Suốt nhiều thập kỷ, giới khoa học luôn cho rằng nhóm cynodont - những sinh vật dạng bò sát sống vào kỷ Permi và Tam Điệp vốn là tổ tiên trực tiếp của động vật có vú hiện đại - chủ yếu duy trì hình thức đẻ trứng.
Quan niệm này xuất phát từ việc đẻ trứng rất phổ biến ở bò sát cũng như ở bộ thú huyệt cổ xưa còn tồn tại như thú mỏ vịt hay thú nhím.
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí khoa học Frontiers in Mammal Science đã đưa ra bằng chứng hóa thạch đầu tiên bác bỏ giả thuyết trên, làm thay đổi sâu sắc hiểu biết của con người về lịch sử tiến hóa sinh sản.
Lời giải từ lát cắt xương chân
Phát hiện quan trọng này khởi đầu một cách tình cờ trong một giờ học cao học tại Đại học Buenos Aires ở Argentina.
Khi nghiên cứu cấu trúc vi mô từ lát cắt mỏng xương chân của một mẫu vật Chiniquodon theotonicus trưởng thành, được khai quật tại Vườn quốc gia Talampaya ở tây bắc Argentina từ năm 2011, nghiên cứu sinh María Miceli Baro cùng nhà cổ sinh vật học Leandro Gaetano thuộc Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật Quốc gia Argentina (CONICET) nhận thấy một đường viền tăng trưởng bất thường nằm bên trong mô xương.
Phân tích chuyên sâu cho thấy đường viền này chính là vết tăng trưởng sơ sinh, một dấu hiệu sinh học đặc trưng xuất hiện trong xương hoặc răng của động vật. Vết tăng trưởng này được hình thành do sự tăng tốc độ trao đổi chất và phát triển đột ngột của cơ thể ngay sau khi sinh, giúp phân định rõ ràng giữa mô xương tiền sinh sản và hậu sinh sản.
Viền tăng trưởng bất thường (được khoanh vuông) nằm bên trong mô xương chân của mẫu hóa thạch Chiniquodon theotonicus. Ảnh: Gaetano và các cộng sự
Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học ghi nhận được dấu vết của mô phôi và vết tăng trưởng sơ sinh trên một hóa thạch thuộc nhóm cynodont. Dựa vào vết tăng trưởng sơ sinh và kích thước bề mặt ngoài của xương chân, nhóm nghiên cứu đã tái dựng lại khối lượng cơ thể của cá thể này ở hai giai đoạn quan trọng.
Kết quả tính toán cho thấy con vật nặng khoảng 1,7 kg khi mới chào đời và đạt trọng lượng gần 12 kg khi trưởng thành. Như vậy, khối lượng lúc mới sinh của Chiniquodon theotonicus chiếm khoảng 14% khối lượng cơ thể khi trưởng thành.
Để xác định hình thức sinh sản, các nhà khoa học đã so sánh tỷ lệ khối lượng này với dữ liệu từ hàng nghìn loài động vật đang sống. Kết quả cho thấy các loài bò sát đẻ trứng hiện đại như rùa, rắn hay cá sấu chỉ sinh con ra có khối lượng bằng 0,1% đến 0,6% cơ thể mẹ.
Ở các loài chim lớn như sếu hay bồ nông, tỷ lệ này dao động từ 1,3% đến 4,5%. Trái lại, các loài động vật có vú có nhau thai thường sinh ra con sơ sinh có kích thước rất lớn, chiếm tới gần 19% khối lượng cơ thể khi trưởng thành, điển hình như loài linh dương duiker ở Châu Phi.
Việc Chiniquodon theotonicus sở hữu tỷ lệ khối lượng sơ sinh tương đương động vật có vú có nhau thai cho thấy nhiều khả năng loài này đã mang thai và sinh con trực tiếp thay vì đẻ trứng.
Phần hộp sọ của mẫu hóa thạch Chiniquodon theotonicus được đem nghiên cứu. Ảnh: Gaetano và các cộng sự
"Vũ khí sinh tồn" tạo nên bước ngoặt tiến hóa
Theo nhà nghiên cứu Adriana Mancuso từ CONICET, Chiniquodon theotonicus sống ở kỷ Tam Điệp, thời kỳ hệ sinh thái Trái Đất đang hồi phục sau trận đại tuyệt chủng cuối kỷ Permi.
"Điều này đồng nghĩa với sự cạnh tranh nguồn sống gay gắt và áp lực săn mồi lớn", bà Mancuso giải thích. "Kết hợp với xu hướng khô hạn và tính mùa mạnh mẽ, phôi thai của các loài đẻ con sẽ được bảo vệ tốt hơn so với phôi thai của các loài đẻ trứng".
Phát hiện này cũng ăn khớp với các nghiên cứu trước đó về sự xuất hiện sớm của những đặc điểm mang tính bước ngoặt ở tổ tiên động vật có vú như tuyến sữa, lông mao, não bộ phát triển và bộ răng phân hóa giúp nhai thức ăn hiệu quả.
Các nhà khoa học cũng nhận định hình thức đẻ con có thể đã tiến hóa đồng thời với những đặc điểm sinh học này, đẩy mốc thời gian xuất hiện khả năng đẻ con ở dòng họ động vật có vú lùi lại từ 90 đến 95 triệu năm so với các giả thuyết trước đây.
Đánh giá về nghiên cứu, Giáo sư Mike Benton từ Đại học Bristol (Anh) cho rằng kết quả phân tích rất có tính thuyết phục và giải thích được lý do vì sao hóa thạch trứng của nhóm này lại cực kỳ hiếm hoi trong kỷ Permi và Tam Điệp.
Dù vậy, một số chuyên gia như các nhà cổ sinh vật học Oliver Griffith thuộc Đại học Macquarie (Australia) hay Eva Hoffman từ Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Mỹ lưu ý rằng, đây vẫn là bằng chứng gián tiếp và cần thêm các mẫu hóa thạch mang thai trực tiếp để khẳng định.
Ngoài ra, những hóa thạch của các họ hàng xa hơn như Lystrosaurus hay Kayentatherium cho thấy đẻ trứng vẫn là hình thức sinh sản phổ biến ở nhiều nhóm sinh vật cùng thời.
Tranh minh họa loài Chiniquodon theotonicus sống ở kỷ Tam Điệp. Nguồn: María de los Ángeles Miceli Baro.
Dù còn những góc nhìn khác nhau, nghiên cứu của nhóm tác giả Argentina đã mở ra hướng đi hoàn toàn mới trong việc giải mã lịch sử tiến hóa.
Bằng cách khai thác những vết tích vi mô tưởng chừng như vô hình trong xương hóa thạch, các nhà khoa học đã chứng minh rằng chiến lược sinh sản đặc trưng của động vật có vú ngày nay có thể đã bắt đầu định hình từ hàng trăm triệu năm trước, rất lâu trước khi những loài động vật có vú thực sự đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất.