Lộ diện loài ‘voi 4 ngà’ nhờ phát hiện hóa thạch ở nghĩa địa voi

Ngoài cặp ngà ở hàm trên phổ biến ở động vật có vòi, một số loài gomphotheres còn có bộ ngà thứ hai gắn vào hàm dưới.

Qua quá trình chọn lọc tự nhiên, cặp ngà dưới tạo thành những hình dáng ngày càng khó tin.

Mô phỏng voi 4 ngà trên máy tính

Khoảng năm triệu rưỡi năm trước, một số con gomphotheres (họ hàng của voi và hiện đã tuyệt chủng) trong hàng thế kỷ đã chọn kết thúc cuộc đời của chúng ở hoặc gần một con sông cổ ở Bắc Florida.

Ngày nay, dòng sông không còn tồn tại, nhưng các hóa thạch còn sót lại cung cấp một bức ảnh chụp nhanh về sự sống ở Florida nguyên thủy cho các nhà cổ sinh vật học. Đầu năm ngoái, các nhà nghiên cứu và tình nguyện viên đã bắt đầu khai quật những con gomphotheres này tại Khu vực hóa thạch Montbrook với tin tưởng sẽ có những khám phá đột phá.

Jonathan Bloch, người phụ trách cổ sinh vật có xương sống tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Florida cho biết: “Đây là phát hiện chỉ có một lần trong đời. Đó là bộ xương gomphothere hoàn chỉnh nhất trong khoảng thời gian này ở Florida và là một trong những bộ xương tốt nhất ở Bắc Mỹ”.

Bloch và nhóm của ông đã phát hiện ra các phần của bộ xương gomphothere vào đầu mùa xuân năm 2022. Trước đây, các bộ xương gomphothere riêng lẻ đã được tìm thấy tại Montbrook. Nhưng vài ngày sau, một tình nguyện viên đào bới gần đó đã phát hiện ra phần chân có khớp nối của một thứ gì đó rất lớn.

Dean Warner, một giáo viên hóa học đã nghỉ hưu và là tình nguyện viên ở Montbrook, cho biết: “Tôi bắt đầu phát hiện ra từng mảnh xương ngón chân và xương mắt cá chân. Khi tôi tiếp tục đào, thứ hóa ra là xương trụ và mọi thứ bắt đầu lộ ra. Tất cả chúng tôi đều biết rằng một cái gì đó rất đặc biệt đã được tìm thấy”.

Trong vòng vài ngày, họ thu thập được không chỉ có một mà là nhiều bộ xương hoàn chỉnh, bao gồm một con trưởng thành và ít nhất bảy con chưa thành niên. Nhóm nghiên cứu sẽ cần phải khai quật toàn bộ các mẫu vật trước khi có thể xác định chính xác kích thước của chúng, nhưng Bloch ước tính con trưởng thành cao 2,5 mét tính đến vai.

Theo Rachel Narducci, người quản lý bộ sưu tập cổ sinh vật có xương sống tại Bảo tàng Florida cho biết: “Những con voi hiện đại di chuyển theo đàn và có thể rất bảo vệ con non của chúng, nhưng tôi không nghĩ đến tình huống mà tất cả các con gomphothere (ở khu khai quật) đều chết cùng một lúc. Có vẻ như các thành viên của một hoặc nhiều đàn bị mắc kẹt vào những thời điểm khác nhau”.

Kể từ đó, cát mịn và đất sét nén của khu vực này đã tạo ra một lớp hóa thạch sâu tới 3 mét. Các lớp hóa thạch nằm trong đất liền cách Vịnh Mexico 50 km, nhưng khu vực này vào cuối thế Miocene gần biển hơn nhiều, trong thời gian đó nhiệt độ và mực nước biển cao hơn hiện tại đã giúp chôn vùi xương.

Kết quả là, hóa thạch của lạc đà, tê giác và lạc đà không bướu được chôn vùi bên cạnh cả cá nước ngọt và nước mặn, rùa, cá sấu Mỹ và tôm đào hang. Và bởi vì lớp đá vôi mà con sông cổ đại cắt ngang qua đã được hình thành khi Florida còn là một thềm biển nông, nên đôi khi người ta cũng tìm thấy hóa thạch của các loài sinh vật biển cổ xưa hơn nhiều, chẳng hạn như cá mập.

Trong 7 năm qua, các nhà cổ sinh vật học làm việc tại Montbrook đã phát hiện ra hóa thạch nai xưa nhất ở Bắc Mỹ, hộp sọ xưa nhất của một con hổ răng kiếm và một loài diệc mới đã tuyệt chủng. Những di chỉ hóa thạch từ thời đó, như chó nghiền xương và gấu mặt ngắn, cũng xuất hiện rải rác.

Bất chấp sự đa dạng của các loại hóa thạch tại Montbrook, hầu hết các loài động vật này đã bị chôn vùi sau khi bị nước cuốn trôi và phần còn lại của chúng hiếm khi được tìm thấy nguyên vẹn. Việc phát hiện ra một con gomphotheres hoàn chỉnh là điều hoàn toàn bất ngờ.

