- Tham gia
- 25/11/2012
- Bài viết
- 351
(kenhsinhvien.vn) Trong 25 năm qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu cặn kẽ hơn về những động vật cổ đại này so với 250 năm trước, từ màu da và màu lông đến cách sinh sống và tiến hoá.
Vào một buổi chiều se lạnh tháng Giêng, Susannah Maidment đứng trên bờ hồ ở London, chăm chú nhìn xuống đàn khủng long.
Maidment, giám tuyển tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Anh, đã cùng tôi tham quan Công viên Cung điện Pha Lê, nơi trưng bày khủng long đến công chúng lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1854. Các tác phẩm điêu khắc đã gây tiếng vang lớn ngay từ lúc ra mắt và làm bùng lên cơn sốt về khủng long đến tận ngày nay. Trước khi Steven Spielberg khiến cả thế giới kinh ngạc với bộ phim Công viên kỷ Jura cách đây hơn một thế kỷ, những con khủng long của Cung điện Pha Lê đã thu hút hai triệu du khách mỗi năm trong 3 thập kỷ liên tiếp, và Charles Dickens có nhắc tên một con trong cuốn tiểu thuyết Bleak House của mình.
Nhằm giúp chúng tôi có cái nhìn chi tiết hơn về công trình 166 năm tuổi này, Ellinor Michel và Sarah Jayne Slaughter, hai uỷ viên của tổ chức phi lợi nhuận Hội bạn hữu Khủng long Cung điện Pha Lê, dẫn chúng tôi qua cánh cổng kim loại, rồi mang ủng lội nước đi đến bờ hồ. Ngay bước đầu tiên tôi đã hụt chân và ngã xuống nước, phải lồm cồm leo lên bờ hòn đảo, sũng nước và bốc mùi sình. “Chào mừng đến với Đảo Khủng Long!” Slaughter tuyên bố, cười toe toét.
Khoảng 166 triệu năm trước tại khu vực hiện nay là hạt Oxfordshire, Anh, mặt đất rung chuyển cùng tiếng bước chân của loài khủng long đầu tiên được khoa học mô tả, Megalosaurus. Khi con vật này được điêu khắc cho Công viên Cung điện Pha Lê ở London những năm 1850 (ảnh trên), nghệ nhân đã kham thảo gợi ý từ cá sấu hiện đại. Các nhà khoa học giờ đây biết được loài khủng long này đi bằng hai chân (ảnh dưới).
Ẩn mình giữa dương xỉ và những luống rêu xốp, những tượng điêu khắc màu lục nhạt trông thật đồ sộ, thậm chí là uy nghiêm. Hai con Iguanodon của công viên, là loài ăn cỏ kỷ Phấn Trắng, giống hệt cự đà khổng lồ với những cục bướu trên mõm, mà ngày nay các nhà khoa học biết được đó là gai trên ngón cái của chúng. Quả là bộ sưu tập lỗi thời và giống đạo cụ của những phim hạng B. Nhưng Maidment lại nhìn chúng từ bản chất: tri thức khoa học tân tiến vào thời điểm đó, dựa trên so sánh giữa động vật còn sống và những hoá thạch ít ỏi mà các nhà nghiên cứu có được.
Các nhà khoa học vẫn sử dụng kỹ thuật này để tái tạo những con vật khổng lồ ấy, lấp đầy phần mềm còn trống trong các hoá thạch đã bị bào mòn theo năm tháng. Xương không lưu giữ bằng chứng về gò má trên những khuôn mặt cổ đại, Maidment cho biết khi chúng tôi dừng chân giữa hai bức tượng, “nhưng chúng tôi phục dựng chúng như thế vì nó phù hợp: Động vật ngày nay cũng có gò má.” Nghệ nhân điêu khắc của công viên cũng sử dụng cùng một quy trình, cô nói. “Họ hoàn toàn có lý khi phục dựng chúng như vầy từ những gì họ biết.”
Con Mantellisaurus này, khai quật năm 1914 và trưng bày ở Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Anh, được đặt tên là Iguanodon trước khi các nhà khoa học công nhận nó thuộc một chi riêng vào năm 2007. Bộ xương có niên đại khoảng 125 triệu năm trước này là một trong những hoá thạch khủng long hoàn chỉnh nhất được tìm thấy ở Anh.
Ngoài tổ chức trưng bày, các bảo tàng cũng bảo quản và nghiên cứu nhiều hoá thạch. Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Anh lưu giữ những mảnh xương được coi là duy nhất của Adratiklit, loài khủng long mái cổ nhất từng khám phá. Năm 2019, một nhóm do giám tuyển Susannah Maidment dẫn đầu đã tuyên bố Adratiklit thuộc một chi mới, một phần dựa trên xương cánh tay cô đang cầm ở đây.
Susannah Maidment kiểm tra chiếc sọ duy nhất của loài Proceratosaurus bradleyi, từng sống ở khu vực ngày nay là hạt Gloucestershire, Anh, khoảng 166 triệu năm trước. Loài vật này là một trong những thành viên đầu tiên của nhóm đã phát sinh ra khủng long bạo chúa.
Susannah Maidment cầm chiếc sọ của một con Lesothosaurus diagnosticus, một trong những loài khủng long hông chim được biết đến sớm nhất. Hoá thạch này có nguồn gốc từ hệ tầng Thượng Elliot ở châu Phi, hình thành cách đây hơn 190 triệu năm.
Gần 2 thế kỷ sau, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều hơn về khủng long so với những gì thợ xây của Công viên Cung điện Pha Lê từng ao ước. Giờ đây, hiểu biết của chúng đang trải qua một cuộc cách mạng khác – cuộc cách mạng được trợ giúp bởi vô số hoá thạch mới và các kỹ thuật nghiên cứu tiên tiến. Thành quả khoa học thu được đang buộc ta phải xem xét lại những hình ảnh phổ biến của các loài động vật thời cổ đại này.
Nhiều năm qua, các nhà khoa học đã khám phá trung bình khoảng 50 loài khủng long mới mỗi năm, một tốc độ mà những thập kỷ trước không tưởng tượng nổi. Vườn thú được cập nhật từ những loài chim kích thước rất nhỏ có cánh dơi đến những loài ăn cỏ cổ dài từng là động vật trên cạn lớn nhất hành tinh. Máy quét y khoa, máy gia tốc hạt nhân và phân tích hoá học đang cho phép các nhà nghiên cứu gần như tách được đất đá ra khỏi xương và quan sát những đặc điểm ẩn giấu nhỏ nhất của hoá thạch. Từ màu sắc trứng khủng long, màu lông đến hình dáng bộ não, bách khoa toàn thư về khủng long của chúng ta hiện tại còn có những thông tin chi tiết vô tiền khoáng hậu về quá trình sinh sản, phát triển và sinh sống của khủng long.
Với những công cụ này trong tay, các nhà khoa học ngày nay không chỉ đổi mới quan niệm văn hoá đại chúng về khủng long; mà theo một khía cạnh khác, họ còn hồi sinh những sinh vật ấn tượng ấy. Nói về khám phá loài khủng long, nhà cổ sinh vật học Steve Brusatte của Đại học Edinburgh cho biết, “Tôi thực tình nghĩ thời hoàng kim đã tới rồi.”
Cũng dễ hiểu khi khủng long luôn có sức hấp dẫn. Trong 150 triệu năm, chúng thống trị các cảnh quan khắp Trái Đất thời cổ đại, sinh sống trên cả 7 lục địa ngày nay. Khủng long đã thành công vang dội suốt thời trị vì của mình, thích nghi thành nhiều hình dáng và kích cỡ.
Brusatte và những người khác ước tính rằng các nhà khoa học đã phân loại hơn 1100 loài khủng long tuyệt chủng, và đó chỉ là một phần nhỏ các loài từng tồn tại, vì quá trình hoá thạch chỉ xảy ra trong một số ít môi trường. Câu chuyện của khủng long vẫn còn đến hôm nay. Khi một tiểu hành tinh đâm sầm vào bán đảo Yucatán của Mexico 66 triệu năm trước và quét sạch ba phần tư sự sống trên Trái Đất, một nhóm khủng long đã sống sót: những sinh vật có lông vũ mà ngày nay chúng ta gọi là chim.
Khoa học phương tây chỉ chính thức nghiên cứu về khủng long từ những năm 1820, nhưng điều chúng ta nhận được lại tiết lộ rất nhiều về tác động của hành tinh luôn thay đổi này lên các loài động vật trên cạn.
Khi các lục địa trôi dạt tách nhau rồi hợp lại, cũng như khi nhiệt độ và mực nước biển tăng rồi giảm, khủng long vẫn tồn tại. Chúng ta có thể rút ra bài học gì từ phản ứng và sức sống mãnh liệt của chúng? Kể một câu chuyện hào hùng như vậy đòi hỏi một cuộc săn lùng xương khủng long trên toàn cầu, và từ Alaska đến Zimbabwe, các nhà cổ sinh vật học đang miệt mài hơn bao giờ hết.
