Nguyên nhân giúp sự sống “bùng nổ” trên Trái đất thực sự là gì?

Khi thành phần bầu khí quyển Trái Đất thay đổi, quá trình tiến hóa của động vật có thể thay đổi theo.

Sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử sự sống trên Trái Đất thường được cho là bắt nguồn từ vụ nổ Cambrian, từ khoảng 541 đến 516 triệu năm trước, sự sống bắt đầu đa dạng hóa. 

Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế cho rằng việc tăng mức oxy bằng cách nào đó đã tạo ra sự bùng nổ và phá vỡ hệ động vật của hành tinh chúng ta, giống như nhạc trưởng của một bản giao hưởng sống.

Các nhà khoa học lần đầu tiên đề cập đến sự bùng nổ tiến hoá của động vật trên Trái Đất liên quan đến sự thay đổi nồng độ oxy trong khí quyển.

Lần đầu tiên, nghiên cứu đã liên kết sự xuất hiện nhanh chóng của đời sống động vật trong vụ nổ Cambrian với sự gia tăng nồng độ oxy trong khí quyển, đồng thời cho thấy các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt liên quan đến sự sụt giảm oxy tương ứng.

"Các sinh vật phức tạp xuất hiện trong vụ nổ Cambrian là tiền thân của nhiều loài động vật hiện đại mà chúng ta thấy ngày nay", nhà hóa học Tianchen He từ Đại học Leeds giải thích.

Nhưng vì không có ghi chép trực tiếp về lượng oxy trong khí quyển trong thời gian này nên rất khó xác định những yếu tố nào có thể đã khởi động điểm quan trọng này trong quá trình tiến hóa.

Câu trả lời được cho nằm ở Siberia - một khu vực được gọi là nền tảng Siberia, nơi từng là một vùng biển nông và là nhà của một nửa trong số các loài hóa thạch được phát hiện còn tồn tại trong thời kỳ Cambrian.

Phân tích các mẫu đá vôi cổ từ hai con sông trong khu vực này, các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra một mô hình so sánh các chu trình carbon và lưu huỳnh, nồng độ oxy ước tính, sự đa dạng của động vật từ hơn nửa tỷ năm trước.

Phát hiện cho thấy rằng trong thời gian oxy cao, đại dương cạn trải qua các xung động của đa dạng hóa động vật, đưa ra lời giải thích khả dĩ cho "bản chất từng bước" của vụ nổ Cambrian.

"Trong các đại dương hiện đại và cổ đại, nước có nhiều oxy tốt thường liên quan đến kích thước cơ thể lớn hơn ở động vật, tính đa dạng cao hơn, cấu trúc xương tiên tiến tăng khả năng vận động và ăn thịt", các tác giả viết.

Mặt khác, trong thời gian oxy thấp, chẳng hạn ở Cambrian sớm các nhà nghiên cứu đã ghi nhận "sự tạm dừng kéo dài" trong đa dạng hóa, kéo dài hơn 20 triệu năm và gây ra nhiều đợt tuyệt chủng.

Nguồn gốc của vụ nổ Cambrian đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều năm và vai trò của oxy đang được tranh luận sôi nổi. Những phát hiện mới này hỗ trợ mạnh mẽ cho câu chuyện khoa học phổ biến nhất, cho thấy cấu trúc và lối sống cơ thể động vật mới có liên quan đến nhu cầu oxy cao hơn nhiều, và điều này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh mô hình cuộc sống mà chúng ta thấy ngày nay.

"Đây là nghiên cứu đầu tiên cho thấy rõ rằng tổ tiên động vật sớm nhất của chúng ta đã trải qua một loạt các bức xạ tiến hóa và tắc nghẽn gây ra bởi sự thay đổi cực độ của nồng độ oxy trong khí quyển", nhà nghiên cứu Graham Shields từ Đại học College London nói.