Sưu tầm Flickr)
Đột phá về phương pháp
Ít nhất thì một số khoảng trống còn lại trên cây tiến hóa sẽ có thể được lấp đầy nhờ sử dụng các phương pháp phân tích công nghệ cao được ứng dụng đầu tiên trong nghiên cứu của Dunn. Phương pháp trên đòi hỏi phải sử dụng 100 máy tính để phân tích một khối lượng dữ liệu nhiều hơn bất kì các nghiên cứu tiến hóa nào trước đây gộp lại. Herendeen phát biểu: “Phương pháp công nghệ cao của Dunn chính là cái chúng ta cần để tiếp tục thiết lập cây sự sống. Phương pháp này sẽ được áp dụng nhiều trong tương lai”.
Dunn giải thích một trong những lợi ích của phương pháp mà nhóm của ông áp dụng rằng: “Mặc dù chúng ta chỉ quan sát chưa đến 100 loài, nhưng chúng được lấy mẫu theo cách có thể chỉ ra mối quan hệ của các nhóm động vật chính tương ứng với nhau. Do đó nghiên cứu này cũng như các nghiên cứu tương tự ngụ ý những vị trí trên cây tiến hóa của rất nhiều loài hơn là những loài được làm mẫu”.
Thử thách vẫn còn
Nhưng dù công cụ các nhà khoa học dùng để phân tích gen di truyền của các sinh vật có hiện đại đến đâu đi chăng nữa, họ vẫn phải chinh phục “những thử thách mà các nhà tự nhiên học đã phải đối mặt từ 200 năm trước”. “Thậm chí chúng ta còn chưa biết chính xác có bao nhiêu loài để mà biết phải tìm chúng ở đâu”, Dunn nói.
“Ngay cả khi việc phân tích ADN của các sinh vật trở nên dễ dàng hơn, tiết kiệm hơn nhờ các máy tính hiện đại, nhưng để tìm kiếm, thu thập và xác định các sinh vật vẫn rất tốn kém và gian nan”. Ví dụ như, nhóm của Dunn đã phải sử dụng các phương tiện điều khiển từ xa dưới nước để thu thập một con sứa phiến lược dùng cho nghiên cứu.
Dunn kết luận rằng: “Đáng ngạc nhiên là mặc dù có những tiến bộ lớn trong công nghệ chúng tavẫn phải hàng ngày đối mặt với những thử thách giống các nhà tự nhiên học cách đây 200 năm: phải tìm ra có bao nhiêu loài sống trên hành tinh chúng ta, phải tìm chúng ở đâu và làm cách nào để thu thập chúng”.