Hệ sinh thái cổ đại rất giống hệ sinh thái ngày nay

Đó là thế giới mà Anomalocaris khổng lồ chén thịt những con bọ ba thùy, góp mặt trong thế giới đó là những loài không còn tồn tại trên trái đất ngày nay. Nhưng theo các nhà nghiên cứu thực hiện công trình đầu tiên tái dựng lưới thức ăn chi tiết của thế giới cổ đại, hệ sinh thái của kỉ Cambri khá giống hiện đại.

Bài viết của họ được đăng tải tuần này trên tờ PLoS Biology nói rằng mạng lưới mối quan hệ về thức ăn giữa các loài sống dưới nước vào hàng trăm triệu năm về trước khá giống với ngày nay.

Lưới thức ăn mô tả mối tương tác giữa các loài cùng trong một môi trường sống. Lưới thức ăn tương tự như chuỗi thức ăn nhưng phức tạp và thực tế hơn. Khám phá về quy tắc nghiêm ngặt và vĩnh cửu trong quá trình tổ chức lưới thức ăn sẽ giúp chúng ta hiểu được lịch sử và tiến hóa của sự sống. Từ đó sẽ mang lại hiểu biết về hệ sinh thái hiện đại, ví dụ như bằng cách nào mà hệ sinh thái phản hồi lại những tín hiệu của quá trình tuyệt chủng cũng như xâm lấn của các loài sinh vật.

Nhóm các nhà khoa học đa ngành do nhà sinh thái học Jennifer Dunne thuộc viện Santa Fe tại Santa Fe, New Mexico chỉ đạo phối hợp với phòng thí nghiệm Pacific Ecoinformatics and Computational Ecology tại Berkeley, California nhằm nghiên cứu lưới thức ăn của các sinh vật biển được bảo tồn trong những phiến đá kỉ Cambri – thời điểm bùng nổ đa dạng sinh học của các loài đa bào, bao gồm cả tiền thân của các loài ngày nay cùng với rất nhiều sinh vật lạ ở đầu cuối quá trình tiến hóa đã chết. Đồng tác giả của bài viết Richard Williams thuộc phòng Nghiên cứu Microsoft (Cambridge, Anh Quốc) đã phát triển một phần mềm “Network3D” sử dụng trong quá trình phân tích và tái hiện lưới thức ăn.

Hình ảnh lưới thức ăn vùng Burgress Shale vào trung kỉ Cambri. Các khối cầu tượng trưng cho các loài hoặc nhóm loài, đường liên kết giữa các khối cầu thể hiện mối quan hệ về thức ăn. Trong hình là loài ăn thịt đứng đầu, con Anomalocaris khổng lồ, với một trong những loài thức ăn của chúng, những con bọ ba thùy Olenoides. Các mũi tên chỉ rõ vị trí của chúng trong lưới thức ăn. Rất nhiều đặc điểm về cấu trúc của hệ sinh thái cổ đại như trên tương tự với cấu trúc lưới thức ăn hiện đại. (Ảnh: N. D. Martinez; Lưới thức ăn tạo bởi phần mềm Network3D do R. J. Williams viết. Drawings courtesy of Sam Gon III, www.trilobites.info.)

Các nhà nghiên cứu đã thu thập dữ liệu từ Burgess Shale 505 triệu năm tuổi tại British Columbia, Canada và Chengjiang Shale thậm chí còn lâu đời hơn nằm ở phía đông tỉnh Yunna, Trung Quốc có niên đại khoảng 520 triệu năm trước. Cả hai địa điểm nhiều hóa thạch này khác thường ở chỗ chúng bảo tồn cả những bộ phận mềm của đa dạng các loài. Họ xác định loài nào ăn thịt loài nào bằng cách ghép các đầu mối với nhau. Đôi khi họ cũng thu được những bằng chứng xác thực, như là những thứ hóa thạch trong ruột của loài ăn thịt, hay loài giun Ottoia prolifica priapulid ăn thịt đồng loại. Tuy nhiên, trong đa phần các trường hợp, mối quan hệ tương tác về thức ăn đều suy ra từ nơi sống và các bộ phận cơ thể của các loài. Ví dụ như móng vuốt, thùy bơi, mắt to, và phần miệng răng lởm chởm chứng tỏ rằng con Anomalocaris canadensi – một loài sinh vật to lớn và khác thường không có con cháu thời hiện đại – là một kẻ săn mồi dữ tỡn chuyên ăn những con bọ ba thùy và các loài động vật chân đốt. Vết cắt để lại trên một số hóa thạch hoàn toàn trùng khớp với con Anomalocaris.

