Từ khi trưởng thành, tôi thường trải qua mùa hè trong tuyết và mưa tuyết để đục đá trên những vách đá tại phía bắc của Vòng Bắc cực. Hầu hết thời gian tôi bị lạnh cóng, da phồng giộp mà chẳng tìm thấy gì. Nhưng nếu may mắn, tôi có thể tìm thấy vài mẩu xương các loài cá cổ xưa. Đối với hầu hết mọi người, đó không có vẻ là kho báu bị chôn vùi nhưng với tôi, những hóa thạch đó còn quý hơn vàng.

Xương cá cổ đại có thể là một phương cách giúp cho ta biết chúng ta là ai và chúng ta đã tiến hóa ra sao. Chúng ta tìm hiểu về cơ thể của chính mình ở những nơi tưởng như kỳ quặc, từ những hóa thạch cá và giun được tìm thấy trong đất đá khắp nơi trên thế giới tới hệ thống DNA hiện hữu trong hầu hết mọi động vật còn sống sót đến ngày nay. Nhưng điều đó cũng không lý giải được niềm tin chắc chắn của tôi rằng những di cốt cổ xưa – và không kém phần quan trọng là các hóa thạch của cá – sẽ cho ta manh mối về cấu trúc cơ bản của cơ thể con người.

Làm thế nào chúng ta có thể hình dung được các sự kiện đã diễn ra hàng triệu, thậm chí hàng tỉ năm trước? Thật không may, chẳng có nhân chứng nào, không ai trong chúng ta có mặt ở đó. Trên thực tế, chẳng có loài vật nào biết nói hoặc có miệng hay thậm chí có đầu xuất hiện trong thời kỳ này. Tệ hơn nữa, những động vật đã từng tồn tại vào thời đó cũng đã chết và bị chôn vùi từ lâu khiến cơ thể của chúng hiếm khi được bảo quản đến ngày nay. Nếu bạn tạm coi như hơn 99% tổng số loài từng sống trên trái đất đã bị tuyệt chủng, trong số đó chỉ một phần rất nhỏ được bảo quản dưới dạng hóa thạch và một phần nhỏ hơn nữa được tìm thấy thì mọi cố gắng tìm hiểu về quá khứ của chúng ta dường như vô vọng ngay từ đầu.

ĐÀO BỚI HÓA THẠCH – TÌM KIẾM BẢN THÂN CHÚNG TA

Lần đầu tôi nhận ra hình hài cá trong mỗi chúng ta là vào một buổi chiều tháng 7 tuyết phủ, khi đang nghiên cứu những mẫu đá 375 triệu năm tuổi trên đảo Ellesmere nằm ở khoảng 80 độ vĩ bắc. Tôi cùng các đồng nghiệp phải lên tận vùng hoang vắng này của thế giới để cố khám phá một trong những giai đoạn tiến hóa quan trọng từ cá thành các động vật trên cạn. Nhô ra khỏi mẩu đá là miệng của một con cá. Và nó không giống một con cá nào cả: một con cá có cái đầu dẹp. Khi vừa nhìn thấy cái đầu dẹp đó, chúng tôi biết rằng chúng tôi đang phát hiện một điều gì đó. Nếu chúng tôi tìm thấy thêm các phần khác của bộ xương bên trong vách đá thì có lẽ chúng tôi sẽ khám phá ra các giai đoạn ban đầu trong lịch sử tiến hóa của sọ, cổ, thậm chí các chi của con người.

Cái đầu dẹp đó đã cho tôi biết điều gì về sự dịch chuyển từ biển lên cạn? Còn tôi, nếu xét sự an toàn và tiện nghi cho bản thân, tại sao tôi lại đang ở Bắc cực chứ không phải Hawaii? Câu trả lời nằm ở câu chuyện chúng tôi đã tìm thấy các hóa thạch như thế nào và đã sử dụng chúng để giải mã quá khứ của loài người chúng ta ra sao.

Hóa thạch là một trong những chứng cứ chính mà chúng ta sử dụng để tìm hiểu về con người. (Các gene và phôi là những bằng chứng khác mà tôi sẽ đề cập sau). Ít ai biết rằng chúng tôi thường tìm thấy các hóa thạch một cách chính xác đáng ngạc nhiên và có thể đoán trước điều đó. Chúng tôi chuẩn bị kỹ ở nhà để tối đa hóa cơ hội thành công ngoài thực địa. Sau đó thì phó mặc cho vận may.

Mối liên hệ nghịch lý giữa lập kế hoạch và cơ hội được Dwight D. Eisenhower mô tả hay nhất trong câu nói nổi tiếng về chiến tranh: “Trong quá trình chuẩn bị cho trận đánh, tôi thấy rằng lập kế hoạch là cần thiết, nhưng các kế hoạch đều vô dụng”. Điều này đúng với ngành cổ sinh vật. Chúng tôi lập tất cả các phương án để dẫn mình đi đến các điểm hóa thạch có tiềm năng. Nhưng khi chúng tôi tới nơi, toàn bộ kế hoạch trên thực địa có thể trở thành vô dụng. Thực tế ngoài hiện trường có thể làm thay đổi những kế hoạch được sắp đặt cẩn thận nhất.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể lên kế hoạch các chuyến khảo sát để tìm câu trả lời cho các vấn đề khoa học cụ thể. Sử dụng một số ý tưởng đơn giản (tôi sẽ đề cập tới dưới đây) chúng ta có thể dự đoán khu vực tìm thấy các hóa thạch quan trọng. Tất nhiên, không phải lúc nào chúng tôi cũng thành công, nhưng chúng tôi cũng thường thu dược đủ hóa thạch để tìm ra những điều lý thú. Tôi đã gây dựng được sự nghiệp chỉ bằng công việc sau: tìm ra các dạng thú đầu tiên để trả lời các câu hỏi về nguồn gốc lớp thú, các dạng ếch nhái nguyên thủy cho nguồn gốc lớp lưỡng cư, và một số động vật có chi đầu tiên cho nguồn gốc của động vật trên cạn.

Trên nhiều bình diện, các nhà cổ sinh thực địa ngày nay có nhiều thuận lợi hơn các đồng nghiệp trước kia trong việc tìm ra các điểm khai quật mới. Chúng tôi biết nhiều về địa chất của các vùng nhờ những cuộc thăm dò địa chất của chính quyền địa phương và các công ty khí đốt. Mạng Internet cho phép chúng tôi truy cập nhanh chóng để lấy các loại bản đồ, thông tin kháo sát và không ảnh. Thậm chí tôi có thể dò sân sau nhà bạn để tìm kiếm điểm hòa thạch tiềm năng chỉ bằng chiếc máy tính xách tay của mình. Hơn hết, các thiết bị X quang và chụp ảnh có thể nhìn xuyên qua một số loại đá và cho phép chúng tôi nhìn thấy xương bên trong.

Mặc dù có những tiến bộ trên, công tác tìm kiếm các hóa thạch quan trọng hầu như vẫn giống với cách đây một trăm năm. Các nhà cổ sinh vẫn cần phải quan sát mẫu đá (đúng nghĩa là bò trên đá) và thường phải tách các hóa thạch bên trong ra bằng phương pháp thủ công. Có quá nhiều quyết định cần được đưa ra khi khai lộ và tách xương hóa thạch đến nỗi những quy trình này khó sử dụng tự động hóa. Ngoài ra, nhìn vào màn hình để tìm kiếm hóa thạch không thể nào hứng thú như cảm giác thực sự đào bới chúng.

Cái khó của công việc này là các điểm có hóa thạch rất hiếm hoi. Để tối đa hóa khả năng thành công, chúng tôi phải tìm kiếm nơi hội tụ ba yếu tố. Đó là các địa điểm có đá đúng tuổi địa chất, đá đúng loại có thể bảo quản hóa thạch và các tảng đá bị lộ ra ở tầng mặt. Còn một yếu tố khác nữa là sự may mắn mà tôi sẽ trình bày bằng ví dụ sau đây.

Ví dụ của chúng tôi sẽ cho thấy một trong những chuyển biến vĩ đại trong lịch sử sự sống: sự xâm chiếm đất liền của các loài cá. Nhiều tỉ năm trước, rất cả sự sống đều diễn ra trong môi trường nước. Sau đó, vào khoảng 365 triệu năm trước, các sinh vật cũng lên sống cả ở trên cạn. Đời sống ở hai môi trường này khác biệt hoàn toàn. Hô hấp trong nước đòi hỏi các cơ quan rất khác so với hô hấp trong không khí. Tương tự như vậy, hoạt động bài tiết, kiếm ăn và vận động cũng rất khác nhau. Một dạng cấu tạo cơ thể hoàn toàn mới phải ra đời. Thoạt nhìn, sự phân chia giữa hai môi trường này dường như tuyệt đối không thể liên hệ với nhau được. Nhưng mọi thứ thay đổi khi chúng ta xem xét các chứng cứ; những điều tưởng như không thể thì trên thực tế đã xảy ra.

Trong khi tìm kiếm đá đúng tuổi, chúng tôi bắt gặp những thực tế đáng chú ý. Các hóa thạch trên thế giới không sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Nơi chúng tồn tại (và các thành phần bên trong của chúng) hầu hết đều theo trật tự và chúng tôi có thể sử dụng trật tự này để thiết kế các chuyến Nghiên cứu. Hàng tỉ năm thay đổi đã để lại tầng tầng lớp lớp các loại đá trong lòng đất. Giả thuyết có thể dễ dàng kiểm chứng là lớp đá ở trên cùng sẽ trẻ hơn lớp đá dưới đáy; điều này thường đúng ở những khu vực địa chất có sắp xếp dạng tầng lớp theo chiều thẳng đứng (giống như vùng Grand Canyon). Nhưng vận động của vỏ trái đất có thể gây ra các đứt gãy (còn gọi là các phay) làm dịch chuyển vị trí của các lớp đất đá, đẩy lớp đá cổ hơn nằm bên trên lớp đá trẻ. May mắn là khi nhận biết được vị trí các đứt gãy này thì chúng ta có thể ráp các lớp đá lại với nhau theo trình tự ban đầu.

Các hóa thạch trong những lớp đá này cũng sắp xếp theo một trình tự kế tiếp (tầng dưới chứa những loài hoàn toàn khác với tầng trên). Nếu chúng ta có thể tạo ra một cột đá chứa toàn bộ lịch sử của sự sống thì chúng ta sẽ tìm thấy vô số loại hóa thạch. Những tầng sâu nhất hầu như không có bằng chứng hiện hữu của sự sống. Các tầng nằm bên trên chứa vết in của các sinh vật thân mềm dạng sứa. Những tầng đá cao hơn nữa chứa các loài có bộ xương, các phần phụ và các cơ quan khác nhau (ví dụ như mắt). Bên trên các tầng này là những tầng chứa các động vật có xương sống đầu tiên. Và các tầng hóa thạch sẽ tiếp tục như vậy. Tầng đá mang hóa thạch tổ tiên của loài người nằm ở tầng cao hơn. Tất nhiên, một cột đá riêng biệt chứa đựng toàn bộ lịch sử vỏ trái đất như vậy không tồn tại. Thay vào đó, các lớp đá ở mỗi điểm trên trái đất chỉ đại diện cho một khoảng thời gian cực kỳ ngắn ngủi. Để có được bức tranh tổng thể, chúng ta cần chắp nối những mảnh ghép lại với nhau bằng cách so sánh tuổi đá và hóa thạch bên trong, như thể một trò chơi ghép hình khổng lồ vậy.

Chẳng đáng ngạc nhiên nếu có một cột đá chứa các sinh vật hóa thạch theo trình tự nối tiếp. Việc chúng ta có thể đưa ra các dụ đoán chi tiết về hình hài thực sự của các loài vật trong mỗi lớp đá bằng cách đem so sánh chúng với các loài còn sống ngày nay (thông tin này sẽ giúp chúng ta dự đoán các loại hóa thạch mà chúng ta tìm ra ở các lớp đá cổ) mới đáng ngạc nhiên. Trên thực tế, chúng ta có thể dự đoán trình tự hóa thạch trong các tầng đá trên thế giới bằng cách so sánh chính mình với các động vật trong vườn thú hoặc các thủy cung ở địa phương.

Làm sao một cuộc dạo chơi vườn thú có thể giúp chúng ta dự đoán nơi nào có các hóa thạch quan trọng để mà đào bới? Vườn thú trưng bày đủ loại sinh vật khác nhau ở nhiều phương diện. Nhưng chúng ta hãy khoan tập trung vào việc điều gì làm chúng khác nhau; để đưa ra được những dự đoán, chúng ta cần tập trung tìm hiểu các sinh vật khác nhau ấy có chung những đặc điểm nào. Sau đó chúng ta có thể sử dụng các đặc điểm chung cho tất cả các loài để nhận dạng các nhóm sinh vật có các tính trạng tương tự. Tất cả sinh vật sống có thể được tổ chức và sắp xếp giống như một bộ búp bê Nga, theo kiểu các nhóm nhỏ được xếp trong các nhóm lớn hơn. Khi làm như vậy, chúng ta sẽ khám phá được một số điều rất cơ bản của thế giới tự nhiên.

Mỗi loài trong vườn thú và thủy cung đều có một cái đầu và hai mắt. Tạm gọi những loài này là “Mọi vật” (“Everythings”). Một tập hợp con của nó là những sinh vật một đầu, hai mắt và có các chi vận động. Ta gọi những loài có chi này là “Mọi vật có chi”. Một tập hợp con của những sinh vật có đầu và chi này lại có một bộ não lớn, đi bằng hai chân và biết nói. Đó chính là chúng ta – con người. Tất nhiên, chúng ta có thể sử dụng cách phân loại này để tạo ra nhiều tập hợp nhỏ hơn, nhưng chỉ riêng cách phân loại ba cấp nêu trên đã có khả năng dự đoán của nó.

Các hóa thạch trong các tầng đất đá trên thế giới nhìn chung sắp xếp theo trật tự như vậy và chúng ta có thể sử dụng chúng để lên kế hoạch cho những cuộc thám hiểm mới. Hãy quay lại ví dụ nói trên, thành viên đầu tiên của nhóm “Mọi vật” (một sinh vật có đầu và hai mắt) sẽ được tìm thấy ở các hóa thạch có trước sinh vật đầu tiên của nhóm “Mọi vật có chi”. Chính xác hơn thì con cá đầu tiên (một thành viên mang đặc điểm của “Mọi vật”) sẽ xuất hiện trước con lưỡng cư đầu tiên (mang đặc điểm của “Mọi vật có chi”). Rõ ràng là chúng ta lọc thông tin bằng cách nghiên cứu nhiều hơn về các loài động vật cũng như những tính trạng mà các nhóm sinh vật này đều có, đồng thời kết hợp với việc đánh giá tuổi thực sự của các lớp đất đá.

Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi tiến hành đúng cách phân tích nói trên đối với hàng nghìn hàng vạn các tính trạng và các loài khác nhau. Chúng tôi nghiên cứu từng mẩu hóa thạch, và thường là phân tích các đoạn DNA lớn. Có quá nhiều dữ liệu khiến chúng tôi thường phải dùng tới các máy tính cấu hình mạnh để đưa ra kết quả phân loại nhóm nào nằm trong nhóm nào. Cách tiếp cận này là nền tảng của ngành sinh học bởi nó cho phép chúng ta thiết lập các giả thuyết về mối quan hệ giữa các nhóm sinh vật.

Những điều chúng ta thấy được khi dạo qua vườn thú phản ánh cách hóa thạch được xếp đặt trong các tầng đá trên thế giới.

Bên cạnh việc giúp chúng ta sàng lọc thông tin về cách phân nhóm sinh vật, việc sưu tập hóa thạch trong hàng trăm năm đã tạo ra một thư viện, hoặc các sổ tra cứu, về tuổi của trái đất và sự sống trên đó. Hiện giờ chúng ta có thể xác định các thời kỳ địa chất cơ bản khi có những thay đổi lớn xảy ra. Bạn muốn tìm hiểu về nguồn gốc các loài thú? Hãy nghiên cứu tầng đá tiền kỳ Mesozoi; môn địa hóa sẽ cho chúng ta thấy đá thời kỳ này có niên đại khoảng 210 triệu năm tuổi. Bạn quan tâm tìm hiểu nguồn gốc của linh trưởng? Hãy nghiên cứu các tầng đá cao hơn trong cột đá lịch sử địa chất, đến Kỷ Phấn trắng, với đất đá có tuổi khoảng 80 triệu năm.

Trật tự các hóa thạch trong đá trên thế giới là bằng chứng rõ ràng cho mối liên hệ của chúng ta với các sinh vật khác. Nếu khai quật đá 600 triệu năm tuổi thì chúng ta sẽ tìm thấy những con sứa đầu tiên nằm cạnh xương của loài sóc macmôt, để rồi chúng ta có lẽ phải viết lại những quyển sách. Loài macmôt có lẽ đã xuất hiện trong các ghi nhận hóa thạch sớm hơn các loài thú, bò sát và cá đầu tiên, thậm chí còn trước cả giun. Hơn nữa, loài macmôt cổ đại đã cho chúng ta thấy nhiều điều chúng ta tưởng là mình biết về lịch sử trái đất và sự sống trên đó là không chính xác. Mặc dù việc nghiên cứu hóa thạch trên các lục địa và hầu hết các tầng đá lộ thiên đã diễn ra trong hơn 150 năm qua, nhưng phát hiện trên chưa từng được công bố.

Giờ thì chúng ta hãy quay trở lại vấn đề làm thế nào để tìm được họ hàng của con cá đầu tiên có thể đi được trên mặt đất. Trong sơ đồ phân nhóm sinh vật của chúng tôi, những sinh vật này nằm đâu đó giữa nhóm “Mọi vật” và nhóm “Mọi vật có chi”. Kết nối thông tin này với hiểu biết của chúng ta về các tầng đá cổ, ta sẽ có chứng cứ mạnh về địa chất cho thấy: thời kỳ từ 380 triệu tới 365 triệu năm trước là quãng thời gian then chốt. Các lớp đá trẻ hơn thời kỳ này (khoảng 360 triệu năm tuổi) chứa đủ loại động vật hóa thạch mà chúng ta đều thừa nhận là lưỡng cư và bò sát. Đồng nghiệp của tôi tên là Jenny Clack ở Đại học Cambridge và những người khác đã khám phá ra các loài lưỡng cư trong đá ở Greenland có tuổi khoảng 365 triệu năm. Chúng có cổ, tai, bốn chân, và không giống cá. Nhưng ở trong lớp đá có tuổi 385 triệu năm, chúng tôi tìm thấy những con cá nguyên vẹn, mang đặc trưng hoàn chỉnh của cá. Chúng có vây, đầu nhọn hình nón và vảy; và chúng không có cổ. Dựa vào dữ liệu này, có lẽ chẳng có gì đáng ngạc nhiên khi chúng ta nên tập trung nghiên cứu đá khoảng 375 triệu năm tuổi để tìm ra bằng chứng của sự chuyển tiếp từ cá lên các động vật sống trên cạn.

Chúng tôi đã xác định được niên đại địa chất để nghiên cứu và cũng đã xác định được các tầng lớp trong cột lịch sử địa chất bằng đá mà chúng tôi muốn khám phá. Thách thức bây giờ là tìm ra các lớp đá được thành tạo trong điều kiện có thể lưu giữ các hóa thạch. Đá được thành tạo trong các điều kiện môi trường khác nhau, và những điều kiện ban đầu này sẽ để lại những dấu ấn trên bề mặt các tầng đá. Đá núi lửa hầu như bị loại trừ. Không con cá nào có thể sống trong nham thạch nóng bỏng của núi lửa. Hoặc nếu tồn tại một cá thể cá như vậy đi chăng nữa thì phần xương bị hóa thạch cũng chẳng sót lại dưới sức nóng kinh khủng như vậy vốn đã kiến tạo ra các loại đá bazan, rhyolit, granit và các loại đá núi lửa khác. Chúng ta cũng bỏ qua các đá biến chất như diệp thạch và cẩm thạch vì chúng cũng trải qua điều kiện siêu nóng hoặc áp suất lớn từ lúc thành tạo ban đầu. Cho dù thế nào thì các hóa thạch được lưu trong các loại đá đó sẽ không còn tồn tại sau một khoảng thời gian dài. Vật liệu lý tưởng để lưu giữ các hóa thạch là đá trầm tích: đá vôi, thạch cát, trầm tích phù sa (siltstone) và trầm tích sét (shale). So với đá núi lửa và đá biến chất thì quá trình thành tạo các dạng đá này hiền hòa hơn nhiều, bao gồm các hoạt động của sông, hồ và biển. Không chỉ các động vật thường sống trong những môi trường như vậy mà quá trình tạo trầm tích còn biến đá trầm tích thành nơi bảo quản tốt các loại hóa thạch. Ví dụ, trong một đại dương hoặc hồ nước, các hạt vật chất sẽ lắng khỏi nước và tích tụ dưới đáy. Qua thời gian, khi những hạt vật chất này tích tụ lại, chúng sẽ được nén xuống bởi các lớp mới phủ bên trên. Việc nén từ từ, cộng với các quá trình hóa học xảy ra bên trong đá suốt một thời gian dài khiến bất kỳ xương động vật nào chứa trong đá trầm tích cũng sẽ có cơ hội tốt biến thành hóa thạch. Những quá trình tương tự diễn ra trong và dọc các dòng chảy cổ đại. Quy luật chung là dòng chảy của sông hoặc suối càng êm thì hóa thạch càng được bảo quản tốt.

