Hé mở nguyên nhân cuộc đại tuyệt chủng cách đây 252 triệu năm

Cách đây khoảng 252 triệu năm, Trát Đất đã trải qua một sự kiện tàn khốc thường được gọi bằng cái tên là Sự kiện Permi-Tam Điệp, hay Đại diệt chủng (Great Dying) - cuộc đại tuyệt chủng lớn nhất lịch Trái Đất. Chỉ trong một thời gian ngắn, khoảng 96% sinh vật biển cùng 70% động vật trên cạn đã bị xóa sổ vĩnh viễn khỏi hành tinh của chúng ta.

Suốt nhiều thập kỷ, bí ẩn về nguyên nhân thực sự gây ra thảm kịch trên luôn là một câu hỏi lớn đối với giới khoa học. Nhưng mới đây, một nghiên cứu đột phá từ Đại học Stanford (Mỹ) đã mang lại lời giải đáp thỏa đáng. Công trình này được công bố trên tạp chí khoa học Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), mang đến những bằng chứng trực tiếp và rõ ràng nhất từ trước đến nay về sự kiện "kinh thiên động địa" này.

Sự kiện Permi-Tam Điệp khiến khoảng 96% sinh vật biển cùng 70% động vật trên cạn đã bị xóa sổ vĩnh viễn khỏi Trát Đất. Hình minh họa bằng AI: Wikimedia

Nhóm nghiên cứu khẳng định, yếu tố quyết định sự sinh tồn của các loài sinh vật trong sự kiện Permi-Tam Điệp không phải là sự ngẫu nhiên, mà cốt lõi nằm ở khả năng chuyển hóa năng lượng của từng nhóm động vật trước áp lực kép từ tình trạng nóng lên toàn cầu và sự suy kiệt oxy trong nước biển.

Cội nguồn của cơn đại địa chấn sinh thái này bắt nguồn từ chuỗi phun trào núi lửa khổng lồ và dữ dội kéo dài hơn 1 triệu năm tại khu vực mà ngày nay là vùng Siberia ở Nga. Những đợt phun trào liên miên đã giải phóng một lượng khổng lồ khí carbon dioxide và methane vào bầu khí quyển, khiến nhiệt độ toàn cầu tăng vọt.

Hệ quả trực tiếp là các đại dương không chỉ trở nên ấm hơn mà còn rơi vào tình trạng nghèo oxy trầm trọng, tạo nên một môi trường sống cực kỳ khắc nghiệt và ngột ngạt đối với hầu hết sinh vật dưới đáy biển.

"Chìa khóa sinh tử" từ tốc độ chuyển hóa

Trước khi thảm họa ập đến, thế giới dưới đáy đại dương vốn thuộc quyền kiểm soát của nhóm động vật cổ đại có tốc độ chuyển hóa chậm, điển hình là loài tay cuốn (brachiopods) và huệ biển (crinoids). Những sinh vật này có lối sống cố định, chủ yếu lọc thức ăn từ dòng nước và nhu cầu tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp.

Tuy nhiên, sau Sự kiện Permi-Tam Điệp, chúng gần như đã bị xóa sổ hoàn toàn. Thay vào vị trí thống trị đó là các loài có tốc độ chuyển hóa nhanh và năng động hơn như sò, ốc, cá, sao biển hay nhím biển - những nhóm sinh vật đã phát triển mạnh mẽ và chiếm ưu thế tuyệt đối cho đến tận ngày nay.

Sau Sự kiện Permi-Tam Điệp, vị trí thống trị dưới đại dương thuộc về các loài có tốc độ chuyển hóa nhanh và năng động hơn như sò, ốc, cá, sao biển hay nhím biển. Ảnh: NOAA

Để tìm ra cơ chế sinh học đằng sau sự khác biệt mang tính sinh tử này, các nhà nghiên cứu đã thu thập các cá thể sống đại diện cho cả hai nhóm động vật tại quần đảo San Juan thuộc bang Washington (Mỹ), nơi loài tay cuốn cổ xưa vẫn còn sót lại, rồi đưa chúng vào phòng thí nghiệm để đo lường lượng oxy tiêu thụ khi nhiệt độ nước thay đổi.

Kết quả thực nghiệm cho thấy trong điều kiện nước mát mẻ, nhóm động vật cổ đại có khả năng chống chịu rất tốt ngay cả khi môi trường thiếu hụt oxy. Thế nhưng, khi nhiệt độ nước tăng lên, tốc độ phản ứng hóa học trong cơ thể chúng bị đẩy nhanh khiến nhu cầu oxy tăng vọt, trong khi cấu trúc cơ thể quá đơn giản lại không thể đáp ứng kịp thời, dẫn đến tình trạng ngạt thở và tử vong hàng loạt.

