Cá cổ đại tiết lộ bí ẩn về nguồn gốc của ngón tay con người

Trong số đó, những đề tài nghiên cứu về cá Tiktaalik tương đối phong phú. Tuy nhiên, những nghiên cứu đó vẫn chưa tiết lộ cấu trúc giải phẫu của bộ xương vây ngực một cách hoàn chỉnh.

Vào cuối năm 2019, PNAS (Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ) đã công bố một nghiên cứu có tên "Fin ray patterns at the fin-to-limb transition" với nội dung khám phá cách thức hoạt động của vây và sự thay đổi khi chúng tiến hóa thành các chi.

Vùng Miguasha của Canada.

Elpistostege là loài săn mồi lớn nhất sinh sống ở vùng nước nông đến những vùng cửa sông của Canada trong thời kỳ cuối kỷ Devon. Vào năm 2010, một hóa thạch hoàn chỉnh dài 1,57 mét của loài Elpistostege đã được phát hiện ở vùng Miguasha của Canada. Vào ngày 18/3/2020, Nature đã công bố một bài nghiên cứu liên quan đến hóa thạch này.

Một nhóm các nhà cổ sinh vật học từ Đại học Flinder ở Úc và Đại học Quebec ở Canada đã sử dụng công nghệ quét CT để khôi phục xương vây ngực hoàn chỉnh của hóa thạch nói trên. Kết quả của cuộc khảo sát cho thấy sự hiện diện của humerus (xương cánh tay), radius và ulna (xương cẳng tay), xương cổ tay và những xương ngón tay.

Khám phá này cung cấp những hiểu biết mới về nguồn gốc và sự tiến hóa ngón tay của các loài động vật bốn chân (bao gồm cả con người).

Cấu trúc giải phẫu của bộ xương vây ngực (a) và xương cánh tay (b) của cá có vây thùy thời tiền sử (Panderichthys, Tiktaalik và Elpistostegalia) và động vật 4 chân thời sơ khai (Tulerpeton).

So sánh trong hình trên cho thấy trong qua trình tiến hóa từ loài cá sang động vật 4 chân chúng ta có thể thấy rằng từ trái qua phải, số lượng và khoảng cách giữa các xương liên tục tăng để hình thành các ngón. Điển hình là xương vây ngực của Elpistostege đã bắt đầu hình thành các xương ngón chân.

Do đó, một bài nghiên cứu trên tạp chí Nature chỉ ra rằng nguồn gốc các ngón chân (tay) của động vật có xương sống là sự tiến hóa của xương trong vây ngực của động vật thủy sinh.

Khi loài cá bắt đầu rời khỏi môi trường nước và chuyển khu vực sinh sống đến các bãi triều và các hoạt động cũng như các áp lực sinh tồn trên bờ, trên đất liền đã thúc đẩy quá trình chọn lọc để hỗ trợ cơ thể trong môi trường sống mới. Số lượng các xương nhỏ ở vây cũng buộc phải tăng lên và dần tiến hóa để hình thành các xương ngón tay.

Đây là lần đầu tiên giới khoa học phát hiện ra sự tiến hóa rõ ràng như vậy thay vì những phỏng đoán như trước kia. Xương ngón tay đã tiến hóa trong vây và những xương ngón tay này rất giống với xương ngón tay của hầu hết các loài động vật trên cạn ngày nay.

Đồng thời, nó cũng cho thấy rằng trước khi các động vật dưới nước chuyển đổi hoàn toàn sang môi trường sống trên cạn, sự tiến hóa của ngón tay đã diễn ra một cách lặng lẽ.

Có thể Elpistostege không nhất thiết là tổ tiên loài người của chúng ta, nhưng nó là loài động vật đang ở giai đoạn chuyển tiếp giữa cá và động vật lưỡng cư, và loài này cho chúng ta thấy bằng chứng trực tiếp nhất về quá trình tiến hóa của các ngón tay ở động vật 4 chân trên cạn ngày nay.

Ngoài ra, còn có loài Acanthostega, đây là một trong những loài động vật có xương sống đầu tiên có tứ chi có thể dễ dàng nhận ra. Loài này xuất hiện vào cuối kỷ Devon. Về mặt giải phẫu có thể thấy chúng lai giữa cá vây thùy và những động vật có đầy đủ tứ chi để di chuyển trên cạn. Loài này chỉ dài khoảng 0.6 m và tới nay vẫn chưa tìm thấy bằng chứng để khẳng định rõ ràng chúng có bao nhiêu ngón chân, nhưng giữa các ngón có màng liên kết, và dường như chưa thích nghi tốt để đi bộ trên đất liền. Chi trước của Acanthostega không thể uốn cong về phía trước ở chỗ khuỷu tay, và do đó không thể chịu được trọng lượng của cơ thể, và có vẻ phù hợp hơn cho việc bơi dạng chèo hoặc để bám vào các cây thủy sinh. Mặc dù Acanthostega có nhiều đặc điểm giống cá nhưng chúng có chân và bàn chân phát triển rõ ràng thay vì là vây. Chúng cũng có mang bên trong giống như cá và cũng đã phát triển phổi, nhưng xương sườn thì quá ngắn để hỗ trợ đưa khoang ngực ra khỏi mặt nước. Người ta đã suy luận rằng Acanthostega có thể sống ở những đầm lầy nông có nhiều cây thủy sinh. Nghiên cứu dựa trên phân tích hình thái hộp sọ của Acanthostega chỉ ra rằng loài này có thể đã săn mồi ở mép nước hoặc gần mép nước.