Kinh ngạc với mô phỏng hình dáng tổ tiên loài người 1,6 tỉ năm trước

Theo ước tính, hơn 1,6 tỉ năm trước, sự sống đã có trên Trái đất nhưng thực vật, động vật, thậm chí là nấm chưa xuất hiện.

Các sinh vật thời kỳ đó tồn tại như thế nào?

Mô phỏng quần thể sinh vật protostero

Dấu vết của các phân tử được tìm thấy trong đá cổ đại đang tiết lộ một hệ sinh thái hoang dã của sự sống sơ khai đã săn mồi và phát triển mạnh trong các đại dương trên trái đất trong suốt gần một tỉ năm.

Toàn bộ dấu vết sinh học được tìm thấy trong đá có niên đại 1,64 tỉ năm trước là do một loạt các sinh vật chưa từng được biết đến trước đây để lại. Đó là sinh vật đã thống trị sinh vật trên Trái đất, trong một thế giới ít oxy ở thời kỳ trước khi thực vật, động vật và nấm xuất hiện.

Những sinh vật này không giống bất cứ thứ gì còn tồn tại ngày nay. Các nhà hóa học cổ sinh Jochen Brocks và Benjamin Nettersheim cùng các cộng sự ở Đại học Quốc gia Úc đã phát hiện ra và đặt tên chung cho chúng là quần thể sinh vật protosterol.

Chúng có thể là loài săn mồi sớm nhất trên địa cầu, ăn các vi khuẩn có nhiều trong đại dương vào thời điểm đó. Và chúng dường như cũng là tổ tiên của tất cả sinh vật nhân chuẩn trên Trái đất, bao gồm tất cả các loài thực vật, động vật và nấm đang có mặt trên hành tinh này, trong đó có cả loài người.

Nettersheim hiện làm việc tại Đại học Bremen (Đức) cho biết: “Phần còn lại của phân tử của hệ sinh vật protosterol được phát hiện trong những tảng đá 1,6 tỉ năm tuổi dường như là dấu vết lâu đời nhất của tổ tiên chúng ta – sinh vật sống trước cả tổ tiên chung gần nhất của các sinh vật nhân chuẩn hiện đại (1,2 tỉ năm trước)”.

Đồng thời, Nettersheim nhận định: “Những sinh vật cổ đại này có rất nhiều trong các hệ sinh thái biển trên khắp Trái đất và có lẽ chúng đã thống trị các hệ sinh thái trong phần lớn lịch sử Trái đất”.

Sinh vật nhân chuẩn – những sinh vật có tế bào chứa nhân có màng, ngày nay chiếm ưu thế hoàn toàn trên Trái đất, các nhà khoa học nghĩ rằng nó phải xuất hiện từ hơn một tỉ năm trước.

Các nhà cổ sinh vật học đã tìm kiếm những sinh vật nhân chuẩn sơ khai này trong một thời gian dài, nhưng việc xác định các sinh vật cổ đại là một thách thức lớn. Vì đã hơn một tỉ năm trôi qua nên bất kỳ dấu vết nào mà chúng có thể để lại đều có khả năng mai một và khó chẩn đoán một cách chắc chắn.

Phát hiện này được thực hiện khi phân tích đá trầm tích từ khắp thế giới, trong đó lâu đời nhất là từ Hệ tầng Barney Creek ở Úc, có niên đại 1,64 tỉ năm trước.

Họ đang đặc biệt tìm kiếm steroid, một dấu vết sinh học của sinh vật nhân chuẩn sơ khai được nhà hóa sinh đoạt giải Nobel Konrad Bloch phát hiện lần đầu tiên vào năm 1994. Steroid là chìa khóa tìm kiếm vì gần như tất cả các sinh vật nhân chuẩn đều có thể tổng hợp steroid, chẳng hạn như cholesterol ở loài người.

Brocks giải thích: “Chúng tôi đã sử dụng kết hợp các kỹ thuật để lần đầu tiên chuyển đổi các steroid hiện đại khác nhau thành chất tương đương đã hóa thạch của chúng. Nếu không, chúng tôi thậm chí chẳng biết phải tìm gì”.

Ông nói thêm: “Các nhà khoa học đã bỏ qua những phân tử steroid này trong nhiều thập niên vì chúng không phù hợp với mục tiêu tìm kiếm phân tử steroid điển hình. Khi chúng tôi định vị lại mục tiêu của mình, chúng tôi phát hiện ra rằng hàng chục loại đá khác nhau được lấy từ trầm tích hàng tỉ năm tuổi trên khắp thế giới, đã tiết lộ các phân tử steroid nguyên thủy hóa thạch”.

Khám phá cho thấy rằng những dấu vết sinh học của sinh vật nhân chuẩn này đã ẩn náu trong suốt thời gian dài, mặc dù những sinh vật tạo ra chúng trông như thế nào vẫn chưa được biết, vì hóa thạch của chính những sinh vật đó vẫn chưa được tìm thấy.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng các sinh vật protosterol lớn hơn và cấu tạo phức tạp hơn vi khuẩn, thậm chí chúng coi vi khuẩn là con mồi trong chuỗi thức ăn thời đó. Brocks nhận xét: “Chúng tôi tin rằng chúng có thể là những loài săn mồi đầu tiên trên Trái đất, săn tìm và ăn thịt vi khuẩn”.

Thật thú vị, dấu vết do những sinh vật này để lại đã ngừng xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch khoảng 800 triệu năm trước. Sau thời điểm này, tảo và nấm bắt đầu xuất hiện, đó là những loài động vật đầu tiên được cho đã xuất hiện khoảng 700 hoặc 600 triệu năm trước.

Sự suy giảm của quần thể sinh vật protosterol và sự xuất hiện của các sinh vật khác được gọi là Biến đổi Tonian. Đó là một trong những thay đổi sâu sắc nhất mà hệ sinh thái Trái đất đã trải qua, cho phép sinh vật nhân chuẩn hiện đại phát triển.

Việc phát hiện ra sterol nguyên thủy trong một nhóm sinh vật cổ xưa, lại rất giống với sterol mà cơ thể chúng ta sản xuất ngày nay có ý nghĩa quan trọng. Điều đó cho phép chúng ta truy ngược lịch sử nhân loại về thời kỳ xa xưa hơn bao giờ hết.

Nhà hóa học cổ sinh Christian Hallmann thuộc Trung tâm Nghiên cứu khoa học địa chất Đức nói: “Điểm nổi bật của phát hiện này không chỉ là sự mở rộng hồ sơ phân tử steroid hiện tại của sinh vật nhân chuẩn. Nếu cho rằng tổ tiên chung gần nhất của tất cả các sinh vật nhân chuẩn hiện đại, gồm cả con người chúng ta, có khả năng tạo ra các sterol hiện đại, thì rất có thể các sinh vật nhân chuẩn đều chỉ là phần thân trên cây tiến hóa sinh học”. Ông Hallmann ám chỉ rằng quần thể sinh vật protosterol chính là tổ tiên của chúng ta từ 1,6 tỉ năm trước.