Tại sao côn trùng từ bỏ cơ thể to lớn thời tiền sử của chúng mà ngày càng thu nhỏ dần?

Nếu những con côn trùng bị đột biến và đạt tới kích thước khổng lồ thì có lẽ những loại vũ khí sắc bén thông thường của con người cũng không thể nào đối phó được với chúng. Và hiển nhiên đó là một lợi thế rất lớn để có thể sinh tồn ngoài môi trường tự nhiên. Vậy tại sao trong quá khứnhững loài côn trùng đã phát triển mạnh và có kích thước cực kỳ to lớn, nhưng theo thời gian chúng ngày càng tiến hóa để thu nhỏ kích thước của mình?

Năm 1880, tại Commentry, miền nam nước Pháp, những người khai thác than đã vô tình đào ra hóa thạch của một loài côn trùng khổng lồ với những đôi cánh quá khổ . Năm 1885, nhà cổ sinh vật học người Pháp Charles Bloomoniat sau khi quan sát và nghiên cứu cẩn thận đã đặt tên cho nó là Meganeura - Con chuồn chuồn khổng lồ.

Năm 1979, một hóa thạch khác của một con chuồn chuồn khổng lồ đã được tìm thấy ở Bolsover và hiện được lưu trữ trong Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Pháp ở Paris.

Con chuồn chuồn này trông khá giống với những con chuồn chuồn hiện đại, nhưng điều khác biệt ở chỗ đôi cánh của chúng dài tới 75cm, dài gấp nhiều lần so với chuồn chuồn hiện đại và đây cũng được coi là loài côn trùng to lớn nhất từng tồn tại trên Trái Đất.

Xét về kích thước, những con Meganeura sở hữu kích thước tương đương với một con đại bàng hiện đại, thức ăn chủ yếu của chúng là các loài côn trùng bay, bò sát, thậm chí chúng cũng xơi luôn cả những loài lượng cư nhỏ sống cùng thời với mình. Và có lẽ chúng cũng chính là cảm hứng cho những con chuồn chuồn khổng lồ trong tiểu thuyết Jurassic Park của Michael Crichton.

Những con chuồn chuồn khổng lồ Meganeura sống trong thời kỳ Carbon cách đây khoảng 300 triệu năm. Điều này đồng nghĩa với việc chúng tồn tại ở thế giới này sớm hơn những con khủng long khổng lồ sống từ 250 triệu đến 65 triệu năm trước.

Trong thời kỳ này, ngoài những con chuồn chuồn khổng lồ, trên Trái Đất cũng tồn tại những loài muỗi dài và to như ngón trỏ, các loài côn trùng chân đốt có thể dài tới 1,55 mét và nòng nọc khổng lồ dài 2,6 mét... tất cả những loài côn trùng khổng lồ hầu như đều là sản phẩm của thời đại này. Do đó, thời kỳ Carbon còn được gọi là "thời đại côn trùng khổng lồ".

Những loài động vật chân đốt khổng lồ này đã sống trên Trái Đất khoảng 50 triệu năm và biến mất trong thời kỳ tuyệt chủng hàng loạt.

Nhưng sau đó chúng lại được tái sinh một lần nữa chỉ có điều là kích thước của chúng lại nhỏ bé hơn nhiều so với trước đó. Theo thời gian và sự tiến hóa của cuộc sống, những loài côn trùng đã dần trở thành kích thước như bây giờ.

Những loài côn trùng đã từng phát triển tới kích thước khổng lồ và thống trị thế giới, nhưng tại sao tới nay chúng lại trở thành những sinh vật nhỏ bé và dễ dàng bỏ mảng chỉ bởi một cú đập tay của con người?

Vào năm 2012, các nhà cổ sinh vật học Matthew Clappen và Jared Carr tại Đại học California, Santa Cruz đã xuất bản một bài báo nói rằng họ đã biên soạn một cơ sở dữ liệu bao gồm hơn 10.500 hóa thạch côn trùng trong 320 triệu năm qua để tìm hiểu về sự thay đổi chiều dài cánh cũng như kích thước của chúng trong quá trình tiến hóa.

Họ phát hiện ra rằng trong 150 triệu năm đầu tiên trong sự tiến hóa của côn trùng, kích thước cơ thể của chúng có mối tương quan nhất định với nồng độ oxy tại thời điểm đó.

Trong một môi trường có hàm lượng oxy cao, côn trùng có xu hướng tăng kích thước cơ thể lớn hơn, tuy nhiên, mối quan hệ này cũng dần biến mất theo thời gian và côn trùng cũng trở nên nhỏ hơn.

