Tuyệt Chủng Do Biến Đổi Khí Hậu Làm Cho Răng của Động Vật có Vú Ít Kỳ Lạ Hơn

Dorien de Vries luôn xin phép trước khi bay xuyên qua thế giới để chạm vào răng của người khác. Một số chủ nhân lo lắng. Răng của họ mong manh—không thể thay thế. Nhưng de Vries, một nhà khảo cổ học, làm cho tâm trí họ thoải mái. Cô biết cách cực kỳ cẩn thận. “Điều này hoàn toàn giống như nghề nghiệp của nha sĩ,” cô nói về hỗn hợp nhầy mà cô sử dụng để chụp hình răng. “Nó đặt rất nhanh chóng và bạn có thể bóc nó ra.” Cô tạo khuôn và sau đó quét ảnh 3D của răng nhân tạo vào bất tử số của mình.

Nhưng có lẽ không phải đúng chính xác như một nha sĩ. Những chiếc răng mà De Vries đang làm việc có thể lên đến 56 triệu năm tuổi—chúng từng thuộc về động vật có vú của kỷ Eocene muộn, Oligocene và Miocene và hiện được bảo tồn trong bảo tàng và các bộ sưu tập của các trường đại học.

De Vries, hiện là một nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Đại học Salford, Vương quốc Anh, đã du lịch đến Paris, Kenya và khắp Hoa Kỳ để kiểm tra những chiếc răng hàm này, là bằng chứng rõ ràng về lý do tại sao chủ nhân trước đây của chúng sống sót qua sự tuyệt chủng do biến đổi khí hậu—hoặc tại sao họ không sống sót. Trong kết quả mới được công bố vào tháng 10 trong Communications Biology, một nhóm do De Vries và Erik Seiffert, một nhà khảo cổ học thuộc Đại học Nam California, dẫn đầu đã chỉ ra rằng một sự tuyệt chủng hàng loạt đã tràn ngập châu Phi và Arabia khoảng 30 triệu năm trước. Họ sử dụng hóa thạch từ năm nhóm động vật có vú, và kết quả của họ cho thấy hai phần ba số loài đó đã bị xoá sổ. “Đó là một sự mất mát đa dạng lớn,” De Vries nói.

Nhà khoa học đã biết rằng khí hậu lạnh đi trong sự chuyển đổi từ Eocene sang Oligocene cách đây 34 triệu năm, dẫn đến sự tuyệt chủng ở các khu vực khác nhau trên thế giới. Nhưng vì ít chú ý hơn đã được trả vào khu vực này, câu hỏi liệu các loài động vật có vú ở châu Phi và Arabia có bị xoá sổ tương tự không đã là một bí ẩn kéo dài. “Hồ sơ đã rất tồi tệ,” nói Samantha Hopkins, một nhà khảo cổ học tại Đại học Oregon không tham gia vào nghiên cứu.

“Châu Phi luôn là một dấu hỏi lớn,” nói Seiffert, người là cố vấn trước đây của De Vries. Cả hai nghĩ rằng đây là một vấn đề mà răng có thể giải quyết. Vì răng của động vật có vú rất cứng, chúng là phần cơ thể có khả năng hóa thạch nhất và sống sót đến ngày nay nhất. Chúng cũng, như Seiffert mô tả, “thực sự đa dạng đến kinh ngạc. Từ voi đến bò đến con người, răng thực sự khác biệt một cách đột ngột.” Bởi vì chúng khác nhau đến vậy, chúng là dấu vết tiến hóa xuất sắc, cung cấp gợi ý về cách và khi nào một loài sống sót hoặc tuyệt chủng. Trong 20 năm qua, với sự giúp đỡ của các thuật toán máy tính ngày càng hoàn thiện để hiểu dữ liệu 3D có độ phân giải cao, như những bức ảnh quét nha sĩ De Vries đã tạo ra, răng đã trở thành một công cụ ngày càng tốt để khám phá cây tiến hóa.