Một trong những khu vực giàu hoá thạch nhất là Bắc Phi. Một người nhễ nhại mồ hôi trong cái nóng 105 độ F của Maroc, Sahara có thể khó lòng tưởng tượng nổi quang cảnh này đã từng đầy ắp những dòng sông sâu chứa được cả loài cá to bằng xe hơi. Nhưng Nizar Ibrahim của Hội Nhà thám hiểm Địa lý Quốc gia và đoàn cổ sinh vật học của mình đã trở lại khu vực này nhiều năm trước, săn đuổi một trong những loài khủng long kỳ lạ nhất từng được khám phá: thuỷ quái sông có tên gọi Spinosaurus aegyptiacus.
Tập trung trong phòng thí nghiệm tại Đại học Hassan II của Maroc, Nizar Ibrahim (đứng giữa) kiểm tra xương khủng long gai cùng với các nhà cổ sinh vật học Simone Maganuco (trái) và Cristiano Dal Sasso. “Với tôi, nghiên cứu hoá thạch động vật là một kiểu sáng tạo,” Dal Sasso nhận xét. “Bạn phải hồi sinh một con vật từ các mảnh vụn.”
Khi các khám phá mới về khủng long ngày càng nhiều, nhu cầu xem xét lại các mô hình của chúng cũng tăng theo. Ở Fossalta di Piave, Italy, nghệ nhân Guzun Ion của phòng điêu khác bảo tàng “Chế tác DI.MA. Dino” đổ khuôn chiếc đuôi mới để tái tạo kích thước thật của một con khủng long gai nhỡ dài 34 bộ.
Hoá thạch khủng long gai đầu tiên được phát hiện ở Ai Cập những năm 1910 nhưng đã bị phá huỷ trong một cuộc oanh tạc thời Thế Chiến II ở Đức. Tuy nhiên, những ghi chép thực địa, bản phác thảo, và hình ảnh còn lại của hoá thạch ban đầu, cùng với một số mảnh xương và răng riêng lẻ đã được tìm thấy sau đó vào thế kỷ 20, cho thấy sinh vật bí ẩn lưng cánh buồm này có một số kiểu sống dưới nước. Ví dụ, khủng long gai có răng hình nón thích nghi cao với việc bắt cá, nên các nhà cổ sinh vật học phỏng đoán rằng có thể nó đã rình mồi ở vùng nước cạn để bắt cá, như cách của loài diệc và gấu xám Mỹ. Nhờ đó Ibrahim và các đồng nghiệp đã gây tiếng vang lớn vào năm 2014 khi họ mô tả một phần bộ xương mới của khủng long gai tìm thấy ở Maroc, và dùng nó để chứng minh rằng khủng long gai dành phần lớn thời gian bơi lội và kiếm ăn dưới nước.
Để củng cố lời tuyên bố, nhóm của Ibrahim đã trở lại địa điểm khô cằn ấy năm 2018 với sự hỗ trợ của Hiệp hội Địa lý Quốc gia, hy vọng tìm thấy nhiều bộ phận hơn của khủng long gai. Công cuộc khai quật rất gian truân. Để dọn sạch hàng tấn đá, nhóm nghiên cứu đã mua chiếc búa khoan duy nhất trong khu vực, nhưng bị hỏng chỉ sau vài phút, buộc họ phải tìm đến người bán hàng lỗi nhờ sửa chữa. Một vài thành viên trong nhóm phải nhập viện vì kiệt sức khi về nhà. Nhưng được Nutella và lời hứa hẹn của cuộc khám phá tiếp thêm năng lượng, họ bắt đầu tìm thấy hết đốt sống này đến đốt sống khác từ đuôi của khủng long gai, đôi lúc chỉ cách nhau vài phút và vài inch. Những người khai quật quá háo hức với đống hoá thạch, họ đánh búa vào đá thành nhịp điệu và hát ngân nga.
Phần phụ được khai quật có hình dạng như mái chèo này dài khoảng 17 bộ, công bố đầu năm nay trên tạp chí Nature, là sự thích nghi thuỷ sinh tột bậc nhất từng được tìm thấy ở khủng long ăn thịt lớn. Đó là một phát hiện khó đạt được, giúp nới rộng thêm ngoại biên về quan điểm của các nhà nghiên cứu liên quan đến cách khủng long di chuyển trong môi trường của chúng. “Đây sẽ trở thành một biểu tượng, một hình tượng của cổ sinh vật học châu Phi,” Ibrahim kể với tôi.
Witmer và thành viên phòng thí nghiệm Donald Cerio (phía sau bên phải) và Lydia Giesige (phía sau bên trái) cùng với Heather Rockhold, giám đốc hình ảnh y khoa tại bệnh viện O’Bleness, Ohio đẩy xác một con cá sấu Xiêm đông lạnh vào máy quét CT. Witmer và Rockhold đã hợp tác với nhau từ năm 1999 để quét nhiều mẫu động vật cho nghiên cứu cấu tạo giải phẫu. Các nhà khoa học trước đây đã quét tê giác, hươu cao cổ, lợn biển, nai sừng tấm và hàng chục loài khủng long khác nhau.
Câu chuyện của khủng long gai, cùng với quang cảnh sa mạc và không khí lịch sử của nó, cảm giác như thể đều được lấy ra từ một kịch bản phim. Nhưng các nghiên cứu sau đó về chiếc đuôi hoá thạch đã cho thấy nghiên cứu về khủng long ngày nay có thể khác biệt thế nào.
Là một phần trong công việc của mình, Ibrahim đã chu du từ Casablanca đến Cambridge, Massachusetts, và phòng thí nghiệm của nhà sinh vật học George Lauder tại Đại học Harvard. Lauder thừa nhận mình không phải nhà cổ sinh vật học: Ông chuyên nghiên cứu cách thức di chuyển dưới nước của động vật thuỷ sinh, sử dụng camera và robot tốc độ cao để tìm ra cách bơi của chúng. Để kiểm tra khủng long gai, Lauder đặt một miếng cắt đuôi khủng long bằng nhựa màu cam, dài 8 inch vào một que kim loại gắn vào máy biến lực 5000 đô – một phần của cái “vỉ đập” robot treo lơ lửng trên trần.
“Giống thiết bị tra tấn thời trung cổ quá,” nhà cổ sinh vật học Stephanie Pierce, người đã thiết kế và chỉ đạo các thí nghiệm, châm biếm khi Lauder hạ robot vào máng.
Khi đã ngập trong nước, phần đuôi được gắn sẽ hoạt động, vỗ qua lại và gửi dữ liệu từ thiết bị đến những máy tính gần đó. Kết quả thí nghiệm của Pierce và Lauder cho thấy đuôi của khủng long gai có thể tạo ra lực đẩy về phía trước trong nước mạnh gấp 8 lần so với đuôi các loài khủng long họ hàng sống trên cạn. Dường như một con dài hơn khủng long bạo chúa đã bơi qua sông như cá sấu. “Điểm bắt đầu của chúng tôi là khi một nhà cổ sinh vật học về khủng long liên hệ với một nhà cổ sinh vật học khác, mà người đó lại có liên hệ với một nhà robot sinh học về cá,” Pierce nói. “Nếu muốn thực hiện nghiên cứu hiện đại và tiên tiến thì sẽ cần một nhóm gồm những người từ rất nhiều lĩnh vực kiến thức khác nhau.”
Lawrence Witmer chăm chú quan sát khuôn sọ khủng long bạo chúa trong phòng thí nghiệm tại Đại học Ohio của mình. Phần viền hộp sọ của T. rex khiến các nhà cổ sinh vật học kết luận rằng loài động vật này phụ thuộc rất nhiều vào khứu giác. Một nghiên cứu năm 2019 đã kết luận T. rex có thể sở hữu gen thụ cảm mùi nhiều gấp 1,5 lần con người, dựa trên kích thước tương đối của vùng não xử lý mùi hương.
Xác của con cá sấu Xiêm nằm trên bàn trong buồng kết đông ở phòng thí nghiệm của Witmer, bao quanh là các mẫu vật giải phẫu khác. Cá sấu Xiêm là loài rất nguy cấp; cá thể này chết vì nguyên nhân tự nhiên.
Những dãy lọ chứa cồn lưu giữ mẫu vật giải phẫu trong phòng thí nghiệm của Witmer, gồm có (từ trái sang) đầu của cá sấu Mỹ, cá sấu Phi và một con tắc kè hoa. Tất cả những con vật này đều chết vì nguyên nhân tự nhiên.
