Thiên thạch làm khủng long tuyệt chủng chỉ ảnh hưởng tới tảo trong thời gian ngắn

Vụ va chạm sao thời cổ đại mà nhiều nhà nghiên cứu cho là nguyên nhân khiến khủng long chết hàng loạt cũng từng gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống của các sinh vật biển. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy vi tảo – một trong những sinh vật sản xuất hàng đầu trong đại dương đã nhanh chóng hồi phục trên toàn cầu trong khoảng 100 năm.

Hầu hết nghiên cứu lần này tập trung khảo sát sự kiện tuyệt chủng cuối kỷ Phấn Trắng – đầu kỷ Paleogene (K-P), hay còn được gọi là sự kiện tuyệt chủng cuối kỷ Phấn Trắng – đầu kỷ Thứ Ba (K-T), trong đó bao gồm việc lập sơ đồ về sự biến mất của các sinh vật có xương hoặc vỏ cứng.
“Nhưng có nhiều sinh vật trong đại dương không hề để lại hóa thạch cứng,” Julio Sepúlveda đến từ MIT nói.

Sepúlveda cùng các đồng nghiệp đã khảo sát dấu vết phân tử của các vi sinh vật. Mới đây họ đã chiết xuất một số tàn dư hữu cơ từ đá có niên đại cùng sự kiện tuyệt chủng K-P. Các kết quả công bố trên tờ Science số ra tuần này cho thấy cộng đồng tảo đại dương đã giảm đáng kể về số lượng nhưng điều này chỉ diễn ra vỏn vẹn trong một thế kỷ.

Cận cảnh lớp đá Fish Clay. (Ảnh: J. Sepúlveda.)

“Chúng tôi thấy rằng sinh vật sản xuất hàng đầu trong đại dương đã khôi phục cực nhanh sau tác động xấu từ vụ va chạm,” Sepúlveda nói.

Hệ sinh thái đại dương đã hồi phục hoàn toàn sau khoảng một triệu năm, nhưng sự hồi phục nhanh chóng của tảo quang hợp cho thấy vụ va chạm mang lại những tác động dù đột ngột nhưng sớm kết thúc đối với môi trường Trái đất.

Sự sống vô hình

Đặc điểm nổi bật của sự kiện tuyệt chủng K-P diễn ra 65 triệu năm trước là sự biến mất hoàn toàn của khủng long chim. Dù vẫn có nhiều tranh cãi xung quanh mức độ tàn phá mà vụ va chạm này gây nên nhưng các bằng chứng địa chất đều cho thấy một thiên thạch đã đâm xuống bán đảo Yucatan.

Các mảnh vỡ sinh ra từ vụ va chạm đã nhuộm đen bầu trời trong vài năm, làm ngừng mọi hoạt động quang hợp trên khắp hành tinh. Nhưng tảo và thực vật đã thiếu ánh sáng để quang hợp trong vòng bao lâu – đây vẫn là câu hỏi chưa có lời giải. Các dữ liệu hóa thạch không cho thông tin chính xác về vấn đề này, vì vậy, một số nhà khoa học đang tìm kiếm những manh mối sinh học khác.

Roger Summons, một thành viên trong nhóm tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi tìm hiểu ‘sự sống vô hình’ – những vi sinh vật không xuất hiện trong dữ liệu hóa thạch nhưng từng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc chuyển hóa cacbon đại dương.”

Lớp đá Fish Clay ở Stevns Klint là dải tối màu hơi nâu chạy dọc ở giữa bề mặt vách đá. Bên dưới là đá phấn có từ kỷ Phấn Trắng, bên trên là đá vôi có từ kỷ Paleogene. (Ảnh: J. Sepúlveda.)

Khi sinh vật biển chết đi, chúng sẽ rơi xuống tầng đáy đại dương, nơi hầu như toàn bộ xác của chúng được phân hủy bởi vi khuẩn và các quá trình địa hóa. Nhưng một số mảnh vụn sinh học không phân hủy, đặc biệt ở những khu vực ít oxy.

Những mảnh vụn hữu cơ này qua thời gian sẽ tích tụ thành “nhiên liệu hóa thạch”, ví dụ như dầu mỏ và khí thiên nhiên. Trong một số trường hợp, các nhà nghiên cứu có thể chiết xuất những tàn dư phân tử này từ đá cổ và xác định được cấu trúc hóa học của chúng.

Summons cho biết, “bí quyết chính là tìm hiểu thành phần hóa học cấu tạo của từng sinh vật.”
Ví dụ như, tảo thực vật sản sinh ra rất nhiều lipid – đạc biệt là các sterol như cholesterol trong cơ thể người. Trong các trầm tích đại dương, sterol tảo phân hủy và sinh ra vết sterane.

Sepúlveda và Summons cùng đồng nghiệp đã sử dụng phép ghi quang phổ khối lượng độ phân giải cao để phân chiết sterane cùng các dấu ấn sinh học lấy từ Fish Clay – một lớp dày khoảng 40 cm nằm trong một vách đá bên bờ biển ở Stevns Klint, Đan Mạch.

Nhóm nghiên cứu phát hiện một lượng lớn sterane ở phần đáy của lớp Fish Clay – ngay sau vụ va chạm thiên thạch. Họ coi đây là bằng chứng về việc tảo chết hàng loạt, một tình trạng xấu kéo dài trong khoảng 100 năm.

Đại dương sống

Nhưng điều sự hồi phục nhanh chóng này có xảy ra với những loài khác trên khắp đại dương không? Các nghiên cứu trước đây cho thấy sự sống trong tầng sâu đại dương đã không thể hồi phục trong vòng vài triệu năm.

Cảnh vách đá sát bờ biển tại Stevns Klint, Đan Mạch. (Ảnh: R. Summons).

“Những dấu hiệu trên đá Fish Clay có vẻ mâu thuẫn với dấu hiệu của đại dương,” Henk Brinkhuis, nhà nghiên cứu đến từ trường đại học Utrecht, Hà Lan, nói. “Một cách lí giải cho điều này là các dấu vết trên đá phản ánh môi trường ven biển, nơi mà các điều kiện tương đối khác so với vùng đại dương sâu.”

Tuy nhiên, một khả năng khác là tầng nước bề mặt thực sự phục hồi nhanh, nhưng vì lí do nào đó có ít vật chất hữu cơ chìm xuống tầng nước sâu hơn. Cách lí giải này phù hợp với các giả thuyết cho rằng trong vụ va chạm thiên thạch, ánh sáng mặt trời chỉ bị che khuất trong 10 năm.

Steven D'Hondt đến từ đại học Rhode Island cho biết: “Khi ánh sáng mặt trời trở lại, sẽ không có bất kỳ lí do gì cản trở hoạt động của các sinh vật sản xuất - những vi sinh vật này chỉ cần một lượng rất nhỏ dinh dưỡng và ánh sáng để tồn tại.”