Bí ẩn cuộc bùng nổ tiến hóa làm thay đổi lịch sử sự sống

Trong hàng triệu năm thuộc kỷ Cambri, nhiều nhóm động vật với cấu trúc cơ thể phức tạp xuất hiện, đặt nền móng cho sự đa dạng sinh giới ngày nay.

Sự kiện này được gọi là bùng nổ Cambri (Cambrian Explosion), diễn ra chủ yếu trong khoảng 541–520 triệu năm trước, thuộc kỷ Cambri. Trong một khoảng thời gian tương đối ngắn theo thang đo địa chất, nhiều nhóm động vật với cấu trúc cơ thể phức tạp lần đầu xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch. Đây được xem là giai đoạn định hình phần lớn những kiểu cơ thể động vật chủ yếu tồn tại đến ngày nay.

Trước thời kỳ này, sự sống chủ yếu là các sinh vật đơn giản hoặc động vật có cấu trúc cơ thể chưa quá phức tạp. Nhưng bước vào kỷ Cambri, đại dương bắt đầu xuất hiện những sinh vật có mắt, chân khớp, bộ phận miệng chuyên hóa và hệ thống vận động đa dạng. Nhiều loài phát triển lớp vỏ cứng bằng canxi hoặc kitin, giúp cơ thể được bảo vệ tốt hơn và để lại dấu tích hóa thạch rõ ràng.

Một trong những sinh vật nổi tiếng nhất thời kỳ này là Anomalocaris, động vật săn mồi khổng lồ dài khoảng một mét, sở hữu đôi mắt kép lớn, hai phần phụ phía trước giống cánh tay và miệng hình vòng. Bên cạnh đó còn có Opabinia với năm con mắt, vòi dài kỳ lạ; Hallucigenia có hàng gai nhọn trên lưng và những chiếc chân nhỏ; cùng Wiwaxia phủ đầy các phiến vảy và gai bảo vệ. Đại dương Cambri thực sự giống một thế giới xa lạ.

Tái hiện hệ sinh thái đại dương kỷ Cambri với những sinh vật kỳ dị như Anomalocaris, bọ ba thùy và các động vật chân khớp cổ đại. Ảnh: nhm.ac.uk

Điều gì đã kích hoạt sự bùng nổ tiến hóa này vẫn là chủ đề tranh luận. Một giả thuyết cho rằng lượng oxy hòa tan trong đại dương tăng lên, tạo điều kiện cho động vật phát triển cơ thể lớn và hệ thống vận động phức tạp. Sự thay đổi hóa học của nước biển, đặc biệt là nguồn cung canxi và phốt pho, cũng có thể thúc đẩy sự hình thành bộ xương ngoài và lớp vỏ cứng. Bên cạnh đó, sự xuất hiện của những động vật săn mồi khiến các loài khác phải phát triển khả năng phòng vệ, di chuyển và cảm nhận môi trường tốt hơn.

Một địa điểm hóa thạch nổi tiếng giúp hé lộ thế giới này là Burgess Shale ở Canada. Được phát hiện năm 1909, khu vực này bảo tồn đặc biệt tốt cả những bộ phận mềm của sinh vật, vốn rất hiếm khi hóa thạch. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể nghiên cứu những sinh vật kỳ lạ mà nếu chỉ dựa vào hóa thạch vỏ cứng, chúng có thể đã biến mất hoàn toàn khỏi lịch sử tiến hóa.

Thực tế, sự bùng nổ Cambri không diễn ra chỉ trong vài ngày hay vài thế hệ, mà kéo dài hàng triệu năm. Những nghiên cứu mới cũng cho thấy nguồn gốc của một số nhóm động vật phức tạp có thể đã xuất hiện từ cuối kỷ Ediacara, trước khi Cambri bắt đầu. Dù vậy, đây vẫn là một trong những chương quan trọng nhất lịch sử sự sống, đặt nền móng cho sự đa dạng của thế giới động vật ngày nay.