Ngày nay, những thí nghiệm trong phòng thí nghiệm liên ngành này định nghĩa các nghiên cứu về khủng long. Máy tính hiện đại cho phép các nhà khoa học xử lý những bộ dữ liệu khổng lồ về đặc điểm bộ xương và vẽ sơ đồ cây họ hàng khủng long. Kiểm tra kỹ lưỡng các lát cắt xương mỏng hơn tờ giấy tiết lộ cụ thể hơn thời kỳ và thời điểm khủng long phát triển cực thịnh. Bằng các mô hình dùng để dự báo biến đổi khí hậu, các nhà cổ sinh vật học gần như có thể ném một tiểu hành tinh vào Trái Đất như 66 triệu năm trước để xem mức độ thu hẹp môi trường sống của khủng long sau mùa đông tận diệt.
Rất hiếm công nghệ nào làm thay đổi sâu sắc quan điểm của chúng ta về khủng long như công nghệ quét CT y khoa, giờ đây là một chuẩn mực trong bộ công cụ nghiên cứu cổ sinh.
“Chúng tôi đã có thể đem tất cả những mẩu xương tuyệt chủng này vào máy tính và làm việc với chúng,” nhà cổ sinh vật học Lawrence Witmer của Đại học Ohio cho biết. “Chúng tôi có thể phục dựng những phần đã mất… kiểm tra va chạm, chạy mô phỏng và hiểu rõ hơn cách các loài này thật sự hoạt động.”
Công nghệ quét cũng loại bỏ sự đánh đổi trong quá khứ: liệu có nên hy sinh dấu vết mô mềm của hoá thạch để chỉ tìm xương hay không. Có nhiều câu chuyện về dấu da khủng long trong đất bị hỏng trong quá trình xử lý. Giờ đây, các nhà nghiên cứu gần như có thể tách xương từ đá. “Điều đó khiến bạn tự hỏi, chúng ta có bỏ lỡ hay làm hư hại bằng chứng nào chưa?” nhà cổ sinh vật học Mark Witton tại Đại học Portsmouth, Anh cho biết.
Trái: Phôi gà nhuộm màu phát huỳnh quanh xanh lam huyền ảo trong phòng thí nghiệm của nhà cổ sinh vật học Bhart-Anjan Bhullar ở Yale đang chờ được kiểm tra dưới kính hiển vi. Bằng cách theo dõi trật tự của các gen quy định kiểu hình cơ thể đang phát triển của động vật, Bhullar có thể quan sát chi tiết quá trình phát triển, nâng cao hiểu biết về khủng long và hậu duệ thời hiện đại của chúng.
Phải: Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Laurel Yohe của Tổ chức Khoa học Quốc gia Yale đang cầm phôi một con thằn lằn nhuộm lam tiết lộ cấu tạo bộ xương của nó. Yohe nghiên cứu não bộ đang phát triển và hệ giác quan của bò sát để tìm ra cách khủng long có thể cảm nhận thế giới.
Sự thận trọng thời hiện đại của lĩnh vực này đã mang lại vô số những khám phá. Witmer gần đây đã sử dụng ảnh quét CT để chứng minh các nhóm khủng long chính đã tiến hoá hệ điều hoà không khí trong sọ riêng biệt nhằm giữ não bộ không bị quá nhiệt. Khủng long giáp, như Euoplocephalus, dựa vào các hốc mũi đã tiến hoá thành dạng ống như ống hút xoắn để toả nhiệt khi thở, làm mát máu đi đến não. Trái lại, động vật săn mồi lớn như T. rex thoát nhiệt thừa bằng xoang miệng lớn. Giống những thợ rèn làm việc bên lò bễ, khủng long uốn cong hàm để đẩy không khí ra vào các khoang, khiến hơi ẩm bốc hơi và tản nhiệt, như mồ hôi vào ngày hè.
Quét CT cũng có thể giúp chúng ta nhận biết cách khủng long di chuyển và thay đổi khi phát triển. Sử dụng video tia X và hoạt hình máy tính ở cá sấu và chim, Ryan Carney của Đại học South Florida đã dựng mô hình 3D công bố năm 2019 cho thấy khủng long có lông vũ Archaeopteryx (chim cổ) có thể vỗ cánh bay theo cách tự cung năng lượng. Để hiểu quá trình phát triển của loài ăn cỏ Mussaurus ở Patagonia, nhà nghiên cứu người Argentina Alejandro Otero đã tập hợp các ảnh quét xương khủng long vào máy tính để mô phỏng tư thế của nó tại các độ tuổi khác nhau. Cũng giống trẻ sơ sinh loài người, Mussaurus mới nở đi bằng 4 chân và khi trưởng thành đi thẳng đứng hơn bằng hai chân sau.
Các nhà cổ sinh vật càng có thể xem xét từng mảnh xương mới kỹ càng hơn, họ càng có thể khám phá nhiều chi tiết đắc giá hơn về quá khứ, đồng nghĩa họ phải nghiêm túc mở rộng quy mô công cụ của mình.
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Ở góc tây bắc của Grenoble, Pháp, trên mũi đất tam giác nơi hai dòng sông hội tụ, một vành khuyên xám dài nửa dặm nhô lên khỏi sương khói. Như thể người ngoài hành tinh đã đáp xuống dãy Alps để trượt tuyết và thưởng thức nước xốt. Kiến trúc lạ thường này là Máy Phóng xạ Synchrotron của châu Âu (ESRF), những năm gần đây đã trở thành thánh địa của các nhà cổ sinh vật học nhờ vào nghiên cứu viên Paul Tafforeau.
ESRF là máy gia tốc hạt chuyên ném các electron bay với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Khi chùm electron chạy xoay vòng, nam châm dọc theo đường tròn sẽ bẻ cong dòng hạt. Sự gián đoạn khiến các hạt phát ra một số tia X cường độ cao nhất thế giới mà các nhà khoa học thường sử dụng để nghiên cứu vật liệu và dược phẩm mới. Tafforeau chuyên dùng tia X để quan sát bên trong hoá thạch, điều mà máy quét CT thông thường không thể thực hiện, ở độ phân giải những máy quét không thể đạt được.
Khi chúng tôi tham quan bộ phận bên trong bằng thép và bê tông của máy gia tốc, tôi hỏi Tafforeau về mức độ chính xác của máy. Ông chỉ tay đến một tủ trưng bày có các mô hình hoá thạch được in 3D ông đã chụp bằng tia X. Một trong số chúng là tổ đất hơn 250 triệu năm tuổi, được quét cẩn thận có độ phân giải chi tiết nhỏ như hồng cầu con người. Khi điều kiện thích hợp, ảnh quét của Tafforeau có thể hiển thị các đặc điểm nhỏ hơn một phần trăm chiều rộng đó. Quả là sức mạnh của chiếc kính lúp có kích thước bằng sân bóng đá.
Tuy nhiên, quyền năng lớn đi cùng trách nhiệm lớn. Để minh hoạ tầm quan trọng của an toàn cho học sinh mới, Tafforeau sử dụng một chùm tia chưa lọc để đốt cháy đồ vật và rang hạt cà phê. “Hầu hết các chùm tia chúng ta dùng để quét hoá thạch sẽ giết chết các em chỉ trong vài giây,” ông cảnh báo.
Có nguồn gốc từ Nam Mỹ, gà móng cung cấp nhiều manh mối về quá trình chi trước của khủng long tiến hoá thành cánh chim. Độc đáo nhất trong số các loài chim còn sống, gà móng con có vuốt giống khủng long trên cánh, dùng để leo lại lên cây sau khi nhảy xuống nước để trốn thoát kẻ săn mồi.
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Năng lực của ESRF đã mang lại nhiều kết quả tốt cho Dennis Voeten của Đại học Uppsala, Thuỵ Điển, người đã sử dụng máy gia tốc ấy để cắt xuyên qua các hoá thạch của chim nguyên thuỷ và phác hoạ chi tiết chính xác tiết diện xương. Do xương phải chịu được sức căng của việc bay, nên cấu trúc chức năng của chúng có thể nói lên phong cách bay của động vật. Dù cấu tạo giải phẫu của chim nguyên thuỷ không cho phép vỗ cánh hoàn toàn như chim, nhưng tiết diện xương cánh rất giống xương cánh của gà lôi ngày nay, có quãng bay ngắn. Đó là tín hiệu đáng kinh ngạc về cách sinh vật 150 triệu năm tuổi này – một hình ảnh biểu tượng về quá trình tiến hoá thành chim của khủng long – di chuyển đến chuỗi đảo kỷ Jura, nơi có thể từng là nhà của chúng.
