Tôi ngây thơ nghĩ rằng Bắc cực, nơi hoang vắng không có tiếng điện thoại reo, không có email và các cạm bẫy của nền văn minh hiện đại, sẽ cho tôi một nơi yên tĩnh tuyệt vời để suy ngẫm về năm sau khi cuốn sách Tất cả chúng ta đểu là cá được xuất bản lần đầu. Không may, nơi này lại có cách nuốt trọn toàn bộ các kế hoạch. Chúng tôi trở lại địa điểm đã tìm ra loài Tiktaalik ở đảo Nam Ellesmere vào mùa hè này với hy vọng tìm hiểu thêm về sinh vật này và thế giới trước đây của chúng. Ted, Farish và tôi đã dựng lên tất cả các loại kế hoạch để làm việc ở vùng đất nhiều hóa thạch này và tìm kiếm các hóa thạch khác ở khu vịnh hẹp kế bên. Để làm việc này, chúng tôi đã tính toán lượng thực phẩm chi tiết đến từng thanh kẹo, ước tính mức tiêu thụ nhiên liệu trong cả mùa hè và lên kế hoạch thời gian cắm trại cho tới khi công việc hoàn tất.

Nhưng giờ đây, tôi đang viết những dòng này ở giữa cơn hão tuyết ngày 19 tháng 7. Lều của tôi đang rung lên dưới lớp tuyết ướt đang bị các cơn gió Bắc cực thổi ép vào vách lều bằng nylon. Tuyết thực sự có thế làm chúng tôi phải ngừng làm việc, khiến chúng tôi hầu như không thể tìm ra các hóa thạch. Tệ hơn, chúng tôi có thể phải hoãn việc chuyển trại tới điểm hóa thạch đầy hứa hẹn. Việc này có trong kế hoạch từ năm 2004 nhưng đã bị hoãn hết mùa này sang mùa khác vì nhiều lý do khác nhau. Tôi nhớ lại một cụm từ mà giáo viên mẫu giáo của con trai tôi đã dùng khi phát bánh snack cho lũ trẻ, hiệu quả không thua gì đối với các nhà khoa học làm việc ở Bắc cực: “Bằng lòng với những gì mình có. Đừng đòi hỏi viển vông”.

Ở nơi đây, Bắc cực, cửa sổ nhìn vào thế giới 375 triệu năm trước của chúng tôi là một cái hố rộng 9,2 m và sâu 3,65m. Qua các năm, chúng tôi đã đào 9,2 khối đá, chủ yếu bằng tay để làm phơi lộ một lớp rất đặc biệt chứa đầy xương hóa thạch. Đó là một cảnh tượng tức cười: Cực bắc toàn đất cằn cỗi trải dài với rất ít sự sống rõ ràng trên bề mặt. Ấy vậy mà nếu bạn nhìn vào hố khai quật của chủng tôi, bạn sẽ tìm thấy sáu người lớn làm việc trong một cái hố nhỏ chật đến nỗi đầu, vai và chân chúng tôi va vào nhau suốt.

Thung lũng nơi chúng tôi tìm thấy hóa thạch Tiktaalik (hình trái) là một nơi rộng lớn, vậy mà điểm hóa thạch thực tế (chỗ có mũi tên và ảnh bên phải) lại rất chật. Ảnh do tác giả chụp.

Chúng tôi ngồi nhiều giờ, một tay cầm cái chổi sơn, tay kia cầm cái dùi nhỏ, mặt chỉ cách nền đá vài cm. Mắt của chúng tôi phải áp sát đá vì việc phân biệt giữa xương và trầm tích xung quanh chúng là một việc tỉ mỉ. Đôi khi, thứ duy nhất phân biệt một mẩu xương với đá là độ sáng lạ hoặc khác biệt về chất. Mọi cục đất nhỏ hoặc bùn có thể che khuất một phát hiện quan trọng tiềm năng. Một trong số các hóa thạch Tiktaalik đẹp nhất của chúng tôi ban đầu chỉ là một cục xương nhỏ nhô ra khỏi nền đá. Những mảnh hóa thạch này rất có nguy cơ bị bỏ qua. Tôi ghét phải nghĩ về việc có bao nhiêu hóa thạch quan trọng chúng tôi có thể bỏ sót vì đá ướt, gió hoặc thậm chí điều kiện chiếu sáng không phù hợp vào ngày chúng tôi khai quật.

