Nguồn gốc của động vật biển có vú

Trong quá khứ, việc tổ tiên của các loài động vật biển có vú ngày nay – bao gồm cá voi, cá heo và cá heo mỏ - lần đầu đưa chân xuống nước đã kéo theo một loạt các thay đổi tiến hóa để trở thành một nhóm động vật có móng lớn hơn. Nhưng câu hỏi đặt ra là, cái gì đã diễn ra trước – quá trình mất dần khả năng đi bộ hay việc chuyển từ chế độ ăn thực vật sang ăn thịt?

Nghiên cứu mớicông bố trên tờ PLoS ONE số ra tuần này đã giải quyết được câu hỏi trên qua phân tích một loạt các dữ liệu về hình thái, hành vi và hệ gen của động vật biển có vú ngày nay và tổ tiên xưa kia của chúng. Loài tổ tiên có lẽ đã di chuyển từ trên cạn xuống nước trước khi thay đổi chế độ ăn (và hàm răng). Sau khi các quan hệ tiến hóa của nhóm động vật lớn hơn được sắp xếp lại, Indohyus, loài động vật ăn cỏ nửa cạn nửa nước sống cách đây 48 triệu năm, và hà mã trở thành những họ hàng gần nhất của động vật biển có vú.

Michelle Spaulding, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Nếu bạn chỉ dựa vào dữ liệu của những loài còn sống ngày nay để tìm ra mối quan hệ trong nhóm động vật này, chắc chắn bạn sẽ bỏ lỡ sự đa dạng vốn có cũng như một phần bức tranh về thực tế đã diễn ra. Indohyus là một loài động vật cổ rất thú vị vì nó giữ nguyên được bộ răng của động vật ăn cỏ, nhưng lại có những đặc điểm thích nghi mới như xương tai phù hợp việc nghe dưới nước.”

Nguồn gốc của cá voi, cá heo và cá heo mỏ - những loài có chân biến đổi sâu sắc và không có lông – từ lâu đã là điều khó hiểu đối với các nhà nghiên cứu động vật có vú. Cách đây 60 năm, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên cho rằng động vật biển có vú có họ hàng với các loài móng guốc ăn cỏ, đặc biệt là những loài có ngón chân đều nhau như cừu, lợn và linh dương. Nói cách khác, cá voi và cá heo ăn thịt được cho là rất gần với nhóm động vật có móng ăn cỏ. Các phân tích gen mới hơn lại chỉ ra rằng trong số các loài động vật móng guốc, hà mã là họ hàng còn sống gần nhất của động vật biển có vú.

Chưa từng ai thử liên hệ hà mã và cá voi với nhau dựa trên ngoại hình của chúng, nên các bằng chứng hóa thạch chính là cách quan trọng để xác định các bước tiến hóa chính xác mà tổ tiên của động vật biển có vú đã trải qua. Trước kia, nguồn gốc của cá voi được cho là có liên quan với mesonychid, một nhóm động vật ăn thịt móng đơn. Phát hiện mới đây về Indohyus, loài động vật ăn cỏ có những đặc điểm rõ ràng thích nghi với môi trường nước, càng gây khó hiểu cho giới nghiên cứu, do chúng có xương tai tương tự như động vật biển có vú – một đặc điểm giúp nghe tốt trong môi trường nước.

Để phân tách các bước khác nhau trong lịch sử tiến hóa (đặc điểm ăn thịt hay các đặc điểm thích nghi môi trường nước có trước), Spaulding cùng đồng nghiệp đã lập sơ đồ quan hệ tiến hóa giữa hơn 80 loài và/ hoặc giống động vật hóa thạch cũng như động vật ngày nay. Những loài này được chấm điểm dựa trên 661 đặc điểm hình thái và hành vi (ví dụ như, có lông hay không, hình dáng xương mắt cá chân ra sao). 49 chuỗi ADN lấy từ 5 gen hạt nhân cũng được xem xét; dữ liệu gen và dữ liệu hình thái đều được xây dựng trên các phân tích do Maureen O'Leary (đại học Stony Brook) và John Gatesy (đại học California tại Riverside) tiến hành. Ngoài ra, Indohyus, động vật ăn thịt ngày nay (chó, mèo) và một nhóm động vật ăn thịt có vú cổ xưa (creodont) cũng được đưa vào so sánh.

Nhóm nghiên cứu thấy rằng trên cây tiến hóa ít phức tạp nhất, Indohyus cùng các loài hóa thạch tương tự có quan hệ gần gũi với cá voi, trong khi mesonychid nằm cách xa hơn nhiều. Hà mã vẫn là loài động vật họ hàng gần nhất còn sống. Những kết quả này cho thấy tổ tiên của động vật biển có vú đã chuyển xuống nước trước khi trở thành loài ăn thịt, nhưng đặc điểm ăn thịt đã bắt đầu phát triển ngay từ khi chúng vẫn đi bộ trên đất liền.

O'Leary phát biểu: “Cá voi trực hệ xa xưa nhất có lẽ bắt đầu ăn các con mồi trong nước khi vẫn có khả năng đi bộ trên cạn. Indohyus có một số đặc điểm thích nghi để nghe được dưới nước nhưng vẫn ăn thực vật, trong khi Ambulocetus (loài cá voi biết đi sống 50 triệu năm trước) là một loài ăn thịt.”

“Trên cây tiến hóa rõ ràng xuất hiện những điểm mâu thuẫn sâu sắc,” Spaulding nói. “Xương sống của cây tiến hóa này rất vững chắc, nhưng lại có những nhánh tương đối lớn không ổn định di chuyển quanh xương sống này (Indohyus và mesonychids). Chúng ta cần thực sự kiểm tra lại các đặc điểm một cách kĩ lưỡng và xét xem hệ đặc điểm nào thực sự bắt nguồn từ loài khác biệt để làm sáng tỏ hoàn toàn cây tiến hóa này.”

Kinh phí cho nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ tài trợ Khoa học Quốc gia.