Mỗi lớp đá trên bề mặt trái đất có một câu chuyện thành tạo riêng; câu chuyện về địa mạo của vũ trụ khi các lớp đất đá cụ thể được hình thành. Bên trong các lớp đá là bằng chứng về khí hậu và môi trường cổ xưa mà phần lớn rất khác biệt so với ngày nay. Đôi khi, sự ngắt quãng giữa hiện tại và quá khứ được thể hiện rất rõ. Lấy Everest làm ví dụ: gần đỉnh của nó, ở độ cao trên 8km, là những tảng đá có nguồn gốc từ một đáy biển cổ đại. Nếu đi tới Mặt Bắc, nơi có thể trông thấy vách đá Hillary nổi tiếng, bạn có thể tìm thấy các mảnh vỏ thân mềm ở biển đã hóa thạch. Tương tự như vậy, nơi chúng tôi làm việc ở vùng Cực bắc, nhiệt độ có thể xuống tới âm 40°C trong mùa đông. Vậy mà bên trong một số lớp đất đá thuộc vùng này là các di tích của một đồng bằng châu thổ nhiệt đới cổ đại, rất giống với vùng Amazon: hóa thạch của các loài thực vật và cá chỉ có thể tạo thành nhiều trong điều kiện nóng ẩm. Sự xuất hiện của các loài thích nghi với khí hậu ấm ở những nơi ngày nay là đỉnh núi cao hay các vùng cực chứng tỏ hành tinh chúng ta có thể thay đổi nhiều như thế nào: núi dâng lên và hạ xuống, khí hậu xen kẽ thời kỳ nóng – lạnh, và các lục địa di chuyển. Một khi chúng ta nắm vững lịch sử lâu dài và các vận động phi thường khiến hành tinh thay đổi thì chúng ta sẽ có khả năng sử dụng được những thông tin này trong việc lên kế hoạch các chuyến thám hiểm săn lùng hóa thạch mới.

Nếu quan tâm tìm hiểu nguồn gốc của động vật có chi, chúng ta có thể giới hạn nghiên cứu ở các tầng đá có niên đại khoảng từ 375 đến 380 triệu năm và chỉ nghiên cứu đá được thành tạo từ các đại dương, hồ và dòng chảy. Bỏ qua các loại đá biến chất và đá núi lửa thì việc tìm kiếm những điểm thám hiểm đầy hứa hẹn sẽ có trọng tâm hơn.

Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ đang đi được một phần trên chặng đường lên kế hoạch cho một chuyến thám hiểm mới. Chúng ta sẽ gặp khó khăn nếu những tảng đá trầm tích đầy hứa hẹn, đúng độ tuổi lại bị chôn sâu trong lòng đất hoặc bị cỏ phủ lấp, hay nằm bên dưới trung tâm mua sắm hoặc các thành phố. Chúng ta chắc sẽ phải đào bới một cách mò mẫm. Như bạn có thể hình dung, việc khoan một cái hố sâu để tìm hóa thạch có xác suất thành công thấp, giống như ném phi tiêu vào tấm bia giấu phía sau cửa buồng.

Những nơi tốt nhất để tìm hóa thạch là nơi chúng tôi có thể đi bộ hàng dặm trên đá để khám phá ra những khu vực có xương đang bị “phong hóa”. Hóa thạch xương thường cứng hơn phần đá xung quanh và do đó bị xói mòn chậm hơn và nhô lên trên bề mặt đá với tỉ lệ cao hơn. Cho nên, chúng tôi thích đi bộ trên các tảng đá trần, tìm ra vài mẩu xương trên bề mặt rồi sau đó khai quật.

Vì vậy, sau đây là mẹo để lập kế hoạch cho một cuộc thám hiếm tìm hóa thạch mới: tìm đá đúng độ tuổi, đúng loại đá (đá trầm tích), và lộ thiên. Vậy là xong! Các điểm săn tìm hóa thạch lý tưởng có ít đất và ít thảm thực vật và có vẻ ít chịu tác động của con người. Thế nên, không có gì ngạc nhiên khi một tỉ lệ lớn các hóa thạch được phát hiện ở các vùng hoang mạc như sa mạc Gobi, Sahara hay ở Utah, ở hoang mạc Bắc cực, như Greenland.

Toàn bộ điều này nghe có vẻ rất logic, nhưng chúng ta cũng không thể không nói đến sự may mắn. Trên thực tế, sự may mắn đã đưa nhóm nghiên cứu chúng tôi tới hành trình tìm về hình hài loài cá trong chúng ta. Những khám phá trọng đại đầu tiên của chúng tôi lại không diễn ra ở một hoang mạc mà dọc một đường quốc lộ ở Trung Pennsylvania, nơi đá lộ thiên rất rõ ràng. Và hơn hết, lý do chúng tôi tìm kiếm tại đó chỉ vì chúng tôi không có nhiều kinh phí.

Phải mất nhiều thời gian và tiền bạc để đến Greenland hoặc sa mạc Sahara. Ngược lại, một dự án tại địa phương không đòi hỏi những khoản tài trợ nghiên cứu lớn mà chỉ cần tiền xăng và lệ phí cầu đường. Đây là những điều kiện then chốt đối với một sinh viên đại học hoặc một giảng viên mới vào nghề. Đối với tôi khi bắt đầu khởi nghiệp ở Philadelphia, một dãy núi đá được gọi chung là Hệ tầng Catskill Formation tại Pennsylvania có sức quyến rũ kỳ lạ.

Hệ tầng này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng trên 150 năm. Niên đại của chúng đã được biết đến, kéo dài đến tận cuối kỷ Devon. Ngoài ra, chất đá của nó thật hoàn hảo để bảo quản các động vật có chi đầu tiên cũng như những họ hàng gần nhất của chúng. Để hiểu được điều này, tốt nhất là nên có một hình ảnh về vùng Pennsylvania vào kỷ Devon. Hãy loại ra khỏi tâm trí bạn hình ảnh hiện nay của Philadelphia, Pittsburgh hoặc Harrisburg và nghĩ tới vùng đồng bằng châu thổ lưu vực sông Amazon. Có các cao nguyên ở phía đông của bang Pennsylvania. Một loạt các dòng sông chảy theo hướng đông – tây bắt nguồn từ những dãy núi này và kết thúc ở một vùng biển rộng lớn là vùng Pittsburgh ngày nay.

Khó mà tưởng tượng ra những điều kiện tốt hơn để tìm thấy các hóa thạch, trừ việc vùng Trung Pennsylvania hiện bị các thị trấn, rừng và cánh đồng che phủ. Còn về sự phơi lộ di tích hóa thạch, hầu hết chúng xuất hiện ở những nơi Cục vận tải Pennsylvania quyết định mở đường lớn. Khi Cục này xây dựng đường cao tốc, họ phải cho nổ đất đá để mở đường. Khi cho nổ, đá được phơi lộ. Không phải lúc nào hóa thạch cũng lộ ra ở trạng thái tốt nhất, nhưng chúng tôi cố gắng thu thập những gì có thể. Với việc nghiên cứu giá rẻ, bạn có đuợc những thứ tương đương những gì bạn đã bỏ ra.

Dọc theo những con đường ở Pennsylvania, chúng tôi đã tìm kiếm tại một đồng bằng châu thổ cổ đại rất giống vùng Amazon ngày nay. Bang Pennsylvania (bên dưới) với địa hình ở kỷ Devon (bên trên)

Cũng phải kể tới sự may mắn do khác biệt về tính cách: năm 1993, Ted Daeschler tới đây để nghiên cứu cổ sinh dưới sự hướng dẫn của tôi. Sự hợp tác này đã làm thay đổi cuộc đời cả hai chúng tôi. Bản tính khác biệt của chúng tôi quả là bổ sung cho nhau tới độ hoàn hảo: tôi thì rất nóng tính và luôn nghĩ tới những địa điểm mới để khám phá, còn Ted thì kiên nhẫn và biết khi nào cần dừng lại tại một địa điểm để tìm ra các mẫu vật. Tôi và Ted đã bắt đầu một khảo sát trong tầng đá tuổi Devon ở Pennsvlvania với hy vọng tìm thấy bằng chứng mới về nguồn gốc của chi ở động vật trên cạn. Chúng tôi bắt đầu bằng việc lái xe qua hầu như tất cả những điểm xẻ núi lớn ở vùng phía đông của bang. Bất ngờ lớn nhất là ngay sau khi chúng tôi bắt đầu tìm kiếm, Ted đã tìm thấy một mảnh xương vai tuyệt diệu. Chúng tôi đặt tên nó là Hynerpeton, một từ Hy Lạp có nghĩa là “con vật biết bò nhỏ bé xứ Hyner”. Hyner là thị trấn của bang Pennsylvania, nằm sát vùng tìm được hóa thạch. Hynerpeton có vai cường tráng, đặc điểm cho thấy nhiều khả năng đây là một sinh vật có các phần phụ to khỏe. Không may, chúng tôi đã không thể tìm thấy toàn bộ bộ xương của con vật này. Sự khai lộ đã bị giới hạn. Vì lý do gì? Bạn đoán ra rồi đó, là do thảm thực vật, nhà cửa và các trung tâm mua sắm.

Sau khi phát hiện ra Hynerpeton và các hóa thạch khác từ các khối đá này, tôi và Ted đã rất nóng lòng muốn tìm kiếm các phiến đá được lộ thiên rõ hơn. Nếu toàn bộ công việc khoa học đều dựa trên việc khôi phục các mảnh chi tiết vụn vặt thì chúng tôi chỉ có thể giải thích được rất ít vấn đề. Vì vậy, chúng tôi đã tiếp cận theo kiểu “sách vở,” tức là tìm kiếm các phiến đá đúng tuổi có sự lộ thiên đủ tốt và đúng loại đá cần tìm ở các vùng hoang mạc, có nghĩa là chúng tôi hẳn đã không có khám phá lớn nhất trong sự nghiệp của mình nếu không nhờ một quyển sách đại cương về địa chất.

Ban đầu chúng tôi xem Alaska và Yukon là những địa điểm tiềm năng để triển khai một cuộc thám hiểm mới, phần nhiều bởi vì tại đây đã có các phát hiện phù hợp của các nhóm nghiên cứu khác. Chúng tôi đi đến chỗ tranh luận hoặc có thể nói là tranh cãi về các vấn đề địa chất, và đến lúc cao trào, một trong hai chúng tôi lấy từ trong ngăn bàn một cuốn sách địa chất. Trong khi lục tìm các trang sách để xem ai trong chúng tôi có quan điểm đúng thì chúng tôi tìm thấy một giản đồ. Giản đồ này khiến chúng tôi nín thở vì nó thể hiện hết những thứ chúng tôi đang tìm kiếm.

Cuộc tranh luận kết thúc và nhường chỗ cho việc lập kế hoạch cho một chuyến thám hiểm mới ngoài thực địa.

Bản đồ này là khởi đầu cho tất cả. Bản đồ vùng Bắc Mỹ này đã tóm lược những gì chúng tôi tìm kiếm. Các phần tô đậm thể hiện nơi đá tuổi Devon lộ thiên (hoặc ở biển, hoặc ở nước ngọt). Ba khu vực được chú thích đã từng là đồng bằng châu thổ. Hình này được vẽ lại từ Hình 13.1, trong sách Sự tiến hóa của trái đất (Evolution of the Earth) (New York: McGraw-Hill, 1988) của R. H. Dott và R. L. Batten. Công ty McGraw-Hill cho phép tái bản bản đồ này.

Dựa trên cơ sở của các khám phá trước đây trên những loại đá có tuổi trẻ hơn, chúng tôi tin rằng các dòng chảy nước ngọt cổ đại là môi trường tốt nhất để bắt đầu cuộc săn tìm hóa thạch. Giản đồ này thể hiện 3 vùng có đá nước ngọt tuổi Devon, mỗi vùng đều có một hệ thống đồng bằng châu thổ. Trước hết, có bờ đông của Greenland. Đây là quê hương của hóa thạch Janny Clack, một sinh vật rất nguyên thủy có chi và là một trong số các loài động vật bốn chân xưa nhất. Tiếp đến là vùng phía đông của Bắc Mỹ (nơi chúng tôi đã làm việc) vốn là quê hương của loài Hynerpeton. Và thứ ba là vùng Bắc cực rộng lớn, chạy theo hướng đông – tây ngang qua vùng Cực bắc thuộc Canada. Không có cây, rác hoặc bất cứ thành phố nào ở Bắc cực. Cơ hội tìm kiếm rất tốt vì đá đúng loại, đúng tuổi và lộ thiên cực kỳ rõ.

Vùng lộ thiên Cực bắc thuộc Canada rất nổi tiếng, đặc biệt là đối với các nhà địa chất và cổ thực vật người Canada đã vẽ bản đồ cho khu vực này. Trên thực tế, Ashton Embry, lãnh đạo của các đoàn nghiên cứu đó và là người hoàn thành phần lớn công việc này, đã miêu tả đặc điểm địa chất của tầng đá tuổi Devon ở Canada tương đồng về nhiều mặt với đặc điểm địa chất của vùng Pennsylvania. Tôi và Ted đã sẵn sàng đóng hành lý để lên đường ngay khi đọc thấy những dòng miêu tả này. Những bài học thu được ở đường cao tốc Pennsylvania có thể giúp chúng tôi ở vùng Bắc cực thuộc Canada.

Đáng chú ý là đá ở Bắc cực thậm chí còn lâu đời hơn các dải hóa thạch ở Greenland và Pennsylvania. Vì vậy, khu vực này trùng khớp hoàn toàn với cả ba tiêu chí: tuổi của đá, loại đá và có phát lộ. Thậm chí còn tuyệt hơn nữa là khu vực này chưa được các nhà cổ sinh vật về động vật có xương sống biết đến, vì vậy chưa có thông tin về hóa thạch.

Các thử thách mới của chúng tôi lần này hoàn toàn khác với những thử thách chúng tôi gặp phải ở Pennsylvania. Dọc theo các đường cao tốc ở Pennsylvania, chúng tôi có nguy cơ bị những chiếc xe tải lao vút qua đâm vào khi chúng tôi đang tìm kiếm hóa thạch, ở vùng Cực bắc, chúng tôi có nguy cơ bị gấu Bắc cực tấn công, hết thực phẩm hoặc bị mắc kẹt vì thời tiết xấu. Chúng tôi không còn có thể chất bánh mì kẹp thịt lên xe và thẳng tiến tới các lớp hóa thạch. Bây giờ, chúng tôi phải tốn ít nhất tám ngày để chuẩn bị cho một ngày thực địa, bởi vì chỉ có thể tiếp cận các bãi đá bằng đường không, và căn cứ tiếp tế gần nhất cách đó tới 400km. Chúng tôi chỉ có thể mang một lượng vừa đủ thực phẩm và vật dụng cho cả đoàn, cộng thêm dụng cụ bảo hộ tối thiểu. Và quan trọng nhất là giới hạn trọng tải nghiêm ngặt của máy bay làm cho chúng tôi chỉ có thể mang theo một phần nhỏ hóa thạch tìm thấy. Cùng với những hạn chế trên là khoảng thời gian ngắn ngủi mà chúng tôi có thể làm việc ở Bắc cực hằng năm, và bạn có thể thấy rằng sự thất vọng mà chúng tôi phải đối mặt là những trải nghiệm hoàn toàn mới mẻ và dễ khiến ta chùn bước.

