Hé lộ bằng chứng lâu đời nhất thế giới về động vật

Nguồn gốc của sự sống, vài tỷ năm trước rất khiêm tốn. Các sinh vật đơn bào loay hoay trong chất lỏng, qua hàng tỷ năm phát triển thành thực vật đa bào và cuối cùng là động vật.

Nhưng khi nào và làm thế nào những sự bùng nổ tiến hóa này xảy ra rất khó giải đáp. Vật liệu hữu cơ không nhất thiết phải bảo quản tốt và không phải lúc nào chúng ta cũng xác định đúng.

Nghiên cứu mới đưa chúng ta đến gần sự thật hơn một chút. Hóa thạch từ 635 triệu năm trước được xác định là nguồn gốc động vật thực sự có thể được tạo ra bởi một sinh vật rất khác đó là tảo.

“Đó là bằng chứng lâu đời nhất về động vật gần 100 triệu năm gần hơn với ngày nay. Chúng tôi đã có thể chứng minh một số phân tử từ tảo thông thường có thể bị thay đổi bởi các quá trình địa chất dẫn đến các phân tử không thể phân biệt được với các phân tử được tạo ra bởi động vật giống bọt biển”, nhà cổ sinh vật học Lennart van Maldegem thuộc Đại học Quốc gia Australia ở Australia cho biết.

Theo các nghiên cứu về đồng hồ phân tử – một kỹ thuật sử dụng tỷ lệ đột biến của các phân tử sinh học để tạo ra sự khác biệt về di truyền – sự sống của động vật xuất hiện tương đối muộn trong dòng thời gian tiến hóa. Bằng chứng sớm nhất của chúng ta về sự sống là từ khoảng 3,4 đến 3,5 tỷ năm trước. Đó là những ghi chép cổ đại về các sinh vật đơn bào.

Thực vật xuất hiện muộn hơn một chút, khoảng 1,6 tỷ năm trước. Phải mất tới hàng tỷ năm nữa để động vật xuất hiện, từ khoảng 900 đến 635 triệu năm trước. Nhưng hồ sơ hóa thạch dường như hoàn toàn không có bằng chứng về động vật trong khung thời gian đó.

Cho đến năm 2009, khi các nhà khoa học tiết lộ rằng họ đã tìm thấy một lượng lớn 24-isopropylcholestanes, đây là phân tử lipid, hoặc sterol, một dạng biến đổi của cholesterol, trong đá Neoproterozoic, có niên đại hơn 635 triệu năm trước.

Những chất này được cho là bắt nguồn hầu như chỉ trong các hạt demosponges tạo ra một loại lipid có 30 nguyên tử carbon và các chuỗi bên bất thường, được gọi là C30 sterol. Các sản phẩm hóa thạch của những sterol này là C30 steranes, giống như 24-isopropylcholestane.

Trong hai bài báo mới trên tạp chí Nature Ecology & Evolution, các nhóm nghiên cứu cho thấy rằng chúng ta không thể giải thích một cách thuyết phục các steranes C30 là nguồn gốc động vật, điều này sẽ giải quyết gọn gàng một bí ẩn khác xung quanh cách giải thích đó.

“Mười năm trước, các nhà khoa học đã phát hiện ra hóa thạch phân tử của một loại steroid động vật trong đá từng nằm dưới đáy biển cổ đại ở Trung Đông. Câu hỏi lớn đặt ra là làm thế nào mà những con bọt biển này lại nhiều đến vậy, bao phủ phần lớn đáy biển trên khắp thế giới, nhưng không để lại hóa thạch cơ thể?”, nhà địa chất học Jochen Brocks thuộc Đại học Quốc gia Australia cho biết.

Demosponges tạo ra các sterol khác, không có dấu hiệu nào được tìm thấy trong cùng một mẫu hóa thạch. Và steranes C30 đã được tìm thấy phổ biến trong hồ sơ hóa thạch, bao gồm cả những nơi không có ôxy ( môi trường thiếu khí).

Các sinh vật nhân chuẩn chiếm ưu thế vào thời điểm đó là tảo chlorophyte, tạo ra nhiều sterol C29, vì vậy đó là nơi hai nhóm bắt đầu tìm kiếm. Nhóm nghiên cứu đã phân tích cẩn thận các hóa thạch để nghiên cứu các dấu ấn sinh học trong đó và nhận thấy chúng trông rất giống với steranes được tạo ra thông qua các quá trình từ tính.

Vì vậy, họ đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, trong đó họ cho các sterol hiện đại vào các quá trình biến đổi địa chất để bắt chước quá trình giảm béo. Những thí nghiệm này tạo ra cả hai loại steranes.

Nhóm thứ hai, do nhà cổ sinh vật học Ilya Bobrovskiy của Caltech dẫn đầu, đã nghiên cứu về sterol chiết xuất từ tảo hiện đại. Chúng cũng khiến các sterol này chịu tác động của các quá trình thay đổi địa chất. Họ phát hiện ra rằng sự giảm béo có thể dẫn đến quá trình methyl hóa sterol C29 của tảo, cuối cùng tạo ra steranes C30.

Điều đó không có nghĩa là không có bọt biển. Tuy nhiên, theo bằng chứng do cả hai nhóm đưa ra, sự hiện diện của steranes C30 trong mẫu hóa thạch không còn có thể được coi là dấu hiệu chẩn đoán bọt biển.

“Mặc dù bọt biển thực sự là sinh vật sống duy nhất có thể tạo ra các steroid này, nhưng các quá trình hóa học có thể bắt chước sinh học và biến đổi các sterol phổ biến và phong phú của tảo thành sterol động vật. Những phân tử này có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm khi mô phỏng thời gian và nhiệt độ địa chất, nhưng chúng tôi cũng cho thấy những quá trình như vậy đã xảy ra trong các loại đá cổ đại”, Bobrovskiy cho biết.