CHƯƠNG II (tt) TÌM KIẾM NGÓN TAY VÀ CỔ TAY Ở CÁ

Năm 1995, tôi và Ted Daeschler trở về nhà anh ở Philadelphia sau khi lái xe xuyên qua Pennsylvania để cố tìm các điểm xẻ núi mới dọc đường cao tốc. Chúng tôi đã tìm được một điểm ở đường số 15 phía bắc Wiliamsport, nơi Cục Vận tải của bang Pennsylvania đã tạo ra một bức vách sa thạch khổng lồ có tuổi 365 triệu năm. Cục Vận tải đã nổ mìn phá vách núi và để lại hàng đống sa thạch lộn xộn dọc đường cao tốc. Đây là nơi săn tìm hóa thạch hoàn hảo, và chúng tôi đã đỗ xe để kiểm tra các tảng sa thạch, nhiều tảng có kích thước chỉ bằng một cái lò vi sóng. Khi về đến nhà Ted, con gái 4 tuổi của anh ấy tên là Daisy chạy ra đón bố và hỏi xem chúng tôi đã tìm thấy gì.

Trong lúc cho Daisy xem một trong các tảng sa thạch, chúng tôi đột nhiên nhận ra một mảnh vây của một con cá lớn. Chúng tôi đã hoàn toàn để vuột con cá đó ở hiện trường. Và như sau đó chúng tôi nhận thấy, đây không phái là vây cá thông thường: rõ là nó có nhiều xương bên trong. Mọi người trong phòng thí nghiệm mất khoảng một tháng để lấy chiếc vây đó ra khỏi tảng sa thạch, và lần đầu tiên chúng tôi có một con cá có sơ đồ xương giống kiểu Owen đã mô tả. Gần nhất với thân mình là một chiếc xương. Chiếc xương này gắn với hai xương. Từ vây tỏa ra khoảng tám thanh xương. Kiểu xương này giống như một con cá có ngón tay.

Vây cá của chúng tôi có đủ bộ màng, vảy và thậm chí cả một xương đai vai giống cá, nhưng nằm sâu bên trong là các xương tương ứng với chi tiêu chuẩn. Thật không may, chúng tôi chỉ có một cái vây cá rời.

Điều chúng tôi cần là tìm ra nơi có toàn bộ cơ thể của con vật. Chỉ mỗi chiếc vây tách rời sẽ không thể giúp chúng tôi trả lời được các câu hỏi thực sự: Sinh vật này dùng vây để làm gì, và liệu vây cá có các xương và khớp hoạt động giống như chúng ta hay không? Câu trả lời sẽ chỉ có được khi có nguyên bộ xương.

Để tìm thấy điều đó, chúng tôi đã phải tìm kiếm ngót mười năm. Và tôi không phải là người đầu tiên nhận ra mình đang nhìn thấy cái gì. Những người đầu tiên là hai chuyên gia phục dựng hóa thạch, Fred Mullison và Bob Masek. Các chuyên gia phục dựng hóa thạch sử dụng các dụng cụ nha khoa để cạo những tảng đá chúng tôi tìm thấy ngoài thực địa và bộc lộ những hóa thạch bên trong. Phải mất hàng tháng, nếu không muốn nói là cả năm trời, để một người phục dựng hóa thạch biến một tảng đá chứa hóa thạch mà chúng tôi tìm thấy thành một mẫu vật đẹp và đủ chất lượng nghiên cứu.

Chiếc vây cá "trêu ngươi" chúng tôi. Đáng buồn là chúng tôi chỉ tìm thấy mẫu vật rời này. Sơ đồ được dùng ở đây với sự chấp thuận của Scott Rawlins, Đại học Arcadia. Ảnh của tác giả.

Trong đợt thám hiểm năm 2004, chúng tôi đã thu thập ba khối đá, mỗi khối có kích thước bằng một va li đựng hành lý, từ tầng địa chất thuộc kỷ Devon trên đảo Ellesmere. Mỗi khối đá chứa một con vật đầu dẹp: con vật tôi đã tìm thấy trong băng ở đáy của hố khai quật, mẫu vật của Steve, và mẫu vật thứ ba chúng tôi khám phá trong tuần cuối cùng của cuộc khai quật, ở thực địa, chúng tôi đã tách từng cái đầu, chừa lại phần đá nguyên vẹn xung quanh đủ để khám phá phần còn lại của cơ thể trong phòng thí nghiệm. Sau đó, cả khối đá đưọc bọc bằng thạch cao để vận chuyển về. Việc mở những mảng thạch cao trong phòng thí nghiệm cũng khá giống với việc mở một vỏ bọc thời gian. Từng phần và từng chút của cuộc đời chúng tôi ở lãnh nguyên Bắc cực đều nằm trong đó, cũng như các ghi chép và chú thích thực địa về mẫu vật của chúng tôi. Thậm chí mùi của lãnh nguyên vẫn còn thoang thoảng khi chúng tôi tách lớp thạch cao bên ngoài.

