Khoa học - công nghệ

Phát hiện mới về nguồn gốc tiến hóa của vây và các chi

06/10/2022

Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã phát hiện hóa thạch cho thấy tình trạng nguyên thủy của vây cặp trước khi chúng tách thành vây ngực và vây bụng, được cho là tiền thân của các chi ở động vật có xương sống trên cạn.

Đứng đầu nhóm nghiên cứu này là Giáo sư Chu Mẫn thuộc Viện Cổ sinh vật có xương sống và Cổ nhân chủng học, Bắc Kinh; và Giáo sư Philip Donoghue từ Trường Khoa học Trái đất thuộc Đại học Bristol.

Cho đến nay, những hóa thạch còn sót lại của cá giáp mũ đều chỉ có phần đầu, đây là loài cá nước ngọt không hàm, từng được cho là không có vây cặp (vây cặp gồm vây ngực và vây bụng, được cho là tương ứng với chân trước và chân sau của động vật bậc cao). Thế nhưng, những hóa thạch mới được khai quật từ những tảng đá có niên đại khoảng 436 triệu năm ở tỉnh Hồ Nam và Trùng Khánh, lại chứa toàn bộ cơ thể của chúng. Các hóa thạch này được đặt tên là Tujiaaspis, theo tên của người Tujia (Thổ Gia) bản địa.

“Giải phẫu của loài cá giáp mũ vẫn là một bí ẩn kể từ khi chúng được phát hiện lần đầu cách đây hơn nửa thế kỷ. Hàng chục nghìn hóa thạch đã được phát hiện ở Trung Quốc và Việt Nam, nhưng hầu hết đều chỉ còn phần đầu – chúng ta chẳng biết gì về phần cơ thể còn lại của chúng – cho tới giờ,” Cái Chí Côn, cựu sinh viên Đại học Bristol, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Những hóa thạch mới này thực ngoạn mục, đây là lần đầu tiên chúng ta có được toàn bộ cơ thể của chúng. Nhờ đó chúng ta biết những con cá này có vây cặp kéo dài liên tục, suốt từ phía sau đầu cho tới gần chót đuôi. Đây là một bất ngờ lớn vì loài cá giáp mũ được cho là hoàn toàn không có vây cặp.”

Tác giả liên hệ, Giáo sư Donoghue, cho biết, cá Tujiaaspis thổi luồng sinh khí mới vào một giả thuyết cũ từ cả thế kỷ nay về sự tiến hóa của các vây cặp. Đó là giả thuyết ‘nếp gấp vây’, cho rằng các chi của động vật có xương sống trên cạn tiến hóa từ vây cặp của cá, có sự giống nhau về cấu trúc/tương đồng về xương ở vây bụng và vây ngực của cá so với chi trước và chi sau của động vật có tứ chi. Nếp gấp vây là nếp gấp dọc theo cơ thể của phôi cá, từ đó phát triển các vây lưng, vây đuôi và vây hậu môn

“Giả thuyết này rất phổ biến, nhưng nó vẫn thiếu bằng chứng hỗ trợ cho tới bây giờ. Phát hiện ra cá Tujiaaspis làm sống lại giả thuyết này và đối chiếu nó với dữ liệu hiện đại về các kiểm soát di truyền trong sự phát triển phôi của vây ở động vật có xương sống đang tồn tại”.

Tác giả liên hệ Chu Mẫn thuộc VPP, Bắc Kinh, cho biết thêm, “Cá Tujiaaspis cho thấy điều kiện nguyên thủy của vây cặp khi lần đầu tiến hóa.” Ông cho biết, các nhóm sau đó, chẳng hạn như cá giáp không hàm, cho thấy bằng chứng đầu tiên về sự xuất hiện các vây ngực cơ, trong khi các vây bụng dài bị giảm kích thước thành vây cơ ngắn ở động vật xương sống có hàm, chẳng hạn như trong các nhóm như cá da phiến và cá mập. “Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy dấu tích của các nếp gấp vây trong phôi của cá có hàm, ta có thể thao tác thực nghiệm để tái tạo chúng. Câu hỏi quan trọng là vì sao vây lại phát triển ban đầu theo cách này?”

Tiến sĩ Humberto Ferron thuộc Đại học Bristol đã sử dụng các phương pháp kỹ thuật tính toán để mô phỏng hành vi của các mô hình cá Tujiaaspis có và không có vây cặp. Đồng tác giả nghiên cứu này cho biết, “Vây cặp của cá Tujiaaspis hoạt động như cánh ngầm, tạo ra lực nâng thụ động cho cá mà không cần lực cơ bắp nào từ chính vây. Các vây bên của cá Tujiaaspis cho phép nó bơi hiệu quả hơn.”

Đồng tác giả, Tiến sĩ Joseph Keating thuộc Đại học Bristol, đã mô hình hóa sự tiến hóa của vây cặp. Ông cho biết, “Hóa thạch động vật xương sống không hàm thể hiện các loại vây nhiều tới chóng mặt, điều này đã làm dấy lên cuộc tranh luận rộng rãi về sự tiến hóa của các vây cặp. Các phân tích mới của chúng tôi cho thấy tổ tiên của động vật xương sống có hàm nhiều khả năng sở hữu các nếp gấp vây cặp, chúng tách ra thành các vùng ngực và bụng. Cuối cùng, những chiếc vây nguyên thủy này đã phát triển thành hệ thống cơ bắp và hỗ trợ bộ xương, điều này cho phép tổ tiên loài cá điều hướng bơi tốt hơn và thêm lực đẩy. Thật kinh ngạc khi nghĩ rằng những đổi mới tiến hóa mà ta thấy ở cá Tujiaaspis đã làm nền tảng cho sự vận động của các loài động vật đa dạng như chim, cá voi, dơi và con người.”

Nguồn:

Phương Anh/ Báo Khoa học & Phát triển