Phát hiện hóa thạch 324 triệu năm hé lộ giai đoạn chuyển tiếp của côn trùng với 24 chân

Một mẫu hóa thạch được thu thập từ thập niên 1980 vừa được tái đánh giá và đặt lại vị trí trên cây phát sinh loài, thay đổi cách chúng ta nhìn nhận quá trình tiến hóa đưa sinh vật biển lên cạn. Vật mẫu này tiết lộ cấu trúc cơ thể không giống bất kỳ loài côn trùng hiện đại nào: tổng cộng 24 chi, tổ hợp chân dành cho bơi lội và đi lại trên đất liền, cùng dấu hiệu cho thấy đó là cá thể cái trưởng thành.

Hành trình từ nhãn dán sai đến khám phá mới

Vật mẫu ban đầu được thu thập vào năm 1985 tại khu vực gần trang trại Rough Creek, thuộc quận Brewster, Texas. Do nằm trong cùng tầng đá với hóa thạch của Tesnusocaris goldichi, mẫu này từng bị xếp nhầm vào nhóm giáp xác có nhiều đốt. Sai lệch phân loại đó khiến mẫu vật gần như bị bỏ quên gần bốn thập kỷ.

Bước ngoặt xảy ra khi nhà nghiên cứu Erik Tihelka tại Đại học Cambridge phát hiện một minh họa của vật mẫu trong một cuốn sách giáo khoa bằng tiếng Nga. Tò mò trước những chi tiết bất thường, ông đã tiếp cận mẫu gốc để quan sát kỹ hơn dưới kính hiển vi sử dụng ánh sáng phân cực chéo. Kỹ thuật này làm hiện rõ các chi tiết mờ trên phiến đá, giúp nhóm nghiên cứu nhìn lại cấu trúc giải phẫu của sinh vật.

Những đặc điểm giải phẫu làm nên khác biệt

Theo công bố trên tạp chí Nature, sinh vật được đặt tên khoa học là Chosha praecursor có chiều dài khoảng 3,2 cm (gần 5 cm nếu tính cả sợi đuôi). Cơ thể gồm ba phần ngực, 11 phân đoạn bụng, một cặp râu dài, sợi đuôi trung tâm và một cơ quan đặt trứng—yếu tố cho thấy đây là cá thể cái đã trưởng thành.

Điểm độc đáo ở mẫu là cấu trúc chân: phần ngực sở hữu sáu chân tương tự côn trùng hiện đại, trong khi phần bụng mang tổng cộng 18 chân, nâng tổng số chi lên 24. Trong đó, chín phân đoạn bụng mang các cặp chân có khớp nối.

Chân bụng dạng mái chèo và ý nghĩa chức năng

Các chân ở bụng có hình dạng dẹt, mang rãnh giống những cấu trúc dạng mang ở một số loài phù du ngày nay. Kiểu hình này gợi ý chức năng hỗn hợp: có thể giúp thở, bơi hoặc đẩy thân qua lớp bùn ở vùng nước nông. Ngược lại, chân ngực dường như được chuyên hóa cho việc di chuyển trên nền đất rắn; cơ quan đặt trứng phù hợp với hành vi giấu trứng vào kẽ đá hoặc vật che chắn.

Vị trí tiến hóa và khoảng trống 80 triệu năm

Nhóm nghiên cứu phân tích 58 đặc điểm giải phẫu và so sánh với 22 nhóm chân khớp khác. Kết quả cho thấy Chosha praecursor đứng ngay ngoài nhóm côn trùng hiện đại, nghĩa là nó đại diện cho một nhánh tiền thân quan trọng trong tiến trình chuyển đổi hình thái.

Sự tái phân loại này còn làm sáng tỏ ba hóa thạch trước đó, trong đó có Leverhulmia mariae từ Scotland. Tập hợp các phát hiện mới lấp đầy phần nào khoảng trống kéo dài khoảng 80 triệu năm — giai đoạn thiếu dữ liệu nối giữa các hình thái sáu chân sớm ở kỷ Devon và làn sóng bùng nổ đa dạng của côn trùng ở kỷ Than đá.