Loài hoa khổng lồ có hình dáng như vương miện từng xuất hiện từ hàng trăm triệu năm trước.

Những sinh vật Trái Đất sống sót kỳ diệu ngoài không gian

Chân không và bức xạ vũ trụ không thể dễ dàng tiêu diệt một số sinh vật siêu nhỏ, nhờ những cơ chế bảo vệ và phục hồi đặc biệt.

Không gian vũ trụ được xem là một trong những môi trường khắc nghiệt nhất đối với sự sống. Chân không, bức xạ tia cực tím, tia vũ trụ và những biến động nhiệt độ cực đoan có thể phá hủy tế bào của hầu hết sinh vật trên Trái Đất. Tuy nhiên, các thí nghiệm của NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã phát hiện một số vi sinh vật có khả năng chịu đựng những điều kiện tưởng chừng không thể tồn tại này.

Một trong những ví dụ nổi bật là vi khuẩn Deinococcus radiodurans, thường được mệnh danh là vi khuẩn chịu bức xạ. Loài này có khả năng sửa chữa những tổn thương nghiêm trọng trong DNA, thậm chí sau khi bộ gene bị phân mảnh bởi bức xạ mạnh. Một số thí nghiệm cũng cho thấy các tế bào vi khuẩn tập hợp thành lớp dày có thể bảo vệ lẫn nhau, giúp chúng tồn tại trong môi trường không gian lâu hơn so với tế bào đơn lẻ. Nghiên cứu công bố năm 2020 ghi nhận các mẫu vi khuẩn thuộc nhóm Deinococcus có thể sống sót sau ba năm tiếp xúc với môi trường bên ngoài Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Hai loài sinh vật kỳ lạ ẩn mình trong hang động ở Phong Nha – Kẻ Bàng

Bọ cạp Thiên Đường và ốc nón Sơn Đoòng phản ánh sự đa dạng sinh học ở môi trường có những điều kiện rất khác nhau trong cùng một hệ thống núi đá vôi.

Nhắc đến Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng, nhiều người thường nghĩ đến những hang động kỳ vĩ, các dòng sông ngầm, hố sụt và những khối thạch nhũ hàng triệu năm tuổi. Tuy nhiên, bên cạnh cảnh quan ngoạn mục, hệ thống núi đá vôi nơi đây còn là môi trường sống của nhiều sinh vật ít được biết đến, trong đó có những loài chỉ mới được khoa học mô tả trong vài thập niên gần đây.

Hai đại diện tiêu biểu trong số đó là bọ cạp Thiên Đường (Vietbocap thienduongensis), được phát hiện trong động Thiên Đường và ốc nón Sơn Đoòng (Calybium plicatus), được tìm thấy tại Hố sụt 1 bên trong hang Sơn Đoòng. Trong hai loài động vật này, một loài thích nghi với môi trường hang động sâu, thiếu ánh sáng, loài còn lại được ghi nhận ở khu vực hố sụt có ánh sáng tự nhiên chiếu xuống, nơi điều kiện sống khác biệt với vùng tối bên trong hang.

Bí mật sinh học giúp ếch gỗ đóng băng rồi hồi sinh

Ếch gỗ, gấu nước và trùng bánh xe có thể sống sót sau thời gian đóng băng nhờ cơ chế sinh học đặc biệt, mở ra hướng nghiên cứu mới cho y học.

Trong tự nhiên, khả năng này không phải phép màu mà là kết quả của những cơ chế sinh học đặc biệt. Một số loài động vật có thể chịu được việc nước trong cơ thể kết tinh thành băng, trong khi những loài khác rơi vào trạng thái gần như ngừng mọi hoạt động sống để vượt qua điều kiện khắc nghiệt.

Khi nhiệt độ tăng hoặc môi trường thuận lợi trở lại, chúng có thể phục hồi. Tuy nhiên, không phải mọi loài chịu lạnh đều thực sự đóng băng và khả năng sống sót còn phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian cũng như đặc điểm của từng loài.