Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người

Tại sao chúng ta lại có những ngón tay, số lượng những ngón tay này có ý nghĩa gì về mặt tiến hóa?


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 1.

Câu chuyện bắt đầu ở kỷ Devon - khoảng 380 triệu năm trước. Trái Đất trong giai đoạn này được coi là kỷ nguyên của các loài cá, chúng thống trị tất cả các đại dương và các loài cá vây chiếm lĩnh các lưu vực nước ngọt.


Trái Đất vào cuối kỷ Devon, khí hậu trên hành tinh của chúng ta rất ấm áp và khô ráo. Cây dương xỉ và cây hạt trần hình thành những khu rừng rậm rạp ở khắp mọi nơi. Các loài thực vật có hạt bắt đầu xuất hiện, và loài cây thuộc chi Prototaxites nguyên bản cao tới 8,8 mét bao phủ bầu trời.


Những loài côn trùng có mặt trên khắp các đầm lầy và những cành cây và lá bắt đầu rụng nhiều khiến cho hàm lượng oxy trong nước giảm xuống và một số loài cá trong một thời gian ngắn đã bắt đầu di chuyển đến bãi triều gần bờ để sinh sống.


Cũng trong thời kỳ này, một sự kiện quan trọng đã xảy ra trong lịch sử tiến hóa của Trái Đất, các loài động vật dưới nước bắt đầu chuyển đổi môi trường sống của chúng.


Nước và đất liền là hai môi trường sinh thái rất khác nhau, và chúng phải có sự tiến hóa đột biến đáng kể để có thể thích nghi với môi trường sống mới, mặt khác, để có thể sống và di chuyển trên đất liền thì các chi hỗ trợ cơ thể và vẫn động lúc này lại trở thành các cơ quan hết sức quan trọng.


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 2.

Các nghiên cứu về nguồn gốc của các chi phụ thuộc rất nhiều vào một số loài cá có vây thùy thời tiền sử sống trong thời kỳ cuối kỷ Devon, chủ yếu bao gồm các loại như Panderichthys, Tiktaalik và Elpistostegalia.


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 3.

Trong số đó, những đề tài nghiên cứu về cá Tiktaalik tương đối phong phú. Tuy nhiên, những nghiên cứu đó vẫn chưa tiết lộ cấu trúc giải phẫu của bộ xương vây ngực một cách hoàn chỉnh.


Vào cuối năm 2019, PNAS (Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ) đã công bố một nghiên cứu có tên "Fin ray patterns at the fin-to-limb transition" với nội dung khám phá cách thức hoạt động của vây và sự thay đổi khi chúng tiến hóa thành các chi.


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 4.

Vùng Miguasha của Canada.


Elpistostege là loài săn mồi lớn nhất sinh sống ở vùng nước nông đến những vùng cửa sông của Canada trong thời kỳ cuối kỷ Devon. Vào năm 2010, một hóa thạch hoàn chỉnh dài 1,57 mét của loài Elpistostege đã được phát hiện ở vùng Miguasha của Canada. Vào ngày 18/3/2020, Nature đã công bố một bài nghiên cứu liên quan đến hóa thạch này.


Một nhóm các nhà cổ sinh vật học từ Đại học Flinder ở Úc và Đại học Quebec ở Canada đã sử dụng công nghệ quét CT để khôi phục xương vây ngực hoàn chỉnh của hóa thạch nói trên. Kết quả của cuộc khảo sát cho thấy sự hiện diện của humerus (xương cánh tay), radius và ulna (xương cẳng tay), xương cổ tay và những xương ngón tay.


Khám phá này cung cấp những hiểu biết mới về nguồn gốc và sự tiến hóa ngón tay của các loài động vật bốn chân (bao gồm cả con người).


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 5.

Cấu trúc giải phẫu của bộ xương vây ngực (a) và xương cánh tay (b) của cá có vây thùy thời tiền sử (Panderichthys, Tiktaalik và Elpistostegalia) và động vật 4 chân thời sơ khai (Tulerpeton).


So sánh trong hình trên cho thấy trong qua trình tiến hóa từ loài cá sang động vật 4 chân chúng ta có thể thấy rằng từ trái qua phải, số lượng và khoảng cách giữa các xương liên tục tăng để hình thành các ngón. Điển hình là xương vây ngực của Elpistostege đã bắt đầu hình thành các xương ngón chân.


Do đó, một bài nghiên cứu trên tạp chí Nature chỉ ra rằng nguồn gốc các ngón chân (tay) của động vật có xương sống là sự tiến hóa của xương trong vây ngực của động vật thủy sinh.


Khi loài cá bắt đầu rời khỏi môi trường nước và chuyển khu vực sinh sống đến các bãi triều và các hoạt động cũng như các áp lực sinh tồn trên bờ, trên đất liền đã thúc đẩy quá trình chọn lọc để hỗ trợ cơ thể trong môi trường sống mới. Số lượng các xương nhỏ ở vây cũng buộc phải tăng lên và dần tiến hóa để hình thành các xương ngón tay.


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 6.

