Vào cuối kỷ Ordovic cách đây gần nửa triệu năm, một vụ tuyệt chủng hàng loạt đã xóa sổ 85% sinh vật biển. Các nhà khoa học đã sử dụng một số mô hình để tìm hiểu lý do gây ra sự kiện này, và họ cho rằng nguyên nhân chính là do khí hậu lạnh đi.
Trong suốt 500 triệu năm qua, Trái đất đã trải qua năm sự kiện tuyệt chủng hàng loạt, khiến hơn 75% các loài sinh vật biến mất. Việc khám phá nguyên nhân gốc rễ của các sự kiện tuyệt chủng là một chủ đề hấp dẫn đối với giới khoa học. Bởi vì nếu hiểu được các điều kiện môi trường dẫn đến sự biến mất của phần lớn các loài trong quá khứ, chúng ta có thể ngăn chặn một sự kiện tương tự xảy ra trong tương lai.
Sinh vật biển trong kỷ Ordovic. Ảnh: John Sibbick.
Hồ sơ hóa thạch tiết lộ rằng sự kiện tuyệt chủng hàng loạt đầu tiên – sự kiện tuyệt chủng kỷ Ordovic – xảy ra cách đây 440 triệu năm, khiến 85% các loài sinh vật biển biến mất hoàn toàn. Đây là sự kiện tuyệt chủng lớn thứ hai trong số năm sự kiện tuyệt chủng trong lịch sử Trái đất nếu tính theo tỷ lệ phần trăm các chi đã biến mất. Chi là một đơn vị phân loại sinh học dùng để chỉ một hoặc một nhóm loài có kiểu hình tương tự và mối quan hệ tiến hóa gần gũi với nhau.
“Nếu bạn đi lặn dưới biển với ống thở trong kỷ Ordovic, bạn sẽ thấy một số động vật quen thuộc như trai, ốc và bọt biển, nhưng cũng có nhiều nhóm sinh vật khác hiện tại đã suy giảm nhiều về tính đa dạng hoặc hoàn toàn tuyệt chủng như bọ ba thùy, động vật tay cuộn và huệ biển”, Seth Finnegan, nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley (Mỹ), cho biết. “Các đại dương khi đó cũng xuất hiện động vật có xương sống nhưng với số lượng rất hạn chế”.
Hóa thạch của một số sinh vật biển sống trong kỷ Ordovic được phát hiện trên đảo Anticosti, Quebec, Canada. Ảnh: André Desrochers.
Trong sự kiện tuyệt chủng kỷ Ordovic, các loài sinh vật không biến mất một cách đột ngột giống như khủng long vào cuối kỷ Phấn trắng [do vụ va chạm giữa Trái đất với tiểu hành tinh cách đây khoảng 65,5 triệu năm]. Thay vào đó, chúng đã tuyệt chủng trong khoảng thời gian dài lên đến hai triệu năm.
Vậy điều gì đã gây ra sự kiện tuyệt chủng hàng loạt đầu tiên trên Trái đất? Hầu hết các nhà khoa học trước đây cho rằng nguyên nhân có thể là do những thay đổi trong quá trình oxy hóa của đại dương hoặc khí hậu lạnh đi. Một giả thuyết khác ít phổ biến hơn là một vụ nổ tia gamma trong vũ trụ đã khơi mào cho sự biến mất của các sinh vật trong kỷ Ordovic.
Trong bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature Geoscience vào tháng 11/2021, một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm các nhà khoa học Pháp, Mỹ, Canada, Trung Quốc, Mexico đã xem xét môi trường đại dương ở thời điểm trước, trong và sau sự kiện tuyệt chủng kỷ Ordovic để tìm hiểu xem điều gì đã xảy ra. Họ đo hàm lượng iốt bên trong đá carbonat có nguồn gốc từ kỷ Ordovic và sử dụng nó như một chất chỉ thị cho nồng độ oxy ở các độ sâu khác nhau của đại dương. Sau đó, họ kết hợp dữ liệu địa hóa học này với các mô phỏng số và mô hình máy tính để kiểm tra mức độ thay đổi oxy trong đại dương vào thời điểm đó.
Sau khi phân tích, nhóm nghiên cứu không tìm ra bằng chứng nào cho thấy nồng độ oxy giảm trong môi trường biển nông, nơi hầu hết các loài động vật sinh sống vào kỷ Ordovic. Điều này loại trừ việc suy giảm oxy là nguyên nhân dẫn đến sự kiện tuyệt chủng kỷ Ordovic. Thay vào đó, hiện tượng khí hậu lạnh đi có thể là nguyên nhân chính.
Điều thú vị là các mô phỏng cho thấy nồng độ oxy tăng lên ở lớp nước trên cùng của đại dương, trong khi xảy ra tình trạng thiếu oxy ở tầng nước sâu hơn và gần đáy. Điều này không thể giải thích bằng mô hình cổ điển (classic model) về oxy trong đại dương, theo Alexandre Pohl, tác giả chính của nghiên cứu tại Đại học Bourgogne Franche-Comté (Pháp).
“Oxy trong khí quyển hòa tan nhiều hơn ở các vùng nước lạnh, đặc biệt là lớp nước trên cùng khi nhiệt độ trở nên lạnh hơn. Tuy nhiên, chúng tôi rất ngạc nhiên khi nhận thấy tình trạng thiếu oxy trong vùng nước sâu của đại dương, bởi vì tình trạng thiếu oxy trong lịch sử phát triển của Trái đất thường liên quan đến hiện tượng nóng lên toàn cầu do núi lửa gây ra”, Pohl nhận định.
Pohl và cộng sự cho rằng tình trạng thiếu oxy trong vùng nước sâu là do quá trình làm mát toàn cầu đã thay đổi các mô hình dòng chảy của đại dương, ngăn dòng nước giàu oxy chảy từ vùng biển nông vào đại dương sâu hơn. “Một điểm quan trọng cần lưu ý là các dòng chảy đại dương đóng vai trò rất quan trọng đối với hệ thống khí hậu”, Pohl nói.
Chúng ta đã đạt được một bước tiến quan trọng khi nhận thức được rằng khí hậu lạnh hơn có thể dẫn đến mức oxy thấp hơn ở một số phần của đại dương. “Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học thường có suy nghĩ phổ biến là hiện tượng nóng lên toàn cầu khiến các đại dương mất oxy, do đó ảnh hưởng đến khả năng sinh sống của các sinh vật biển và gây mất ổn định toàn bộ hệ sinh thái. Tuy nhiên, các bằng chứng mới cho thấy nồng độ oxy cũng giảm xuống ở các vùng có khí hậu mát mẻ trong một số giai đoạn phát triển của lịch sử Trái đất”.
Trong khi nguyên nhân gây ra sự kiện tuyệt chủng hàng loạt đầu tiên trên Trái đất chưa được giới khoa học thống nhất hoàn toàn, nghiên cứu của Pohl và cộng đã bổ sung thêm dữ liệu mới ủng hộ giả thuyết cho rằng sự thay đổi nhiệt độ là nguyên nhân chính giết chết hầu hết các loài sinh vật vào cuối kỷ Ordovic.
Sau năm lần tuyệt chủng hàng loạt của Trái đất, quá trình tiến hóa đã giúp nhiều quần thể động vật tái sinh và đa dạng hóa, lấp đầy những khoảng trống được tạo ra khi các loài bị tuyệt chủng. Tuy nhiên, với xu hướng nóng lên toàn cầu và tác động mạnh mẽ của con người đến các hệ sinh thái, nhiều nhà nghiên cứu tin rằng chúng ta đang phải đối mặt với sự kiện tuyệt chủng thứ sáu.
Trong một nghiên cứu khác, các nhà khoa học tại Đại học Aarhus (Đan Mạch) phát hiện tốc độ tuyệt chủng của động vật đang xảy ra nhanh hơn tốc độ tiến hóa của tự nhiên. Họ sử dụng các mô phỏng tiến hóa mạnh mẽ để ước tính thời gian phục hồi của động vật có vú dựa trên tốc độ tuyệt chủng của chúng trong quá khứ và tương lai. Họ phát hiện ra rằng, thiên nhiên sẽ mất từ 5 đến 7 triệu năm tiến hóa để khôi phục lại sự đa dạng của động vật có vú ngang bằng với mức độ trước khi con người xuất hiện (kịch bản này giả định con người sẽ ngừng phá hủy môi trường sống và tiêu diệt các loài). Mô hình cũng cho thấy, sự tuyệt chủng trong 50 năm tới sẽ đòi hỏi thời gian phục hồi từ 3 đến 5 triệu năm.
