Dù lần đầu tiên thực vật xuất hiện trên cạn là khoảng 470 triệu năm trước, cây gỗ và rừng cây vẫn chưa xuất hiện cho đến cách đây gần 390 triệu năm. Trong khoảng thời gian đó, thực vật chậm rãi tiến hóa các tiền chất gene cần thiết để tạo ra cây gỗ và về sau, chúng trở nên vượt trội hơn so với những loại thực vật khác, nhà cổ thực vật học Chris Berry tại Đại học Cardiff, Anh, chia sẻ với Live Science hôm 2/7.
Hàng triệu năm sau khi thực vật đầu tiên xuất hiện trên cạn, những khu rừng mới bắt đầu hình thành. (Ảnh: fotoVoyager)
Năm 2019, Berry cùng các đồng nghiệp trình bày nghiên cứu về khu rừng cổ xưa nhất từng ghi nhận trên tạp chí Current Biology. Khu rừng được phát hiện ở Cairo, New York, hé lộ rằng những điểm đặc trưng của cây gỗ và rừng xuất hiện sớm hơn nhiều so với những gì các nhà khoa học từng nghĩ, đó là vào đầu kỷ Devon, cách đây khoảng 385 triệu năm.
Khu rừng Cairo lưu giữ hệ thống rễ hóa thạch của những cây cổ đại, chỉ ra nơi chúng từng mọc. "Chúng tôi không thấy hóa thạch cây, nhưng chúng tôi thấy bản đồ về vị trí chính xác của những cây đó. Vì vậy, chúng tôi có thể tìm hiểu về sinh thái của rừng", Berry nói.
"Bản đồ" hóa thạch này có Archaeopteris - nhóm thực vật cổ đại với rễ gỗ lớn và cành gỗ có lá, giống như những cây gỗ hiện đại, theo một báo cáo của Đại học Binghamton. Trước đó, bằng chứng sớm nhất về Archaeopteris khiến các nhà khoa học nghĩ nhóm thực vật này 20 triệu năm sau mới xuất hiện.
Sự phát triển của những khu rừng sơ khai này phụ thuộc vào quá trình các tiền chất tiến hóa. "Tôi nghĩ yếu tố then chốt là sự tiến hóa, sự phát triển về giải phẫu học cho phép cây phân nhánh phức tạp hơn", Berry nói. Ông cho biết, thực vật đã tiến hóa "bộ công cụ gene" để có thể tạo ra các cấu trúc giống như cây ngày nay.
Ví dụ, các hệ thống phân nhánh sơ khai phát triển từ ngay trước kỷ Devon, trong kỷ Silur (cách đây 443,8 - 419,2 triệu năm), trong khi những hệ thống rễ đầu tiên xuất hiện vào đầu kỷ Devon, theo báo cáo của Vườn thực vật Brooklyn. Các đặc điểm của cây sau đó mang lại những lợi thế lớn, đặc biệt là khả năng vươn lên để hấp thụ ánh sáng Mặt trời.
Tuy nhiên, một số thay đổi môi trường có thể đã giúp ít nhất một đặc điểm quan trọng của cây hình thành. Megaphylls, loại lá phổ biến ngày nay với các gân phân nhánh đặc trưng, phát triển lớn hơn nhiều so với tổ tiên của chúng, nhờ đó hấp thụ nhiều ánh nắng hơn. Chúng xuất hiện lần đầu cách đây khoảng 390 triệu năm nhưng 30 triệu năm sau, vào cuối kỷ Devon, mới trở nên phổ biến.
Sự chậm trễ này xảy ra do nồng độ CO2 cao khiến Trái đất trở nên quá nóng với những chiếc lá megaphyll kích thước lớn. Chúng hấp thụ quá nhiều ánh sáng Mặt trời và trở nên nóng quá mức. Tuy nhiên, mức CO2 trong kỷ Devon sụt giảm nhanh chóng, mang lại lợi ích khổng lồ cho megaphyll. Trái đất nguội đi, trong khi lá megaphyll lớn có thể trang bị thêm nhiều lỗ gọi là khí khổng để hấp thụ nhiều CO2 hơn. Loại lá này sau đó có thể đã giúp thúc đẩy những khu rừng phát triển.