Đây là lần đầu tiên giới khoa học phát hiện ra sự tiến hóa rõ ràng như vậy thay vì những phỏng đoán như trước kia. Xương ngón tay đã tiến hóa trong vây và những xương ngón tay này rất giống với xương ngón tay của hầu hết các loài động vật trên cạn ngày nay.


Đồng thời, nó cũng cho thấy rằng trước khi các động vật dưới nước chuyển đổi hoàn toàn sang môi trường sống trên cạn, sự tiến hóa của ngón tay đã diễn ra một cách lặng lẽ.


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 7.

Có thể Elpistostege không nhất thiết là tổ tiên loài người của chúng ta, nhưng nó là loài động vật đang ở giai đoạn chuyển tiếp giữa cá và động vật lưỡng cư, và loài này cho chúng ta thấy bằng chứng trực tiếp nhất về quá trình tiến hóa của các ngón tay ở động vật 4 chân trên cạn ngày nay.


Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người - Ảnh 8.

Ngoài ra, còn có loài Acanthostega, đây là một trong những loài động vật có xương sống đầu tiên có tứ chi có thể dễ dàng nhận ra. Loài này xuất hiện vào cuối kỷ Devon. Về mặt giải phẫu có thể thấy chúng lai giữa cá vây thùy và những động vật có đầy đủ tứ chi để di chuyển trên cạn. Loài này chỉ dài khoảng 0.6 m và tới nay vẫn chưa tìm thấy bằng chứng để khẳng định rõ ràng chúng có bao nhiêu ngón chân, nhưng giữa các ngón có màng liên kết, và dường như chưa thích nghi tốt để đi bộ trên đất liền. Chi trước của Acanthostega không thể uốn cong về phía trước ở chỗ khuỷu tay, và do đó không thể chịu được trọng lượng của cơ thể, và có vẻ phù hợp hơn cho việc bơi dạng chèo hoặc để bám vào các cây thủy sinh. Mặc dù Acanthostega có nhiều đặc điểm giống cá nhưng chúng có chân và bàn chân phát triển rõ ràng thay vì là vây. Chúng cũng có mang bên trong giống như cá và cũng đã phát triển phổi, nhưng xương sườn thì quá ngắn để hỗ trợ đưa khoang ngực ra khỏi mặt nước. Người ta đã suy luận rằng Acanthostega có thể sống ở những đầm lầy nông có nhiều cây thủy sinh. Nghiên cứu dựa trên phân tích hình thái hộp sọ của Acanthostega chỉ ra rằng loài này có thể đã săn mồi ở mép nước hoặc gần mép nước.


Lấy link







Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi


Tai sao chung ta lai co nhung ngon tay, so luong nhung ngon tay nay co y nghia gi ve mat tien hoa?


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 1.

Cau chuyen bat dau o ky Devon - khoang 380 trieu nam truoc. Trai Dat trong giai doan nay duoc coi la ky nguyen cua cac loai ca, chung thong tri tat ca cac dai duong va cac loai ca vay chiem linh cac luu vuc nuoc ngot.


Trai Dat vao cuoi ky Devon, khi hau tren hanh tinh cua chung ta rat am ap va kho rao. Cay duong xi va cay hat tran hinh thanh nhung khu rung ram rap o khap moi noi. Cac loai thuc vat co hat bat dau xuat hien, va loai cay thuoc chi Prototaxites nguyen ban cao toi 8,8 met bao phu bau troi.


Nhung loai con trung co mat tren khap cac dam lay va nhung canh cay va la bat dau rung nhieu khien cho ham luong oxy trong nuoc giam xuong va mot so loai ca trong mot thoi gian ngan da bat dau di chuyen den bai trieu gan bo de sinh song.


Cung trong thoi ky nay, mot su kien quan trong da xay ra trong lich su tien hoa cua Trai Dat, cac loai dong vat duoi nuoc bat dau chuyen doi moi truong song cua chung.


Nuoc va dat lien la hai moi truong sinh thai rat khac nhau, va chung phai co su tien hoa dot bien dang ke de co the thich nghi voi moi truong song moi, mat khac, de co the song va di chuyen tren dat lien thi cac chi ho tro co the va van dong luc nay lai tro thanh cac co quan het suc quan trong.


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 2.

Cac nghien cuu ve nguon goc cua cac chi phu thuoc rat nhieu vao mot so loai ca co vay thuy thoi tien su song trong thoi ky cuoi ky Devon, chu yeu bao gom cac loai nhu Panderichthys, Tiktaalik va Elpistostegalia.


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 3.

Trong so do, nhung de tai nghien cuu ve ca Tiktaalik tuong doi phong phu. Tuy nhien, nhung nghien cuu do van chua tiet lo cau truc giai phau cua bo xuong vay nguc mot cach hoan chinh.


Vao cuoi nam 2019, PNAS (Ky yeu Vien Han lam Khoa hoc Quoc gia Hoa Ky) da cong bo mot nghien cuu co ten "Fin ray patterns at the fin-to-limb transition" voi noi dung kham pha cach thuc hoat dong cua vay va su thay doi khi chung tien hoa thanh cac chi.