Trái lại, nhóm động vật hiện đại sở hữu cấu tạo cơ thể năng động hơn với hệ thống cơ bắp và các cơ quan hô hấp như mang phát triển vô cùng hoàn thiện. Dù đòi hỏi lượng oxy cao hơn ở điều kiện bình thường, nhưng chính cấu trúc cơ thể tiên tiến này lại giúp chúng có khả năng điều hòa, bù đắp và thích nghi hiệu quả khi nhiệt độ môi trường tăng cao.

Sự khác biệt mang tính quyết định về cấu trúc cơ thể và phương thức chuyển hóa này chính là "chiếc chìa khóa vàng" giải thích vì sao tỷ lệ tuyệt chủng ở nhóm cổ đại lại cao hơn gấp nhiều lần so với nhóm hiện đại.

Các mô hình mô phỏng khí hậu vào cuối kỷ Permi cũng xác nhận giả thuyết trên. Khi nhiệt độ nước biển tăng thêm khoảng 11 độ C kèm theo sự suy giảm nghiêm trọng của nồng độ oxy, nhóm động vật cổ đại đã mất tới 79% tính đa dạng sinh học ở cấp độ họ, trong khi tổn thất của nhóm động vật hiện đại chỉ dừng lại ở mức 27%.

Các nhà nghiên cứu đã thu thập các cá thể sống đại diện cho cả hai nhóm động vật chuyển hóa nhanh và chậm, rồi đưa chúng vào phòng thí nghiệm để đo lường lượng oxy tiêu thụ khi nhiệt độ nước thay đổi. Ảnh: Murray Duncan

Giáo sư Erik Anders Sperling, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu khẳng định, đây chính là "chiếc đinh cuối cùng đóng vào quan tài", khép lại hoàn toàn những tranh cãi kéo dài hàng thập kỷ về nguyên nhân của cuộc đại tuyệt chủng lớn nhất lịch sử hành tinh.

Lời cảnh báo đỏ cho hiện tại

Theo góc nhìn của Giáo sư Sperling, thế giới trước thảm họa sở hữu những đại dương tương đối mát mẻ và giàu oxy, rất giống với điều kiện môi trường trong suốt hàng chục triệu năm trở lại đây. Tuy nhiên, việc một lượng carbon dioxide khổng lồ đột ngột bị bơm vào hệ thống Trái Đất đã châm ngòi cho những biến đổi nhanh chóng và vô cùng tàn khốc.

Dù hiện tượng axit hóa đại dương cũng góp phần gây thêm áp lực cho các loài sinh vật biển, yếu tố cốt lõi và mang tính quyết định nhất vẫn là sự kết hợp giữa hiện tượng nóng lên toàn cầu và tình trạng thiếu hụt oxy trầm trọng.

Không dừng lại ở việc giải mã một bí ẩn lịch sử, nghiên cứu này còn gửi gắm một thông điệp cảnh báo vô cùng đắt giá cho hiện tại. Trong đại thảm họa cổ đại, Trái Đất phải mất đến hàng nghìn năm để nhiệt độ tăng từ 8 đến 12 độ C.

Trong khi đó, theo các kịch bản khí hậu tồi tệ nhất hiện nay, nhiệt độ toàn cầu được dự báo có thể tăng thêm từ 1,5 đến 4 độ C vào năm 2100 so với thời kỳ tiền công nghiệp, nghĩa là sự thay đổi này diễn ra chỉ trong vòng 100 đến 200 năm. Tốc độ biến đổi chóng mặt này nhanh hơn gấp nhiều lần quá khứ, đặt hệ sinh thái hiện đại trước những thách thức vô tiền khoáng hậu.

Theo các kịch bản khí hậu hiện nay, nhiệt độ toàn cầu được dự báo có thể tăng thêm từ 1,5 đến 4 độ C vào năm 2100 so với thời kỳ tiền công nghiệp. Hình minh họa: Earth.com

Dù vậy, các nhà khoa học cũng nhấn mạnh nhân loại ngày nay hoàn toàn có khả năng hành động để thay đổi quỹ đạo tương lai. Việc chủ động giảm thiểu phát thải khí nhà kính một cách kịp thời sẽ giúp chúng ta tránh được những kịch bản tồi tệ nhất đối với hệ sinh thái biển.

Thời gian tới, nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford dự kiến sẽ tiếp tục mở rộng phạm vi khảo sát sang nhiều nhóm động vật biển khác nhằm thấu hiểu một cách toàn diện hơn cách thức 3 yếu tố bao gồm nhiệt độ nóng lên, thiếu oxy và axit hóa đại dương tương tác với nhau trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.