Răng của voi đã kịp thích nghi với biến đổi khí hậu như thế nào?
Kiến thức - Học thuật - Ngày đăng : 07:40, 14/11/2023
Chiêm ngưỡng những con voi trong tự nhiên là một trải nghiệm đầy cảm hứng vượt thời gian. Ngày nay chỉ có ba loài còn hiện diện trên Trái đất: voi thảo nguyên châu Phi, voi rừng châu Phi và voi châu Á.
Chúng là hậu duệ còn sót lại của một bộ gọi là động vật có vòi, có lịch sử tiến hóa kéo dài 60 triệu năm và khoảng 200 phân loài. Lục địa châu Phi là trung tâm của câu chuyện này. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa rõ tại sao quá trình chọn lọc tự nhiên lại ưu ái loài voi hiện đại trở thành nhánh nhỏ duy nhất còn sót lại của bộ động vật có vòi.
Một nghiên cứu mới của các nhà cổ sinh vật học Juha Saarinen và Adrian Lister đã đưa ra câu trả lời. Họ tập trung vào sự xuất hiện của những chiếc răng má nhiều lớp, có tính "xử lý chuyên môn" cao của voi vốn bắt nguồn từ bộ răng nguyên thủy của loài động vật có vòi trước đó. Kết luận của họ chứng minh rằng việc điều chỉnh hành vi của động vật để ứng phó với môi trường thay đổi có thể tạo ra các xu hướng biến đổi trong cấu trúc thích nghi. Tất nhiên quá trình này không đến trong một sớm một chiều mà trải qua hàng chục triệu năm.
Những vấn đề về bộ nhai
Chế độ ăn của voi hiện đại gồm rất nhiều thức ăn thô, dạng sợi, thường có hàm lượng dinh dưỡng thấp. Chúng có thể ăn theo cách này nhờ vào hàm răng độc đáo: 6 chiếc răng nghiến khổng lồ mọc ra trên mỗi nửa hàm và mọc tuần tự theo một “hàng” nằm ngang trong suốt cuộc đời, mỗi chiếc mọc sau lại lớn hơn chiếc răng trước đó. Những chiếc răng hàm trưởng thành có thể to như viên gạch.
Khi hàm di chuyển, các đường gờ men dọc theo răng sẽ cắt lớp thực vật giống như dụng cụ bào phô mai. Những chiếc răng này cũng có mão răng mọc liên tục vào đúng vị trí để bồi đắp khi bề mặt nhai cũ mòn đi. Điều này giúp voi đối phó với tình trạng mòn răng liên tục do nhai.
Hồ sơ hóa thạch cho thấy, 20 triệu năm trước răng của thú có vòi trông hoàn toàn khác voi hiện đại. Những chiếc răng này có chỏm tròn xếp thành từng cặp, rất linh hoạt để nhai nhiều loại thức ăn trong các khu rừng nguyên sinh và bụi rậm - nơi tổ tiên loài voi sinh sống. Nhưng cấu trúc răng kiểu này không phù hợp để xử lý số lượng lớn thực vật cứng (mà voi ngày nay ăn) và dễ bị mài mòn.
Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng có hai yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của các đặc điểm răng chịu mài mòn xuất hiện ở voi ngày nay. Thứ nhất là môi trường chủ yếu của voi sau này là các đồng cỏ chứ không còn là rừng nhiệt đới như tổ tiên của chúng. Thứ hai là các loài động vật ăn cỏ lớn phải nhai nhiều sạn dính trong lá do môi trường mới nhiều bụi hơn hơn trước đây (thảo nguyên thì nhiều gió bụi hơn rừng già).
Cả hai thách thức đều nảy sinh trong vòng 20 triệu năm qua. Nhưng vẫn chưa rõ chính xác hai yếu tố này thúc đẩy các thay đổi để thích nghi ở răng của động vật ăn cỏ như thế nào.
Các bằng chứng thuyết phục
Saarinen đã nghĩ ra một phương pháp định lượng đơn giản để giải quyết câu hỏi hóc búa này dựa trên nguyên tắc cơ học cơ bản. Cách nhai của động vật ăn cỏ khiến răng phẳng, trong khi răng của động vật ăn lá có bề mặt “góc cạnh” hơn (để dễ cắt lá khỏi cành hơn). Điều đó có nghĩa là góc vát trên răng động vật ăn cỏ phải rộng hơn so với voi ăn lá.
Để kiểm tra ý tưởng này, Saarinen trước hết đã đo răng voi ở Công viên Quốc gia Tsavo East của Kenya và kết quả thực nghiệm xác nhận giả thuyết của họ. Sau đó, Saarinen và Lister chuyển sang nghiên cứu kho tài liệu địa chất và hóa thạch phong phú ở châu Phi.
