Những hình ảnh của phòng giải phẫu ở trường y thật khó quên. Hãy hình dung bạn dành nhiều tháng ròng rã trong một gian phòng để nghiên cứu từng lớp thịt da, từng cơ quan trong cơ thể con người, qua đó học hàng nghìn thuật ngữ mới và cấu trúc chung.

Nhiều tháng trước khi tôi thực hiện lần giải phẫu cơ thể người đầu tiên, tôi tự chuẩn bị bằng cách cố gắng hình dung ra những gì mình sẽ thấy, cách thức phản ứng của mình và những gì mình sẽ cảm nhận được. Hóa ra những tưởng tượng đó đã không giúp tôi chuẩn bị được gì cho trải nghiệm của mình. Khoảnh khắc khi chúng tôi lật tấm vải phủ và lần đầu tiên trông thấy thi thể không quá ức chế như tôi tưởng. Chúng tôi dự định mổ phần ngực, do đó chúng tôi mở lồng ngực trong khi chừa lại phần đầu, cánh tay và chân thi thể bọc trong gạc tẩm chất bảo quản. Các lớp mô trông không giống của người cho lắm. Do được xử lý bằng một số loại hóa chất bảo quản, thi thể không chảy máu khi bị dao mố cắt vào, da và các nội quan trở nên cứng như cao su. Tôi bắt đầu nghĩ rằng tử thi trông giống con búp bê hơn là người. Chúng tôi mổ phanh các cơ quan của lồng ngực và khoang bụng trong vài tuần. Tôi bắt đầu cho là mình khá “chuyên nghiệp” vì đã quan sát hầu hết các nội quan trong cơ thể người. Tôi đã trở nên tự tin thái quá đối với toàn bộ sự trải nghiệm của mình. Tôi đã thực hiện lần mổ đầu tiên, tự tôi cắt các mô và học về giải phẫu của các cơ quan chính trong cơ thể. Tất cả đã diễn ra một cách máy móc, tuần tự và khoa học.

Ảo tưởng dễ chịu này bị phá vỡ nhanh chóng khi tôi nghiên cứu bàn tay. Lúc tôi mở lớp gạc quấn các ngón tay của tử thi (đó là lần đầu tiên tôi nhìn thấy các khớp xương, đầu ngón tay và móng tay) tôi nhận ra những cảm xúc chưa bộc lộ trong những tuần học trước. Đây không phải là búp bê hay manơcanh, mà từng là một con người thật, biết dùng bàn tay của mình để cầm nắm và vuốt ve. Bài thực hành giải phẫu máy móc bỗng trở nên sâu sắc và chứa đầy cảm xúc cá nhân. Cho tới tận lúc đó tôi đã không nhìn thấy mối liên hệ giữa tôi với tử thi. Tôi đã mở dạ dày, túi mật và các cơ quan khác, nhưng có người bình thường nào lại đi thiết lập mối liên hệ con người khi trông thấy túi mật?

Điều gì ở bàn tay thể hiện phần tinh hoa của con người? Câu trả lời là ở một mức độ nhất định, bàn tay tạo nên mối liên hệ hữu hình giữa chúng ta, vì nó là dấu hiệu cho biết chúng ta là ai, và những gì chúng ta có thể đạt tới. Khả năng cầm nắm, xây dựng và hiện thực hóa ý tưởng của chúng ta nằm trong phức hợp xương, dây thần kinh và mạch máu của bàn tay.

Điều ngay lập tức kích thích bạn khi trông thấy phần bên trong của bàn tay là độ nén của nó. Gò cái (phần gan bàn tay nối với ngón cái) có 4 cơ khác nhau. Việc xoay ngón tay cái đồng thời nghiêng bàn tay cần 10 cơ và ít nhất 6 xương nhỏ khác nhau cùng hoạt động nhịp nhàng. Trong cổ tay có ít nhất 8 xương nhỏ cử động cùng với nhau. Uốn cổ tay tức là bạn đang dùng tới một số cơ khởi đầu ở phần cẳng tay, kéo dài suốt cánh tay, nối với các gân ở cổ tay và kết thúc ở bàn tay. Ngay cả chuyển động đơn giản nhất cũng cần sự phối hợp phức tạp của nhiều bộ phận nằm chen chúc trong một vùng không gian nhỏ.

Mối quan hệ giữa sự phức tạp và nhân tính trong đôi bàn tay của chúng ta từ lâu đã cuốn hút các nhà khoa học. Năm 1822, nhà giải phẫu học lỗi lạc người Scotland, Sir Charles Bell đã viết cuốn sách kinh điển về giải phẫu bàn tay. Đầu đề cuốn sách đã nói lên tất cả: Bàn tay, cơ chế hoạt động và năng lực thiên bẩm mà thiết kế của nó đã chứng minh (The Hand, its Mechanism and Vital Endowments as Evincing Design). Đối với Bell, cấu trúc của bàn tay là “hoàn hảo” vì nó phức tạp và được: cấu tạo một cách lý tưởng cho cách sống của chúng ta. Trong mắt ông, sự hoàn hảo về thiết kế này chỉ có thể bắt nguồn từ thần thánh.

Nhà giải phẫu học vĩ đại, Sir Richard Owen là một trong số những nhà khoa học đi đầu trong công cuộc tìm hiểu trật tự thiêng liêng bên trong cơ thể. Ông may mắn là một nhà giải phẫu học sống vào giữa thế kỷ 18, khi vẫn còn có nhiều loài động vật mới để khám phá ở những nơi xa xôi trên trái đất. Khi các khu vực trên thế giới được người phương Tây thám hiểm ngày càng nhiều, tất cả những loại sinh vật kỳ lạ được đưa về các phòng thí nghiệm và bảo tàng. Owen đã mô tả con hắc tinh tinh đầu tiên được mang về từ các chuyến thám hiểm Trung Phi. Ồng đã đưa ra tên gọi “khủng long” cho một loại sinh vật hóa thạch mới được tìm thấy ở Anh. Nghiên cứu về các sinh vật kỳ lạ mới mẻ đã cho ông một cái nhìn sâu sắc đặc biệt: ông bắt đầu nhìn ra các quy luật quan trọng trong sự đa dạng tưởng chừng hỗn độn của cuộc sống.

Owen đã khám phá ra rằng cánh tay, chân, bàn tay và bàn chân có thể nằm trong một sự sắp đặt rộng hơn. Ông đã hiểu được những gì mà các nhà giải phẫu học trước ông đã từng biết đến từ lâu, đó là có một kiểu mẫu sắp xếp xương tay ở người: một xương ở phần cánh tay, hai xương ở phần cẳng tay và một loạt chín xương nhỏ ở cổ tay, cuối cùng là năm hàng xương ngón tay. Kiểu sắp xếp xương ở chân của người củng giống như vậy: một xương đùi, hai xương cẳng chân, nhiều xương bàn chân và năm hàng xương ngón chân. Khi so sánh kiểu sắp xếp này với xương của các sinh vật khác trên trái đất, Owen đã có một khám phá đáng chú ý.

Sự thiên tài của Owen nằm ở chỗ ông không chỉ tập trung vào những khác biệt về xương. Điều ông tìm thấy và sau đó được phổ biến qua một loạt các bài giảng và tuyển tập là sự tương đồng khác thường giữa các sinh vật có hình dạng rất khác nhau như ếch và người. Tất cả các sinh vật có chi, cho dù chi đó là cánh, chân bơi, hay bàn tay, đều có một cấu trúc chung. Một xương tương tự xương cánh tay hoặc xương đùi khớp nối với hai xương, hai xương này nối với một loạt các xương nhỏ. Các xương này lại gắn với xương ngón tay hoặc ngón chân. Kiểu mẫu sắp xếp này thể hiện ở cấu trúc của tất cả các loại chi của động vật. Để tạo thành cánh dơi, xương ngón tay được kéo dài ra. Để tạo thành chân ngựa, xương ngón tay giữa và ngón chân giữa được kéo dài ra trong khi các ngón hai bên bị tiêu giảm và mất đi. Còn để tạo ra chân ếch thì thế nào? Kéo dài các xương chân và nhập một số chúng với nhau.

Sự khác biệt giữa các sinh vật nằm ở sự sai khác về hình dạng và kích thước của các xương và số lượng xương con, ngón tay, và ngón chân. Mặc dù có sự thay đổi đáng kể trong cách hình thành chi và tạo hình chi ở động vật, song sơ đồ này luôn luôn hiện hữu.

Đối với Owen, nhận ra một thiết kế mẫu của chi động vật chỉ là sự khởi đầu: Khi nghiên cứu sọ và xương sống, thậm chí khi xem xét toàn bộ cấu trúc của cơ thể, ông đều tìm thấy những điều tương tự. Có một kiểu thiết kế cơ bản ở bộ xương của tất cả động vật. Ếch, dơi, con người và thằn lằn chỉ là những biến thể theo cùng một chủ đề. Chủ đề đó, theo Owen, là bản thiết kế của Đấng sáng tạo.

Sơ đồ chung cho tất cả các loại chi động vật: một xương, tiếp theo là hai xương, sau đó là các xương con, cuối cùng là xương ngón tay hoặc ngón chân.

Ngay sau khi Owen công bố phát hiện này trong bản thảo kinh điển mang tên Bàn về bản chất cùa các chi động vật, Charles Darwin đã đưa ra một sự lý giải nhã nhặn cho nó. Lý do cánh dơi và tay người có chung kiểu sắp xếp là chúng đều bắt nguồn từ một tổ tiên chung. Cách lý giải tương tự có thể dùng để giải thích sự tương đồng giữa tay người và cánh chim. Có một điểm khác biệt lớn giữa học thuyết của Owen và Darwin, đó là thuyết Darwin cho phép chúng ta đưa ra những phán đoán rất chính xác. Theo Darwin, chúng ta sẽ lại tìm thấy sơ đồ thiết kế mẫu của Owen ở các sinh vật không có chi. Như vậy, chúng ta có thể tìm kiếm lịch sử của các kiểu chi ở đâu? Hãy xem xét loài cá và các xương vây của chúng.

NHÌN VÀO LOÀI CÁ

Ở thời Darwin và Owen, sự khác biệt giữa vây và chi động vật tưởng chừng không thể san lấp được. Vây cá không có sự tương đồng rõ rệt nào với chi động vật trên cạn. Ở bên ngoài, hầu hết vây cá được tạo thành từ màng vây. Chi của chúng ta chẳng có cấu trúc gì giống như vậy, chi của các động vật còn tồn tại ngày nay cũng thế. Việc so sánh không hề dễ dàng hơn khi bạn loại bỏ màng vây để tìm hiểu phần xương bên trong. Ở hầu hết các loài cá, chẳng có sơ đồ xương nào tương đương với sơ đồ của Owen theo kiểu một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón. Tất cả chi đều có một xương dài ở gốc: xương cánh tay và xương đùi. Ở cá, bộ xương trông hoàn toàn khác. Phần gốc của một vây cá điển hình có từ bốn xương trở lên.

Vào giữa thế kỉ 18, các nhà giải phẫu học đã bắt đầu tìm hiểu về những loài cá bí ẩn ở các lục địa phương Nam. Một trong những phát hiện đầu tiên là của các nhà giải phẫu học Đức làm việc tại khu vực Nam Mỹ. Loài cá ở đây trông giống như một loài cá bình thường, có vây và có vảy, nhưng phía sau cổ họng là túi rỗng lớn có hệ thống mạch máu: phổi. Thế nhưng sinh vật này lại có vây và có vảy. Nhóm phát hiện hoang mang đến mức đặt cho con vật này cái tên Lepidosiren paradoxa hay “lưỡng cư có vảy một cách ngược đời”. Các loài cá có phổi khác được gọi chung là cá phổi cũng được tìm thấy không lâu sau đó ở châu Phi và châu Úc. Các nhà thám hiểm châu Phi đã mang về cho Owen một mẫu sinh vật. Những nhà khoa học như Thomas Huxley và nhà giải phẫu học Carl Gegenbaur đã nhận thấy cá phổi là đại diện trung gian cần thiết giữa loài lưỡng cư và cá. Còn người dân địa phương lại xem chúng là những món ngon.

Một kiểu sắp xếp xương tưởng bình thường ở vây các loài cá này lại có ảnh hưởng sâu sắc tới khoa học. Vây của cá phổi có một xương đơn ở gốc gắn với vai. Đối với các nhà giải phẫu học, sự tương đương đã rõ ràng. Xương cánh tay của chúng ta cũng có một xương đơn và được gắn với vai. Với cá phổi, ta có một con cá có xương cánh tay. Lạ một điều, nó không phải là một loài cá bất kỳ, mà là một loài cá có phổi. Trùng hợp ngẫu nhiên chăng?

Ngay khi một số ít các loài cá còn tồn tại này được biết tới vào những năm 1800, các manh mối bắt đầu được thu thập từ một nguồn khác. Như bạn có thể đoán được, những thông tin quan trọng này là từ cá cổ đại.

Một trong những hóa thạch đầu tiên là từ bờ biển của bán đảo Gaspé ở Quebec, trong lớp đá khoảng 380 triệu năm tuổi. Loài cá này có một cái tên khó đọc là Eusthenopteron. Eusthenopteron có sự pha trộn đáng chú ý các đặc trưng của loài lưỡng cư và cá. Theo kiểu xếp xương chi của Owen (một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón), Eusthenopteron có phần một xương – hai xương nhưng là ở vây. Sau đó, một số loài cá có cấu trúc giống như chi động vật cũng được phát hiện. Nguyên mẫu của Owen không phải là một phần thần thánh và bất biến của mọi sự sống. Nó có một lịch sử và lịch sử đó được tìm thấy trong đá thuộc kỷ Devon, khoảng 390 – 360 triệu năm tuổi. Những hiểu biết chuyên sâu này đã xác lập nên một chương trình nghiên cứu toàn diện với một lịch trình hoàn toàn mới: ở đâu đó trong lớp đá kỷ Devon, chúng ta sẽ tìm ra nguồn gốc của xương ngón tay và ngón chân.

Các mẫu đá thu được vào những năm 1920 đã mang lại nhiều bất ngờ. Một nhà cổ sinh học người Thụy Điển tên là Gunnar Save-Soderbergh đã có cơ hội thám hiểm bờ đông của Greenland để tìm kiếm hóa chạch. Vùng này là nơi khó tiếp cận nhưng Save-Soderbergh đã nhận ra nó có nhiều trầm tích của đá kỷ Devon. Ông cũng là một trong những nhà thám hiếm cổ sinh kiệt xuất vì đã khám phá được nhiều hóa thạch quan trọng trong sự nghiệp ngắn ngủi của mình với tinh thần tìm tòi đáng khâm phục và sự chú ý nghiêm ngặt đến các chi tiết. (Không may là ông đã chết vì bệnh lao khi còn trẻ, không lâu sau thành công của các chuyến thám hiểm). Trong các chuyến thám hiểm từ năm 1929 đến năm 1934, đội của Save-Soderbergh đã khám phá ra điều mà thời đó người ta coi là mắt xích chính yếu còn thiếu. Các tờ báo trên thế giới tung hô khám phá của ông; các bài báo chuyên đề phân tích tầm quan trọng của nó; tranh biếm họa thì đả kích nó. Các hóa thạch được bàn tới là những bức tranh khảm thực sự. Nó có đầu và đuôi giống cá, nhưng cũng có chi cấu tạo hoàn chỉnh (có ngón tay và ngón chân) và các đốt sống thì giống lưỡng cư đến kỳ lạ. Sau khi Save-Soderbergh mất, các hóa thạch được mô tả bởi đồng nghiệp của ông là Erik Jarvik (người đặt tên cho một trong những mẫu hóa thạch mới này là Ichthyostega soderberghi, theo tên người bạn của mình).

Đối với câu chuyện của chúng ta, Ichthyostega không hoàn toàn đáp ứng mong đợi. Quả thực, hóa thạch này là loài trung gian đáng chú ý chủ yếu do phần đầu và lưng, nhưng nó cho biết rất ít về nguồn gốc của các chi, vì giống như các loài lưỡng cư, nó đã có ngón tay và ngón chân. Một sinh vật khác (vốn ít được chú ý khi Save-Soderbergh công bố) đã mang lại những hiểu biết sâu sắc thực sự nhiều thập kỷ sau đó. Loài động vật có chân thứ hai này vẫn là một bí ẩn tới tận năm 1988, khi một đồng nghiệp nghiên cứu cổ sinh của tôi tên là Jenny Clack (người đã được chúng tôi nói tới ở chương sách đầu tiên) quay trở lại khu khai quật của Save-Socierbergh và tìm thấy thêm các phần của hóa thạch đó. Được đặt tên là Acanthostega gunnari dựa trên các mảnh hóa thạch của Save-Soderbergh từ những năm 1920, sinh vật này bộc lộ các chi hoàn chỉnh có ngón tay và ngón chân. Nhưng nó cũng có một điểm gây ngạc nhiên thực sự: Jenny nhận thấy chi của nó có hình giống một mái chèo, hầu như giống chân bơi chèo của một con hải cẩu. Đặc điểm này làm cô nảy ra ý nghĩ rằng những kiểu chi đầu tiên sinh ra để giúp động vật bơi lội chứ không phải để bước đi. Những thông tin quan trọng nói trên là một bước tiến đáng kể, nhưng có một vấn đề vẫn còn tồn tại: Acanthostega đã có các ngón cấu tạo hoàn chính với một phần cổ tay thực sự và không có màng vây. Acanthostega có chi, tuy vẫn còn sơ khai. Việc tìm kiếm nguồn gốc của bàn tay và bàn chân, cổ tay và mắt cá chân phải tiếp tục triển khai sâu rộng hơn theo thời gian. Đây là vấn đề nan giải cho tới tận năm 1995.

Vây của hầu hết các loài cá – chẳng hạn như của con cá vằn (hình trên cùng) – có một số lượng lớn các màng vây và nhiều xương ở gốc. Các loài cá phổi thu hút sự chú ý của mọi người do chúng có một xương duy nhất ở gốc vây. Eusthenopteron (hình giữa) cho thấy các hóa thạch đã bắt đầu điền vào chỗ trấng: nó có những chiếc xương tương ứng với cánh tay và cẳng tay của chúng ta. Acanthostega (hình dưới cùng) có cùng kiểu xương cánh tay như của Eusthenopteron, nhưng có thêm các ngón hoàn chỉnh.

TÌM KIẾM NGÓN TAY VÀ CỔ TAY Ở CÁ

Năm 1995, tôi và Ted Daeschler trở về nhà anh ở Philadelphia sau khi lái xe xuyên qua Pennsylvania để cố tìm các điểm xẻ núi mới dọc đường cao tốc. Chúng tôi đã tìm được một điểm ở đường số 15 phía bắc Wiliamsport, nơi Cục Vận tải của bang Pennsylvania đã tạo ra một bức vách sa thạch khổng lồ có tuổi 365 triệu năm. Cục Vận tải đã nổ mìn phá vách núi và để lại hàng đống sa thạch lộn xộn dọc đường cao tốc. Đây là nơi săn tìm hóa thạch hoàn hảo, và chúng tôi đã đỗ xe để kiểm tra các tảng sa thạch, nhiều tảng có kích thước chỉ bằng một cái lò vi sóng. Khi về đến nhà Ted, con gái 4 tuổi của anh ấy tên là Daisy chạy ra đón bố và hỏi xem chúng tôi đã tìm thấy gì.

Trong lúc cho Daisy xem một trong các tảng sa thạch, chúng tôi đột nhiên nhận ra một mảnh vây của một con cá lớn. Chúng tôi đã hoàn toàn để vuột con cá đó ở hiện trường. Và như sau đó chúng tôi nhận thấy, đây không phái là vây cá thông thường: rõ là nó có nhiều xương bên trong. Mọi người trong phòng thí nghiệm mất khoảng một tháng để lấy chiếc vây đó ra khỏi tảng sa thạch, và lần đầu tiên chúng tôi có một con cá có sơ đồ xương giống kiểu Owen đã mô tả. Gần nhất với thân mình là một chiếc xương. Chiếc xương này gắn với hai xương. Từ vây tỏa ra khoảng tám thanh xương. Kiểu xương này giống như một con cá có ngón tay.

Vây cá của chúng tôi có đủ bộ màng, vảy và thậm chí cả một xương đai vai giống cá, nhưng nằm sâu bên trong là các xương tương ứng với chi tiêu chuẩn. Thật không may, chúng tôi chỉ có một cái vây cá rời.

Điều chúng tôi cần là tìm ra nơi có toàn bộ cơ thể của con vật. Chỉ mỗi chiếc vây tách rời sẽ không thể giúp chúng tôi trả lời được các câu hỏi thực sự: Sinh vật này dùng vây để làm gì, và liệu vây cá có các xương và khớp hoạt động giống như chúng ta hay không? Câu trả lời sẽ chỉ có được khi có nguyên bộ xương.

Để tìm thấy điều đó, chúng tôi đã phải tìm kiếm ngót mười năm. Và tôi không phải là người đầu tiên nhận ra mình đang nhìn thấy cái gì. Những người đầu tiên là hai chuyên gia phục dựng hóa thạch, Fred Mullison và Bob Masek. Các chuyên gia phục dựng hóa thạch sử dụng các dụng cụ nha khoa để cạo những tảng đá chúng tôi tìm thấy ngoài thực địa và bộc lộ những hóa thạch bên trong. Phải mất hàng tháng, nếu không muốn nói là cả năm trời, để một người phục dựng hóa thạch biến một tảng đá chứa hóa thạch mà chúng tôi tìm thấy thành một mẫu vật đẹp và đủ chất lượng nghiên cứu.

Chiếc vây cá “trêu ngươi” chúng tôi. Đáng buồn là chúng tôi chỉ tìm thấy mẫu vật rời này. Sơ đồ được dùng ở đây với sự chấp thuận của Scott Rawlins, Đại học Arcadia. Ảnh của tác giả.

Trong đợt thám hiểm năm 2004, chúng tôi đã thu thập ba khối đá, mỗi khối có kích thước bằng một va li đựng hành lý, từ tầng địa chất thuộc kỷ Devon trên đảo Ellesmere. Mỗi khối đá chứa một con vật đầu dẹp: con vật tôi đã tìm thấy trong băng ở đáy của hố khai quật, mẫu vật của Steve, và mẫu vật thứ ba chúng tôi khám phá trong tuần cuối cùng của cuộc khai quật, ở thực địa, chúng tôi đã tách từng cái đầu, chừa lại phần đá nguyên vẹn xung quanh đủ để khám phá phần còn lại của cơ thể trong phòng thí nghiệm. Sau đó, cả khối đá đưọc bọc bằng thạch cao để vận chuyển về. Việc mở những mảng thạch cao trong phòng thí nghiệm cũng khá giống với việc mở một vỏ bọc thời gian. Từng phần và từng chút của cuộc đời chúng tôi ở lãnh nguyên Bắc cực đều nằm trong đó, cũng như các ghi chép và chú thích thực địa về mẫu vật của chúng tôi. Thậm chí mùi của lãnh nguyên vẫn còn thoang thoảng khi chúng tôi tách lớp thạch cao bên ngoài.

Fred ở Philadelphia và Bob ở Chicago làm sạch hóa thạch trong những tảng đá khác nhau vào cùng khoảng thời gian. Từ một trong những khối đá Bắc cực này, Bob đã lôi ra một mánh xương rất nhỏ thuộc một chiếc vây kích thước lớn của con Cá (lúc đó chúng tôi chưa đặt tên nó là Tiktaalik). Điều khiến cái xương hình khối này khác biệt với bất kỳ loại xương vây nào khác là một khớp ở đầu có chỗ để lắp với bốn xương khác. Thật vậy, miếng xương trông giống xương cổ tay một cách lạ lùngv– nhưng những xương vây trong khối đá mà Bob đang làm sạch quá lộn xộn nên chưa thể khẳng định chắc chắn. Mảnh ghép bằng chứng tiếp theo từ Philadelphia đến sau đó một tuần. Fred, một thầy phủ thủy với các dụng cụ nha khoa của mình,

Các xương vây trước của hóa thạch Tiktaalik – một loài cá có cổ tay.

đã gỡ cả một vây cá nguyên vẹn khỏi khối đá. Ở đúng vị trí, ngay phần cuối của các xương cẳng tay, chiếc vây cá có cái xương đó. Và cái xương đó gắn vào bốn xương nữa. Chúng tôi đã nhìn thấy nguồn gốc của một phần cơ thể chúng ta bên trong con cá 375 triệu năm tuổi này. Chúng tôi đã có một con cá có cổ tay.

Sau đó vài tháng, chúng tôi đã có thể quan sát nhiều hơn di vật còn lại của phần xương phụ. Nó là xương kiểu nữa vây cá, nửa chi. Con cá của chúng tôi có màng vây nhưng bên trong là một phiên bản nguyên thủy của kiểu sắp xếp Owen: một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón. Như học thuyết Darwin đã tiên đoán: ở đúng lúc, đúng chỗ, chúng tôi đã tìm ra dạng trung gian giữa hai loại động vật có xương sống khác nhau.

Tìm thấy vây giống chi động vật bốn chân chỉ là sự bắt đầu của hành trình khám phá. Niềm vui thực sự đối với tôi, Ted và Farish là từ việc tìm hiểu chiếc vây đó làm gì, hoạt động như thế nào và phán đoán trước hết tại sao khớp cổ tay lại xuất hiện. Các lý giải cho những câu hỏi này được tìm thấy trong cấu trúc của xương và khớp.

Khi tách xương vây của Tiktaalik ra từng phần, chúng tôi đã tìm thấy một điều thực sự đáng chú ý: tất cả các bề mặt khớp được bảo quản cực kỳ tốt. Tiktaalik có một vai, khuỷu tay và cổ tay bao gồm các xương giống như một cánh tay, cẳng tay và cổ tay ở người. Khi nghiên cứu cấu trúc của những khớp này để đánh giá xem các xương chuyển động với nhau như thế nào, chúng tôi thấy rằng Tiktaalik đã được biệt hóa để thực hiện một chức năng khá phi thường: nó có thể chống đẩy (hít đất).

Khi chúng ta chống đẩy, hai bàn tay của chúng ta tiếp xúc với mặt đất, khuỷu tay gập lại, và chúng ta sử dụng cơ ngực để di chuyển cơ thể lên xuống. Cơ thể của Tiktaalik đã có khả năng thực hiện được tất cả các cử động của quá trình này. Khuỷu tay của nó có thể gập lại giống với chúng ta và cổ tay có thể gập để “lòng bàn tay” của con cá nằm dán xuống mặt đất. Còn đối với hệ cơ ngực, dường như Tiktaalik đã có những cơ với khối lượng lớn. Khi chúng tôi nhìn vào vai và phần dưới của xương tay nơi chúng được khớp nối, chúng tôi đã tìm thấy các mào và mấu nơi các cơ ngực lớn có thể gắn vào. Tiktaalik có thể “nằm xuống và chống đẩy hai mươi cái”.

Tại sao một con cá lại muốn thực hiện động tác “chống đẩy”? Xem xét phần còn lại của con vật sẽ giúp trả lời câu hỏi này. Với một cái đầu bẹt, mắt ở trên đỉnh đầu, và có các xương sườn, dường như Tiktaalik được tạo ra để di chuyển ở đáy và chỗ nông trong các ao, hồ, sông suối, thậm chí đi “lạch bạch” quanh các bãi lầy dọc bờ sông. Khả năng nâng đỡ cơ thể của vây thật ra rất hữu ích đối với loài cá cần vận động trong tất cả các dạng môi trường này. Sự lý giải này cũng phù hợp với địa chất của điểm tìm thấy hóa thạch Tiktaalik. Cấu trúc của các tầng đá và kiểu hạt phân bố trong đá mang dấu ấn đặc trưng của một trầm tích được tạo thành bởi một dòng suối cạn, bao quanh là các bãi lầy ngập nước theo mùa.

Nhưng tại sao chúng lại sống trong những môi trường này? Điều gì buộc cá phải ra khỏi môi trường nước hoặc sống ở mép nước? Hãy suy nghĩ về điều này: rõ ràng là mọi con cá bơi trong

Mô hình kích thước thật của cơ thể một con cá Tiktaalik (hình trên), và hình vẽ vây của nó (hình dưới). Đây là một chiếc vây với vai, khuỷu và cổ tay sơ khai có khả năng thực hiện động tác chống đẩy.

các dòng suối 375 triệu năm tuổi này đều ít nhiều là loài săn mồi. Một số dài tới gần 5m, gần gấp đôi con Tiktaalik lớn nhất. Loài cá thường gặp nhất chúng tôi tìm thấy bên cạnh Tiktaalik dài hơn 2m và có bề ngang đầu bằng quả bóng rổ. Răng chúng là các gai có kích thước của đinh đóng đường ray. Bạn có muốn bơi trong những dòng suối cổ này không?

Không có gì quá đáng khi nói rằng đó là thế giới cá lớn nuốt cá bé. Chiến lược để thành công trong môi trường này khá rõ ràng: phát triển cơ thể to lớn, khoác lên mình lớp giáp bảo vệ, hoặc thoát khỏi môi trường nước. Xem ra tổ tiên xa của chúng ta đã tránh cuộc chiến này.

Nhưng sự né tránh xung đột này có ý nghĩa cực kỳ sâu sắc đối với chúng ta. Chúng ta có thể kiếm chứng nhiều đặc điểm cấu trúc chi của chúng ta với vây của những con cá này. Gập cổ tay về phía sau và phía trước. Xòe và gập bàn taỵ. Khi bạn thực hiện thao tác này, bạn đang dùng tới các khớp xương xuất hiện đầu tiên ở vây của cá dạng Tiktaalik. Trước thời kỳ của Tiktaalik, những khớp xương này không tồn tại. Sau này, người ta tìm thấy chúng trong các chi của động vật bốn chân.

Khi tiến hóa từ Tiktaalik lên lưỡng cư rồi tới thú, có một điều trở nên rõ ràng: sinh vật nguvên thủy nhất có xương cánh tay, xương cẳng tay, thậm chí xương cổ tay và lòng bàn tay như của chúng ta cũng có vảy và màng vây. Sinh vật đó là một con cá.

Chúng ta vận dụng mô hình một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón, vốn được Owen gán cho một Đấng sáng tạo, như thế nào? Một số loài cá, ví dụ cá phổi, có một xương ở gốc. Những loài cá khác, ví dụ như Eusthenopteron, có mô hình một xương – hai xương. Sau đó có những sinh vật như Tiktaalik có mô hình một xương – hai xương – nhiều xương con. Không chỉ có một con cá bên trong chi của chúng ta; mà có cả một bể cá. Bản thiết kế của Owen đã được tích hợp trong các loài cá.

Tiktaalik có thể chống đẩy, nhưng chẳng bao giờ ném được bỏng chày, chơi piano hay đi trên hai chân. Đó là một con đường dài tiến hóa từ Tiktaalik tới con người. Điều quan trọng và thường gây ngạc nhiên là hầu hết xương lớn của con người dùng để đi lại, ném hoặc cầm nắm xuất hiện đầu tiên ở các động vật sống cách đây hàng chục đến hàng trăm triệu năm. Phần xương cánh tay và xương chân đầu tiên của chúng ta có trong những con cá 380 triệu năm tuổi như Eusthenopteron. Tiktaalik thể hiện các giai đoạn đầu của quá trình tiến hóa cổ tay, lòng bàn tay và ngón tay. Ngón tay và ngón chân thực sự đầu tiên được tìm thấy ở các loài lưỡng cư 365 triệu năm tuổi như Acanthostega. Cuối cùng, bộ xương cổ tay và mắt cá chân đầy đủ như ở tay và bàn chân người được tìm thấy ở các loài bò sát trên 250 triệu năm tuổi. Khung xương cơ bản của bàn tay và bàn chân được thiết lập qua hàng trăm triệu năm, đầu tiên ở cá rồi sau này ở lưỡng cư và bò sát.

Nhưng những thay đổi cơ bản nào cho phép chúng ta sử dụng hai bàn tay và đi lại bằng hai chân? Những thay đổi này diễn ra như thế nào? Hãy nhìn vào các ví dụ đơn giản từ các chi động vật bốn chân để tìm ra một số câu trả lời.

Con người chúng ta giống như các loài thú khác, có thể xoay tròn ngón cái so với khuỷu tay. Chức năng đơn giản này đóng vai trò rất quan trọng đối với việc sử dụng bàn tay trong đời sống hằng ngày. Hãy hình dung khi ăn, viết hoặc ném một quả bóng mà không thể xoay bàn tay so với khuỷu tay của mình. Chúng ta có thể làm điều này vì một chiếc xương cẳng tay là xương quay có thể xoay tròn trên một điểm trụ ở khớp khuỷu tay. Cấu trúc của khớp khuỷu tay được thiết kế tuyệt vời cho chức năng này. Ở phần cuối xương cánh tay có một diện cầu. Đầu của xương quay tạo thành một ổ nhỏ vừa khít với diện cầu này. Kiểu khớp cầu này cho phép chúng ta xoay tròn bàn tay, hay còn gọi là lật sấp và lật ngửa bàn tay. Chúng ta thấy nguồn gốc của kiểu khớp này đầu tiên ở đâu? Ở các sinh vật như Tiktaalik. Ở Tiktaalik, đầu cuối xương cánh tay tạo thành một u lồi vừa khít với khớp lõm hình cốc của xương quay. Khi Tiktaalik gập khuỷu tay, đầu của xương quay sẽ xoay tròn, hay lật sấp so với với khuỷu tay. Sự hoàn thiện khả năng này được thấy ở lưỡng cư và bò sát, khi đầu của xương cánh tay biến thành một diện cầu thực sự, giống như chúng ta.

Xét đến chi sau, chúng ta thấy một đặc điểm quan trọng giúp chúng ta có khả năng bước đi, giống như các loài thú khác). Không giống cá và lưỡng cư, đầu gối và khuỷu tay của chúng ta đối diện nhau. Đặc điểm này rất quan trọng: hãy thử tưởng tượng khi ta cố bước đi với xương đầu gối quay về phía sau. Các loài cá như Eusthenopteron hoàn toàn khác, bộ phận tương đương với đầu gối và khuỷu tay cùng quay về một hướng. Chúng ta bắt đầu phát triển với các chi nhỏ xíu có hướng giống như của Eusthenopteron, với đầu gối và khuỷu tay cùng quay về một hướng. Khi lớn lên trong tử cung, đầu gối và khuỷu tay chúng ta xoay đi để cho ta trạng thái như chúng ta thấy ở loài người ngày nay.

Kiểu đi bằng hai chân của chúng ta sử dụng các chuyển động của hông, đầu gối, mắt cá và xương bàn chân để đẩy cơ thể về phía trước trong tư thế đứng thẳng, không giống tư thế bò trườn của các sinh vật như Tiktaalik. Một khác biệt lớn là vị trí của hông chúng ta. Chân chúng ta không khuỳnh sang hai bên giống như ở cá sấu, lưỡng cư hay cá; thay vào đó, chúng kéo dài phía bên dưới cơ thể. Sự thay đổi tư thế này xảy ra nhờ sự thay đổi khớp hông, xương chậu và xương đùi: xương chậu của chúng ta trở thành hình chiếc bát, hố khớp hông của chúng ta sâu, xương đùi có một phần cổ rõ rệt, một đặc điểm cho phép nó kéo dài bên dưới cơ thể hơn là sang hai bên.

Liệu những sự thật lịch sử cổ đại của chúng ta có đồng nghĩa với việc loài người không đặc biệt, hoặc không mang tính duy nhất trong số các sinh vật sống? Tất nhiên là không rồi. Thật ra, việc tìm hiểu về nguồn gốc sâu xa của nhân loại chỉ bổ sung cho thực tế đáng chú ý trong sự tồn tại của chúng ta: tất cả những khả năng độc đáo của chúng ta đều bắt nguồn từ những thành phần cơ bản được tiến hóa nơi cá và các sinh vật cổ đại khác. Các phần cấu tạo chung được xây dựng theo cách thức độc nhất. Chúng ta không tách biệt khỏi thế giới động vật, chúng ta là một phần của nó, ngay từ trong những chiếc xương, và như ta sẽ thấy sau đây, kể cả trong các gene di truyền.

Khi hồi tưởng lại, khoảnh khắc tôi trông thấy cổ tay của loài cá lần đầu tiên cũng đầy ý nghĩa như lần đầu tiên tôi mở vải bọc các ngón tay của tử thi trong phòng giải phẫu người. Cả hai lần tôi đều khám phá thấy một sự liên hệ sâu sắc giữa phần “con” trong cơ thể người của mình với một loài sinh vật khác.