Kimi Chapelle của Đại học Witwatersrand, Nam Phi đã sử dụng máy gia tốc để quan sát bên trong những quả trứng khủng long cổ nhất của loài ăn cỏ Massospondylus từng sống ở phía nam châu Phi. Tia X cho phép cô phục dựng phôi xương sọ bên trong, đến những chiếc răng tí hon sẽ rụng hoặc tái hấp thu trước khi nở. Phôi tắc kè hiện đại cũng có răng ban sơ, dù thực tế là tổ tiên chung cuối cùng của tắc kè và khủng long đã sống hơn 250 triệu năm trước. Một phần nhờ vào tắc kè, Chapelle khám phá ra rằng phôi này của Massospondylus đã ấp được 3/5 quá trình trước khi chết – một cái nhìn gần hơn vào sự sống bị rút ngắn hơn 200 triệu năm trước. “Điều đó khiến cảm giác về chúng thật hơn rất nhiều,” cô bày tỏ.
Mỗi độ xuân về, bản chất phù hoa hữu hình của sự sống lại được đón chào ở Viện Cổ sinh Động vật có xương sống và Cổ nhân loại học Bắc Kinh (IVPP), khi thảm hoa anh đào và hoa mận nở rộ khắp thủ đô Trung Quốc. Đối với Jingmai O’Connor, khung cảnh ấy quyến rũ khôn xiết: Những máng xối điêu khắc theo loài cá cổ sinh, khủng long, và báo răng kiếm từ toà nhà chính trông ra trên tiếng nô nức của các cô cậu học trò. “Cảm giác giống như Disneyland của cổ sinh vật học vậy,” nhà nghiên cứu của IVPP ví von.
Dù bên trong, IVPP giống một cỗ máy thời gian hơn là công viên giải trí. Từ những năm 1990, nông dân, nhà nghiên cứu và tay buôn hoá thạch phía đông bắc tỉnh Liêu Ninh, Trung Quốc đã mang về hàng trăm hoá thạch, làm đổi thay hiểu biết của chúng ta về ngoại hình và lối cư xử của khủng long. Nhiều hoá thạch lưu giữ dấu vết lông vũ là minh chứng rằng bộ lông đầu tiên đã tiến hoá trước khi khủng long biết bay. Một số hoá thạch cũng cho thấy khủng long không là tổ tiên gần nhất của chim cũng từng cố sức rũ bỏ trọng lực.
Rất hiếm loài khủng long nào phản ánh tốt toàn cảnh quá trình biến đổi liên tục như loài scansoriopterygids, một nhóm khủng long kỷ Jura ít được biết đến có tên gọi khá khó phát âm. Một số nhà khoa học đã tưởng loài vật nhỏ như con quạ ấy sử dụng ngón tay dài 4 inch của mình để bắt bọ, giống như loài khỉ aye aye. Nhưng năm 2015, các nhà nghiên cứu của IVPP đã tiết lộ một thành viên dị thường của nhóm hoá ra lại là ngõ cụt dẫn đến việc bay của chim. Khác với các loài khủng long còn lại, Yi qi có đôi cánh màng giống của dơi được trợ lực bằng những ngón tay dài bên ngoài và cựa xương cổ tay. “Câu chuyện là ở đây: Một mẫu vật rất quan trọng… vừa làm đảo ngược hoàn toàn mọi thứ chúng ta tưởng mình đã biết rõ,” O’Connor nói.
Hoá thạch từ Trung Quốc và từ các địa điểm đáng chú ý khác trên khắp thế giới lưu giữ dấu tích của mọi loại mô. Năm 2014, các nhà nghiên cứu tuyên bố họ đã tìm thấy một con Edmontosaurus regalis, loài khủng long mỏ vịt, ở phía tây Canada có thịt mào bị ướp, như mào gà thường thấy ở gà trống. Đó là một cấu trúc chưa từng thấy ở khủng long, dù khủng long đã được biết gần 1 thế kỷ. Xương khủng long cho thấy các sinh vật này sử dụng những bộ phận cơ thể khổng lồ để hấp dẫn bạn tình và tranh giành vị thế xã hội, cũng giống như động vật thời hiện đại, hoặc để tìm kiếm họ hàng thân thích. Với Edmontosaurus và các loài khủng long khác có mô mềm, các nhà cổ sinh vật học đang nhìn thấy các tín hiệu về vẻ lộng lẫy vốn có của những mẫu trưng bày này.
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Trong vài trường hợp, các nhà nghiên cứu còn có thể suy ra một số chất hoá học ban đầu trong động vật. Năm 2008, các nhà khoa học do nhà cổ sinh vật học Jakob Vinther dẫn đầu, hiện thuộc Đại học Bristol của Anh, đã phát hiện ra rằng melanosome, những túi tiểu bào chứa đầy sắc tố melanin, có thể thạch hoá. Khám phá này mở ra cánh cửa dẫn đến một lĩnh vực những tưởng là bất khả: tìm ra màu da và màu lông của khủng long tuyệt chủng dựa trên hình dáng, kích cỡ, và cách sắp xếp của melanosome.
Quá trình phục dựng này gặp một số trở ngại: Động vật còn sống cũng sử dụng các sắc tố khác ngoài melanin, nên một số loài khủng long tuyệt chủng có thể cũng vậy. Tuy nhiên, các khám phá gần đây vẫn rất đáng kinh ngạc. Khủng long có lông vũ Anchiornis, từng sống ở khu vực ngày nay là Trung Quốc, có mào hơi đỏ; khủng long sừng Psittacosaurus cổ sơ có da nâu đỏ, góp phần tạo nên lớp nguỵ trang sơ khai ở khủng long. Năm 2018, một nhóm nghiên cứu quốc tế báo cáo rằng lông vũ của Caihong, loài khủng long sống cùng khu vực với Yi qi, từng óng ánh bảy sắc cầu vồng.
Thậm chí nhiều phân tử sự sống có thể tồn tại qua hàng triệu năm. Những năm 2000, nhà cổ sinh vật học Mary Schweitzer của Đại học bang North Carolina đã làm dậy sóng dư luận khi tìm thấy một số hoá thạch khủng long, gồm cả mẫu vật T. rex, chứa các tế bào, mạch máu, và có lẽ là cả dấu tích của protein còn nguyên vẹn. Kể từ đó, Schweitzer và ngày càng nhiều các nhà khoa học đã đặt câu hỏi làm thế nào những hợp chất ấy có thể tồn tại lâu đến vậy, và chúng ta có thể biết được gì từ chúng.
Tại phòng thí nghiệm của mình ở New Haven, Connecticut, ứng viên tiến sĩ Yale Jasmina Wiemann cho tôi xem cách cô nghiền một mảnh xương nhỏ của Allosaurus để phân tích. Cô đưa cát bụi vào ống nghiệm và mời tôi nhỏ vào dung dịch axit, khiến nó sủi bọt và chuyển màu nâu sẫm. “Lúc nào nó cũng làm tôi liên tưởng tới Coca-cola,” cô nói. Dưới kính hiển vi, phần cặn còn lại gồm có những khối màu gỗ gụ xốp trộn lẫn với những vệt đen ngoằn ngoèo. Tôi không tin vào mắt mình. Chất cặn nâu đó từng là mô giàu protein. Còn những vệt ngoằn ngoèo? Là mặt cắt tế bào xương từng sống hơn 145 triệu năm trước trong một loài động vật ăn thịt có răng kỷ Jura dài bằng một chiếc xe buýt nội thành. Sau hàng triệu năm, nhiệt và áp suất thường sẽ biến đổi những loại tàn tích cực nhỏ này thông qua các phản ứng hoá học. Dù trạng thái có thay đổi, nhưng những vật chất ấy vẫn giữ manh mối vô giá về hành vi của khủng long. Trong một nghiên cứu năm 2018, Wiemann đã chứng minh rằng khi vỏ trứng một số loài khủng long được quét tia laze, ánh sáng tán xạ trở lại sẽ cho biết có protoporphyrin và biliverdin đã phân huỷ, hai hợp chất khiến trứng chim hiện đại có màu và đốm.
Trứng chim, chẳng hạn như trứng chim tinamo, có màu sắc từ các sắc tố protoporphyrin và biliverdin. Một số hoá thạch trứng khủng long lưu giữ hai hợp chất này, là lời gợi ý cho màu sắc của chúng.
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Ứng viên tiến sĩ Jasmina Wiemann vận chuyển trứng chim tuyển chọn đến Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Peabody, Yale ở New Haven, Connecticut. Nghiên cứu của Wiemann đã khám phá ra những dấu hiệu sắc tố của trứng chim hiện đại trong vỏ trứng hoá thạch của nhiều loài khủng long cổ đại.
Vào một buổi chiều se lạnh tháng Giêng, Susannah Maidment đứng trên bờ hồ ở London, chăm chú nhìn xuống đàn khủng long.