Narducci nói: “Chúng tôi chưa bao giờ thấy bất cứ điều gì như thế này ở Montbrook. Thông thường, chúng tôi chỉ tìm thấy một phần của bộ xương tại địa điểm này. Những con gomphotheres chắc hẳn đã bị chôn vùi nhanh chóng, hoặc chúng có thể đã bị cuốn vào khúc quanh của dòng sông nơi dòng chảy bị hãm tốc”.

Voi và họ hàng đã tuyệt chủng của chúng được gọi chung là động vật có vòi. Trước khi con người xuất hiện, chúng xuất hiện phổ biến ở hầu hết các lục địa lớn và gomphotheres là một trong những loài đa dạng nhất. Không giống như các đồng loại voi ma mút lông xoăn nổi tiếng vốn xuất hiện và biến mất ngay trước và sau kỷ băng hà Pleistocen, gomphotheres có một hồ sơ hóa thạch dài đặc biệt với hơn 20 triệu năm.

Chúng ban đầu tiến hóa ở châu Phi vào đầu thế Miocen, khoảng 23 triệu năm trước, sau đó chúng phân tán sang châu Âu và châu Á. Vào 16 triệu năm trước, chúng đã đến Bắc Mỹ qua dải đất liền Bering. Đến khi eo đất Panama nhô lên trên mặt biển 2,7 triệu năm trước, những con gomphotheres đã băng qua Nam Mỹ. Trên đường đi, gomphotheres đã phát triển một số tính năng độc đáo cho phép chúng thích nghi trong môi trường mới.

Narducci nói: “Tất cả chúng ta đều biết voi răng mấu và voi ma mút lông xù trông như thế nào, nhưng gomphotheres gần như không dễ phân loại. Chúng có nhiều kích cỡ cơ thể và hình dạng ngà của chúng cũng rất khác nhau giữa các loài”.

Ngoài cặp ngà ở hàm trên phổ biến ở động vật có vòi, một số loài gomphotheres còn có bộ ngà thứ hai gắn vào hàm dưới. Qua quá trình chọn lọc tự nhiên, cặp ngà dưới tạo thành những hình dáng ngày càng khó tin. Nhiều loài có ngà dưới nhỏ mọc nhô ra như theo song song với đầu xương hàm. Những chiếc ngà của gomphotheres dẹt và dính vào nhau, giống như một cặp răng hoẵng khổng lồ mà chúng dùng để cạo vỏ cây.

Các nhà cổ sinh vật học thường sử dụng những chiếc ngà này như một đặc điểm chẩn đoán. Những con gomphotheres từ Montbrook có một dải men xoắn ốc chạy dọc theo chiều dài của mỗi chiếc ngà. Vào thời điểm đó, chỉ có một nhóm gomphotheres có kiểu dải độc đáo này tồn tại. Điều này cho phép Bloch và Narducci thu hẹp danh tính của các hóa thạch Montbrook thành một loài trong chi Rhyncotherium, từng phân bố khắp Bắc và Trung Mỹ.

Bloch cho biết: “Một địa điểm hóa thạch ở miền nam California là nơi duy nhất khác ở Mỹ đã tạo ra một mẫu lớn Rhynchotherium chưa trưởng thành và trưởng thành. Chúng tôi đã học được rất nhiều về giải phẫu và sinh học của nhóm này mà trước đây chúng tôi chưa biết, gồm cả những sự thật mới về hình dạng của hộp sọ và ngà”.

Gomphotheres phát triển mạnh ở các trảng cỏ, từng phổ biến ở Châu Phi, Âu Á và Châu Mỹ. Nhưng khi khí hậu toàn cầu bắt đầu thay đổi từ khoảng 14 triệu năm trước đã dẫn đến sự xuất hiện của những đồng cỏ rộng lớn, dần dần thay thế các trảng cỏ. Điều đó khiến sự đa dạng của các loài gomphothere suy giảm dần. Một số loài đã có thể chuyển đổi thành công từ chế độ ăn cây cối sang chế độ ăn chủ yếu là cỏ, nhưng sau đó gomphotheres lại bị giáng một đòn khác vào cuối thế Miocen, khi một nhóm động vật có vòi mới bước vào giai đoạn này.

Voi ma mút và voi có nguồn gốc từ Châu Phi trước khi đi về phía bắc vào Âu Á, theo bước chân của những con gomphotheres đã đi trước và thay thế chúng trong quá trình cạnh tranh không gian sinh tồn này. Vào thời điểm con người đến châu Mỹ, chỉ còn lại một số loài gomphothere ngay trước thời điểm chúng tuyệt chủng. Đối mặt với sự thay đổi khí hậu nhanh chóng và nạn săn bắn quá mức từ con người, những con gomphothere cuối cùng đã biến mất vào cuối kỷ băng hà, cùng với phần lớn các loài động vật có vú lớn khác.

Phát hiện ở Montbrook mang lại sức sống mới cho nghiên cứu Rhyncotherium nói riêng và gomphotheres nói chung. Đồng thời, mang đến cho các nhà khoa học cơ hội tìm hiểu thêm về hệ động vật lôi cuốn từng sinh sống ở Bắc Mỹ.

Bloch nói: “Điều tuyệt vời nhất là được chia sẻ quá trình khám phá này với rất nhiều tình nguyện viên từ khắp bang Florida. Mục tiêu của chúng tôi là lắp ráp bộ xương khổng lồ này và trưng bày nó cùng với voi ma mút và voi răng mấu mang tính biểu tượng đã có tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Florida”.