Thời điểm khi hình dạng cơ thể của côn trùng bắt đầu co lại trùng với sự gia tăng số lượng của các loài chim săn mồi cổ đại, chúng tiến hóa để có thêm đôi cánh gần như tương tự với những loài chim hiện đại.

Nghiên cứu hóa thạch cho thấy những con chim tại thời điểm đó có được cấu trúc giải phẫu gần như tương tự những loài khủng long có cánh nhưng khả năng săn mồi của chúng được cải thiện rất nhiều.

Điều đó đồng nghĩa với việc những loài côn trùng lớn sẽ dễ dàng bị phát hiện và dễ dàng trở thành mục tiêu nhắm tới của những con chim cổ đại.

Nhưng 60 triệu năm trước, kèm theo sự tiến hóa của loài dơi, thì sự tuyệt chủng hàng loạt của kỷ Phấn trắng cũng như sự tiến hóa của các loài chim đã một lần nữa khiến cho các loài côn trùng thu nhỏ kích thước của mình để có thể tồn tại và trở nên khó phát hiện hơn.

Vậy vì sao thời đại của những con côn trùng khổng lồ Trái Đất lại giàu oxy đến vậy? Carboniferous là thời kỳ đại diện cho sự thịnh vượng của thế giới thực vật. Vào thời điểm đó , khí hậu ấm áp và ẩm ướt, rất có lợi cho sự phát triển của thực vật. Thực vật trên cạn dần di chuyển từ dọc các bờ biển vào đất liền, tạo thành rừng và đầm lầy và khiến cho hàm lượng oxy cao hơn ngày nay rất nhiều.

Hiện tại, hàm lượng oxy trong khí quyển khoảng 21%. Tuy nhiên, trong một nghiên cứu của nhà sinh vật học thuộc Đại học Yale, Robert Berner và nhóm của mình cho biết hàm lượng oxy trong khí quyển thời kỳ Carbon có thể cao tới khoảng 35%, cao hơn nhiều so với mức hiện tại .

Và để chứng minh hàm lượng oxy có liên quan tới kích thước của côn trùng, các nhà khoa học đã nuôi dưỡng chuồn chuồn cùng thế hệ trong các điều kiện hiếu khí khác nhau. Và kết quả không ngoài dự đoán, những con chuồn chuồn được nuôi trong điều kiện hàm lượng oxy cao phát triển nhanh hơn và dài hơn 20-15% so với những con chuồn chuồn ở ngoài điều kiện tự nhiên.

Mặc dù kích thước của chúng vẫn nhỏ hơn nhiều lần so với tổ tiên của chúng tại thời kỳ carbon, nhưng sự biến đổi này vẫn có thể giải thích được rằng nồng độ oxy có ảnh hưởng nhất định đến chiều dài cơ thể của chuồn chuồn.

Vì vậy, trước khi xuất hiện thiên địch, nồng độ oxy trên Trái Đất rõ ràng có liên quan đến việc thay đổi kích thước của côn trùng.

Nhưng không phải tất cả các thí nghiệm đều cho thấy mối tương quan giữa kích thước côn trùng và nồng độ oxy. Jon Harrison, một nhà nghiên cứu côn trùng tại Đại học Arizona, và các đồng nghiệp của ông cũng đã làm một thí nghiệm tương tự.

Họ đã nghiên cứu cào cào, mọt gạo, và một số côn trùng khác, sau đó nuôi chúng trong nhiều môi trường có nồng độ oxy khác nhau. Người ta thấy rằng các con côn trùng trong môi trường oxy cao chưa chắc đã đạt được kích thước lớn hơn so với ở môi trường tự nhiên. Tương tự, những con côn trùng được nuôi trong môi trường oxy thấp cũng không phải tất cả đều bị thu nhỏ về kích thước.

Sau đó, các nhà khoa học đã làm thí nghiệm tương tự với ruồi giấm và kết quả thu được phù hợp với kết quả thí nghiệm của Jon, một số ruồi giấm tăng kích thước trong môi trường oxy cao và một số thì không.

Vậy tại sao côn trùng từ bỏ cơ thể to lớn của chúng và thay vào đó là ngày càng thu nhỏ? Điều này vẫn xứng đáng để các nhà khoa học nghiên cứu thêm, nhưng nó chắc chắn là kết quả của việc thích nghi với môi trường, và việc thu nhỏ kích thước đã cho phép chúng chiếm giữ hầu hết mọi môi trường sinh thái trên hành tinh.