Fred ở Philadelphia và Bob ở Chicago làm sạch hóa thạch trong những tảng đá khác nhau vào cùng khoảng thời gian. Từ một trong những khối đá Bắc cực này, Bob đã lôi ra một mánh xương rất nhỏ thuộc một chiếc vây kích thước lớn của con Cá (lúc đó chúng tôi chưa đặt tên nó là Tiktaalik). Điều khiến cái xương hình khối này khác biệt với bất kỳ loại xương vây nào khác là một khớp ở đầu có chỗ để lắp với bốn xương khác. Thật vậy, miếng xương trông giống xương cổ tay một cách lạ lùngv– nhưng những xương vây trong khối đá mà Bob đang làm sạch quá lộn xộn nên chưa thể khẳng định chắc chắn. Mảnh ghép bằng chứng tiếp theo từ Philadelphia đến sau đó một tuần. Fred, một thầy phủ thủy với các dụng cụ nha khoa của mình,

Các xương vây trước của hóa thạch Tiktaalik – một loài cá có cổ tay.

đã gỡ cả một vây cá nguyên vẹn khỏi khối đá. Ở đúng vị trí, ngay phần cuối của các xương cẳng tay, chiếc vây cá có cái xương đó. Và cái xương đó gắn vào bốn xương nữa. Chúng tôi đã nhìn thấy nguồn gốc của một phần cơ thể chúng ta bên trong con cá 375 triệu năm tuổi này. Chúng tôi đã có một con cá có cổ tay.

Sau đó vài tháng, chúng tôi đã có thể quan sát nhiều hơn di vật còn lại của phần xương phụ. Nó là xương kiểu nữa vây cá, nửa chi. Con cá của chúng tôi có màng vây nhưng bên trong là một phiên bản nguyên thủy của kiểu sắp xếp Owen: một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón. Như học thuyết Darwin đã tiên đoán: ở đúng lúc, đúng chỗ, chúng tôi đã tìm ra dạng trung gian giữa hai loại động vật có xương sống khác nhau.

Tìm thấy vây giống chi động vật bốn chân chỉ là sự bắt đầu của hành trình khám phá. Niềm vui thực sự đối với tôi, Ted và Farish là từ việc tìm hiểu chiếc vây đó làm gì, hoạt động như thế nào và phán đoán trước hết tại sao khớp cổ tay lại xuất hiện. Các lý giải cho những câu hỏi này được tìm thấy trong cấu trúc của xương và khớp.

Khi tách xương vây của Tiktaalik ra từng phần, chúng tôi đã tìm thấy một điều thực sự đáng chú ý: tất cả các bề mặt khớp được bảo quản cực kỳ tốt. Tiktaalik có một vai, khuỷu tay và cổ tay bao gồm các xương giống như một cánh tay, cẳng tay và cổ tay ở người. Khi nghiên cứu cấu trúc của những khớp này để đánh giá xem các xương chuyển động với nhau như thế nào, chúng tôi thấy rằng Tiktaalik đã được biệt hóa để thực hiện một chức năng khá phi thường: nó có thể chống đẩy (hít đất).

Khi chúng ta chống đẩy, hai bàn tay của chúng ta tiếp xúc với mặt đất, khuỷu tay gập lại, và chúng ta sử dụng cơ ngực để di chuyển cơ thể lên xuống. Cơ thể của Tiktaalik đã có khả năng thực hiện được tất cả các cử động của quá trình này. Khuỷu tay của nó có thể gập lại giống với chúng ta và cổ tay có thể gập để “lòng bàn tay” của con cá nằm dán xuống mặt đất. Còn đối với hệ cơ ngực, dường như Tiktaalik đã có những cơ với khối lượng lớn. Khi chúng tôi nhìn vào vai và phần dưới của xương tay nơi chúng được khớp nối, chúng tôi đã tìm thấy các mào và mấu nơi các cơ ngực lớn có thể gắn vào. Tiktaalik có thể “nằm xuống và chống đẩy hai mươi cái”.

Tại sao một con cá lại muốn thực hiện động tác “chống đẩy”? Xem xét phần còn lại của con vật sẽ giúp trả lời câu hỏi này. Với một cái đầu bẹt, mắt ở trên đỉnh đầu, và có các xương sườn, dường như Tiktaalik được tạo ra để di chuyển ở đáy và chỗ nông trong các ao, hồ, sông suối, thậm chí đi “lạch bạch” quanh các bãi lầy dọc bờ sông. Khả năng nâng đỡ cơ thể của vây thật ra rất hữu ích đối với loài cá cần vận động trong tất cả các dạng môi trường này. Sự lý giải này cũng phù hợp với địa chất của điểm tìm thấy hóa thạch Tiktaalik. Cấu trúc của các tầng đá và kiểu hạt phân bố trong đá mang dấu ấn đặc trưng của một trầm tích được tạo thành bởi một dòng suối cạn, bao quanh là các bãi lầy ngập nước theo mùa.