Những gì mẫu vật này cho phép khẳng định — và những điều chưa thể nói

Mẫu Chosha cung cấp thông tin hình thái phong phú về cách cơ thể tổ chức chi và chuyên hóa chức năng. Từ đó có thể suy ra mô hình tiến hóa theo chiều hướng chuyển tiếp lưỡng cư: sinh vật từng sống trong môi trường nơi nước và cạn giao thoa—đầm lầy, đồng bằng sông, hoặc bãi bồi ven biển—và dần thích nghi cả hai dạng sinh cảnh.

Tuy nhiên, điểm giới hạn của vật liệu gốc là nó không bảo tồn hệ thống lỗ thở (tracheal), nên không thể xác nhận trực tiếp khả năng hô hấp trên không. Các kết luận về lối sống nửa nước nửa cạn dựa trên cấu trúc giải phẫu và so sánh chức năng, chứ không phải bằng chứng trực tiếp của đường hô hấp.

Ý nghĩa rộng lớn đối với nghiên cứu tiến hóa

Khám phá này làm giảm độ đứt gãy dữ liệu giữa các mốc hóa thạch và đưa ra bằng chứng về sự tiến hóa từng bước của côn trùng từ môi trường nước sang môi trường cạn. Việc tồn tại các chi bụng dạng mái chèo cùng chân ngực chuyên hóa cho thấy mô hình tiến hóa hỗn hợp hơn so với giả thuyết tiến hóa nhảy vọt thẳng từ biển sâu lên đất liền.

Nhà sinh vật cổ đại William Shear nhận định phát hiện mở ra hướng tiếp cận mới cho các nghiên cứu lịch sử tự nhiên: nó cho phép nghiên cứu về giai đoạn khi đặc trưng sáu chân chưa trở thành quy ước cố định trong nhóm côn trùng.

Điều các nhà khoa học sẽ làm tiếp theo

Từ một mẫu vật từng bị xếp sai, công việc tiếp theo tập trung vào hai hướng chính: tái kiểm tra các hóa thạch bị phân loại chưa rõ ràng trong các bộ sưu tập, và áp dụng các phương pháp hình học số học, mô tả vi cấu trúc để so sánh chi tiết hơn. Những phân tích bổ sung này có thể củng cố hoặc điều chỉnh vị trí phát sinh chủng loại của Chosha và các mẫu liên quan.

Câu hỏi thường gặp

Chosha praecursor là loài côn trùng hay một nhóm liên quan khác?

Dữ liệu giải phẫu cho thấy Chosha nằm ngay ngoài nhánh côn trùng hiện đại; nó được xem là một dạng tiến hóa sớm liên quan chặt chẽ đến tổ tiên của côn trùng, chứ không phải là một loài thuộc nhóm côn trùng hiện nay.

Tại sao phát hiện này quan trọng với hiểu biết tiến hóa?

Bởi vì mẫu hóa thạch này giúp nối các phần bị thiếu trong hồ sơ hóa thạch, đặc biệt là khoảng thời gian khoảng 80 triệu năm giữa các chứng cứ sớm và sự bùng nổ đa dạng sau này của côn trùng. Điều này làm rõ cơ chế thích nghi từng bước từ môi trường nước lên đất liền.

Có thể khẳng định Chosha hô hấp bằng phổi hay ống khí không?

Không. Vật liệu hiện tại không bảo tồn các cấu trúc lỗ thở, do đó không thể xác nhận trực tiếp cơ chế hô hấp. Mọi giả thuyết về khả năng thở trên không dựa vào bằng chứng gián tiếp từ hình thái chi và so sánh với các loài tương tự.

Kết luận

Việc hồi sinh giá trị một mẫu vật bị xếp nhầm cho thấy tầm quan trọng của việc bảo tồn và xem xét lại các bộ sưu tập cổ sinh vật học. Chosha praecursor không chỉ là một phát hiện cá biệt về hình thái đáng chú ý, mà còn là manh mối giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hành trình tiến hóa từ nước lên cạn của dòng dõi côn trùng. Những bước nghiên cứu tiếp theo hứa hẹn làm sáng tỏ thêm bức tranh tiến hóa trong hàng trăm triệu năm trước.