Maidment, giám tuyển tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Anh, đã cùng tôi tham quan Công viên Cung điện Pha Lê, nơi trưng bày khủng long đến công chúng lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1854. Các tác phẩm điêu khắc đã gây tiếng vang lớn ngay từ lúc ra mắt và làm bùng lên cơn sốt về khủng long đến tận ngày nay. Trước khi Steven Spielberg khiến cả thế giới kinh ngạc với bộ phim Công viên kỷ Jura cách đây hơn một thế kỷ, những con khủng long của Cung điện Pha Lê đã thu hút hai triệu du khách mỗi năm trong 3 thập kỷ liên tiếp, và Charles Dickens có nhắc tên một con trong cuốn tiểu thuyết Bleak House của mình.
Nhằm giúp chúng tôi có cái nhìn chi tiết hơn về công trình 166 năm tuổi này, Ellinor Michel và Sarah Jayne Slaughter, hai uỷ viên của tổ chức phi lợi nhuận Hội bạn hữu Khủng long Cung điện Pha Lê, dẫn chúng tôi qua cánh cổng kim loại, rồi mang ủng lội nước đi đến bờ hồ. Ngay bước đầu tiên tôi đã hụt chân và ngã xuống nước, phải lồm cồm leo lên bờ hòn đảo, sũng nước và bốc mùi sình. “Chào mừng đến với Đảo Khủng Long!” Slaughter tuyên bố, cười toe toét.
Ẩn mình giữa dương xỉ và những luống rêu xốp, những tượng điêu khắc màu lục nhạt trông thật đồ sộ, thậm chí là uy nghiêm. Hai con Iguanodon của công viên, là loài ăn cỏ kỷ Phấn Trắng, giống hệt cự đà khổng lồ với những cục bướu trên mõm, mà ngày nay các nhà khoa học biết được đó là gai trên ngón cái của chúng. Quả là bộ sưu tập lỗi thời và giống đạo cụ của những phim hạng B. Nhưng Maidment lại nhìn chúng từ bản chất: tri thức khoa học tân tiến vào thời điểm đó, dựa trên so sánh giữa động vật còn sống và những hoá thạch ít ỏi mà các nhà nghiên cứu có được.
Các nhà khoa học vẫn sử dụng kỹ thuật này để tái tạo những con vật khổng lồ ấy, lấp đầy phần mềm còn trống trong các hoá thạch đã bị bào mòn theo năm tháng. Xương không lưu giữ bằng chứng về gò má trên những khuôn mặt cổ đại, Maidment cho biết khi chúng tôi dừng chân giữa hai bức tượng, “nhưng chúng tôi phục dựng chúng như thế vì nó phù hợp: Động vật ngày nay cũng có gò má.” Nghệ nhân điêu khắc của công viên cũng sử dụng cùng một quy trình, cô nói. “Họ hoàn toàn có lý khi phục dựng chúng như vầy từ những gì họ biết.”
Gần 2 thế kỷ sau, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều hơn về khủng long so với những gì thợ xây của Công viên Cung điện Pha Lê từng ao ước. Giờ đây, hiểu biết của chúng đang trải qua một cuộc cách mạng khác – cuộc cách mạng được trợ giúp bởi vô số hoá thạch mới và các kỹ thuật nghiên cứu tiên tiến. Thành quả khoa học thu được đang buộc ta phải xem xét lại những hình ảnh phổ biến của các loài động vật thời cổ đại này.
Nhiều năm qua, các nhà khoa học đã khám phá trung bình khoảng 50 loài khủng long mới mỗi năm, một tốc độ mà những thập kỷ trước không tưởng tượng nổi. Vườn thú được cập nhật từ những loài chim kích thước rất nhỏ có cánh dơi đến những loài ăn cỏ cổ dài từng là động vật trên cạn lớn nhất hành tinh. Máy quét y khoa, máy gia tốc hạt nhân và phân tích hoá học đang cho phép các nhà nghiên cứu gần như tách được đất đá ra khỏi xương và quan sát những đặc điểm ẩn giấu nhỏ nhất của hoá thạch. Từ màu sắc trứng khủng long, màu lông đến hình dáng bộ não, bách khoa toàn thư về khủng long của chúng ta hiện tại còn có những thông tin chi tiết vô tiền khoáng hậu về quá trình sinh sản, phát triển và sinh sống của khủng long.
Với những công cụ này trong tay, các nhà khoa học ngày nay không chỉ đổi mới quan niệm văn hoá đại chúng về khủng long; mà theo một khía cạnh khác, họ còn hồi sinh những sinh vật ấn tượng ấy. Nói về khám phá loài khủng long, nhà cổ sinh vật học Steve Brusatte của Đại học Edinburgh cho biết, “Tôi thực tình nghĩ thời hoàng kim đã tới rồi.”
01. Cách thức đi lại
TIN MỚI
Một phát hiện chấn động cung cấp bằng chứng cho thấy khủng long gai (Spinosaurus) phần lớn sống dưới nước. Chúng có đuôi được cấu tạo nhằm tạo lực đẩy dưới nước, trọng tâm ngả về trước thích hợp cho việc bơi, và vuốt cong phù hợp để bắt mồi dưới nước hơn là đi trên cạn.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA, DI.MA. DINO MAKERS GIÁM SÁT KHOA HỌC; SIMONE MAGANUCO VÀ MARCO AUDITORE; PHỤC DỰNG DỰNG DỰA TRÊN: NIZAR IBRAHIM VÀ CỘNG SỰ, TẠP CHÍ NATURE, 2020
Cào xẻng và vung cuốc tại Maroc, Sahara, nơi một nhóm các nhà cổ sinh vật học, sinh viên, và chuyên gia khai quật tìm kiếm hoá thạch loài khủng long Spinosaurus aegyptiacus. Xương tìm thấy tại địa điểm này tiết lộ loài khủng long gai có cấu tạo đuôi nhằm tạo lực đẩy trong nước, là chiếc đuôi đầu tiên được tìm thấy ở khủng long săn mồi lớn.
TIN MỚI
Một phát hiện chấn động cung cấp bằng chứng cho thấy khủng long gai (Spinosaurus) phần lớn sống dưới nước. Chúng có đuôi được cấu tạo nhằm tạo lực đẩy dưới nước, trọng tâm ngả về trước thích hợp cho việc bơi, và vuốt cong phù hợp để bắt mồi dưới nước hơn là đi trên cạn.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA, DI.MA. DINO MAKERS GIÁM SÁT KHOA HỌC; SIMONE MAGANUCO VÀ MARCO AUDITORE; PHỤC DỰNG DỰNG DỰA TRÊN: NIZAR IBRAHIM VÀ CỘNG SỰ, TẠP CHÍ NATURE, 2020
Cũng dễ hiểu khi khủng long luôn có sức hấp dẫn. Trong 150 triệu năm, chúng thống trị các cảnh quan khắp Trái Đất thời cổ đại, sinh sống trên cả 7 lục địa ngày nay. Khủng long đã thành công vang dội suốt thời trị vì của mình, thích nghi thành nhiều hình dáng và kích cỡ.
Brusatte và những người khác ước tính rằng các nhà khoa học đã phân loại hơn 1100 loài khủng long tuyệt chủng, và đó chỉ là một phần nhỏ các loài từng tồn tại, vì quá trình hoá thạch chỉ xảy ra trong một số ít môi trường. Câu chuyện của khủng long vẫn còn đến hôm nay. Khi một tiểu hành tinh đâm sầm vào bán đảo Yucatán của Mexico 66 triệu năm trước và quét sạch ba phần tư sự sống trên Trái Đất, một nhóm khủng long đã sống sót: những sinh vật có lông vũ mà ngày nay chúng ta gọi là chim.
Khoa học phương tây chỉ chính thức nghiên cứu về khủng long từ những năm 1820, nhưng điều chúng ta nhận được lại tiết lộ rất nhiều về tác động của hành tinh luôn thay đổi này lên các loài động vật trên cạn.
Khi các lục địa trôi dạt tách nhau rồi hợp lại, cũng như khi nhiệt độ và mực nước biển tăng rồi giảm, khủng long vẫn tồn tại. Chúng ta có thể rút ra bài học gì từ phản ứng và sức sống mãnh liệt của chúng? Kể một câu chuyện hào hùng như vậy đòi hỏi một cuộc săn lùng xương khủng long trên toàn cầu, và từ Alaska đến Zimbabwe, các nhà cổ sinh vật học đang miệt mài hơn bao giờ hết.
Một trong những khu vực giàu hoá thạch nhất là Bắc Phi. Một người nhễ nhại mồ hôi trong cái nóng 105 độ F của Maroc, Sahara có thể khó lòng tưởng tượng nổi quang cảnh này đã từng đầy ắp những dòng sông sâu chứa được cả loài cá to bằng xe hơi. Nhưng Nizar Ibrahim của Hội Nhà thám hiểm Địa lý Quốc gia và đoàn cổ sinh vật học của mình đã trở lại khu vực này nhiều năm trước, săn đuổi một trong những loài khủng long kỳ lạ nhất từng được khám phá: thuỷ quái sông có tên gọi Spinosaurus aegyptiacus.