Để so sánh tổ chức hệ sinh thái kỉ Cambri và hệ sinh thái hiện ngay, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp áp dụng trong phân tích cấu trúc mạng lưới trong đó có những phương pháp nhằm phân tích những điều không chắc chắn thu được từ dữ liệu hóa thạch. Nhà cổ sinh vật học đồng thời là đồng tác giả Doug Erwin thuộc viện Santa Fe và viện Smithsonian cho biết: “Từ lâu các nhà cổ sinh vật học đã biết rằng lưới thức ăn là rất quan trọng nhưng chúng ta thiếu các phương pháp chính xác để nghiên cứu lưới thức ăn vào thời điểm xa xưa. Chúng tôi đã chứng minh được rằng chúng tôi có thể tái tạo lại lưới thức ăn cổ đại và so sánh nó với lưới thức ăn ngày nay, mở ra những con đường mới cho ngành cổ sinh thái học. Chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi nhận thấy đa số các đặc điểm cấu trúc cơ bản của lưới thức ăn đã được hình thành trong quá trình bùng nổ ban đầu của đời sống động vật”.

Lưới thức ăn kỉ Cambri có rất nhiều điểm chung với lưới thức ăn ngày nay, ví dụ như số lượng loài ăn tạp, loài ăn thịt đồng loại tham gia cùng với sự phân bố số loại con mồi mà mỗi loài có. Những quy tắc như thế, cũng như bất cứ một sự khác biệt nào, chỉ được thể hiện ra ngoài khi những thay đổi trong số lượng loài và các đường liên kết trong mạng lưới được giải thích rõ ràng. Dunne nói: “Thú vị là có rất ít khác biệt giữa lưới thức ăn cổ đại và lưới thức ăn hiện đại, đặc biệt là trong lưới thức ăn ở vùng Chengjiang Shale. Tuy nhiên, nói chung vấn đề với loài, hay môi trường, hay lịch sử tiến hóa không quan trọng. Vẫn có rất nhiều kiểu chuỗi thức ăn cùng loại như thế”.

Dunn cho biết thêm: “Điều chúng tôi không biết đó là tại sao lưới thức ăn ở các môi trường sống khác nhau suốt chiều dài lịch sử lại có chung nhiều quy tắc đến thế. Có thể quá trình tiến hóa cấp độ loài đã dẫn đến kiểu mẫu cấp độ cộng đồng ổn định. Ví dụ như, bằng cách giới hạn số lượng loài nhờ các loài ăn thịt qua áp lực chọn lọc sẽ gây ra tuyệt chủng hoặc khiến khả năng phòng thủ của động vật săn mồi được tăng cường. Các mô hình quần xã có thể phản ánh hình dạng lâu dài của nhiều loài sinh vật tương tác, hoặc sự kiềm chế tự nhiên cơ bản về con đường mà các nguồn tài nguyên đi qua mạng lưới sinh thái”.

Những câu trả lời có được sẽ mang lại những điều mới mẻ tại điểm giao thoa của sinh thái học, tiến hóa và vật lý. Nó cũng có thể cũng cấp những thông tin giá trị cho sinh thái học ngày nay. Williams chỉ ra rằng: “Nghiên cứu này là một ví dụ xuất sắc phản ánh ứng dụng của các phương pháp điện toán trong các nghiên cứu thuộc một ngành nào đó nhằm thu được các kết quả mới mẻ. Tìm hiểu hệ sinh thái trong quá khứ giúp chúng tôi có được cái nhìn sâu hơn, hạn chế được những gì đang diễn ra đối với hệ sinh thái ngày nay và cả trong lương lai”.

Trích dẫn: Dunne JA, Williams RJ, Martinez ND, Wood RA, Erwin DH (2008); Sưu tập và phân tích lưới thức ăn kỉ Cambri; PLoS Biol 6(4): e102. doi:10.1371/journal.pbio.0060102