Hóa thạch phân tử hé lộ: Động vật đầu tiên trên Trái Đất có thể là tổ tiên bọt biển
Những dấu vết phân tử hiếm hoi ẩn sâu trong các tảng đá cổ đại đã cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng một số loài động vật đầu tiên trên Trái Đất có thể là những sinh vật biển với hình dạng tương tự bọt biển ngày nay. Phát hiện này mở ra cánh cửa mới trong việc truy tìm nguồn gốc của sự sống đa bào.
Bằng chứng hóa học từ đá cổ thay đổi hiểu biết về lịch sử sự sống
Trong một nghiên cứu công bố trên Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (PNAS), nhóm khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã tìm thấy bằng chứng hóa học mạnh mẽ cho thấy động vật đầu tiên trên Trái Đất có thể là tổ tiên của bọt biển hiện đại. Thay vì tìm kiếm hóa thạch xương hay vỏ cứng, nhóm nghiên cứu tập trung vào "hóa thạch hóa học" - những phân tử hữu cơ bền vững còn sót lại trong đá cổ đại.
Cụ thể, các nhà khoa học đã phân tích sterane, một dạng biến đổi ổn định của sterol - phân tử cấu thành màng tế bào của sinh vật nhân thực, bao gồm cả động vật và thực vật. Các mẫu đá được lấy từ Oman, Ấn Độ và Siberia, có niên đại hơn 541 triệu năm, thuộc kỷ Ediacara (635-541 triệu năm trước).
Trước đó, vào năm 2009, cùng nhóm nghiên cứu từng phát hiện sterane C30 - loại có 30 nguyên tử carbon - được cho là đặc trưng của một số loài bọt biển (demosponges). Tuy nhiên, phát hiện này đã gây tranh cãi vì một số ý kiến cho rằng hợp chất có thể hình thành do quá trình địa hóa tự nhiên.
Ba dòng bằng chứng độc lập củng cố giả thuyết bọt biển
Trong nghiên cứu mới, nhóm phát hiện thêm một phân tử hiếm hơn là sterane C31. Theo nhà nghiên cứu Lubna Shawar, gene giúp bọt biển tạo ra sterol C30 cũng có khả năng tạo sterol C31. Sự xuất hiện đồng thời của hai hợp chất C30 và C31 với hàm lượng đáng kể trong đá tiền Cambri đã củng cố mạnh mẽ giả thuyết nguồn gốc sinh học của chúng.
Để kiểm chứng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh đa chiều. Thứ nhất, họ phân tích bọt biển hiện đại và xác nhận một số loài thực sự sản xuất sterol C31 - tiền chất của sterane C31 tìm thấy trong đá cổ. Thứ hai, các nhà khoa học tổng hợp tám loại sterol C31 trong phòng thí nghiệm, sau đó mô phỏng quá trình chôn vùi và biến đổi địa chất kéo dài hàng triệu năm.
Kết quả cho thấy chỉ hai trong số tám hợp chất biến đổi thành dạng trùng khớp với sterane cổ đại. Điều này làm giảm đáng kể khả năng các phân tử trong đá được tạo ra ngẫu nhiên bởi phản ứng vô cơ. Thứ ba, nhóm áp dụng các quy trình kiểm soát nghiêm ngặt để loại trừ nguy cơ nhiễm bẩn hiện đại, một vấn đề thường gây tranh cãi trong nghiên cứu hóa thạch phân tử.
Ý nghĩa sâu sắc đối với lịch sử tiến hóa của động vật
Theo giáo sư Roger Summons từ MIT, sự trùng khớp giữa dữ liệu địa chất, sinh học hiện đại và thí nghiệm phòng thí nghiệm tạo nên "ba dòng bằng chứng độc lập nhưng đồng thuận", chỉ ra rằng các sterane có nguồn gốc từ sinh vật sống, nhiều khả năng là tổ tiên của bọt biển.
Các chuyên gia nhận định, nếu kết luận này được tiếp tục củng cố, mốc xuất hiện của động vật có thể được đẩy lùi sâu hơn trước thời điểm "bùng nổ Cambri", cũng là giai đoạn sự sống đa bào phát triển mạnh khoảng 541 triệu năm trước. Vì bọt biển là sinh vật mềm, không có bộ xương cứng nên chúng hiếm khi để lại hóa thạch hình thái, khiến hóa thạch hóa học trở thành manh mối quan trọng để truy tìm nguồn gốc động vật.
Nhóm nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục khảo sát các tầng đá cổ hơn ở nhiều khu vực khác trên thế giới. Những phân tử nhỏ bé bị khóa trong đá hàng trăm triệu năm có thể vẫn đang lưu giữ câu trả lời cho một trong những câu hỏi lớn nhất của sinh học: động vật đầu tiên trên Trái Đất đã xuất hiện từ khi nào và như thế nào.