Xin được giới thiệu về thầy tôi, tiến sĩ Farish A. Jenkins, Jr. ở trường Harvard. Farish đã dẫn đầu các chuyến thám hiểm tới Greenland trong nhiều năm và có được kinh nghiệm cần thiết để xúc tiến chuyến thám hiểm này. Đội hình Nghiên cứu đã được lập ra. Ba thế hệ Nghiên cứu khoa học: Ted, sinh viên cũ của tôi; Farish, thầy hướng dẫn tôi; cùng tôi hành quân tới Bắc cực để cố gắng tìm ra những bằng chứng về sụ tiến hóa từ cá thành động vật có xương sống sống trên cạn.

Không có cuốn cẩm nang hướng dẫn nghiên cứu thực địa nào cho cổ sinh vật ở Bắc cực. Chúng tôi nhận được những lời khuyên về việc chuẩn bị dụng cụ từ bạn bè và đồng nghiệp, và chúng tôi cũng đọc sách – chỉ để nhận ra rằng mình chẳng thể chuẩn bị gì cho trải nghiệm sắp tới. Chưa bao giờ bạn cảm nhận điều đó rõ ràng hơn khi chiếc trực thăng thả bạn xuống một vùng hoang vắng tiêu điều nào đó ở Bắc cực. Ý nghĩ đầu tiên là gấu Bắc cực. Không biết đã bao nhiêu lần tôi phải đưa mắt quan sát toàn bộ cảnh quan để tìm kiếm những chấm trắng di động. Mối lo này có thể giúp bạn quan sát mọi thứ. Trong tuần đầu tiên của chúng tôi ở Bắc cực, một thành viên trong đoàn đã thấy một chấm trắng di động. Trông nó giống một con gấu Bắc cực ở khoảng cách chừng 400m. Chúng tôi quýnh cả lên như toán cảnh sát vụng về vớ lấy súng, đèn hiệu và còi để chuẩn bị tác chiến, để rồi phát hiện ra con gấu đó chẳng qua là một con thỏ trắng Bắc cực cách đó khoảng 70m. Ở nơi không có cây cối hoặc nhà cửa như Bắc cực thì bạn mất đi khả năng ước lượng khoảng cách.

Bắc cực là một nơi trống rỗng và rộng lớn. Tầng đá mà chúng tôi quan tâm lộ ra ở một vùng rộng 1.500 km2. Các sinh vật mà chúng tôi đang tìm kiếm dài khoảng hơn lm. Vì một số lý do, chúng tôi cần đóng trại ở một khoảnh nhỏ trên tầng đá lưu giữ các hóa thạch. Những người xét duyệt trợ cấp dự án có thể là những người rất thô bạo; họ luôn nêu ra những khó khăn này trong suốt quá trình thẩm định. Một người xét duyệt dự án nghiên cứu ở Bắc cực cho thầy Farish đã chỉ ra rất rõ ràng. Người xét duyệt này đã viết trong phần nhận xét về đề cương dự án (không mấy thiện cảm, tôi có thể nói là vậy) rằng: việc tìm thấy các hóa thạch mới ở vùng Cực bắc còn “khó hơn mò kim đáy biển”.

Chúng tôi đã tiến hành bốn chuyến thám hiểm tới Đảo Ellesmere trong sáu năm để tìm kiếm cây kim nhỏ bé của mình. Thật sự là quá nhiều cho một thứ gọi là vận may.

Chúng tôi đã tìm thấy điều mình muốn nhờ vào thử nghiệm, thất bại và học hỏi từ thất bại của chính mình. Điểm tìm kiếm hóa thạch đầu tiên trong mùa nghiên cứu thực địa năm 1999 là bên ngoài vùng phía tây Bắc cực, trên đảo Melville. Chúng tôi không biết rằng mình đã được thả xuống mép của một đại dương cổ. Các lớp đá chứa đầy hóa thạch và chúng tôi đã tìm thấy nhiều loại cá. Vấn đề nằm ở chỗ, dường như tất cả chúng đều là sinh vật sống ở vùng nước sâu, vốn không phải loại hóa thạch chúng tôi mong muốn – những loài sống ở các dòng nước hoặc các hồ nóng để sinh ra các động vật sống trên cạn. Dựa vào phân tích địa chất của Ashton Embry, năm 2000 chúng tôi quyết định chuyển địa điểm thám hiểm tới miền đông đảo Ellesmere bởi vì đá ở đó có thể chứa di tích các lòng sông cổ. Chúng tôi không mất nhiều thời gian để bắt đầu tìm thấy các xương cá hóa thạch có kích thước bằng khoảng một đồng 25 xu.

Bước đột phá thực sự đến vào khoảng thời gian cuối mùa thực địa năm 2000. Thời điểm ngay trước bữa tối, khoảng một tuần trước khi chúng tôi dự định gói ghém đồ đạc ra về. Cả đoàn thám hiểm đã quay về trại, còn chúng tôi thì vẫn làm những việc hay làm vào chập tối: sắp xếp bộ sưu tập mẫu vật thu được trong ngày, chuẩn bị ghi chép nhật ký thực địa và bắt đầu tập trung ăn tối. Jason Downs, lúc đó là một sinh viên đại học rất thích học môn cổ sinh vật, không quay về trại đúng giờ. Chúng tôi cảm thấy lo lắng vì chúng tôi thường đi ra ngoài theo nhóm; hoặc nếu có tách đoàn thì cũng phải thống nhất thời gian xác định để liên lạc với nhau. Gấu Bắc cực và các cơn bão kinh hoàng có thể ập đến bất thình lình khiến bạn không còn cơ hội sống sót.

Tôi còn nhớ cảm giác khi đang ngồi ở lều chính với mọi người trong đoàn và cứ mỗi phút trôi qua lại lo lắng cho Jason hơn. Khi chúng tôi bắt đầu bàn bạc một kế hoạch tìm kiếm thì nghe thấy tiếng kéo khóa mở cửa lều. Đầu tiên là tôi thấy cái đầu của Jason thò vào. Cậu ta thở không ra hơi và gương mặt đờ đẫn. Khi Jason vào bên trong lều, chúng tôi biết rằng mình không phải lo lắng về sự cố có gấu Bắc cực vì cây súng săn vẫn khoác trên vai cậu ta. Lý do cậu ta về muộn được làm rõ khi cậu ta run rẩy móc ra đủ loại hóa thạch ở tất cả các túi có trên người: túi áo khoác, túi quần, túi áo sơ mi bên trong và trong ba lô thực địa. Tôi hình dung ra nếu có thể đi bộ không cần giày và tất thì cậu ta sẽ dựng nốt hóa thạch vào trong đó. Tất cả những xương hóa thạch nhỏ nằm trên một bề mặt có diện tích nhỏ, không rộng hơn một chỗ đỗ xe hơi, cách trại khoảng l,6km. Chúng tôi tạm gác bữa tối lại.

Khu trại của chúng tôi (bên trên) trông nhỏ xíu trước sự rộng lớn của vùng Bắc cực. “Ngôi nhà mùa hè” của chúng tôi (bên dưới) là một cái lều nhỏ, thường được bao quanh bằng một bức tường đá xếp để bảo vệ nó khỏi những cơn gió có vận tốc tới 80km/h. Ảnh do tác giả tự chụp.

Với hai mươi bốn tiếng trời sáng vào mùa hè ở Bắc cực, chúng tôi không phải lo lắng về trời tối, vì thế, chúng tôi đem theo chocolate và khởi hành đến điểm Jason khám phá. Nó nằm bên sườn một quả đồi giữa hai thung lũng lòng sông tươi đẹp và, như Jason đã phát hiện ra, nó được phủ một tấm thảm bằng hóa thạch xương cá. Chúng tôi đã tốn vài giờ để tách các mảnh xương, chụp ảnh và lập kế hoạch nghiên cứu. Điểm hóa thạch này có chính xác tất cả những gì mà chúng tôi đang tìm kiếm. Ngày hôm sau, chúng tôi quay trở lại với mục tiêu mới là tìm ra chính xác tầng đá nào có hóa thạch xương cá.

Cái khó là xác định được nguồn gốc của những mảnh xương lộn xộn ở điểm mà Jason phát hiện – hy vọng duy nhất để tìm thấy các bộ xương nguyên vẹn. Vấn đề là môi trường Bắc cực. Vào mùa đông, nhiệt độ giảm xuống âm 40oC, còn mùa hè, khi mặt trời không bao giờ lặn, nhiệt độ tăng lên gần 10oC. Chu kỳ đóng băng và tan băng xé vụn bề mặt đá và hóa thạch. Vào mùa đông chúng lạnh và co lại, trong khi vào mùa hè chúng bị nóng lên và nở ra. Vì bề mặt của chúng bị co rút và nở ra trong mỗi mùa qua hàng nghìn năm nên xương bị rời ra từng phần. Đối diện với hàng đống xương rải rác khắp quả đồi, chúng tôi không thể nhận ra chính xác tầng đá nào là nguồn của chúng. Chúng tôi dành vài ngày lần theo các tuyến chứa đầy mảnh xương, đào các hố thăm dò, dùng búa địa chất như que thử để xem nơi nào trong vách đá xuất hiện hóa thạch xương. Sau bốn ngày, chúng tôi khai lộ tầng đá gốc và cuối cùng đã tìm thấy tầng tầng lớp lớp xương cá hóa thạch. Chúng tôi mất hai mùa hè dể phát lộ nhĩrng bộ xương cá này.

Đây là nơi chúng tôi làm việc (phía nam đảo Ellesmere, lãnh địa Nuvavut) ở Canada, cách Cực bắc 1.600km

Lại gặp thất bại: tất cả những con cá hóa thạch chúng tôi tìm thấy đều là những loài nổi tiếng, đã được thu thập ở các điểm hóa thạch có niên đại tương đương ở Đông Âu. Tệ hơn nữa, những con cá này không có quan hệ gần lắm với các động vật sống trên cạn. Năm 2004, chúng tôi đã quyết định thử thêm một lần nữa. Đây là một hoàn cảnh không còn chỗ lùi. Các chuyến thám hiểm Bắc cực rất đắt đỏ và hiếm khi có được khám phá nổi bật, khiến chúng tôi cũng phải gọi là được ăn đôi thua mất cả.

Vào đầu tháng 7 năm 2004, chỉ trong bốn ngày mọi thứ đã thay đổi. Khi ấy, tôi đang đập đá ở đáy của một hố khai quật, thông thường là băng nhiều hơn đá. Tôi phá băng và nhìn thấy một thứ khiến tôi không bao giờ quên được: một mảng vảy không giống bất kỳ một vật nào chúng tôi từng nhìn thấy ở các hố khai quật. Mảng vảy này giúp tôi tìm thấy một hình thù khác bị băng bao phủ. Trông nó giống một bộ hàm. Tuy nhiên, chúng không giống với bất kỳ hàm của một loài cá nào mà tôi từng biết. Trông như thể chúng là hàm của một sinh vật đầu dẹp.

Một ngày sau, đồng nghiệp của tôi là Steve Gatesy đang đập đá ở tầng trên cùng của hố khai quật. Sau khi Steve dỡ một khối đá to bằng nắm tay thì lộ ra mõm của một con vật đang hướng về phía anh ấy. Giống như con cá bị băng bao phủ của tôi ở dưới đáy hố khai quật, con vật này có một cái đầu dẹp. Điều này là một phát hiện mới và quan trọng. Nhưng không giống con cá tôi khai quật, con của Steve có khả năng là động vật trên cạn thực sự. Chúng tôi đang nhìn thấy phần đầu, và nếu may mắn thì có thể phần còn lại của cả bộ xương được bảo quản tốt trong vách đá. Steve đã dành thời gian còn lại của mùa hè năm đó để tách đá khỏi hóa thạch từng chút một để chúng tôi có thể mang cả bộ xương về phòng thí nghiệm và rửa sạch nó. Bàn tay khéo léo của Steve đã giúp khôi phục lại một trong những hóa thạch tốt nhất hiện nay về sự chuyển tiếp từ nước lên cạn.

Các mẫu vật chúng tôi mang về phòng thí nghiệm chỉ là những khối đá với hóa thạch bên trong. Trong khoảng thời gian hai tháng, đá được tách ra khỏi hóa thạch từng chút một bằng phương pháp thủ công, sử dụng dụng cụ nha khoa hay dùi nhỏ. Mỗi ngày, một phần mới của bộ xương sinh vật hóa thạch này lại được bộc lộ thêm. Hầu như mỗi lần một bộ phận lớn lộ ra là chúng tôi lại học được thêm điều gì đó mới về nguồn gốc của động vật sống trên cạn.

Thứ dần dần lộ ra khỏi hòn đá vào mùa thu năm 2004 là một sinh vật trung gian đẹp tuyệt giữa cá và động vật sống trên cạn. Cá và động vật sống trên cạn khác nhau ở nhiều điểm. Cá có đầu hình nón trong khi động vật sống trên cạn đầu tiên có đầu gần như cá sấu: dẹp, có mắt ở phía trên. Cá không có cổ, phần vai gắn với đầu bằng một loạt các tấm xương. Động vật sống trên cạn nguyên thủy (giống như tất cả con cháu của mình) có cổ, nghĩa là chúng có thể xoay đầu độc lập với vai.

Ngoài ra, còn có những khác biệt nổi bật khác nữa. Cá có vảy phủ toàn thân còn động vật sống trên cạn thì không có. Thêm vào đó, điều quan trọng là cá có vây, trong khi động vật sống trên cạn có chi mang ngón tay/chân, cổ tay/chân và mắt cá. Chúng ta có thể tiếp tục so sánh và liệt kê ra một danh sách dài các khác biệt giữa cá với động vật có xương sống sống trên cạn.

Quá trình tìm thấy các hóa thạch bắt đầu với đống hóa thạch lẫn trong đá được gỡ ra dần dần. Ở đây tôi minh họa một hóa thạch từ lúc được lấy từ hố khai quật đến khi tới phòng thí nghiệm và được sửa sang cẩn thận thành một mẫu vật – bộ xương của một loài động vật mới. Ảnh ở phía trên cùng bên trái do tác giả chụp; các bức ảnh khác là của Tad Daeschler, Viện hàn lâm Khoa học tự nhiên Philadelphia.

Tuy nhiên, sinh vật mới của chúng tôi đã phá vỡ sự khác biệt giữa hai loại động vật trên. Giống như một con cá, nó có vảy ở lưng và vây có màng. Nhưng nó lại giống động vật có xương sống sống trên cạn ở cái đầu dẹp và có cổ. Còn nữa, khi chúng tôi xem xét bên trong vây của nó, chúng tôi thấy các xương tương đương với xương trên cánh tay, xương cẳng tay, thậm chí có cả phần xương cổ tay. Có cả các khớp nối nữa. Đây là một con cá có khuỷu tay, cổ tay, và vai. Tất cả đều nằm trong cái vây có màng.

Rõ ràng với tất cả đặc điểm trên, sinh vật này giống động vật có xương sống sống trên cạn còn rất nguyên thủy. Ví dụ, hình dạng và các rãnh khác nhau ở xương “cánh tay” (humerus) nửa giống cá nửa giống lưỡng cư. Hình dạng của xương sọ và xương vai cũng vậy.

Phải mất tới sáu năm chúng tôi mới tìm thấy nó, nhưng hóa thạch này đã xác nhận một dự đoán trong cổ sinh học: loài cá này không chỉ là dạng trung gian giữa hai nhóm động vật khác nhau, mà chúng tôi còn tìm thấy chúng vào đúng khoảng thời gian trong lịch sử trái đất và trong đúng môi trường cổ sinh. Câu trả lời đã đến từ những tầng đá 375 triệu năm tuổi và được thành tạo trong những dòng chảy cổ xưa.

Bức hình này đã nói lên tất cả. Tiktaalick là dạng trung gian giữa cá và động vật sống trên cạn nguyên thủy

Là những người đã phát hiện ra sinh vật này, tôi, Ted và Parish có vinh hạnh được đặt tên khoa học cho nó. Chúng tôi muốn đặt một cái tên thể hiện được nguồn gốc phát sinh của hóa thạch ở lãnh thổ Nunavut của Bắc cực, cũng như lời cảm ơn của chúng tôi dành cho người Inuit vì họ đã cho phép chúng tôi nghiên cứu ở đó.

Chúng tôi đã bàn bạc với Hội đồng bô lão Nunavut (với tên gọi chính thức là Inuit Qaujimajatuqangit Katimajiit) để đặt một cái tên có dấu ấn ngôn ngữ của người Inuit. Tôi lo rằng một hội đồng mang tên Inuit Qaujimajatuqangit Katimajiit sẽ đề xuất một cái tên khoa học rất khó phát âm. Tôi đã gửi tới họ các bức ảnh về hóa thạch và những vị bô lão đã đưa ra hai gợi ý: Siksagiaq và Tiktaalik. Chúng tôi lấy tên Tiktaalik vì nó dễ phát âm và nghĩa của nó theo tiếng của người Inut là “Con cá nước ngọt lớn”.

Tiktaalik đã trở thành câu chuyện trên trang nhất của một số tờ báo khi chúng tôi công bố phát hiện của mình vào tháng 4 năm 2006, trong đó có cả những tờ báo nổi tiếng như New York Times. Sự chú ý này diễn ra trong cả một tuần và không giống với bất kỳ điều gì từng xảy ra trong cuộc đời bình lặng của tôi. Tuy nhiên, đối với tôi, khoảnh khắc tuyệt vời nhất trong tất cả sự huyên náo của truyền thông này không phái là khi xem những tranh biếm họa chính trị, hay đọc các bài của ban biên tập và những cuộc tranh cãi nảy lửa trên những trang blog. Nó diễn ra ở trường mẫu giáo của con trai tôi.

Giữa những ồn ào của báo chí, giáo viên ở trường mẫu giáo của con trai tôi nhờ tôi mang mẫu hóa thạch tới trường để giới thiệu với bọn trẻ. Tôi mang một mẫu đúc của Tiktaalik tới lớp của Nathaniel, chuẩn bị tinh thần cho những tranh cãi có thể nổ ra sau đó. Cô giáo 24 tuổi và những đứa trẻ 5 tuổi đã cư xử phải phép một cách bất ngờ khi nghe tôi kể về công việc tìm kiếm hóa thạch ở Bắc cực của chúng tôi và cho chúng xem những cái răng sắc nhọn của con vật. Sau đó, tôi hỏi xem chúng nghĩ con vật này là gì. Những cánh tay giơ lên. Đứa trẻ đầu tiên nói rằng đó là một con cá sấu nước ngọt hoặc một con cá sấu nước lợ. Khi tôi hỏi tại sao, cậu bé nói nó có đầu dẹp và hai mắt nằm ở phía trên giống như cá sấu hoặc thằn lằn. Nó còn có những chiếc răng to nữa. Những đứa trẻ khác bắt đầu lên tiếng không đồng ý. Chọn một trong số những cánh tay này, tôi nghe: “Không, không, không phải cá sấu, nó là cá vì nó có vảy và vây”. Rồi một em khác hét lên: “Có lẽ nó là cả hai con đấy!”. Đặc điểm của Tiktaalik rõ ràng tới mức những đứa trẻ học mẫu giáo cũng thấy được.

Đối với chúng tôi, Tiktaalik còn mang một ý nghĩa sâu sắc hơn. Con cá này không chỉ cho chúng ta thấy những đặc điểm về cá, mà còn mang một phần đặc điểm của loài người chúng ta. Việc truy tìm mối liên hệ này là lý do đã dẫn tôi tới thám hiểm ở Bắc cực.

Vậy tôi dựa vào đâu để khẳng định hóa thạch này cho ta biết một số điều về chính cơ thể của chúng ta? Hãy xem xét cổ của Tiktaalik. Tất cả các loài cá xuất hiện trước Tiktaalik có một bộ xương gắn sọ với vai, vì thế mỗi lần con vật uốn người thì đầu nó cũng uốn theo. Tiktaalik lại khác. Đầu của nó hoàn toàn độc lập với phần vai. Cấu trúc tổng thể này tương tự lưỡng cư, bò sát, chim, thú – trong đó có chúng ta. Sự biến đổi hoàn toàn này có thể là do Tiktaalik đã mất đi một số xương nhỏ đã từng tồn tại ở các loài cá.

Tôi có thể làm một phân tích tương tự với xương cổ tay, xương sườn, tai và các phần khác của bộ xương chúng ta – tất cả những đặc điểm này có thể truy ngược về nguồn gốc của một con cá. Hóa thạch này cũng là một phần quan trọng của lịch sử tiến hóa loài người giống như hóa thạch người vượn châu Phi (Australopithecus afarensis) nổi tiếng có tên “Lucy”. Nhìn vào Lucy, chúng ta hiểu được lịch sử tiến hóa của mình như những linh trưởng tiến bộ bậc cao. Còn nhìn vào Tiktaalik là nhìn vào lịch sử của chúng ta dưới hình ảnh một con cá.

Truy tìm vết tích tiến hóa xương tay từ cá qua bò sát – thú tới người

Vậy chúng ta đã học được gì? Thế giới của chúng ta được sắp xếp theo một trật tự rõ ràng tới độ chúng ta có thể tận dụng một chuyến đi bộ qua vườn thú để dự đoán về các loại hóa thạch nằm ở các lớp đá khác nhau trên thế giới. Những dự đoán như vậy có thể mang đến những phát hiện về hóa thạch cho chúng ta biết về các sự kiện cổ sinh trong lịch sử của sự sống. Cuốn sổ ghi lại các sự kiện đó vẫn nằm bên trong chúng ta, chính là một phần cấu trúc cơ thể của chúng ta.

Điều tôi chưa đề cập ở các phần trước là việc chúng ta có thể truy tìm lịch sử tiến hóa của loài người trong các gene của chính mình (thông qua cấu trúc DNA). Sự ghi nhận quá khứ này không nằm trong các phiến đá trên trái đất mà nằm ngay trong từng tế bào bên trong cơ thể chúng ta. Chúng ta sẽ sử dụng cả hóa thạch lẫn gene để kể lại câu chuyện của chính mình – câu chuyện về lịch sử hình thành cơ thể con người.