Hóa thạch 250 triệu năm tuổi hé lộ nguồn gốc thính giác độc đáo của chúng ta

Một nghiên cứu mới của các nhà cổ sinh vật học tại Đại học Chicago, Mỹ cho thấy những đặc điểm cấu trúc này đã bắt đầu xuất hiện sớm hơn gần 50 triệu năm so với những gì chúng ta từng nghĩ.

Bằng chứng được tìm thấy trong hóa thạch 250 triệu năm tuổi của tổ tiên động vật có vú, với tên gọi là Thrinaxodon liorhinus. Sử dụng công nghệ chụp cắt lớp vi tính (CT) hộp sọ và hàm của loài này, các nhà khoa học đã tạo ra các mô hình 3D cho phép họ mô phỏng cách giải phẫu của Thrinaxodon phản ứng với các mức áp suất và tần số âm thanh khác nhau. Họ dùng phần mềm kỹ thuật để quan sát cách các xương “rung động” khi có âm thanh tác động.

Hình minh họa về tổ tiên của loài động vật có vú kỷ Tam Điệp, Thrinaxodon.

Thrinaxodon sống vào đầu kỷ Trias, trước khi những con khủng long đầu tiên xuất hiện. Nó thuộc nhóm cynodont, họ hàng gần của các loài động vật có vú nguyên thủy với hình dáng cơ thể nằm đâu đó giữa thằn lằn và cáo.

Một số gen của nó tuân theo cùng một “bản thiết kế” mà động vật có vú hiện đại vẫn mang ngày nay và nghiên cứu mới này cho thấy cấu trúc thính giác của nó cũng giống chúng ta.

Các cynodont cổ đại có ba xương tai gồm xương búa (malleus), xương đe (incus) và xương bàn đạp (stapes) vẫn còn gắn với xương hàm. Ở các loài xuất hiện thời gian sau, những mảnh xương nhỏ này dần tách khỏi hàm để hình thành tai giữa đặc trưng của động vật có vú.

Trước khi tai giữa và khả năng nghe bằng màng nhĩ phát triển, động vật chủ yếu dựa vào dẫn truyền âm qua xương, trong đó các dây thần kinh truyền tín hiệu từ rung động của xương hàm lên não.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà cổ sinh vật học đã suy đoán rằng Thrinaxodon có thể là “mắt xích còn thiếu” trong quá trình tiến hóa của thính giác động vật có vú. Năm 1975, nhà giải phẫu học Edgar Allin thuộc Đại học Wisconsin đã đề xuất rằng Thrinaxodon có thể đã sở hữu một dạng màng nhĩ sơ khai, căng ngang qua cấu trúc xương cong, vẫn còn gắn với hàm và nhô ra ngoài.

Tuy nhiên, vào thời điểm đó, Allin chưa có công nghệ để chứng minh giả thuyết của mình. Vì vậy, nhóm nghiên cứu mới đã quay lại câu hỏi này với sự hỗ trợ của phần mềm kỹ thuật hiện đại.

Mẫu hóa thạch hộp sọ và hàm của loài Thrinaxodon được sử dụng trong nghiên cứu.

“Trong gần một thế kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu cách những loài động vật này nghe được âm thanh. Những ý tưởng này đã mê hoặc trí tưởng tượng của các nhà cổ sinh vật học nghiên cứu sự tiến hóa của động vật có vú, nhưng cho đến nay chúng ta vẫn thiếu các thử nghiệm cơ sinh học đủ mạnh” - Alec Wilken, nhà khoa học tiến hóa tại Đại học Chicago, cho biết.

“Chúng tôi đã lấy một vấn đề mang tính khái niệm cao, tức là các xương tai rung động như thế nào trong một hóa thạch 250 triệu năm tuổi và kiểm tra một giả thuyết đơn giản bằng những công cụ tinh vi này” - Alec Wilken nói thêm.

Mô hình 3D cho phép nhóm nghiên cứu khảo sát hộp sọ và xương hàm của loài vật với độ chi tiết chưa từng có, bao gồm cả phần cong trên xương hàm, nơi mà một màng nhĩ nguyên thủy có thể đã căng qua.

Sau đó, bằng một công cụ thường được các kỹ sư dùng để kiểm tra ứng suất rung động trên các công trình như máy bay hay cầu, họ mô phỏng cách hộp sọ và hàm của Thrinaxodon bị ảnh hưởng bởi nhiều loại âm thanh khác nhau.

Tất nhiên, một phần đầu sống không chỉ có xương, vì vậy các nhà khoa học cũng bổ sung các dữ liệu còn thiếu dựa trên những thông số đã biết từ động vật sống ngày nay, về các loại mô mềm có thể đã tồn tại.

“Khi đã có mô hình CT từ hóa thạch, chúng tôi có thể lấy các đặc tính vật liệu từ động vật hiện đại và mô phỏng như thể Thrinaxodon đang sống lại. Đây là một bước tiến đột phá, bơỉmô phỏng phần mềm cho thấy rung động do âm thanh về cơ bản chính là cách loài vật này nghe” - Zhe-Xi Luo, cố vấn của Wilken, cho biết.

Nhìn chung, kết quả cho thấy màng nhĩ của Thrinaxodon có thể đã hoạt động khá hiệu quả ngay cả khi các xương tai giữa chưa tách khỏi hàm. Đây là một bước tiến đáng kể so với nghe bằng dẫn truyền xương và có thể đánh dấu một giai đoạn chuyển tiếp quan trọng khi động vật có vú bắt đầu dựa nhiều hơn vào thính giác bằng màng nhĩ.

Wilken và các cộng sự đưa ra ước tính thận trọng rằng với “trang bị” sinh học này, Thrinaxodon có thể nghe được trong khoảng từ 38 đến 1.243 hertz (để so sánh, một người trẻ khỏe mạnh có thể nghe khoảng từ 20 đến 20.000 hertz) và nhạy nhất với âm thanh ở khoảng 1.000 hertz khi áp suất âm là 28 decibel (mức âm thanh nằm giữa tiếng thì thầm và một cuộc trò chuyện bình thường).

Khả năng này hẳn đã giúp Thrinaxodon tìm kiếm con mồi, tránh kẻ săn mồi, và thậm chí có thể đóng vai trò trong sinh sản.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Như Ý