Tổ tiên cá voi là động vật có vú bốn chân sống trên cạn, họ hàng với nhóm guốc chẵn như hà mã, lợn, bò. Từ khoảng năm 1980 đến nay, hàng loạt hoá thạch ở Pakistan, Ấn Độ và Ai Cập như Pakicetus, Ambulocetus, Rodhocetus, Basilosaurus đã cho thấy từng bước chuyển từ đất liền xuống biển trong khoảng hơn mười triệu năm. Đây là một trong những chuỗi hoá thạch chuyển tiếp đầy đủ nhất mà cổ sinh vật học có được.
Câu đố từ thời Darwin
Ngay từ thế kỷ 19, các nhà giải phẫu đã biết cá voi là thú chứ không phải cá: chúng thở bằng phổi, máu nóng, nuôi con bằng sữa, đuôi quẫy lên xuống như thú chạy chứ không quẫy ngang như cá. Một số loài còn có những mẩu xương chậu nhỏ nằm lọt trong thịt, không nối với cột sống. Vậy cá voi xuất phát từ đâu?
Trong lần in đầu Nguồn gốc các loài năm 1859, Darwin nêu một giả định về gấu bơi há miệng bắt côn trùng trong nước, và tự hỏi liệu chọn lọc lâu dài có thể sinh ra một con vật to như cá voi hay không. Đoạn này bị chế giễu nhiều đến mức ông cắt bớt trong các lần in sau. Ông không có hoá thạch nào để dẫn ra. Hơn một thế kỷ, nguồn gốc cá voi vẫn là khoảng trống lớn mà những người hoài nghi hay nhắc tới.
Một con "thằn lằn" hoá ra là cá voi
Thật ra một hoá thạch cá voi cổ đã được biết từ những năm 1830 ở miền nam nước Mỹ. Người mô tả đầu tiên tưởng đó là bò sát biển khổng lồ nên đặt tên Basilosaurus, nghĩa là "thằn lằn vua". Richard Owen ở Anh nhận ra răng của nó có hai chân răng như răng thú, nên đề nghị đổi tên, nhưng theo luật đặt tên khoa học, tên đầu tiên vẫn được giữ. Vì thế đến nay một con cá voi vẫn mang tên "thằn lằn".
Basilosaurus dài khoảng mười lăm đến hai mươi mét, thân thuôn như con lươn khổng lồ, sống khoảng 40 triệu năm trước. Đến năm 1990, nhóm của Philip Gingerich công bố những mẫu ở Ai Cập cho thấy nó còn có chân sau rất nhỏ, đủ cả xương đùi, xương cẳng, bàn chân và ngón. Đôi chân ấy quá bé để đi, có lẽ chỉ còn vai trò phụ, có ý kiến cho là để bám khi giao phối.
Chuỗi hoá thạch từ đất liền xuống biển
Bước ngoặt đến khi các nhà cổ sinh vật học tìm về những tầng đá Eocen ở Pakistan và tây bắc Ấn Độ, nơi khoảng 50 triệu năm trước là bờ biển Tethys, một vùng biển cổ đã khép lại khi tiểu lục địa Ấn Độ đâm vào châu Á.
| Hoá thạch | Tuổi gần đúng | Nơi tìm thấy | Nét chính |
|---|---|---|---|
| Indohyus | khoảng 48 triệu năm | Kashmir, Ấn Độ | Thú nhỏ cỡ con mèo, xương dày nặng như thú lội nước, tai có dấu hiệu họ hàng cá voi |
| Pakicetus | khoảng 50 triệu năm | Pakistan | Thú bốn chân chạy được, sống ven nước; xương tai đã mang kiểu riêng của cá voi |
| Ambulocetus | khoảng 49 triệu năm | Pakistan | Thân như cá sấu, chân sau to bè để bơi, vẫn đi được trên cạn |
| Rodhocetus | khoảng 47 triệu năm | Pakistan | Xương chậu còn nối cột sống nhưng yếu hơn, sống chủ yếu dưới nước |
| Basilosaurus, Dorudon | khoảng 40 triệu năm | Ai Cập, Bắc Mỹ | Hoàn toàn sống dưới biển, chân sau còn lại rất nhỏ |
Lưu ý: Indohyus không phải tổ tiên trực tiếp của Pakicetus, mà là đại diện cho nhóm họ hàng gần nhất của cá voi. Thứ tự trong bảng là thứ tự các dạng hình thái, không phải một dòng ông cháu thẳng hàng. Các con số tuổi là ước lượng làm tròn.
Pakicetus: từ một hộp sọ đến cả bộ xương
Năm 1981, Gingerich và cộng sự công bố một hộp sọ ở Pakistan, đặt tên Pakicetus. Chỉ từ sọ, họ hình dung nó là thú sống một phần dưới nước. Khoảng hai mươi năm sau, nhóm của Hans Thewissen tìm thêm xương thân và chân, và bức tranh đổi hẳn: Pakicetus có bốn chân dài mảnh, trông giống một con thú chạy hơn là con vật bơi. Nó có lẽ sống ven sông suối, lội nước kiếm ăn. Câu chuyện này là ví dụ tốt về việc kết luận từ mẫu không đầy đủ phải được sửa khi có thêm dữ liệu.
Ambulocetus: "cá voi biết đi"
Năm 1994, Thewissen và cộng sự công bố Ambulocetus natans, tên Latin nghĩa là "cá voi đi bộ và bơi". Nó dài cỡ ba mét, chân sau to với bàn chân rộng như mái chèo. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng nó bơi bằng cách uốn lượn thân và đạp chân sau, giống rái cá, và có thể rình mồi ở mép nước như cá sấu.
Xương mắt cá chân giải quyết cuộc tranh cãi
Trong nhiều năm, có hai ý kiến về họ hàng của cá voi. Phe hình thái học dựa vào răng, cho rằng cá voi xuất phát từ một nhóm thú ăn thịt cổ đã tuyệt chủng. Phe sinh học phân tử, từ thập niên 1990, so sánh ADN và protein của các loài còn sống, và lặp đi lặp lại một kết quả bất ngờ: họ hàng sống gần nhất của cá voi là hà mã. Nghĩa là cá voi nằm ngay trong nhóm guốc chẵn.
Lời phân xử đến từ một chiếc xương nhỏ. Nhóm guốc chẵn có xương sên ở mắt cá chân mang hình "ròng rọc kép", hai đầu đều có rãnh trượt, rất đặc trưng. Năm 2001, cả nhóm của Gingerich lẫn nhóm của Thewissen, độc lập với nhau, công bố hoá thạch cá voi cổ có chân sau còn giữ xương sên. Và xương ấy có đúng hình ròng rọc kép. Hai dòng bằng chứng, một từ đá và một từ ADN, gặp nhau.
Thung lũng Cá voi ở Ai Cập
Ở sa mạc phía tây nam Cairo có Wadi Al-Hitan, nghĩa là Thung lũng Cá voi. Khoảng 40 triệu năm trước đây là biển. Nay giữa cát và đá vôi lộ ra hàng trăm bộ xương cá voi cổ, nhiều bộ nằm nguyên tư thế. Năm 2005 nơi này được UNESCO công nhận là di sản thiên nhiên thế giới, với lý do đặc biệt là ghi lại giai đoạn cá voi vừa rời bỏ đời sống trên cạn. Du khách có thể đi theo lối mòn để xem xương nằm ngay tại chỗ.
Những gì cơ thể cá voi hôm nay còn giữ
- Xương chậu vết tích: nhiều loài cá voi còn hai mẩu xương chậu nhỏ trong cơ thể. Nghiên cứu gần đây cho thấy chúng không vô dụng, mà là chỗ bám của cơ liên quan đến cơ quan sinh dục, nên vẫn được chọn lọc giữ lại.
- Phôi có mầm chân sau: phôi cá heo giai đoạn sớm có mầm chi sau, rồi mầm này thoái biến trước khi sinh.
- Đuôi quẫy dọc: cá voi bơi bằng cách uốn cột sống lên xuống, cùng kiểu với thú chạy phi, trái với cá quẫy ngang.
- Lỗ thở dời dần lên đỉnh đầu: ở các hoá thạch cổ, lỗ mũi nằm ở đầu mõm, rồi lùi dần qua các dạng về sau.
Góc nhìn hôm nay
Câu chuyện cá voi cho thấy một điều thú vị: nhiều hoá thạch chuyển tiếp chỉ được tìm thấy khi người ta biết đào đúng tầng đá đúng tuổi, và hàng chục năm qua, những khoảng trống từng bị coi là bằng chứng chống lại tiến hoá đã lần lượt được lấp. Nó cũng cho thấy khoa học sửa mình: hình dung về Pakicetus đổi hẳn khi có thêm xương, giả thuyết họ hàng thú ăn thịt bị thay bằng họ hàng hà mã khi có thêm dữ liệu.
Với người Việt, cá voi gắn với tục thờ cá Ông của ngư dân miền biển. Biết rằng con vật được tôn kính ấy có tổ tiên từng đi bốn chân trên bờ là một cách nhìn thêm, không làm bớt đi ý nghĩa văn hoá của nó.
Muốn tìm hiểu thêm:
- Tìm ảnh và phim tài liệu về Wadi Al-Hitan, nơi xương cá voi cổ nằm giữa sa mạc.
- Xem bộ xương cá voi ở các bảo tàng hoặc lăng Ông ven biển miền Trung, chú ý xương vây trước có đủ xương cánh tay, cẳng tay, ngón như chi của thú.
- Đọc thêm về các nhóm thú khác cũng trở lại biển độc lập như bò biển, hải cẩu, để thấy cùng một thách thức có những lời giải khác nhau.
Câu hỏi thường gặp
Tổ tiên của cá voi là con gì?
Tổ tiên cá voi là thú bốn chân sống trên cạn, thuộc nhóm guốc chẵn. Các hoá thạch như Pakicetus ở Pakistan cho thấy những con thú này sống ven nước khoảng 50 triệu năm trước.
Cá voi có họ hàng gần với loài nào nhất?
Trong các loài còn sống, hà mã là họ hàng gần nhất của cá voi. Kết luận này đến từ so sánh ADN và được xác nhận bởi xương mắt cá chân hình ròng rọc kép ở hoá thạch cá voi cổ.
Cá voi có chân không?
Cá voi hiện đại không có chân sau nhìn thấy được, nhưng nhiều loài còn mẩu xương chậu nhỏ trong cơ thể và phôi có mầm chi sau. Hoá thạch Basilosaurus khoảng 40 triệu năm trước còn có chân sau nhỏ đủ ngón.
Cá voi tiến hoá từ cạn xuống biển mất bao lâu?
Theo các hoá thạch hiện có, quá trình chuyển từ thú sống ven nước sang thú sống hoàn toàn dưới biển diễn ra trong khoảng mười triệu năm, từ khoảng 50 đến 40 triệu năm trước. Con số này có thể được điều chỉnh khi có thêm phát hiện.
Vì sao cá voi không phải là cá?
Cá voi thở bằng phổi, máu nóng, đẻ con và nuôi con bằng sữa, có lông khi còn là phôi hoặc lúc nhỏ ở một số loài. Đó là đặc điểm của lớp thú, nên cá voi là thú sống dưới nước chứ không phải cá.