“Điều thú vị thực sự về nghiên cứu này là họ đã sử dụng một giải pháp không thông thường—và thực sự sáng tạo—để hiểu về thời kỳ mà chúng ta hiện tại chỉ có rất ít hồ sơ hóa thạch,” nói Hopkins. Việc sử dụng khéo léo của họ với hồ sơ răng cho thấy cách khí hậu toàn cầu đã tác động đến sự sống sót trong quá khứ—và đề xuất những bài học quan trọng về những gì có thể làm cho động vật dễ bị tuyệt chủng ngày nay.

Trái đất ấm lên cách đây 34 triệu năm—và kỳ lạ. Siêu lục địa Pangea đã chia rẽ. Khủng long đã biến mất từ lâu. Nhưng châu Antarctica vẫn có rừng không có băng tuyết. Các lục địa khác trông giống như phiên bản bị nén và trải đều của chính họ hiện tại. Động vật có vú xuất hiện ở mọi nơi—đặc biệt là loài linh trưởng và loài gặm nhấm. “Từ New York đến Los Angeles, lên Canada, nhảy lò xo trong cây khắp mọi nơi,” Seiffert nói về linh trưởng ở Bắc Mỹ. “Nhưng khi sự kiện khí hậu này xảy ra cách đây 34 triệu năm, họ toàn bộ biến mất.”

Một số nhà khoa học cho rằng mức carbon dioxide trong không khí đã giảm xuống dưới ngưỡng quan trọng, gây ra sự giảm nhiệt độ không khí trung bình và làm đóng băng Antarctica. Ánh sáng mặt trời phản xạ từ nhiều lớp băng hơn khiến nhiệt độ giảm sâu hơn. Quá trình chuyển từ kỷ Eocene sang kỷ Oligocene đã được mô tả là sự chuyển từ “nhà kính” sang “nhà băng”.

Sau đó, ở châu Phi, mọi thứ trở nên tồi tệ hơn. Khoảng 31 triệu năm trước, núi lửa gần đường xích đạo, ở Ethiopia ngày nay, phát nổ với khói độc hại và lũ lửa basalt nóng chảy không ngừng.

Hồ sơ hóa thạch ở Bắc Mỹ, châu Âu và châu Á khá ổn định trong khoảng 11 triệu năm trước và sau những sự kiện này. Các nhà khoa học có thể đếm số hóa thạch để xem loài động vật tồn tại trước khi khí hậu lạnh đi, và loài sau đó, từ đó tìm ra những gì đã biến mất. Nhưng, theo Seiffert nói, “trong khoảng thời gian này, hồ sơ hóa thạch ở châu Phi thực sự rất thưa thớt.” Sự chênh lệch đó làm anh ta phiền não, vì vậy đội của anh ta đã cố gắng phân tích mối quan hệ giữa những hồ sơ hóa thạch mà họ có.

Đối với nghiên cứu của họ, Seiffert và de Vries tập trung vào một cây phả hệ quay trở lại 76 triệu năm trước, khi linh trưởng và gặm nhấm chia rẽ. Cụ thể, họ nghiên cứu răng của hai bộ gặm nhấm (hystricognath và anomaluroid) và hai bộ linh trưởng (strepsirrhine và anthropoid). Những nhánh này đã tạo ra các loài hiện tại như capybara, sóc bay đuôi vảy, lemurs—và chúng ta.

Nhóm nghiên cứu quyết định tái tạo phả hệ—hoặc cây gia phả quan hệ tiến hóa—của những nhóm này từ 56 triệu đến 15 triệu năm trước. Sử dụng răng như một hướng dẫn cho “ai là ai,” họ vẽ ra các nhánh giữa các dòng họ bắt đầu từ hóa thạch được tìm thấy vào kỷ Eocene muộn đến con cháu của chúng sống sót đến kỷ Miocene, khoảng 20 triệu năm trước. Khi họ hoàn thành, một khoảng trống rõ ràng xuất hiện: Các dòng họ từ kỷ Miocene xuống từ một phần nhỏ kỳ lạ của các loài động vật có vú trước đó. Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng 63% các dòng họ tồn tại vào cuối kỷ Eocene không bao giờ vượt qua kỷ đại sau. Khoảng 30 triệu năm trước, họ kết luận, những loài này phải đã biến mất, nhờ vào môi trường biến đổi của chúng. “Không có giải thích khác,” Seiffert nói. “Chúng phải đã tuyệt chủng.”