Hoá thạch khủng long gai đầu tiên được phát hiện ở Ai Cập những năm 1910 nhưng đã bị phá huỷ trong một cuộc oanh tạc thời Thế Chiến II ở Đức. Tuy nhiên, những ghi chép thực địa, bản phác thảo, và hình ảnh còn lại của hoá thạch ban đầu, cùng với một số mảnh xương và răng riêng lẻ đã được tìm thấy sau đó vào thế kỷ 20, cho thấy sinh vật bí ẩn lưng cánh buồm này có một số kiểu sống dưới nước. Ví dụ, khủng long gai có răng hình nón thích nghi cao với việc bắt cá, nên các nhà cổ sinh vật học phỏng đoán rằng có thể nó đã rình mồi ở vùng nước cạn để bắt cá, như cách của loài diệc và gấu xám Mỹ. Nhờ đó Ibrahim và các đồng nghiệp đã gây tiếng vang lớn vào năm 2014 khi họ mô tả một phần bộ xương mới của khủng long gai tìm thấy ở Maroc, và dùng nó để chứng minh rằng khủng long gai dành phần lớn thời gian bơi lội và kiếm ăn dưới nước.
Để củng cố lời tuyên bố, nhóm của Ibrahim đã trở lại địa điểm khô cằn ấy năm 2018 với sự hỗ trợ của Hiệp hội Địa lý Quốc gia, hy vọng tìm thấy nhiều bộ phận hơn của khủng long gai. Công cuộc khai quật rất gian truân. Để dọn sạch hàng tấn đá, nhóm nghiên cứu đã mua chiếc búa khoan duy nhất trong khu vực, nhưng bị hỏng chỉ sau vài phút, buộc họ phải tìm đến người bán hàng lỗi nhờ sửa chữa. Một vài thành viên trong nhóm phải nhập viện vì kiệt sức khi về nhà. Nhưng được Nutella và lời hứa hẹn của cuộc khám phá tiếp thêm năng lượng, họ bắt đầu tìm thấy hết đốt sống này đến đốt sống khác từ đuôi của khủng long gai, đôi lúc chỉ cách nhau vài phút và vài inch. Những người khai quật quá háo hức với đống hoá thạch, họ đánh búa vào đá thành nhịp điệu và hát ngân nga.
Phần phụ được khai quật có hình dạng như mái chèo này dài khoảng 17 bộ, công bố đầu năm nay trên tạp chí Nature, là sự thích nghi thuỷ sinh tột bậc nhất từng được tìm thấy ở khủng long ăn thịt lớn. Đó là một phát hiện khó đạt được, giúp nới rộng thêm ngoại biên về quan điểm của các nhà nghiên cứu liên quan đến cách khủng long di chuyển trong môi trường của chúng. “Đây sẽ trở thành một biểu tượng, một hình tượng của cổ sinh vật học châu Phi,” Ibrahim kể với tôi.
02. Quá trình sinh trưởng
TIN MỚI
Một con Mussaurus trưởng thành và con nhỡ đang chờ bão tan. Các nhà nghiên cứu giờ đây hiểu rõ hơn về toàn bộ vòng đời của một số loài khủng long. Các phát hiện mới đang giúp họ hoàn thiện quá trình khủng long phát triển, trưởng thành, và đôi lúc đạt tới kích thước khổng lồ.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
Hơn 2 thập kỷ qua, nhiều xác động vật đông lạnh đã được đưa vào máy quét CT ở bệnh viện O’Bleness, Ohio, gồm cả con cá sấu Xiêm này. Nhà cổ sinh vật học Lawrence Witmer tại Đại học Ohio gần đó sử dụng ảnh quét động vật hiện đại để phục dựng và giải thích cấu tạo nội phẫu của khủng long tuyệt chủng.
TIN MỚI
Một con Mussaurus trưởng thành và con nhỡ đang chờ bão tan. Các nhà nghiên cứu giờ đây hiểu rõ hơn về toàn bộ vòng đời của một số loài khủng long. Các phát hiện mới đang giúp họ hoàn thiện quá trình khủng long phát triển, trưởng thành, và đôi lúc đạt tới kích thước khổng lồ.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
Câu chuyện của khủng long gai, cùng với quang cảnh sa mạc và không khí lịch sử của nó, cảm giác như thể đều được lấy ra từ một kịch bản phim. Nhưng các nghiên cứu sau đó về chiếc đuôi hoá thạch đã cho thấy nghiên cứu về khủng long ngày nay có thể khác biệt thế nào.
Là một phần trong công việc của mình, Ibrahim đã chu du từ Casablanca đến Cambridge, Massachusetts, và phòng thí nghiệm của nhà sinh vật học George Lauder tại Đại học Harvard. Lauder thừa nhận mình không phải nhà cổ sinh vật học: Ông chuyên nghiên cứu cách thức di chuyển dưới nước của động vật thuỷ sinh, sử dụng camera và robot tốc độ cao để tìm ra cách bơi của chúng. Để kiểm tra khủng long gai, Lauder đặt một miếng cắt đuôi khủng long bằng nhựa màu cam, dài 8 inch vào một que kim loại gắn vào máy biến lực 5000 đô – một phần của cái “vỉ đập” robot treo lơ lửng trên trần.
“Giống thiết bị tra tấn thời trung cổ quá,” nhà cổ sinh vật học Stephanie Pierce, người đã thiết kế và chỉ đạo các thí nghiệm, châm biếm khi Lauder hạ robot vào máng.
Khi đã ngập trong nước, phần đuôi được gắn sẽ hoạt động, vỗ qua lại và gửi dữ liệu từ thiết bị đến những máy tính gần đó. Kết quả thí nghiệm của Pierce và Lauder cho thấy đuôi của khủng long gai có thể tạo ra lực đẩy về phía trước trong nước mạnh gấp 8 lần so với đuôi các loài khủng long họ hàng sống trên cạn. Dường như một con dài hơn khủng long bạo chúa đã bơi qua sông như cá sấu. “Điểm bắt đầu của chúng tôi là khi một nhà cổ sinh vật học về khủng long liên hệ với một nhà cổ sinh vật học khác, mà người đó lại có liên hệ với một nhà robot sinh học về cá,” Pierce nói. “Nếu muốn thực hiện nghiên cứu hiện đại và tiên tiến thì sẽ cần một nhóm gồm những người từ rất nhiều lĩnh vực kiến thức khác nhau.”
Ngày nay, những thí nghiệm trong phòng thí nghiệm liên ngành này định nghĩa các nghiên cứu về khủng long. Máy tính hiện đại cho phép các nhà khoa học xử lý những bộ dữ liệu khổng lồ về đặc điểm bộ xương và vẽ sơ đồ cây họ hàng khủng long. Kiểm tra kỹ lưỡng các lát cắt xương mỏng hơn tờ giấy tiết lộ cụ thể hơn thời kỳ và thời điểm khủng long phát triển cực thịnh. Bằng các mô hình dùng để dự báo biến đổi khí hậu, các nhà cổ sinh vật học gần như có thể ném một tiểu hành tinh vào Trái Đất như 66 triệu năm trước để xem mức độ thu hẹp môi trường sống của khủng long sau mùa đông tận diệt.
Rất hiếm công nghệ nào làm thay đổi sâu sắc quan điểm của chúng ta về khủng long như công nghệ quét CT y khoa, giờ đây là một chuẩn mực trong bộ công cụ nghiên cứu cổ sinh.
“Chúng tôi đã có thể đem tất cả những mẩu xương tuyệt chủng này vào máy tính và làm việc với chúng,” nhà cổ sinh vật học Lawrence Witmer của Đại học Ohio cho biết. “Chúng tôi có thể phục dựng những phần đã mất… kiểm tra va chạm, chạy mô phỏng và hiểu rõ hơn cách các loài này thật sự hoạt động.”
Công nghệ quét cũng loại bỏ sự đánh đổi trong quá khứ: liệu có nên hy sinh dấu vết mô mềm của hoá thạch để chỉ tìm xương hay không. Có nhiều câu chuyện về dấu da khủng long trong đất bị hỏng trong quá trình xử lý. Giờ đây, các nhà nghiên cứu gần như có thể tách xương từ đá. “Điều đó khiến bạn tự hỏi, chúng ta có bỏ lỡ hay làm hư hại bằng chứng nào chưa?” nhà cổ sinh vật học Mark Witton tại Đại học Portsmouth, Anh cho biết.
Phải: Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Laurel Yohe của Tổ chức Khoa học Quốc gia Yale đang cầm phôi một con thằn lằn nhuộm lam tiết lộ cấu tạo bộ xương của nó. Yohe nghiên cứu não bộ đang phát triển và hệ giác quan của bò sát để tìm ra cách khủng long có thể cảm nhận thế giới.
