Trái Đất không có oxy 2,4 tỷ năm trước đây. Trải qua một bước tiến hóa nhảy vọt, khi oxy xuất hiện, hệ sinh thái của cả hành tinh thay đổi hoàn toàn.
Bước nhảy vọt làm thay đổi hoàn toàn Trái Đất
Theo BBC, các nhà khoa học gọi đó là "sự kiện oxy hóa vĩ đại" - tạo ra oxy trên phạm vi toàn cầu. Không có nó, sẽ không có loài động vật hô hấp nhờ oxy nào tồn tại và giới sinh vật sẽ không thể đa dạng, từ đơn bào bậc thấp đến động thực vật đa bào bậc cao, kể cả loài người.
Trái Đất trước khi có oxy. (Ảnh: SPL)
Trong nhiều năm, các nhà khoa học cho rằng chính các dạng sống đầu tiên đã tạo nên "sự kiện oxy hóa vĩ đại". Và để thực hiện điều này, chính chúng cũng phải trải qua một bước tiến hóa nhảy vọt.
Trái Đất hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Ở thời điểm "sự kiện oxy hóa vĩ đại" xảy ra, toàn bộ Trái đất chỉ có các sinh vật đơn bào. Theo các bằng chứng hóa thạch, thì sinh vật đơn bào đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất cách đây 3,5 tỷ năm, trước "sự kiện oxy hóa vĩ đại" khoảng một tỷ năm.
Nhóm sinh vật được cho là tạo ra oxy cho Trái Đất là tảo lam (cyanobacteria). Tổ tiên của loài tảo này ở thời điểm cách đây 2,4 tỷ năm là loài sinh vật đầu tiên quang hợp (tạo ra đường nhờ ánh sáng mặt trời, CO2 và nước). Oxy là sản phẩm thừa của quá trình này, được chúng thải ra ngoài khí quyển. Cơ chế của sự xuất hiện oxy đã được giải thích, tuy nhiên các nhà khoa học vẫn chưa giải thích được tại sao loài tảo này lại cần thời gian quá lâu (gần một tỷ năm) để bắt đầu "sự kiện oxy hóa vĩ đại".
Loài tảo lam hiện tại, thường tạo thành các váng màu xanh trên mặt nước. (Ảnh: NPL)
Để trả lời câu hỏi này, tiến sĩ Bettina Schirrmeister, thuộc Đại học Bristol, Anh đã tiến hành nghiên cứu trên 756 gene của loài tảo lam hiện nay. Bà kết luận rằng, loài tảo lam đã tiến hóa từ sinh vật đơn bào thành đa bào, ngay trước khi "sự kiện oxy hóa vĩ đại” xảy ra. Thậm chí tảo lam còn bắt đầu tiến hóa để có được các tế bào mất khả năng tự phân chia, nhưng chuyên môn hóa theo chức năng. Đây có thể coi là "phiên bản" đầu tiên của các tế bào chuyên môn hóa mà các động vật ngày nay đều có, như tế bào cơ bắp, thần kinh hay tế bào máu.
Đây là các yếu tố giúp tảo lam có được ưu thế về sinh tồn ở thời điểm đó, và bắt đầu quang hợp để thải oxy vào khí quyển cũng như dễ dàng bám vào đá hơn do diện tích bề mặt lớn, khó bị các dòng nước cuốn đi theo, do đó dễ sinh sôi phát triển hơn sinh vật đơn bào. Ngoài ra khi cần, quần thể tảo lam còn có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác. Điều này là rất quan trọng trong thời kỳ đầu của Trái Đất, khi chưa có tầng ozone ngăn cản bức xạ Mặt Trời có hại.
Giả thuyết này của tiến sĩ Schirrmeister vẫn còn cần phải kiểm chứng, bằng cách nuôi tảo lam trong các điều kiện mô phỏng Trái Đất ở thời điểm cách đây 2,4 tỷ năm, xem có đúng thực là chúng tạo ra oxy trên phạm vi toàn cầu hay không.
Ngoài ra, các nhà khoa học còn đang phải tìm hiểu xem nếu đúng tiến hóa thành sinh vật đa bào mang đến cho tảo lam nhiều ưu thế sinh tồn, tại sao chúng phải cần thời gian tới một tỷ năm để thực hiện điều này. Tiến sĩ Schirrmeister cho rằng, có thể do quá trình tiến hóa này đòi hỏi quá nhiều gene mới xuất hiện.
"Bước tiếp theo là tìm hiểu những gene nào chịu trách nhiệm tiến hóa tảo lam thành sinh vật đa bào," Schirrmeister nói. "Lúc đó, tôi mới có thể giải thích tại sao quá trình tiến hóa mất nhiều thời gian như vậy." Dù thứ gì tạo nên "sự kiện oxy hóa vĩ đại", thì rõ ràng, nó là một trong những điều quan trọng nhất xảy đến với hành tinh này.