Kể từ khi chúng tôi mô tả hóa thạch Tiktaalik lần đầu vào năm 2006, chúng tôi đã sử dụng loại công việc thực địa này để tìm hiểu thêm về sinh vật này. Mọi việc trong phòng thí nghiệm cũng bận rộn. Fred Mullison và Bob Masek (bạn có thể nhớ lại họ là những chuyên gia chuẩn bị hóa thạch của chúng tôi) đã cạo đá làm hở ra phần dưới hộp sọ của Tiktaalik để bộc lộ các phần xương vòm miệng và nền sọ. Hãy nhớ lại Jason Downs (một sinh viên trẻ tham gia với đội chúng tôi năm 2000 chỉ để tìm ra vị trí hóa thạch Tiktaalik chính. Jason bây giờ là tiến sĩ Jason P. Downs và đang nghiên cứu trên tiến sĩ về chính những bộ phận của Tiktaalik.

Chính ở đây, phần dưới hộp sọ, là nơi xuất hiện đột phá lớn nhất của chúng tôi kể từ khi quyển sách này được xuất bản. Như đã công bố trên tạp chí Nature năm 2008, khi Fred và Bob khám phá ra những mảnh này, chúng tôi đã phát hiện được bằng chứng dẫn tới cách thức loài Tiktaalik di chuyển, thở và nâng cơ thể. Lần đầu tiên chúng tôi thấy Tiktaalik là một loài thủy sinh vật được chuyên hóa cho việc thở bằng không khí và tự nâng cơ thể trên nền đất cứng. Những phát hiện sâu sắc này là từ một vài quan sát quan trọng, đáng lưu ý là không giống các loài cá xương khác, Tiktaalik thiếu một tấm xương quan trọng – đó là xương nắp mang.

Xương náp mang là một tấm xương tạo thành một nắp đậy che cho các lá mang ở phần lớn các loài cá xương. Bạn có lẽ đã nhìn thấy xương nắp mang hoạt động khi vớt cá ra khỏi nước. Khi chúng cố thở, phần nắp này phập phồng đóng và mở. Hoạt động bình thường của xương nắp mang sẽ hỗ trợ cá trong việc đưa nước qua các lá mang. Hầu hết cá hoàn tất kỳ tích này nhờ sử dụng một công cụ hút – đẩy. Nước vào miệng và họng, sau đó họng đóng lại, nắp mang cá mở ra; nước bị đẩy ra khỏi họng, qua các lá mang nhờ xương nắp mang mở. Kiểu hô hấp của cá này khác với cách hô hấp của các động vật trên cạn hiện tại: nước hoặc không khí được đưa tới cơ quan hô hấp (mang hoặc phổi) chỉ do miệng bơm vào hoặc do sự thay đổi hình dạng của lồng ngực. Ví dụ như ở ếch, không khí được miệng đưa vào và đưa ra chỉ là do hoạt động bơm khí của miệng. Như vậy, Tiktaalik là một loài cá có vây có mang và có phổi thực thụ nhưng nó lại thiếu xương nắp mang. Nó phải sống dựa vào kiểu thở bằng miệng giống như các động vật sống trên cạn.

Tin hay không thì tùy bạn, việc mất đi xương nắp mang cũng báo trước những thay đổi trong việc Tiktaalik di chuyển ra sao. Xương nắp mang là một trong hàng loạt xương giúp gắn đầu cá vào bộ xương ở cá. Sự kết nối này có nghĩa là khi một con cá muốn cử động đầu, nó cần cử động toàn thân. Tiktaalik thì khác hẳn. Vì mất xương nắp mang cũng như tất cả các xương dùng để nối cổ với vai, Tiktaalik đã có một cái cổ thực thụ. Điều này có nghĩa là nó có thể cử động đầu độc lập với cơ thể rất giống với cách vận động của các động vật đã phát triển khả năng đi trên cạn. Cá bơi và ăn ở không gian ba chiều và có thể sẵn sàng định hướng toàn bộ cơ thể để miệng quay về phía con mồi. Một cái có sẽ là ưu thế trong môi trường các loài động vật tự nâng đỡ cơ thể trên nền đất cứng, như trong trường hợp hồ nước nông hoặc trên cạn. Để cảm nhận rõ hơn tầm quan trọng của đặc điểm này, hãy tưởng tượng bạn cố nhìn xung quanh trong khi chống người lên – bạn sẽ không làm được nếu không có cổ.

Mặt dưới của sọ cũng cho thấy Tiktaalik có đặc điểm trung gian giữa động vật sống dưới nước và sống trên cạn theo những cách khác như thế nào. Xương bàn đạp ở tai giữa chúng ta dùng để nghe có nguồn gốc từ một xương trong hàng loạt cung mang ở cá. Chúng ta biết điều này nhờ phân tích giải phẫu và di truyền. Để có được sự thay đổi mang tính tiến hóa này, xương này phải giảm kích thước cơ bản, từ dạng nguyên thủy là một xương lớn nâng đỡ hộp sọ ở cá mập và cá xương biến thành một xương nhỏ xíu ở trong tai. Chúng ta nhìn thấy xương bàn đạp đầu tiên ở các loài lưỡng cư nguyên thủy như Acanthostega. Hãy xem xét cá vây tay tương ứng, và chúng ta cũng sẽ thấy một xương có hình dạng giống chiếc boomerang. Một trong số các đại diện nổi tiếng của nhóm cá này là Eusthenopteron có một xương lớn với một só khớp cho thấy nó là mối nối chính giữa các xương khác nhau của hộp sọ. Chúng ta giờ đây biết rõ xương này trông như thế nào ở Tiktaalik. Fred và Bob đã lấy các xương này ra khỏi cá và bạn đoán xem điều gì xảy ra? Tiktaalik có một xương nhỏ hơn Eusthenopteron, nhưng lớn hơn xương này ở Acanthostega. Nó có kích thước trung gian khá hoàn hảo.

Một cung xương mang (xương móng hàm) dần dần nhỏ lại qua hàng triệu năm để trở thành một xương nhỏ xíu nằm trong tai giữa. Xương này ở Tiktaalik có kích thước trung gian giữa các xương tương ứng ở cá vây tay và lưỡng cư nguyên thủy. Hình vẽ của Kalliopi Monoyios.

Nhưng tại sao lại dừng ở tai? Đầu của cá vây tay như Eusthenopteron có một khớp kỳ lạ ở giữa nền sọ. Kỳ lạ là phần trước của sọ có thể uốn cong so với phần sau. Sọ của các động vật sống trên cạn hiện nay, như Acanthostega, cứng hơn: điểm khớp mất đi và các xương khớp rãnh với nhau. Vậy Tiktaalik có gì? Một khớp xuất hiện ở cùng chỗ như ở Eusthenopteron. Nhưng điểm khớp này cực kỳ giới hạn chuyển động, giảm mạnh so với điều kiện nguyên thủy như ta thấy ở Eusthenopteron. Các phần khác của nền sọ rất giống cá, chẳng hạn như hình dạng của phần tận cùng phía sau, hoặc rất giống lưỡng cư, chẳng hạn như hình dạng của xương vòm miệng.

Kể từ khi cuốn Tất cả chúng ta đều là cá được xuất bản vào tháng 1 năm 2008, tôi đã đặt một số câu hỏi về quá khứ xa xưa của chúng ta và những cách thức phục dựng lại nó của các nhà có sinh học chúng tôi. Câu hỏi phổ biến nhất tới giờ là về sự ấm lên toàn cầu. “Liệu việc ấm lên ở Bắc cực và suy giảm băng hà có làm lộ nhiều đá hơn cho chúng ra khảo sát?”. Câu trả lời theo tôi là không. Tầng đá chúng tôi làm việc trên đó đã phát lộ như hiện nay từ khi Ashton Embry bước chân lên đó lần đầu tiên trong dự án vẽ bản đồ của ông vào những năm 1970. Mặc dù vậy, cũng có nhiều thay đổi. Rõ ràng là những thay đổi lớn nhất này chỉ là lượng công việc chúng tôi làm ở Bắc cực. Với việc tăng giá dầu, ga, khoáng chất, việc thám hiểm Bác cực đang diễn ra với tốc độ điên cuồng hơn nhiều so với khi chúng tôi bắt đầu lần đầu tiên. Vị trí cắm trại cho chúng tôi bài học quan trọng về vấn đề này. Chúng tôi quay trở lại điểm khai quật mà chúng tôi tiến hành lần đầu tiên vào năm 2000. Chúng tôi bị sốc khi nhìn thấy chỗ này: dấu chân của chúng tôi vẫn còn được lưu giữ ở đồng rêu Bắc cực sau tám năm. Tôi vẫn còn nhận ra dấu chân của mình khi đi bộ về trại vào một ngày tháng 7 năm 2000. Chúng ta phải bước đi cẩn thận ở hệ sinh thái đặc biệt và mỏng manh này.

Mọi người cũng hỏi việc Tiktaalik có thể sống sót trong khí hậu Bắc cực như thế nào. Hãy nhìn vào hố khai quật Tiktaalik (được gọi chính thức là NV2K17) thì bạn sẽ nhìn thấy một cảnh quan vùng cực kinh điển. Các con sông rút nước những dòng sông băng lớn cách đó 6,4km về phía thượng nguồn, cáo, sói và bò Bắc cực sinh sống trong thung lũng, các máng tuyết vẫn có mặt giữa mùa hè. Trời lạnh. Ấy vậy mà thế giới tôi và đồng nghiệp đang đào xới lại là một xứ nhiệt đới – có các loài cá nước ấm và thực vật xứ nóng. Các hóa thạch nhiệt đới trong đá Bắc cực nói lên hai điều: biến đổi khí hậu và/ hoặc dịch chuyển lục địa. Trong trường hợp này chúng ta có cả hai hiện tượng: khí hậu ngày nay khác với khí hậu thời kỳ 375 triệu năm truớc và đá ở Đảo Ellcsmere ngày nay đã từng nằm gần xích đạo.

Một câu hỏi khác tôi thường nhận được là liệu Tiktaalik có phải là “mắt xích bị mất”. Các nhà cổ sinh học gặp rắc rối thực sự với thuật ngữ này. Không chỉ ở việc Tiktaalik là một mắt xích được tìm thấy. Nhưng khó khăn còn ở chiều sâu hơn. Nó giúp cho chúng ta xem xét những liên kết nào hiện có giữa cá vây tay và động vật sống trên cạn hiện nay. Chúng ta có DNA chỉ rõ cá vây tay có quan hệ di truyền gần gũi ra sao với lưỡng cư. Chúng ta cũng biết về sự vận hành của DNA đó, DNA góp phần tạo nên cơ thể. Hóa ra công thức gene tạo thành vây cá cũng tương tự như công thức gene tạo nên các chi. Khi đó, có các đặc tính chúng ta có thể so sánh giữa cá đương đại và lưỡng cư. Cá vây tay (ví dụ như cá phổi) giống lưỡng cư tới mức chúng từng bị nhầm lẫn với nhóm cá cóc. Và cuối cùng có các hóa thạch với rất nhiều đại diện như Eusthenopteron, Panderichthỵs, Acanthostega, và Ichthỵostega mà chúng ta đã bàn đến trong sách và cả các đại diện được mô tả từ khi chúng được công bố như Gogonasus và Ventastega. Những đại diện này đều có quan hệ họ hàng với nhau, giống chị em họ hơn là tổ tiên trực tiếp của nhau. Tất cả đặc điểm trung gian chuyển tiếp thể hiện ở hình dạng đầu, xương chi, vai, hông và các cấu trúc khác. Chiếu theo các đặc điểm này, Tiktaalik không phải là mắt xích bị thiếu, nó là một đại diện trong hàng loạt mắt xích được tìm thấy. Và còn nhiều hơn để khám phá. Đây là lý do tôi trở lại Bắc cực, và lý do tôi sẽ tiếp tục quay lại đó.

Ngày 19 tháng 07 năm 2008, ở Bird Fiord. Ảnh do tác giả chụp

Nghe có vẻ điền rồ, tôi sẽ khá buồn khi tạm biệt thung lũng và cái hố khai quật này trong ít ngày nữa. Ted, Parish, Ịason, Fred và tôi đã làm việc gần cả một thập kỷ đế tìm ra và nghiên cứu các xương từ điểm khai quật bé nhỏ này. Chúng tôi đã đào qua các lớp đất đá dưới các địa tầng. Có các lớp lịch sử cá nhân trong các lớp này, với cả sự khó nhọc, niềm vui và các bài học ở đây qua nhiều năm. Nhưng chúng tôi đang tiến tiếp. Tới lớp đá trẻ hơn và có lẽ nếu chúng tôi thực sự may mắn, sự khám phá ra “Tiktaalik 2.0”, sau đó tới “Tiktaalik 3.0” và cứ tiếp tục. Với mỗi hóa thạch mới tìm thấy, chúng tôi tìm ra lời đáp cho những câu hỏi cũ, đồng thời bị thách thức bởi những câu hỏi và vấn đề mới. Đó là cảm giác kích động của cuộc săn tìm hóa thạch.

Tháng 07 năm 2008

Bird Fiord,

Đảo Nam Ellesmere