Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết mới về sự tiến hóa ban đầu của động vật.

Các nhà nghiên cứu do Shuhai Xiao dẫn đầu tại Virginia Tech đã phát hiện ra một hóa thạch bọt biển 550 triệu năm tuổi, làm nổi bật khoảng cách 160 triệu năm trong hồ sơ hóa thạch. Hóa thạch này cho thấy bọt biển thời kỳ đầu thiếu bộ xương khoáng chất, cung cấp những hiểu biết mới về quá trình tiến hóa của một trong những loài động vật lâu đời nhất và ảnh hưởng đến cách các nhà cổ sinh vật học tìm kiếm bọt biển cổ đại.

Thoạt nhìn, bọt biển đơn giản có vẻ không phải là một sinh vật bí ẩn. Vô thức. Không có ruột. Không có vấn đề gì với việc nó có niên đại 700 triệu năm. Tuy nhiên, hóa thạch bọt biển đầy thuyết phục chỉ có niên đại khoảng 540 triệu năm, để lại khoảng cách 160 triệu năm trong hồ sơ hóa thạch.

Trong một bài báo xuất bản ngày 5 tháng 6 trên tạp chí thiên nhiênNhà địa sinh học Shuhai Xiao của Virginia Tech và các cộng tác viên của ông đã báo cáo về một miếng bọt biển biển 550 triệu năm tuổi bị “mất tích” và cho rằng ngay cả những miếng bọt biển biển cũ hơn cũng chưa tiến hóa bộ xương khoáng chất, cung cấp các tiêu chí mới để tìm kiếm hóa thạch bị mất.

Bí ẩn về sự biến mất của bọt biển xoay quanh một nghịch lý. Ước tính đồng hồ phân tử, bao gồm việc đo số lượng đột biến gen tích lũy theo thời gian, cho thấy bọt biển phải tiến hóa khoảng 700 triệu năm trước. Tuy nhiên, không có hóa thạch bọt biển thuyết phục nào được tìm thấy trong những tảng đá cổ xưa như vậy.

Trong nhiều năm, bí ẩn này là chủ đề tranh luận giữa các nhà động vật học và cổ sinh vật học.

Phát hiện mới nhất này điền vào cây phả hệ tiến hóa của một trong những loài động vật lâu đời nhất, giải thích sự vắng mặt dễ thấy của chúng trong các tảng đá cổ xưa và kết nối các dấu chấm với câu hỏi của Darwin về thời điểm chúng tiến hóa.

Khám phá tiên phong của Xiao

Xiao, người mới được bổ nhiệm vào Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, lần đầu tiên nhìn thấy hóa thạch này cách đây 5 năm, khi một cộng tác viên gửi cho anh bức ảnh chụp một mẫu vật được khai quật dọc theo sông Dương Tử ở Trung Quốc. Xiao, giảng viên tại trường Cao đẳng Khoa học, cho biết: “Tôi chưa bao giờ thấy điều gì như thế này trước đây”. “Gần như ngay lập tức, tôi nhận ra đó là một điều gì đó mới mẻ.”

Xiao và các đồng nghiệp của ông từ Đại học Cambridge và Viện Địa chất và Cổ sinh vật học Nam Kinh bắt đầu loại trừ từng khả năng một: không có mực biển, không có hải quỳ, không có san hô. Họ tự hỏi liệu nó có phải là một miếng bọt biển cổ đại khó nắm bắt?

Shuhai Xiao, nhà địa sinh học tại Virginia Tech, và các đồng nghiệp của ông đã báo cáo một hóa thạch bọt biển 550 triệu năm tuổi, lấp đầy khoảng trống trong cây phả hệ tiến hóa của một trong những loài động vật lâu đời nhất. Ảnh của Spencer Coppage cho Virginia Tech. Tín dụng: Spencer Coppage cho Virginia Tech

Trong một nghiên cứu trước đây được công bố vào năm 2019, Xiao và nhóm của anh ấy đã đề xuất Bọt biển thời kỳ đầu không để lại hóa thạch vì chúng không phát triển khả năng tạo ra các cấu trúc cứng như kim, được gọi là gai, đặc trưng cho bọt biển ngày nay.

Các thành viên trong nhóm của Xiao đã theo dõi quá trình tiến hóa của bọt biển thông qua hồ sơ hóa thạch. Khi chúng quay ngược thời gian, các gai của miếng bọt biển trở nên hữu cơ hơn về thành phần và ít khoáng hóa hơn.

Xiao nói: “Nếu bạn ngoại suy, những sinh vật đầu tiên có thể là những sinh vật thân mềm với bộ xương hoàn toàn hữu cơ và không có khoáng chất nào cả”. “Nếu điều này là đúng, chúng sẽ chỉ có thể sống sót sau quá trình hóa thạch trong những điều kiện rất đặc biệt, nơi quá trình hóa thạch nhanh chóng lấn át sự phân hủy.”

Cuối năm 2019, nhóm nghiên cứu quốc tế của Xiao đã tìm thấy một hóa thạch bọt biển được bảo quản trong những điều kiện như vậy: một lớp đá cacbonat biển mỏng được biết là nơi bảo tồn rất nhiều động vật thân mềm, bao gồm cả một số vi sinh vật. Những động vật di động lâu đời nhất.

Xiao nói: “Thông thường, loại hóa thạch này bị thất lạc trong hồ sơ hóa thạch. “Khám phá mới này cung cấp một cái nhìn mới về động vật sơ khai trước khi chúng phát triển thành các bộ phận rắn.”

Phát hiện hóa thạch mới và ý nghĩa của nó

Bề mặt của hóa thạch bọt biển mới được đính một dãy phức tạp gồm các hộp thông thường, mỗi hộp được chia thành các hộp nhỏ hơn, giống hệt nhau.

“Mô hình cụ thể này cho thấy bọt biển hóa thạch của chúng ta có mối quan hệ gần gũi nhất với một loài cụ thể. Phân loại Xiaoping Wang, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Địa chất và Cổ sinh vật học Nam Kinh và Đại học Cambridge, cho biết: “Nó được làm bằng bọt thủy tinh.

Một khía cạnh bất ngờ khác của hóa thạch bọt biển mới là kích thước của nó. Cộng tác viên Alex Liu từ Đại học Cambridge cho biết: “Khi tìm kiếm hóa thạch bọt biển ban đầu, tôi đã nghĩ chúng sẽ rất nhỏ”. “Hóa thạch mới dài khoảng 15 inch với sơ đồ cơ thể hình nón tương đối phức tạp, thách thức nhiều kỳ vọng của chúng tôi về sự xuất hiện của bọt biển thời kỳ đầu”.

Mặc dù hóa thạch vẫn còn thiếu trong một số năm bị thiếu, nhưng nó cũng cung cấp cho các nhà nghiên cứu những hướng dẫn quan trọng về cách tìm kiếm những hóa thạch này – điều này hy vọng sẽ mở rộng hiểu biết về quá trình tiến hóa ban đầu của động vật sau này.

“Phát hiện này cho thấy những miếng bọt biển đầu tiên có thể xốp chứ không phải thủy tinh”, Xiao nói. “Bây giờ chúng tôi biết rằng chúng tôi cần mở rộng tầm nhìn của mình khi tìm kiếm những miếng bọt biển đầu tiên”.

Tài liệu tham khảo: “Một loài động vật bọt biển từ nhóm vương miện Ediacaran muộn” của Xiaoping Wang, Alexander J. Liu, Zhi Chen, Chengxi Wu, Yarong Liu, Bin Wan, Qi Pang, Quanming Chu, Shunlai Yuan và Shuhai Xiao, ngày 5 tháng 6 năm 2024, thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41586-024-07520-y