Cổ sinh học hiện đại đã tái dựng được nhiều thế giới đã biến mất: từ đại dương đầy sinh vật kỳ dị thời Cambri đến những khu rừng dương xỉ khổng lồ và kỷ nguyên thống trị của khủng long. Công nghệ quét 3D, phân tích hóa học và mô hình máy tính tiếp tục giúp các nhà khoa học đọc được những dấu vết mà trước đây mắt thường không thể nhận ra. Tuy nhiên, hồ sơ hóa thạch chỉ lưu giữ một phần không hoàn chỉnh của lịch sử sự sống, khiến nhiều câu hỏi lớn vẫn còn bỏ ngỏ.

Một trong những bí ẩn căn bản nhất là sự sống đầu tiên xuất hiện như thế nào. Các hóa thạch và dấu hiệu địa hóa cho thấy sự sống đã tồn tại từ rất sớm trong lịch sử Trái Đất, nhưng quá trình vật chất không sống hình thành hệ thống có khả năng trao đổi chất, sinh sản và tiến hóa vẫn chưa được tái dựng đầy đủ. Những dạng sống đầu tiên có thể rất đơn giản, thậm chí không để lại hóa thạch dễ nhận diện. Vì thế, các nhà khoa học vẫn tìm kiếm bằng chứng để xác định môi trường, hóa học và những bước chuyển tiếp đã mở đường cho sự sống.

Hóa thạch sinh vật biển cổ đại giúp các nhà khoa học nghiên cứu những giai đoạn đầu của lịch sử động vật. Ảnh: rom.on.ca

Một câu hỏi lớn khác là vì sao sự sống đa dạng hóa mạnh mẽ trong kỷ Cambri, khoảng 541 triệu năm trước. Trong khoảng thời gian địa chất tương đối ngắn, nhiều nhóm động vật với cơ thể phức tạp xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch. Giới khoa học đã đề xuất nhiều yếu tố, từ sự gia tăng oxy trong đại dương đến thay đổi sinh thái và sự phát triển của những cơ chế di truyền mới. Tuy nhiên, cách các yếu tố này kết hợp với nhau để tạo nên bước ngoặt tiến hóa vẫn chưa được hiểu trọn vẹn.

Ngay cả những sinh vật nổi tiếng như khủng long cũng còn nhiều bí ẩn. Các nhà nghiên cứu tiếp tục tranh luận về màu sắc của nhiều loài, tập tính xã hội, cách chúng chăm sóc con non và mức độ khác biệt giữa các cá thể đực, cái hoặc ở những giai đoạn phát triển khác nhau. Hồ sơ hóa thạch thường thiên lệch về xương và răng; da, cơ quan nội tạng cùng hành vi hiếm khi được bảo tồn. Bởi vậy, một bộ xương gần hoàn chỉnh vẫn chưa đủ để tái dựng chính xác toàn bộ cuộc sống của sinh vật đã tuyệt chủng.

Bộ xương khủng long được phục dựng từ hóa thạch là nguồn tư liệu quan trọng, nhưng không thể tự nó tiết lộ mọi khía cạnh đời sống của loài vật. Ảnh: nature.com

Một thách thức khác là điều gì thực sự gây ra những cuộc tuyệt chủng hàng loạt. Với sự kiện cuối kỷ Phấn Trắng cách đây khoảng 66 triệu năm, bằng chứng về tiểu hành tinh va chạm đã giúp giải thích sự biến mất của khủng long không thuộc nhóm chim cùng nhiều sinh vật khác. Nhưng để hiểu vì sao một số nhóm sống sót trong khi những nhóm khác biến mất, các nhà khoa học vẫn phải nghiên cứu tác động kết hợp của khí hậu, chuỗi thức ăn, địa lý và đặc điểm sinh học của từng loài. Những cuộc tuyệt chủng khác trong lịch sử Trái Đất còn phức tạp hơn, với nhiều nguyên nhân có thể đan xen.

Cuối cùng, hồ sơ hóa thạch còn thiếu bao nhiêu mắt xích quan trọng? Phần lớn sinh vật từng tồn tại không hóa thạch hóa thuận lợi; nhiều dấu tích đã bị xói mòn, biến chất hoặc nằm sâu dưới lòng đất. Vì vậy, sự vắng mặt của hóa thạch không nhất thiết chứng minh một loài chưa từng tồn tại tại một nơi hay thời điểm nhất định. Một nghiên cứu tổng hợp công bố năm 2025 đã tập hợp 89 câu hỏi lớn của ngành cổ sinh học, từ chất lượng hồ sơ hóa thạch đến động lực đa dạng sinh học và tác động của biến đổi khí hậu. Điều đó cho thấy cổ sinh học không chỉ tìm kiếm những sinh vật đã mất, mà còn tìm cách hiểu các quy luật chi phối sự sống trên hành tinh.