Các phép đo độ mòn răng từ các hóa thạch cho thấy rằng, khoảng 21 triệu năm trước, sự gia tăng đầu tiên trong việc hấp thụ cỏ trong chế độ ăn đã khởi đầu từ loài động vật có vòi được gọi là “Gomphothere”. Theo danh pháp, Gomphothere là tổ tiên của loài voi hiện đại và các họ hàng đã tuyệt chủng khác.
Họ cũng phát hiện ra rằng những con Gomphothere ngày càng ăn cỏ nhiều hơn khi các trảng cỏ mở rộng khắp môi trường sống của chúng từ 21 triệu đến 6 triệu năm trước. Điều này thể hiện một cách sinh động qua các mảnh hóa thạch thực vật từ những địa điểm tìm thấy răng Gomphothere. Tuy nhiên, họ cũng nhận ra có rất ít sự tiến hóa về cấu trúc ở răng của chúng.
Đây là thời kỳ bùng nổ về sự đa dạng của động vật có vòi ở châu Phi, nơi là môi trường sống có ba hoặc bốn loài có vòi là phổ biến. Một số loài áp dụng chiến thuật chuyển sang ăn cỏ để giảm thiểu sự cạnh tranh thức ăn với các loài lân cận ưa thích ăn lá.
Những hậu duệ cuối cùng
Để xem xét kỹ lưỡng các mối liên hệ được lý thuyết hóa trước đây giữa khí hậu, sự thay đổi thảm thực vật và sự tiến hóa của loài voi, Saarinen và Lister đã kiểm tra thông tin từ các lõi trầm tích được khoan ngoài khơi bờ biển phía tây và phía đông của châu Phi trong những thập niên trước. Những lõi đó về cơ bản là kho lưu trữ, ghi lại những thay đổi môi trường hàng chục triệu năm trên lục địa đen. Thời kỳ khô cằn được thể hiện bằng các phân đoạn nhiều bụi hơn của lõi.
Kiểm tra thống kê dữ liệu cho thấy môi trường châu Phi bắt đầu trở nên khô cằn hơn đáng kể từ 7 triệu đến 5 triệu năm trước. Điều này thúc đẩy các thảo nguyên phát triển thay chỗ cho rừng nhiệt đới, dẫn đến sự gia tăng đáng kể về tốc độ tiến hóa răng trong dòng động vật là tổ tiên của voi ma mút và voi hiện đại.
Họ cũng có bằng chứng cho thấy những chiếc răng hàm có nhiều lớp bọc và có mão cao của loài voi tiến hóa chủ yếu để chịu đựng sạn chứ không phải chất xơ trong thức ăn của chúng. Dạng răng mới này mang lại lợi thế đến mức khoảng 3,6 triệu năm trước, những con voi đầu tiên đã kịp thích nghi trước khi những họ hàng cuối cùng trong gia đình Gomphothere tuyệt chủng.
Đỉnh cao của cuộc tiến hóa này là loài Palaeoloxodon. Đó là loài voi lớn nhất trong quá trình tiến hóa, cao tới hơn 4 mét và nặng 12 - 15 tấn. Với những chiếc răng hàm có kích thước bằng viên gạch, Palaeoloxodon là loài động vật ăn cỏ thành công bậc nhất trên thảo nguyên châu Phi từ 1,5 triệu đến khoảng 130.000 năm trước, cả về tầm vóc và khả năng thích nghi.
Tuy nhiên, trong vòng một triệu năm qua, khi các thảo nguyên châu Phi ngày càng trở nên khô cằn và biến đổi theo mùa giống như 5 triệu năm trước đó, những "chuyên gia ăn cỏ" này đã biến mất. Tại sao?
Các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết: Những con voi châu Phi hiện đại có kích thước chỉ bằng một nửa so với Palaeoloxodon, với hàm răng ít chuyên biệt hơn đối với chế độ ăn chủ yếu là cỏ. Đây có thể là chìa khóa để voi có thể tồn tại được ở những vùng xavan khô cằn ở châu Phi ngày nay, nơi có ít cỏ đến mức không đủ cung ứng cho những loài ăn chay khổng lồ phụ thuộc vào cỏ như Palaeoloxodon.
Câu hỏi bây giờ là với tốc độ chóng mặt của biến đổi khí hậu như hiện nay thì loài voi còn sống sót có thoát khỏi cảnh tuyệt chủng như những người anh em họ Palaeoloxodon không? Dứt khoát răng của chúng không thể kịp thay đổi để thích nghi như 5 triệu năm trước, có chăng là việc không mọc ngà để đỡ bị săn trộm.