Sự thay đổi khí hậu khắc nghiệt từ lâu có thể đã giúp thúc đẩy quá trình tiến hóa
Sự tuyệt chủng hàng loạt cách đây 252 triệu năm chỉ là một lý do khiến loài bò sát kỷ Trias vươn lên thống trị.
Không có gì có thể so sánh được với một cuộc đại tuyệt chủng hàng loạt để mở ra các hốc sinh thái và xóa bỏ sự cạnh tranh, thúc đẩy quá trình tiến hóa cho một số loài may mắn sống sót. Một nghiên cứu mới cho thấy tốc độ biến đổi khí hậu có thể đóng một vai trò lớn trong việc tăng tốc độ tiến hóa.
Nghiên cứu tập trung vào sự tiến hóa của loài bò sát trong suốt 57 triệu năm - trước, trong và sau cuộc tuyệt chủng hàng loạt vào cuối Kỷ Permi. Sự kiện tuyệt chủng đó, được kích hoạt bởi carbon dioxide được bơm vào khí quyển và đại dương thông qua hoạt động núi lửa gia tăng khoảng 252 triệu năm trước, điều này đã khiến 86% số loài trên Trái Đất tuyệt chủng.
Tuy nhiên, các loài bò sát đã nắm bắt được cơ hội đó và tiến hóa. Sự đa dạng bùng nổ về loài của chúng vào khoảng thời gian đó đã được nhiều người coi là kết quả của việc chúng lấp đầy vào những hốc mới có sẵn.
Các nhà nghiên cứu cho biết, những biến động khí hậu nhanh chóng đã diễn ra sớm hơn nhiều trong kỷ Permi và sự đa dạng hóa loài bò sát cũng vậy. Phân tích hóa thạch từ 125 loài bò sát cho thấy sự bùng nổ của sự đa dạng tiến hóa ở bò sát có mối tương quan chặt chẽ với sự biến động tương đối nhanh của khí hậu trong suốt kỷ Permi và hàng triệu năm vào kỷ địa chất tiếp theo, kỷ Trias, các nhà nghiên cứu báo cáo ngày 19 tháng 8 trên tạp chí Science Advances.
Jessica Whiteside, nhà địa chất học tại Đại học Southampton ở Anh, người nghiên cứu về sự tuyệt chủng hàng loạt nhưng không tham gia vào nghiên cứu mới cho biết: “Nghiên cứu này chắc chắn sẽ trở thành một phần quan trọng của cuộc trò chuyện đó”.
Để điều tra sự tiến hóa của loài bò sát, nhà cổ sinh vật học tiến hóa Tiago Simões của Đại học Harvard và các đồng nghiệp đã đo và quét chính xác các hóa thạch của loài bò sát từ 294 triệu đến 237 triệu năm tuổi. Tổng cộng, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra 1.000 mẫu vật tại 50 cơ sở nghiên cứu ở 20 quốc gia. Đối với dữ liệu khí hậu, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một cơ sở dữ liệu lớn hiện có về nhiệt độ bề mặt biển dựa trên dữ liệu đồng vị oxy, kéo dài 450 triệu năm, được công bố vào năm 2021.
Bằng cách theo dõi chặt chẽ những thay đổi về kích thước và hình dạng của cơ thể và đầu ở rất nhiều loài, kết hợp với dữ liệu khí hậu đó, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng tốc độ biến đổi khí hậu càng nhanh thì loài bò sát cũng theo đó mà tiến hóa nhanh hơn. Nhóm nghiên cứu nhận thấy tốc độ đa dạng hóa loài bò sát nhanh nhất không xảy ra vào thời kỳ tuyệt chủng cuối kỷ Permi mà là vài triệu năm sau đó vào kỷ Trias, khi biến đổi khí hậu diễn ra nhanh nhất và nhiệt độ toàn cầu trở nên khô nóng. Simões cho biết nhiệt độ bề mặt đại dương trong thời gian này đã tăng lên 40 độ C - tương đương với nhiệt độ của một bồn tắm nước nóng.