Đa dạng về dòng họ mang lại cho nhóm nghiên cứu cái nhìn tổng quan về bao nhiêu loài đã mất do biến đổi khí hậu, nhưng không phải là về sự khác biệt của những loài đó so với nhau—nói cách khác, sự đa dạng hình thể đã tuyệt chủng như thế nào. Ví dụ, de Vries nói, hãy tưởng tượng một tình huống trong đó hai loại chim tuyệt chủng. Hai loài đó có thể rất giống nhau, hoặc chúng có thể khác biệt lớn về hình thể, gen, hoặc nơi sống. “Nếu bạn có một chú bồ câu và một chú chim hồng hạc, điều đó khác xa so với việc bạn có một con bồ câu và một con chim lẻ,” cô nói.

Và đối với sự tuyệt chủng đa dạng sinh học giữa các loài động vật có vú, răng giữ lại bản ghi. Rất nhiều hình dạng răng thu hẹp lại thành vài hình dạng. Trong thời gian làm tiến sĩ tại Đại học Stony Brook, de Vries đã số hóa khoảng một nửa trong số 329 chiếc răng hóa thạch được sử dụng cho nghiên cứu, đại diện cho 134 loài. Sau khi làm khuôn từ những chiếc răng, cô sử dụng máy quét micro-CT để phân tích các bản sao. Công nghệ này có thể tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao hơn so với các bức ảnh CT bình thường bạn sẽ nhận được ở bệnh viện và cho phép cô ghi lại các chỉ số khách quan về cách răng thay đổi giữa các dòng họ và qua thời gian. Cô có thể nghiên cứu từng nổi, đỉnh, và thung lũng, đo lường sự uốn cong hoặc sắc nhọn.

Những chỉ số này có thể đo lường được độ phức tạp của bộ máy nhai của động vật. Hình dạng răng nói lên nhiều về chế độ ăn của động vật. Người ăn trái cây có những nổi tròn, hoặc cusp, có thể đâm qua quả mâm xôi. Người ăn lá thì thường có những đỉnh cao, sắc nhọn có thể xé lẻ tường tế bào cây mạnh mẽ. Mô-lăng cực phẳng, ngược lại, là địa hình lý tưởng để nghiền nhuyễn hạt giống. Tuy nhiên, sự chuyên sâu đó có thể là một vấn đề. Ví dụ, trong khi loài linh trưởng có răng phẳng có thể nhai nhục nhã hạt giống, chúng không tốt với lá. Và nếu khí hậu biến đổi sao cho thức ăn mà động vật đã tiến hóa để nhai trở nên khan hiếm, chúng sẽ phải đói đến chết.

Dựa trên phân tích quét 3D của nhóm, nhiều dòng họ có răng chuyên biệt đã tuyệt chủng trong cuộc tuyệt chủng hàng loạt chậm rãi này. Một loài khỉ Apidium làm Seiffert chú ý. Răng nghiên cứu của con người thường có bốn nốt nhọn. Loài này có chín. “Chúng tôi chưa bao giờ thấy kiểu răng kỳ cục như vậy nữa—trong hồ sơ hóa thạch hoặc giữa các loài còn sống,” anh ta nói. Seiffert giả định con khỉ này ăn hoa quả và hạt giống. Nhưng nó không còn tồn tại nữa.

Đó là một “mối liên kết gần như không thể tin được” giữa sự tuyệt chủng của các loài và sự tuyệt chủng của độ đa dạng răng, de Vries nói. Sự tuyệt chủng không loại bỏ bất kỳ nhánh cụ thể nào của cây gia phả của những loài động vật có vú này, và không có hình dạng răng hoặc chế độ ăn nào biến mất. Nhưng những chuyên gia, có hình dạng răng hạn chế chế độ ăn nhất, có khả năng bị loại bỏ hơn, và những người chuyên ăn đa dạng thì ít dễ bị tổn thương hơn. Đó là một cảnh báo không hoàn toàn bất ngờ đối với các loài ngày nay như lemurs ở Madagascar chỉ ăn tre. Nếu biến đổi khí hậu làm mất đi tre đó, những sinh vật độc đáo này sẽ không có may mắn.