Sự thận trọng thời hiện đại của lĩnh vực này đã mang lại vô số những khám phá. Witmer gần đây đã sử dụng ảnh quét CT để chứng minh các nhóm khủng long chính đã tiến hoá hệ điều hoà không khí trong sọ riêng biệt nhằm giữ não bộ không bị quá nhiệt. Khủng long giáp, như Euoplocephalus, dựa vào các hốc mũi đã tiến hoá thành dạng ống như ống hút xoắn để toả nhiệt khi thở, làm mát máu đi đến não. Trái lại, động vật săn mồi lớn như T. rex thoát nhiệt thừa bằng xoang miệng lớn. Giống những thợ rèn làm việc bên lò bễ, khủng long uốn cong hàm để đẩy không khí ra vào các khoang, khiến hơi ẩm bốc hơi và tản nhiệt, như mồ hôi vào ngày hè.
Quét CT cũng có thể giúp chúng ta nhận biết cách khủng long di chuyển và thay đổi khi phát triển. Sử dụng video tia X và hoạt hình máy tính ở cá sấu và chim, Ryan Carney của Đại học South Florida đã dựng mô hình 3D công bố năm 2019 cho thấy khủng long có lông vũ Archaeopteryx (chim cổ) có thể vỗ cánh bay theo cách tự cung năng lượng. Để hiểu quá trình phát triển của loài ăn cỏ Mussaurus ở Patagonia, nhà nghiên cứu người Argentina Alejandro Otero đã tập hợp các ảnh quét xương khủng long vào máy tính để mô phỏng tư thế của nó tại các độ tuổi khác nhau. Cũng giống trẻ sơ sinh loài người, Mussaurus mới nở đi bằng 4 chân và khi trưởng thành đi thẳng đứng hơn bằng hai chân sau.
Các nhà cổ sinh vật càng có thể xem xét từng mảnh xương mới kỹ càng hơn, họ càng có thể khám phá nhiều chi tiết đắc giá hơn về quá khứ, đồng nghĩa họ phải nghiêm túc mở rộng quy mô công cụ của mình.
03. Ngoại hình
TIN MỚI
Hai con Yi qi sải đôi cánh màng. Hiểu biết của chúng ta về ngoại hình khủng long tiếp tục có tiến triển. Các nhà nghiên cứu giờ đây biết được nhiều loài khủng long có lông vũ với đa dạng màu sắc, dựa trên sắc tố hoá thạch của chúng. Các loài khác thì sở hữu màu da có hoa văn để phô diễn hoặc nguỵ trang.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
Hesperornis (phía trên), một loài chim nguyên thuỷ kỷ Phấn Trắng, là họ hàng xa của khủng long chân thú đầu tiên Coelophysis, xương sọ của nó đang nằm trên tay nhà cổ sinh vật học Bhart-Anjan Bhullar của Yale. Nghiên cứu của ông cho thấy khi tiến hoá, xương sọ chim trưởng thành vẫn giữ lại những đặc điểm mà khủng long tuyệt chủng chỉ có khi còn nhỏ, là tiền đề cho chiếc mỏ của loài chim.
TIN MỚI
Hai con Yi qi sải đôi cánh màng. Hiểu biết của chúng ta về ngoại hình khủng long tiếp tục có tiến triển. Các nhà nghiên cứu giờ đây biết được nhiều loài khủng long có lông vũ với đa dạng màu sắc, dựa trên sắc tố hoá thạch của chúng. Các loài khác thì sở hữu màu da có hoa văn để phô diễn hoặc nguỵ trang.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Ở góc tây bắc của Grenoble, Pháp, trên mũi đất tam giác nơi hai dòng sông hội tụ, một vành khuyên xám dài nửa dặm nhô lên khỏi sương khói. Như thể người ngoài hành tinh đã đáp xuống dãy Alps để trượt tuyết và thưởng thức nước xốt. Kiến trúc lạ thường này là Máy Phóng xạ Synchrotron của châu Âu (ESRF), những năm gần đây đã trở thành thánh địa của các nhà cổ sinh vật học nhờ vào nghiên cứu viên Paul Tafforeau.
ESRF là máy gia tốc hạt chuyên ném các electron bay với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Khi chùm electron chạy xoay vòng, nam châm dọc theo đường tròn sẽ bẻ cong dòng hạt. Sự gián đoạn khiến các hạt phát ra một số tia X cường độ cao nhất thế giới mà các nhà khoa học thường sử dụng để nghiên cứu vật liệu và dược phẩm mới. Tafforeau chuyên dùng tia X để quan sát bên trong hoá thạch, điều mà máy quét CT thông thường không thể thực hiện, ở độ phân giải những máy quét không thể đạt được.
Khi chúng tôi tham quan bộ phận bên trong bằng thép và bê tông của máy gia tốc, tôi hỏi Tafforeau về mức độ chính xác của máy. Ông chỉ tay đến một tủ trưng bày có các mô hình hoá thạch được in 3D ông đã chụp bằng tia X. Một trong số chúng là tổ đất hơn 250 triệu năm tuổi, được quét cẩn thận có độ phân giải chi tiết nhỏ như hồng cầu con người. Khi điều kiện thích hợp, ảnh quét của Tafforeau có thể hiển thị các đặc điểm nhỏ hơn một phần trăm chiều rộng đó. Quả là sức mạnh của chiếc kính lúp có kích thước bằng sân bóng đá.
Tuy nhiên, quyền năng lớn đi cùng trách nhiệm lớn. Để minh hoạ tầm quan trọng của an toàn cho học sinh mới, Tafforeau sử dụng một chùm tia chưa lọc để đốt cháy đồ vật và rang hạt cà phê. “Hầu hết các chùm tia chúng ta dùng để quét hoá thạch sẽ giết chết các em chỉ trong vài giây,” ông cảnh báo.
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Năng lực của ESRF đã mang lại nhiều kết quả tốt cho Dennis Voeten của Đại học Uppsala, Thuỵ Điển, người đã sử dụng máy gia tốc ấy để cắt xuyên qua các hoá thạch của chim nguyên thuỷ và phác hoạ chi tiết chính xác tiết diện xương. Do xương phải chịu được sức căng của việc bay, nên cấu trúc chức năng của chúng có thể nói lên phong cách bay của động vật. Dù cấu tạo giải phẫu của chim nguyên thuỷ không cho phép vỗ cánh hoàn toàn như chim, nhưng tiết diện xương cánh rất giống xương cánh của gà lôi ngày nay, có quãng bay ngắn. Đó là tín hiệu đáng kinh ngạc về cách sinh vật 150 triệu năm tuổi này – một hình ảnh biểu tượng về quá trình tiến hoá thành chim của khủng long – di chuyển đến chuỗi đảo kỷ Jura, nơi có thể từng là nhà của chúng.
Kimi Chapelle của Đại học Witwatersrand, Nam Phi đã sử dụng máy gia tốc để quan sát bên trong những quả trứng khủng long cổ nhất của loài ăn cỏ Massospondylus từng sống ở phía nam châu Phi. Tia X cho phép cô phục dựng phôi xương sọ bên trong, đến những chiếc răng tí hon sẽ rụng hoặc tái hấp thu trước khi nở. Phôi tắc kè hiện đại cũng có răng ban sơ, dù thực tế là tổ tiên chung cuối cùng của tắc kè và khủng long đã sống hơn 250 triệu năm trước. Một phần nhờ vào tắc kè, Chapelle khám phá ra rằng phôi này của Massospondylus đã ấp được 3/5 quá trình trước khi chết – một cái nhìn gần hơn vào sự sống bị rút ngắn hơn 200 triệu năm trước. “Điều đó khiến cảm giác về chúng thật hơn rất nhiều,” cô bày tỏ.
04. Cách thức giao tiếp
TIN MỚI
Một đàn Edmontosaurus tụ tập tại giếng nước. Sự tiến bộ trong công nghệ 3D cho phép các nhà nghiên cứu phục dựng cấu tạo giải phẫu chi tiết của khủng long, gồm tai trong, vùng não, và các cấu trúc mô mềm khác. Điều này giúp làm sáng tỏ khả năng thần kinh và khả năng giác quan của khủng long cũng như khả năng cư xử xã hội của chúng.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
Một đàn Edmontosaurus tụ tập tại giếng nước. Sự tiến bộ trong công nghệ 3D cho phép các nhà nghiên cứu phục dựng cấu tạo giải phẫu chi tiết của khủng long, gồm tai trong, vùng não, và các cấu trúc mô mềm khác. Điều này giúp làm sáng tỏ khả năng thần kinh và khả năng giác quan của khủng long cũng như khả năng cư xử xã hội của chúng.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
Mỗi độ xuân về, bản chất phù hoa hữu hình của sự sống lại được đón chào ở Viện Cổ sinh Động vật có xương sống và Cổ nhân loại học Bắc Kinh (IVPP), khi thảm hoa anh đào và hoa mận nở rộ khắp thủ đô Trung Quốc. Đối với Jingmai O’Connor, khung cảnh ấy quyến rũ khôn xiết: Những máng xối điêu khắc theo loài cá cổ sinh, khủng long, và báo răng kiếm từ toà nhà chính trông ra trên tiếng nô nức của các cô cậu học trò. “Cảm giác giống như Disneyland của cổ sinh vật học vậy,” nhà nghiên cứu của IVPP ví von.
