Buzz
Tại sao chúng ta lại có những ngón tay, và số lượng ngón tay này có ý nghĩa gì về mặt tiến hóa?
Câu chuyện bắt đầu từ kỷ Devon - cách đây khoảng 380 triệu năm. Trái Đất trong thời kỳ này được coi là thời kỳ của các loài cá, chúng là loài chiếm ưu thế trên các đại dương và các loài cá vây chiếm ưu thế trên các hồ, ao.
Cuối kỷ Devon, khí hậu trên hành tinh chúng ta rất ấm áp và khô ráo. Cây dương xỉ và cây hạt trần bao phủ các khu rừng rậm khắp mọi nơi. Các loài thực vật có hạt bắt đầu xuất hiện, và loài cây thuộc chi Prototaxites nguyên thủy cao tới 8,8 mét bao phủ bầu trời.
Các loài côn trùng xuất hiện trên khắp các đầm lầy và cành cây, lá rơi nhiều khiến hàm lượng oxy trong nước giảm và một số loài cá đã bắt đầu di chuyển đến bãi triều gần bờ để sinh sống.
Trong thời kỳ này, một sự kiện quan trọng đã diễn ra trong lịch sử tiến hóa của Trái Đất, các loài động vật dưới nước bắt đầu thích nghi với môi trường sống mới.
Nước và đất liền là hai môi trường sống rất khác biệt, và chúng phải tiến hóa một cách đột phá để thích nghi với môi trường mới. Cơ thể cần phải có những thay đổi đáng kể để có thể sống và di chuyển trên đất liền, với các chiếc ngón tay trở thành cơ quan quan trọng trong việc di chuyển và hỗ trợ cơ thể.
Các nghiên cứu về nguồn gốc của các chi phụ thuộc nhiều vào các loài cá có vây thùy sống trong thời kỳ cuối kỷ Devon, bao gồm Panderichthys, Tiktaalik và Elpistostegalia.
Trong số này, nghiên cứu về cá Tiktaalik đặc biệt phong phú. Tuy nhiên, các nghiên cứu vẫn chưa tiết lộ cấu trúc giải phẫu của bộ xương vây ngực một cách hoàn chỉnh.
Cuối năm 2019, PNAS đã công bố một nghiên cứu có tên 'Mẫu mực vây tại sự chuyển đổi từ vây đến chân' với nội dung khám phá cách thức hoạt động của vây và sự thay đổi khi chúng tiến hóa thành các chi.
Vùng Miguasha ở Canada.
Elpistostege là loài săn mồi lớn nhất sống ở vùng nước nông đến vùng cửa sông của Canada trong thời kỳ cuối kỷ Devon. Năm 2010, một hóa thạch hoàn chỉnh dài 1,57 mét của loài Elpistostege đã được phát hiện tại vùng Miguasha của Canada. Vào ngày 18/3/2020, Nature đã công bố một bài nghiên cứu liên quan đến hóa thạch này.
Một nhóm các nhà cổ sinh vật học từ Đại học Flinder ở Úc và Đại học Quebec ở Canada đã sử dụng công nghệ quét CT để khôi phục bộ xương vây ngực hoàn chỉnh của hóa thạch nói trên. Kết quả cho thấy sự hiện diện của humerus (xương cánh tay), radius và ulna (xương cẳng tay), xương cổ tay và các xương ngón tay.
Khám phá này mang lại thông tin mới về nguồn gốc và sự tiến hóa của ngón tay của các loài động vật bốn chân (bao gồm cả con người).
Cấu trúc xương vây ngực (a) và xương cánh tay (b) của các loài cá tiền sử (Panderichthys, Tiktaalik và Elpistostegalia) và động vật 4 chân sơ khai (Tulerpeton).
So sánh hình trên cho thấy trong quá trình tiến hóa từ cá đến động vật 4 chân, số lượng và khoảng cách giữa các xương tăng để tạo thành các ngón. Xương vây ngực của Elpistostege đã bắt đầu hình thành các xương ngón chân.
Một nghiên cứu trên Nature chỉ ra rằng nguồn gốc của ngón chân (tay) của động vật có xương sống là sự tiến hóa của xương trong vây ngực của động vật dưới nước.
Khi loài cá chuyển đến sống trên cạn, áp lực sinh tồn đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của các xương nhỏ ở vây thành xương ngón tay.
Đây là lần đầu tiên khoa học phát hiện sự tiến hóa này thay vì chỉ là phỏng đoán. Xương ngón tay tiến hóa từ vây và rất giống với xương ngón tay của động vật trên cạn ngày nay.
Trước khi động vật dưới nước chuyển đến sống trên cạn, tiến hóa của ngón tay đã diễn ra lặng lẽ.
Elpistostege có thể không phải là tổ tiên của loài người, nhưng là loài chứng minh cho quá trình tiến hóa của ngón tay ở động vật 4 chân trên cạn ngày nay.
Ngoài ra, có cũng có loài Acanthostega, một trong những loài động vật có xương sống đầu tiên có tứ chi rõ ràng nhất. Loài này xuất hiện vào cuối kỷ Devon. Về mặt giải phẫu, chúng là sự kết hợp giữa cá có vây thùy và các động vật có tứ chi để di chuyển trên cạn. Mặc dù chưa rõ chúng có bao nhiêu ngón chân, nhưng giữa các ngón có màng nối, và dường như chưa thích nghi tốt để di chuyển trên đất liền. Cấu trúc của Acanthostega không cho phép uốn cong về phía trước ở khuỷu tay, không thể chịu được trọng lượng của cơ thể, thích hợp hơn cho việc bơi dạng chèo hoặc bám vào cây thủy sinh. Dù giống cá ở nhiều điểm, chúng có chân và bàn chân phát triển rõ ràng thay vì vây. Chúng cũng có mang bên trong giống như cá và đã phát triển phổi, nhưng xương sườn quá ngắn để đưa khoang ngực ra khỏi nước. Có thể Acanthostega sống ở những đầm lầy nông có nhiều cây thủy sinh. Nghiên cứu về hình thái hộp sọ của Acanthostega cho thấy chúng có thể đã săn mồi ở mép nước hoặc gần mép nước.