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 4.

Vung Miguasha cua Canada.


Elpistostege la loai san moi lon nhat sinh song o vung nuoc nong den nhung vung cua song cua Canada trong thoi ky cuoi ky Devon. Vao nam 2010, mot hoa thach hoan chinh dai 1,57 met cua loai Elpistostege da duoc phat hien o vung Miguasha cua Canada. Vao ngay 18/3/2020, Nature da cong bo mot bai nghien cuu lien quan den hoa thach nay.


Mot nhom cac nha co sinh vat hoc tu Dai hoc Flinder o Uc va Dai hoc Quebec o Canada da su dung cong nghe quet CT de khoi phuc xuong vay nguc hoan chinh cua hoa thach noi tren. Ket qua cua cuoc khao sat cho thay su hien dien cua humerus (xuong canh tay), radius va ulna (xuong cang tay), xuong co tay va nhung xuong ngon tay.


Kham pha nay cung cap nhung hieu biet moi ve nguon goc va su tien hoa ngon tay cua cac loai dong vat bon chan (bao gom ca con nguoi).


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 5.

Cau truc giai phau cua bo xuong vay nguc (a) va xuong canh tay (b) cua ca co vay thuy thoi tien su (Panderichthys, Tiktaalik va Elpistostegalia) va dong vat 4 chan thoi so khai (Tulerpeton).


So sanh trong hinh tren cho thay trong qua trinh tien hoa tu loai ca sang dong vat 4 chan chung ta co the thay rang tu trai qua phai, so luong va khoang cach giua cac xuong lien tuc tang de hinh thanh cac ngon. Dien hinh la xuong vay nguc cua Elpistostege da bat dau hinh thanh cac xuong ngon chan.


Do do, mot bai nghien cuu tren tap chi Nature chi ra rang nguon goc cac ngon chan (tay) cua dong vat co xuong song la su tien hoa cua xuong trong vay nguc cua dong vat thuy sinh.


Khi loai ca bat dau roi khoi moi truong nuoc va chuyen khu vuc sinh song den cac bai trieu va cac hoat dong cung nhu cac ap luc sinh ton tren bo, tren dat lien da thuc day qua trinh chon loc de ho tro co the trong moi truong song moi. So luong cac xuong nho o vay cung buoc phai tang len va dan tien hoa de hinh thanh cac xuong ngon tay.


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 6.

Day la lan dau tien gioi khoa hoc phat hien ra su tien hoa ro rang nhu vay thay vi nhung phong doan nhu truoc kia. Xuong ngon tay da tien hoa trong vay va nhung xuong ngon tay nay rat giong voi xuong ngon tay cua hau het cac loai dong vat tren can ngay nay.


Dong thoi, no cung cho thay rang truoc khi cac dong vat duoi nuoc chuyen doi hoan toan sang moi truong song tren can, su tien hoa cua ngon tay da dien ra mot cach lang le.


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 7.

Co the Elpistostege khong nhat thiet la to tien loai nguoi cua chung ta, nhung no la loai dong vat dang o giai doan chuyen tiep giua ca va dong vat luong cu, va loai nay cho chung ta thay bang chung truc tiep nhat ve qua trinh tien hoa cua cac ngon tay o dong vat 4 chan tren can ngay nay.


Ca co dai tiet lo bi an ve nguon goc cua ngon tay con nguoi - Anh 8.

Ngoai ra, con co loai Acanthostega, day la mot trong nhung loai dong vat co xuong song dau tien co tu chi co the de dang nhan ra. Loai nay xuat hien vao cuoi ky Devon. Ve mat giai phau co the thay chung lai giua ca vay thuy va nhung dong vat co day du tu chi de di chuyen tren can. Loai nay chi dai khoang 0.6 m va toi nay van chua tim thay bang chung de khang dinh ro rang chung co bao nhieu ngon chan, nhung giua cac ngon co mang lien ket, va duong nhu chua thich nghi tot de di bo tren dat lien. Chi truoc cua Acanthostega khong the uon cong ve phia truoc o cho khuyu tay, va do do khong the chiu duoc trong luong cua co the, va co ve phu hop hon cho viec boi dang cheo hoac de bam vao cac cay thuy sinh. Mac du Acanthostega co nhieu dac diem giong ca nhung chung co chan va ban chan phat trien ro rang thay vi la vay. Chung cung co mang ben trong giong nhu ca va cung da phat trien phoi, nhung xuong suon thi qua ngan de ho tro dua khoang nguc ra khoi mat nuoc. Nguoi ta da suy luan rang Acanthostega co the song o nhung dam lay nong co nhieu cay thuy sinh. Nghien cuu dua tren phan tich hinh thai hop so cua Acanthostega chi ra rang loai nay co the da san moi o mep nuoc hoac gan mep nuoc.


Lay link

Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người

Tại sao chúng ta lại có những ngón tay, số lượng những ngón tay này có ý nghĩa gì về mặt tiến hóa?
Giới thiệu cho bạn bè
  • gplus
  • pinterest

Bình luận

Đăng bình luận

Đánh giá: