Hoá thạch ngựa ở Bắc Mỹ là một trong những bằng chứng tiến hoá đầu tiên được giới khoa học thế kỷ 19 đón nhận rộng rãi. Từ những năm 1870, nhà cổ sinh vật học Othniel Charles Marsh ở Đại học Yale sắp xếp được một dãy hoá thạch cho thấy tổ tiên ngựa từ con thú nhỏ nhiều ngón sống trong rừng đổi dần thành con ngựa lớn một móng chạy trên đồng cỏ. Về sau, hình ảnh "chuỗi thẳng" ấy được thay bằng một bụi cây nhiều nhánh, và chính sự thay đổi đó cũng là một bài học.
Bối cảnh: thuyết mới cần bằng chứng
Khi Nguồn gốc các loài ra đời năm 1859, lời chê lớn nhất là thiếu hoá thạch trung gian. Darwin đã dành hẳn một chương để giải thích vì sao hồ sơ hoá thạch rời rạc: sinh vật chết hiếm khi được chôn đúng điều kiện để hoá đá, đá lại bị xói mòn, và các nhà khoa học mới chỉ đào ở một phần nhỏ Trái Đất. Lời giải thích hợp lý, nhưng ai cũng muốn thấy một chuỗi thật.
Năm 1861, Archaeopteryx được tìm thấy ở Đức, cho một mẫu lẻ nối bò sát và chim. Còn một chuỗi dài nhiều bậc thì phải đợi đến miền Tây nước Mỹ.
Marsh và những tầng đá miền Tây
Othniel Charles Marsh (1831–1899) là giáo sư cổ sinh vật học đầu tiên ở Mỹ, làm việc tại Yale. Từ năm 1870, ông dẫn nhiều đoàn sinh viên đi khảo sát các tầng trầm tích ở Wyoming, Nebraska, Kansas và những bang lân cận. Thời đó vùng này vừa được nối với miền Đông bằng đường sắt, và các vách đá trơ trọi ở đây chứa hoá thạch thú có vú của hàng chục triệu năm.
Marsh nổi tiếng một phần vì cuộc cạnh tranh gay gắt với Edward Drinker Cope, mà báo chí sau này gọi là "Cuộc chiến xương". Hai người tranh nhau mẫu vật, nhân lực và quyền đặt tên, đôi khi bằng cách không mấy đẹp đẽ. Phía sau sự ganh đua ấy là một khối lượng hoá thạch khổng lồ được đưa về các bảo tàng, gồm cả rất nhiều xương ngựa cổ.
Năm 1876: Huxley đến New Haven
Thomas Henry Huxley, nhà sinh học Anh nổi tiếng bênh vực thuyết Darwin, sang Mỹ năm 1876. Ông dừng lại ở Yale để xem bộ sưu tập của Marsh. Huxley vốn đã dựng một dãy ngựa hoá thạch từ các mẫu châu Âu, và chuẩn bị bài giảng ở New York về chủ đề này.
Theo các bản kể lại, Huxley xem từng ngăn mẫu của Marsh và nhận ra bộ sưu tập Bắc Mỹ đầy đủ hơn hẳn châu Âu. Ông sửa bài giảng, đặt trung tâm câu chuyện ở Bắc Mỹ. Ông còn đoán rằng ở những tầng đá cổ hơn sẽ có một con ngựa nhỏ hơn nữa, bốn ngón chân trước. Ít lâu sau, Marsh công bố một dạng như thế và đặt tên Eohippus, "ngựa bình minh". Câu chuyện Huxley vẽ trước con vật rồi mới có mẫu hay được kể, nhưng chi tiết cụ thể khác nhau giữa các nguồn.
Darwin sau đó viết thư cho Marsh, khen ngợi công trình về ngựa và về chim có răng của ông là chỗ dựa vững cho thuyết tiến hoá.
Dãy ngựa cổ điển trong sách giáo khoa
Bức hình quen thuộc trong nhiều sách sinh học là một hàng ngựa xếp từ nhỏ đến lớn. Bảng dưới đây giữ lại các dạng chính, tuổi làm tròn:
| Dạng | Thời kỳ, tuổi gần đúng | Kích thước | Chân | Răng, thức ăn |
|---|---|---|---|---|
| Eohippus (hay Hyracotherium) | Eocen, khoảng 55 triệu năm | Cỡ con chó nhỏ hoặc con cáo | 4 ngón chân trước, 3 ngón chân sau, có đệm thịt | Răng thấp, ăn lá mềm trong rừng |
| Mesohippus | Oligocen, khoảng 35 triệu năm | Cỡ con dê, chân dài hơn | 3 ngón, ngón giữa lớn nhất | Vẫn chủ yếu ăn lá |
| Merychippus | Miocen, khoảng 15 triệu năm | Cỡ ngựa nhỏ | 3 ngón, hai ngón bên không chạm đất khi đứng | Răng cao thân, ăn cỏ |
| Pliohippus và họ hàng | Miocen muộn | Lớn hơn | Gần như một ngón | Răng cao thân |
| Equus | Từ khoảng 4 triệu năm đến nay | Ngựa, lừa, ngựa vằn | Một móng; hai ngón bên chỉ còn xương nẹp | Răng rất cao thân, nghiền cỏ cứng |
Về tên gọi: Richard Owen ở Anh đã mô tả một con thú nhỏ từ đất sét London năm 1841 và đặt tên Hyracotherium, không biết nó là họ hàng ngựa. Một thời gian dài, Eohippus của Marsh bị coi là cùng chi và phải dùng tên cũ. Những nghiên cứu sau này tách lại các dạng ấy, nên hiện nay cả hai tên đều còn được dùng trong những ngữ cảnh khác nhau.
Vì sao răng và chân đổi cùng lúc
Khoảng giữa kỷ Miocen, khí hậu Bắc Mỹ khô dần, đồng cỏ mở rộng thay rừng. Cỏ chứa nhiều hạt silica cứng và dính bụi đất, mài răng rất nhanh. Răng cao thân, nghĩa là thân răng dài ẩn dưới lợi rồi trồi dần lên, giúp con vật nhai cỏ cả đời mà không mòn hết. Trên đồng trống, chạy nhanh để thoát thú săn mồi có lợi, và chân dài với một ngón giữa lớn, khớp gọn, nhẹ ở đầu chi là cấu trúc hợp cho việc chạy. Hai thay đổi đi cùng nhau vì cùng một sức ép môi trường.
Từ chuỗi thẳng tới bụi cây
Hình ảnh hàng ngựa xếp hàng gây hiểu lầm lớn: như thể tiến hoá có đích đến, cứ đều đặn đi tới con ngựa hiện đại. Thế kỷ 20, nhiều hoá thạch hơn được tìm thấy. Năm 1951, nhà cổ sinh vật học George Gaylord Simpson viết cuốn sách Horses tổng kết rằng lịch sử họ Ngựa là một bụi cây phân nhánh dày.
- Nhiều nhánh sống song song cùng lúc. Có thời điểm ở Bắc Mỹ có hơn chục loài ngựa cùng tồn tại, có loài ba ngón, có loài một ngón.
- Kích thước không chỉ tăng. Một số nhánh nhỏ đi.
- Có những nhánh giữ chân ba ngón tới tận vài triệu năm trước, như nhóm Hipparion lan sang cả châu Á và châu Phi.
- Phần lớn các nhánh đã tuyệt chủng. Equus chỉ là cành còn sống sót.
Nói cách khác, dãy trong sách giáo khoa là một lối đi được chọn ra trong bụi cây, nối những dạng có họ hàng với ngựa hôm nay. Nó không sai, nhưng chưa đầy đủ.
Ngựa rời quê và trở lại châu Mỹ
Phần lớn lịch sử họ Ngựa diễn ra ở Bắc Mỹ. Nhiều lần, các nhánh ngựa băng qua cầu đất liền Bering sang châu Á, rồi lan tới châu Âu và châu Phi. Ngựa vằn, lừa hoang châu Phi và ngựa hoang Á châu là hậu duệ của những đợt di cư ấy.
Cuối kỷ Băng hà, khoảng hơn mười nghìn năm trước, ngựa biến mất khỏi châu Mỹ, cùng lúc với nhiều thú lớn khác. Nguyên nhân còn tranh luận giữa biến đổi khí hậu, săn bắt của con người, hoặc cả hai. Ngựa chỉ trở lại châu Mỹ khi người châu Âu mang chúng sang từ cuối thế kỷ 15. Những đàn ngựa hoang mustang ở miền Tây nước Mỹ ngày nay là con cháu của ngựa nhà thoát ra, sống trên chính mảnh đất tổ tiên xa của chúng từng tiến hoá.
Góc nhìn hôm nay
Câu chuyện ngựa cho thấy hai mặt của bằng chứng khoa học. Mặt thứ nhất: một dãy hoá thạch tốt có sức thuyết phục rất mạnh, đủ để Huxley sửa bài giảng và Darwin gửi lời cảm ơn. Mặt thứ hai: hình minh hoạ đơn giản hoá dễ cài vào đầu người đọc một ý sai, rằng tiến hoá đi theo đường thẳng tới một mục tiêu. Simpson và những người sau đã phải sửa lại hình ấy.
Đọc lại cái chân của con ngựa nhà ở Việt Nam, ta có thể thấy di sản đó. Phía trên móng, hai bên xương bàn chân, có hai thanh xương mảnh gọi là xương nẹp. Chúng là dấu vết của những ngón bên mà tổ tiên ba ngón từng có. Thỉnh thoảng có ngựa con sinh ra với một ngón thừa, một hiện tượng hiếm mà người ta đã ghi chép từ xưa.
Muốn tìm hiểu thêm:
- Bảo tàng Peabody ở Đại học Yale vẫn giữ nhiều mẫu ngựa của Marsh.
- Khi có dịp đến trường đua, trại ngựa hay bảo tàng có xương ngựa, hãy nhìn kỹ xương nẹp ở cẳng chân.
- Tìm đọc các bài phổ biến khoa học về sự lan rộng của đồng cỏ trong kỷ Miocen, vì nó giải thích nhiều thay đổi ở ngựa, bò, linh dương cùng lúc.
Câu hỏi thường gặp
Tổ tiên của ngựa là con gì?
Tổ tiên xa của ngựa là những con thú nhỏ cỡ con chó nhỏ sống trong rừng khoảng 55 triệu năm trước, thường gọi là Eohippus hay Hyracotherium. Chúng có bốn ngón chân trước, ba ngón chân sau và ăn lá mềm.
Vì sao ngựa chỉ còn một ngón chân?
Khi đồng cỏ mở rộng, chạy nhanh trên nền đất cứng có lợi. Chân dài với một ngón giữa lớn chịu lực, nhẹ ở đầu chi phù hợp cho việc chạy, nên các ngón bên nhỏ dần qua nhiều triệu năm. Ngựa nhà vẫn còn hai thanh xương nẹp là dấu vết của chúng.
Ai là người nghiên cứu hoá thạch ngựa nổi tiếng nhất?
Othniel Charles Marsh ở Đại học Yale, người thu thập nhiều hoá thạch ngựa ở miền Tây nước Mỹ từ những năm 1870. Thomas Henry Huxley và về sau George Gaylord Simpson cũng góp phần lớn vào cách hiểu lịch sử họ Ngựa.
Tiến hoá của ngựa có phải là một đường thẳng không?
Không. Lịch sử họ Ngựa là một bụi cây nhiều nhánh, nhiều loài sống cùng lúc, có nhánh lớn lên có nhánh nhỏ đi, và hầu hết đã tuyệt chủng. Dãy thẳng trong sách giáo khoa chỉ là một lối đi chọn ra để minh hoạ.
Ngựa có nguồn gốc từ châu Mỹ phải không?
Phần lớn lịch sử tiến hoá của họ Ngựa diễn ra ở Bắc Mỹ, rồi nhiều nhánh di cư sang Cựu Thế giới. Ngựa tuyệt chủng ở châu Mỹ cuối kỷ Băng hà và chỉ quay lại khi người châu Âu mang sang từ cuối thế kỷ 15.