Quá trình tiến hóa trong đại dương đã rẽ sang hướng khác như thế nào?

Nghiên cứu mới đây tiết lộ một sự thay đổi lớn trong những áp lực mà sự sống từng đối mặt.

Mở đầu

Trong phần lớn lịch sử 600 triệu năm của sự sống đa bào, quá trình tiến hóa của sự sống trong đại dương được thúc đẩy bởi những biến động mạnh trong khí hậu và hóa học của đại dương.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Geoscience cho thấy, bắt đầu từ 170 triệu năm trước, quá trình tiến hóa này đã được dẫn dắt bởi các yếu tố như mối quan hệ giữa kẻ săn mồi và con mồi. Điều kỳ lạ là sự thay đổi này lại có liên quan đến lượng phấn bao phủ đáy biển.

Ngày nay, ứng viên tiến sĩ và tác giả chính Kilian Eichenseer nói trong một tuyên bố, những khu vực rộng lớn của đáy đại dương được bao phủ bởi một lớp tương đương với phấn, tạo nên từ các sinh vật cực nhỏ đã chiếm ưu thế vào giữa kỷ Jura.

Lý do vì sao lớp đáy biển phấn này có thể thay đổi hướng đi của lịch sử tiến hóa đại dương là do ảnh hưởng của nó đến các sinh vật xây vỏ.

Sự sống đại dương tạo vỏ từ canxi cacbonat, chất có hai dạng chính: calcite hoặc aragonite. Mặc dù chúng có cấu tạo hóa học giống nhau, nhưng những khoáng chất canxi cacbonat này lại có cấu trúc nguyên tử khác nhau, và chúng trở nên phổ biến hơn hay ít phổ biến hơn tùy thuộc vào điều kiện của đại dương. Cụ thể, tỷ lệ magiê so với canxi trong các đại dương quyết định liệu đại dương có chứa nhiều calcite hơn hay nhiều aragonite hơn. Nếu magiê nhiều hơn so với canxi, aragonite sẽ có điều kiện hình thành dễ dàng hơn calcite.

Khi đại dương rẽ sóng

Tùy thuộc vào các điều kiện chủ yếu, các đại dương của Trái Đất đã trải qua những chu kỳ biển aragonite và biển calcite trong hàng triệu năm. Hiện tại, chúng ta đang có một biển aragonite. Khi các chế độ khác nhau này luân phiên thay đổi, các loại sinh vật xây vỏ cũng thay đổi theo. Một số loài ưa thích xây vỏ aragonite, nhưng việc này sẽ khó khăn hơn trong môi trường biển calcite. Một số loài ưa thích vỏ calcite, nhưng việc xây dựng loại vỏ này sẽ gặp khó khăn trong biển aragonite.

Các nhà nghiên cứu đã xác nhận điều này bằng cách phân tích một tập dữ liệu khổng lồ gồm 400.000 hóa thạch biển có niên đại từ 10.000 TCN đến 500 triệu năm trước.

Dựa trên phân tích này, các nhà nghiên cứu có thể xác định thời điểm mà biển chủ yếu là aragonite hay calcite, cũng như xác nhận rằng các loài động vật biển phát triển mạnh trong các giai đoạn này thường ưu tiên xây vỏ aragonite hoặc calcite. Tuy nhiên, khoảng 170 triệu năm trước, có điều gì đó đã thay đổi.

Một nhân tố thay đổi cuộc chơi

Vào thời điểm này, sinh vật phù du tạo vỏ canxi trở thành một lực lượng chiếm ưu thế trong đại dương. Sinh vật phù du tạo vỏ canxi, như coccolithophores, phát triển các tấm canxi cacbonat. Sự lan rộng của những sinh vật này đã chuyển quá trình sản xuất canxi cacbonat từ chỉ các thềm lục địa – nơi phần lớn sinh vật tạo vỏ canxi tồn tại – sang các đại dương mở.

Sự lan rộng lớn này của các sinh vật tạo vỏ canxi đã góp phần vào việc phủ kín đáy đại dương bằng một lớp phấn.

Điều này có thể không quá quan trọng: rốt cuộc, việc sản xuất thêm canxi cacbonat có thể giúp ích gì cho các sinh vật khác cũng xây vỏ canxi cacbonat? Eichenseer giải thích:

Khối phấn này giúp cân bằng độ axit của đại dương, và, khi sự cân bằng này được duy trì, các sinh vật ít bị ảnh hưởng bởi những biến động ngắn hạn trong hóa học đại dương hơn so với trước đây. Việc tiết ra một lớp vỏ trở nên dễ dàng hơn, bất kể vỏ đó làm từ chất liệu gì, miễn là hóa học của đại dương ổn định.

Cụ thể, lượng canxi cacbonat dư thừa đã hoạt động để chống lại sự dao động trong mức độ cacbon dioxit trong khí quyển.

Khi mức cacbon dioxit trong không khí tăng, nó cũng làm tăng lượng cacbon dioxit trong đại dương. Điểm khác biệt là trong đại dương, cacbon dioxit nhanh chóng chuyển hóa thành axit cacbonic. Chất này ăn mòn vỏ, gây khó khăn cho các sinh vật xây vỏ và đặc biệt khó khăn cho các sinh vật xây vỏ không đồng bộ với điều kiện của biển. Một sinh vật xây vỏ aragonite sẽ có cơ hội sống sót cao hơn trong biển calcite mà không phải đối mặt với gánh nặng do axit cacbonic gây ra.

Kết quả sự đa dạng sinh học bùng nổ

Môi trường có thể hỗ trợ nhiều sinh vật xây vỏ chủ động hơn, từ đó tạo nguồn thức ăn cho các loài săn mồi khác. Hóa học của đại dương trở nên ít quan trọng hơn đối với sự sống mới nổi so với khả năng tìm kiếm con mồi hoặc tránh các kẻ săn mồi của nó. Ngày nay, chúng ta có thể đang làm quá tải hệ thống đệm mà sinh vật phù du tạo vỏ đã xây dựng cho chúng ta. Có thể sự sống trong đại dương sẽ thích nghi với một chế độ hoàn toàn mới trong vài triệu năm tới.