Simões nói rằng một số loài tiến hóa ít nhanh hơn so với họ hàng của chúng. Ông nói, ví dụ, những loài bò sát có kích thước cơ thể nhỏ hơn có thể thích nghi và tiến hóa nhanh hơn để sống ở những vùng khí hậu nóng lên nhanh chóng. Do diện tích bề mặt so với tỷ lệ cơ thể lớn hơn, "các loài bò sát thân nhỏ có thể trao đổi nhiệt tốt hơn với môi trường xung quanh".
“Các loài bò sát nhỏ hơn về cơ bản bị chọn lọc tự nhiên buộc phải giữ nguyên trạng thái như cũ, trong khi cũng trong khoảng thời gian đó, các loài bò sát lớn bị chọn lọc tự nhiên buộc phải thay đổi ngay lập tức để không bị tuyệt chủng'”, Simões nói.
Simões cho biết hiện tượng này, được gọi là hiệu ứng Lilliput, không phải là một đề xuất mới, đồng thời cho biết thêm rằng nó đã được hình thành rất tốt trong các sinh vật biển. “Nhưng đây là lần đầu tiên nó được định lượng ở động vật có xương sống trong giai đoạn quan trọng này trong lịch sử Trái Đất”.
Nghiên cứu chi tiết của Simões và các đồng nghiệp đã tinh chỉnh cây tiến hóa phức tạp cho các loài bò sát và tổ tiên của chúng. Nhưng, hiện tại, vẫn chưa rõ cái nào đóng vai trò lớn hơn trong quá trình tiến hóa của loài bò sát từ lâu - tất cả những hốc sinh thái mở sau cuộc tuyệt chủng hàng loạt cuối kỷ Permi, hay những biến động khí hậu ấn tượng bên ngoài sự kiện tuyệt chủng.
Simões nói: “Chúng tôi không thể nói cái nào quan trọng hơn cái nào. Nếu không có một trong hai, quá trình tiến hóa trong kỷ Trias và sự gia tăng của loài bò sát lên vị trí thống trị toàn cầu trong các hệ sinh thái trên cạn sẽ hoàn toàn khác”.
Kỷ Permi là thời kỳ cuối cùng của Đại Cổ sinh, bắt đầu cách đây 295 triệu năm và kết thúc cách đây 250 triệu năm. Trong suốt kỷ Permi, diện tích đất liền của Trái Đất ngày càng mở rộng, các mảng lục địa liên kết với nhau và diện tích đại dương giảm xuống. Vào thời điểm đó, động thực vật trên Trái Đất phát triển rất phong phú, động vật không xương sống, cá dưới đại dương, động vật lưỡng cư trên cạn phát triển mạnh, những loài bò sát cũng bắt đầu xuất hiện và tiến hóa thành nhiều nhóm khác nhau.
Thảm họa xảy ra vào cuối kỷ Permi, và sự xuất hiện của đại lục địa liên kết đã làm thay đổi hoàn lưu khí quyển, hình thành khí hậu khô hạn bên trong lục địa, và nhiệt độ thậm chí còn vượt quá 40 độ C. Việc mở rộng đất đai đã làm cho mực nước biển tiếp tục giảm xuống, và vùng biển nông màu mỡ ban đầu cuối cùng cũng trở thành đất liền.
Nhiệt độ tăng cao đã khiến đại dương thiếu oxy, vi khuẩn trong nước biển không phụ thuộc vào oxy tiếp tục sinh sôi, đồng thời thải ra một lượng lớn Hydro sulfide, một loại khí độc, chính nó đã đầu độc các sinh vật biển và trên cạn, phá hủy tầng ôzôn và làm trầm trọng thêm hiệu ứng nhà kính.
Đồng thời, các vụ phun trào núi lửa quy mô lớn và các tác động của thiên thạch cũng làm trầm trọng thêm sự suy thoái của môi trường, dẫn đến một vụ tuyệt chủng hàng loạt. Theo thống kê, vào cuối kỷ Permi, khoảng 95% số loài đã tuyệt chủng, bao gồm 70% động vật có xương sống trên cạn và 96% sinh vật biển.