Nhưng tại sao chúng lại sống trong những môi trường này? Điều gì buộc cá phải ra khỏi môi trường nước hoặc sống ở mép nước? Hãy suy nghĩ về điều này: rõ ràng là mọi con cá bơi trong

Mô hình kích thước thật của cơ thể một con cá Tiktaalik (hình trên), và hình vẽ vây của nó (hình dưới). Đây là một chiếc vây với vai, khuỷu và cổ tay sơ khai có khả năng thực hiện động tác chống đẩy

các dòng suối 375 triệu năm tuổi này đều ít nhiều là loài săn mồi. Một số dài tới gần 5m, gần gấp đôi con Tiktaalik lớn nhất. Loài cá thường gặp nhất chúng tôi tìm thấy bên cạnh Tiktaalik dài hơn 2m và có bề ngang đầu bằng quả bóng rổ. Răng chúng là các gai có kích thước của đinh đóng đường ray. Bạn có muốn bơi trong những dòng suối cổ này không?

Không có gì quá đáng khi nói rằng đó là thế giới cá lớn nuốt cá bé. Chiến lược để thành công trong môi trường này khá rõ ràng: phát triển cơ thể to lớn, khoác lên mình lớp giáp bảo vệ, hoặc thoát khỏi môi trường nước. Xem ra tổ tiên xa của chúng ta đã tránh cuộc chiến này.

Nhưng sự né tránh xung đột này có ý nghĩa cực kỳ sâu sắc đối với chúng ta. Chúng ta có thể kiếm chứng nhiều đặc điểm cấu trúc chi của chúng ta với vây của những con cá này. Gập cổ tay về phía sau và phía trước. Xòe và gập bàn taỵ. Khi bạn thực hiện thao tác này, bạn đang dùng tới các khớp xương xuất hiện đầu tiên ở vây của cá dạng Tiktaalik. Trước thời kỳ của Tiktaalik, những khớp xương này không tồn tại. Sau này, người ta tìm thấy chúng trong các chi của động vật bốn chân.

Khi tiến hóa từ Tiktaalik lên lưỡng cư rồi tới thú, có một điều trở nên rõ ràng: sinh vật nguvên thủy nhất có xương cánh tay, xương cẳng tay, thậm chí xương cổ tay và lòng bàn tay như của chúng ta cũng có vảy và màng vây. Sinh vật đó là một con cá.

Chúng ta vận dụng mô hình một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón, vốn được Owen gán cho một Đấng sáng tạo, như thế nào? Một số loài cá, ví dụ cá phổi, có một xương ở gốc. Những loài cá khác, ví dụ như Eusthenopteron, có mô hình một xương – hai xương. Sau đó có những sinh vật như Tiktaalik có mô hình một xương – hai xương – nhiều xương con. Không chỉ có một con cá bên trong chi của chúng ta; mà có cả một bể cá. Bản thiết kế của Owen đã được tích hợp trong các loài cá.

Tiktaalik có thể chống đẩy, nhưng chẳng bao giờ ném được bỏng chày, chơi piano hay đi trên hai chân. Đó là một con đường dài tiến hóa từ Tiktaalik tới con người. Điều quan trọng và thường gây ngạc nhiên là hầu hết xương lớn của con người dùng để đi lại, ném hoặc cầm nắm xuất hiện đầu tiên ở các động vật sống cách đây hàng chục đến hàng trăm triệu năm. Phần xương cánh tay và xương chân đầu tiên của chúng ta có trong những con cá 380 triệu năm tuổi như Eusthenopteron. Tiktaalik thể hiện các giai đoạn đầu của quá trình tiến hóa cổ tay, lòng bàn tay và ngón tay. Ngón tay và ngón chân thực sự đầu tiên được tìm thấy ở các loài lưỡng cư 365 triệu năm tuổi như Acanthostega. Cuối cùng, bộ xương cổ tay và mắt cá chân đầy đủ như ở tay và bàn chân người được tìm thấy ở các loài bò sát trên 250 triệu năm tuổi. Khung xương cơ bản của bàn tay và bàn chân được thiết lập qua hàng trăm triệu năm, đầu tiên ở cá rồi sau này ở lưỡng cư và bò sát.

Nhưng những thay đổi cơ bản nào cho phép chúng ta sử dụng hai bàn tay và đi lại bằng hai chân? Những thay đổi này diễn ra như thế nào? Hãy nhìn vào các ví dụ đơn giản từ các chi động vật bốn chân để tìm ra một số câu trả lời.

Con người chúng ta giống như các loài thú khác, có thể xoay tròn ngón cái so với khuỷu tay. Chức năng đơn giản này đóng vai trò rất quan trọng đối với việc sử dụng bàn tay trong đời sống hằng ngày. Hãy hình dung khi ăn, viết hoặc ném một quả bóng mà không thể xoay bàn tay so với khuỷu tay của mình. Chúng ta có thể làm điều này vì một chiếc xương cẳng tay là xương quay có thể xoay tròn trên một điểm trụ ở khớp khuỷu tay. Cấu trúc của khớp khuỷu tay được thiết kế tuyệt vời cho chức năng này. Ở phần cuối xương cánh tay có một diện cầu. Đầu của xương quay tạo thành một ổ nhỏ vừa khít với diện cầu này. Kiểu khớp cầu này cho phép chúng ta xoay tròn bàn tay, hay còn gọi là lật sấp và lật ngửa bàn tay. Chúng ta thấy nguồn gốc của kiểu khớp này đầu tiên ở đâu? Ở các sinh vật như Tiktaalik. Ở Tiktaalik, đầu cuối xương cánh tay tạo thành một u lồi vừa khít với khớp lõm hình cốc của xương quay. Khi Tiktaalik gập khuỷu tay, đầu của xương quay sẽ xoay tròn, hay lật sấp so với với khuỷu tay. Sự hoàn thiện khả năng này được thấy ở lưỡng cư và bò sát, khi đầu của xương cánh tay biến thành một diện cầu thực sự, giống như chúng ta.

Xét đến chi sau, chúng ta thấy một đặc điểm quan trọng giúp chúng ta có khả năng bước đi, giống như các loài thú khác). Không giống cá và lưỡng cư, đầu gối và khuỷu tay của chúng ta đối diện nhau. Đặc điểm này rất quan trọng: hãy thử tưởng tượng khi ta cố bước đi với xương đầu gối quay về phía sau. Các loài cá như Eusthenopteron hoàn toàn khác, bộ phận tương đương với đầu gối và khuỷu tay cùng quay về một hướng. Chúng ta bắt đầu phát triển với các chi nhỏ xíu có hướng giống như của Eusthenopteron, với đầu gối và khuỷu tay cùng quay về một hướng. Khi lớn lên trong tử cung, đầu gối và khuỷu tay chúng ta xoay đi để cho ta trạng thái như chúng ta thấy ở loài người ngày nay.

Kiểu đi bằng hai chân của chúng ta sử dụng các chuyển động của hông, đầu gối, mắt cá và xương bàn chân để đẩy cơ thể về phía trước trong tư thế đứng thẳng, không giống tư thế bò trườn của các sinh vật như Tiktaalik. Một khác biệt lớn là vị trí của hông chúng ta. Chân chúng ta không khuỳnh sang hai bên giống như ở cá sấu, lưỡng cư hay cá; thay vào đó, chúng kéo dài phía bên dưới cơ thể. Sự thay đổi tư thế này xảy ra nhờ sự thay đổi khớp hông, xương chậu và xương đùi: xương chậu của chúng ta trở thành hình chiếc bát, hố khớp hông của chúng ta sâu, xương đùi có một phần cổ rõ rệt, một đặc điểm cho phép nó kéo dài bên dưới cơ thể hơn là sang hai bên.

Liệu những sự thật lịch sử cổ đại của chúng ta có đồng nghĩa với việc loài người không đặc biệt, hoặc không mang tính duy nhất trong số các sinh vật sống? Tất nhiên là không rồi. Thật ra, việc tìm hiểu về nguồn gốc sâu xa của nhân loại chỉ bổ sung cho thực tế đáng chú ý trong sự tồn tại của chúng ta: tất cả những khả năng độc đáo của chúng ta đều bắt nguồn từ những thành phần cơ bản được tiến hóa nơi cá và các sinh vật cổ đại khác. Các phần cấu tạo chung được xây dựng theo cách thức độc nhất. Chúng ta không tách biệt khỏi thế giới động vật, chúng ta là một phần của nó, ngay từ trong những chiếc xương, và như ta sẽ thấy sau đây, kể cả trong các gene di truyền.

Khi hồi tưởng lại, khoảnh khắc tôi trông thấy cổ tay của loài cá lần đầu tiên cũng đầy ý nghĩa như lần đầu tiên tôi mở vải bọc các ngón tay của tử thi trong phòng giải phẫu người. Cả hai lần tôi đều khám phá thấy một sự liên hệ sâu sắc giữa phần “con” trong cơ thể người của mình với một loài sinh vật khác.