Dù bên trong, IVPP giống một cỗ máy thời gian hơn là công viên giải trí. Từ những năm 1990, nông dân, nhà nghiên cứu và tay buôn hoá thạch phía đông bắc tỉnh Liêu Ninh, Trung Quốc đã mang về hàng trăm hoá thạch, làm đổi thay hiểu biết của chúng ta về ngoại hình và lối cư xử của khủng long. Nhiều hoá thạch lưu giữ dấu vết lông vũ là minh chứng rằng bộ lông đầu tiên đã tiến hoá trước khi khủng long biết bay. Một số hoá thạch cũng cho thấy khủng long không là tổ tiên gần nhất của chim cũng từng cố sức rũ bỏ trọng lực.
Rất hiếm loài khủng long nào phản ánh tốt toàn cảnh quá trình biến đổi liên tục như loài scansoriopterygids, một nhóm khủng long kỷ Jura ít được biết đến có tên gọi khá khó phát âm. Một số nhà khoa học đã tưởng loài vật nhỏ như con quạ ấy sử dụng ngón tay dài 4 inch của mình để bắt bọ, giống như loài khỉ aye aye. Nhưng năm 2015, các nhà nghiên cứu của IVPP đã tiết lộ một thành viên dị thường của nhóm hoá ra lại là ngõ cụt dẫn đến việc bay của chim. Khác với các loài khủng long còn lại, Yi qi có đôi cánh màng giống của dơi được trợ lực bằng những ngón tay dài bên ngoài và cựa xương cổ tay. “Câu chuyện là ở đây: Một mẫu vật rất quan trọng… vừa làm đảo ngược hoàn toàn mọi thứ chúng ta tưởng mình đã biết rõ,” O’Connor nói.
Hoá thạch từ Trung Quốc và từ các địa điểm đáng chú ý khác trên khắp thế giới lưu giữ dấu tích của mọi loại mô. Năm 2014, các nhà nghiên cứu tuyên bố họ đã tìm thấy một con Edmontosaurus regalis, loài khủng long mỏ vịt, ở phía tây Canada có thịt mào bị ướp, như mào gà thường thấy ở gà trống. Đó là một cấu trúc chưa từng thấy ở khủng long, dù khủng long đã được biết gần 1 thế kỷ. Xương khủng long cho thấy các sinh vật này sử dụng những bộ phận cơ thể khổng lồ để hấp dẫn bạn tình và tranh giành vị thế xã hội, cũng giống như động vật thời hiện đại, hoặc để tìm kiếm họ hàng thân thích. Với Edmontosaurus và các loài khủng long khác có mô mềm, các nhà cổ sinh vật học đang nhìn thấy các tín hiệu về vẻ lộng lẫy vốn có của những mẫu trưng bày này.
05. Quá trình ấp trứng
TIN MỚI
Có vẻ trứng của Deinonychus ngả màu xanh lam giống với một số loài chim hiện đại, cho thấy loài này làm tổ ngoài trời. Màu sắc và hoa văn của trứng có thể tạo ra lớp nguỵ trang trong môi trường mở; những chiếc tổ ngoài trời là minh chứng cho việc ấp trứng của Deinonychus.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
Trứng chim hoá thạch này từ khu vực ngày nay là Nebraska được sinh ra hàng chục triệu năm sau khi khủng long không bay tuyệt chủng. Mặc dù vậy, phần còn lại vẫn giúp ứng viên tiến sĩ Yale Jasmina Wiemann phân tích thành phần hoá học của những vỏ trứng cổ xưa này. “Mọi loài chim đều là khủng long, vậy nên đó cũng là trứng của khủng long chim,” cô nói.
TIN MỚI
Có vẻ trứng của Deinonychus ngả màu xanh lam giống với một số loài chim hiện đại, cho thấy loài này làm tổ ngoài trời. Màu sắc và hoa văn của trứng có thể tạo ra lớp nguỵ trang trong môi trường mở; những chiếc tổ ngoài trời là minh chứng cho việc ấp trứng của Deinonychus.
MÔ HÌNH: DAVIDE BONADONNA VÀ FABIO MANUCCI; HOẠT ẢNH VÀ DỰNG CẢNH: FABIO MANUCCI; THIẾT KẾ MÀU SẮC: DAVIDE BONADONNA; GIÁM SÁT KHOA HỌC: FABIO MANUCCI
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
Trong vài trường hợp, các nhà nghiên cứu còn có thể suy ra một số chất hoá học ban đầu trong động vật. Năm 2008, các nhà khoa học do nhà cổ sinh vật học Jakob Vinther dẫn đầu, hiện thuộc Đại học Bristol của Anh, đã phát hiện ra rằng melanosome, những túi tiểu bào chứa đầy sắc tố melanin, có thể thạch hoá. Khám phá này mở ra cánh cửa dẫn đến một lĩnh vực những tưởng là bất khả: tìm ra màu da và màu lông của khủng long tuyệt chủng dựa trên hình dáng, kích cỡ, và cách sắp xếp của melanosome.
Quá trình phục dựng này gặp một số trở ngại: Động vật còn sống cũng sử dụng các sắc tố khác ngoài melanin, nên một số loài khủng long tuyệt chủng có thể cũng vậy. Tuy nhiên, các khám phá gần đây vẫn rất đáng kinh ngạc. Khủng long có lông vũ Anchiornis, từng sống ở khu vực ngày nay là Trung Quốc, có mào hơi đỏ; khủng long sừng Psittacosaurus cổ sơ có da nâu đỏ, góp phần tạo nên lớp nguỵ trang sơ khai ở khủng long. Năm 2018, một nhóm nghiên cứu quốc tế báo cáo rằng lông vũ của Caihong, loài khủng long sống cùng khu vực với Yi qi, từng óng ánh bảy sắc cầu vồng.
Thậm chí nhiều phân tử sự sống có thể tồn tại qua hàng triệu năm. Những năm 2000, nhà cổ sinh vật học Mary Schweitzer của Đại học bang North Carolina đã làm dậy sóng dư luận khi tìm thấy một số hoá thạch khủng long, gồm cả mẫu vật T. rex, chứa các tế bào, mạch máu, và có lẽ là cả dấu tích của protein còn nguyên vẹn. Kể từ đó, Schweitzer và ngày càng nhiều các nhà khoa học đã đặt câu hỏi làm thế nào những hợp chất ấy có thể tồn tại lâu đến vậy, và chúng ta có thể biết được gì từ chúng.
Tại phòng thí nghiệm của mình ở New Haven, Connecticut, ứng viên tiến sĩ Yale Jasmina Wiemann cho tôi xem cách cô nghiền một mảnh xương nhỏ của Allosaurus để phân tích. Cô đưa cát bụi vào ống nghiệm và mời tôi nhỏ vào dung dịch axit, khiến nó sủi bọt và chuyển màu nâu sẫm. “Lúc nào nó cũng làm tôi liên tưởng tới Coca-cola,” cô nói. Dưới kính hiển vi, phần cặn còn lại gồm có những khối màu gỗ gụ xốp trộn lẫn với những vệt đen ngoằn ngoèo. Tôi không tin vào mắt mình. Chất cặn nâu đó từng là mô giàu protein. Còn những vệt ngoằn ngoèo? Là mặt cắt tế bào xương từng sống hơn 145 triệu năm trước trong một loài động vật ăn thịt có răng kỷ Jura dài bằng một chiếc xe buýt nội thành. Sau hàng triệu năm, nhiệt và áp suất thường sẽ biến đổi những loại tàn tích cực nhỏ này thông qua các phản ứng hoá học. Dù trạng thái có thay đổi, nhưng những vật chất ấy vẫn giữ manh mối vô giá về hành vi của khủng long. Trong một nghiên cứu năm 2018, Wiemann đã chứng minh rằng khi vỏ trứng một số loài khủng long được quét tia laze, ánh sáng tán xạ trở lại sẽ cho biết có protoporphyrin và biliverdin đã phân huỷ, hai hợp chất khiến trứng chim hiện đại có màu và đốm.
ẢNH CHỤP TẠI BẢO TÀNG LỊCH SỬ TỰ NHIÊN PEABODY, ĐẠI HỌC YALE
(Còn tiếp)
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo National Geographic)
(Theo National Geographic)