Đối với những loài động vật có vú sống sót, kết quả cũng gợi ý sự thay đổi chế độ ăn khi sự lạnh chung của hành tinh bắt đầu—có thể là hậu quả của việc di cư về phía xích đạo để có một khí hậu ấm hơn. (Seiffert lưu ý rằng một số khu vực có thể không giảm nhiệt độ nhiều, mà chỉ trở nên khô hạn hơn và ít thuận tiện cho các khu rừng.) Ví dụ, một phần nhỏ của loài gặm nhấm anomaluroid (tổ tiên của một số loài sóc có đuôi vảy) đã tiến hóa thành các đỉnh sắc nét phù hợp với chế độ ăn lá và nhựa cây, có thể để tránh cạnh tranh với hystricognaths, tổ tiên của capybara và chuột nhảy Guinea sống trên mặt đất.

Nhưng khi càng nhiều loài được đưa về phía xích đạo, núi lửa ở Ethiopia phát nổ. Seiffert nhìn thấy sự kết hợp khí hậu-núi lửa này như một “cú đánh mạnh” mà các loài không may mắn không thể thoát ra khỏi. Biểu đồ về sự đa dạng của cả cây phả hệ và hình dạng răng cho thấy hai sự suy giảm rõ rệt, khoảng 34 triệu và 31 triệu năm trước, phản ánh những thảm họa liên tiếp này.

Nhìn thấy “sụt giảm kép” đó là điều bất ngờ, Alistair Evans, một nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Monash ở Australia chuyên về phân tích răng nhưng không tham gia vào công việc nghiên cứu, nói. “Không ai nghĩ rằng điều đó sẽ xuất hiện,” Evans nói.

Nhưng, ông thêm vào, dữ liệu của nhóm rõ ràng cho thấy tác động quy mô lớn của núi lửa và làm lạnh toàn cầu vì sự đa dạng sụp đổ hai lần. Bạn thậm chí có thể nhìn thấy các chỉ báo về khi động vật có vú chuyển lên cây, được thể hiện bằng cách răng của chúng thích ứng để cắn lá, ông nói. “Nó làm tăng sự tự tin của tôi rằng chúng ta thực sự có thể phân biệt những mô hình này trong thời gian cổ điển—trong thời gian sâu rộng,” ông tiếp tục.

Cùng loại phân tích có thể giúp các nhà sinh học hiểu rõ các giai đoạn khác nhau, chẳng hạn như làm thế nào động vật có vú hồi phục sau sự tuyệt chủng Cretaceous–Paleogene, làm chết 75% tất cả các loài. Ở đây, răng của động vật có vú có thể thay vào đó chỉ ra một sự tăng trưởng đa dạng như các loài tiến hóa để lấp đầy khoảng trống môi trường.

Tháng 12, Seiffert sẽ đi Kenya để nghiên cứu thêm bằng chứng từ giai đoạn thời gian cụ thể này. Nếu may mắn, anh ta sẽ tìm thấy những chiếc răng sẽ giúp anh ta vẽ ra những nhánh mới trên cây phả hệ tiến hóa của động vật có vú. Có lẽ là những chiếc răng nhọn. Hoặc là tròn. Hoặc là phẳng. Hoặc đơn giản là không giống bất kỳ thứ gì anh ta từng thấy.

Nhiều bài viết tuyệt vời từ Mytour

• 📩 Cập nhật mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Greg LeMond và chiếc xe đạp mơ ước đầy màu sắc ngọt ngào
• Điều gì có thể thuyết phục mọi người tiêm vắc xin ngay bây giờ?
• Facebook thất bại đối với những người cố gắng cải thiện nó
• Dune là một bài tập chờ đợi sự thỏa mãn
• 11 thiết lập bảo mật chính trong Windows 11
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 🎮 Mytour Games: Nhận các mẹo mới nhất, đánh giá, và nhiều hơn nữa
• 📱 Lưỡng lự giữa những chiếc điện thoại mới nhất? Đừng lo lắng—kiểm tra hướng dẫn mua iPhone của chúng tôi và những chiếc điện thoại Android yêu thích