Rắn từng có chân rồi biến mất: Điều gì đã xảy ra trong quá trình tiến hóa?

Vào thời kỳ khủng long còn thống trị Trái Đất, các loài động vật nhỏ bé có thể phải sống lẩn khuất trong những hang ngầm để tránh các kẻ săn mồi khổng lồ. Chính điều kiện sống này được cho là đã mở ra một "ngách sinh thái" mới cho rắn - nhóm bò sát với cơ thể dài, linh hoạt và có khả năng luồn lách vào các hang hẹp để săn mồi.

Đây là giả thuyết của Marc Tollis, nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Bắc Arizona (Mỹ). Theo ông, hồ sơ hóa thạch của rắn tuy trải dài hàng triệu năm nhưng lại khá rời rạc, khiến lịch sử tiến hóa của nhóm động vật này vẫn còn nhiều khoảng trống.

Đến nay, các nhà khoa học chưa thể xác định chính xác rắn xuất hiện lần đầu tiên ở đâu và đâu là nhóm họ hàng gần nhất của chúng.

Khoảng 125 triệu năm trước, nhờ cơ thể linh hoạt, nhóm bò sát này đã mở rộng phạm vi sinh sống tới nhiều châu lục cùng khu vực Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Marc Tollis cho biết, ông không ngạc nhiên nếu một ngày nào đó tìm thấy hóa thạch rắn ở Nam Cực - nơi từng có khí hậu ấm áp hơn hiện nay.

Chúng phân bố ở nhiều môi trường sống khác nhau: từ mặt đất, dưới lòng đất, dưới biển cho đến các tán cây rừng.

Kích thước của rắn rất đa dạng, từ những loài chỉ dài vài centimet, đến các loài trăn có thể dài hơn 6m.

Rắn chỉ Barbados là một trong những loài rắn nhỏ nhất thế giới (Ảnh: The Guardian).

Về tập tính săn mồi, có loài rắn chủ động truy đuổi con mồi, có loài phục kích chờ thời cơ, có loài siết chặt để hạ gục con mồi, trong khi nhiều loài khác sử dụng nọc độc để làm tê liệt mục tiêu.

Chu kỳ sinh sản của rắn cũng phong phú, bao gồm đẻ trứng, sinh con trực tiếp, thậm chí có loài có khả năng sinh sản không cần con đực.

Rắn bắt nguồn từ dưới biển, trên cạn hay dưới lòng đất?

Hiện có hơn 4.000 loài rắn đã được mô tả, tuy nhiên, theo Alex Pyron, nhà sinh học tiến hóa tại Đại học George Washington, vẫn có thể còn hàng trăm loài chưa được phát hiện và công nhận chính thức.

Các nhà khoa học ước tính tổ tiên của nhóm động vật cực kỳ đa dạng này xuất hiện khoảng 160 triệu năm trước. Tuy nhiên, họ vẫn chưa xác định được những con rắn đầu tiên sống ở trên cạn, dưới biển hay dưới lòng đất.

Các hóa thạch rắn lâu đời nhất từng được phát hiện lại đến từ nhiều môi trường sống khác nhau, khiến việc xác định chính xác nguồn gốc của loài rắn trở nên khó khăn.

Một giả thuyết lâu đời cho rằng, rắn có nguồn gốc từ môi trường sống dưới lòng đất.

Quan điểm này phần nào dựa trên đặc điểm mắt tiêu giảm ở các loài rắn mù - nhóm được xem là nằm ở vị trí thấp nhất trong cây tiến hóa của các loài rắn hiện đại.

Tuy nhiên, rắn mù ngày nay đã tiến hóa chuyên biệt cho cuộc sống trong tổ kiến và mối.

Hộp sọ của chúng có hình dạng kỳ lạ, phù hợp với môi trường sống dưới lòng đất và chế độ ăn côn trùng. Ví dụ, phần hàm dưới nhô ra giúp ngăn đất lọt vào miệng khi đào hang.

Nhiều nhà nghiên cứu kết luận rằng, những loài quá chuyên biệt này khó có thể đại diện cho tổ tiên nguyên thủy của loài rắn.

Giả thuyết rắn có nguồn gốc từ biển?

Vào cuối thế kỷ XX, bằng chứng về khả năng rắn có nguồn gốc dưới biển đã bắt đầu xuất hiện.

Các nhà khoa học mô tả các hóa thạch rắn cổ xưa có niên đại gần 100 triệu năm được phát hiện tại khu vực Trung Đông, khi nơi đây còn chìm dưới biển. Một số nghiên cứu từng liên hệ rắn với nhóm mosasaur - nhóm bò sát biển đã tuyệt chủng, từ đó làm dấy lên giả thuyết rằng rắn có thể đã tiến hóa trong môi trường nước.

Các nhà khoa học nghi ngờ rằng loài rắn có chung tổ tiên với loài bò sát sống dưới nước đã tuyệt chủng có tên là mosasaur (Ảnh minh họa).

Tuy nhiên, nhiều hóa thạch rắn cổ hơn đã được phát hiện và rõ ràng thuộc về môi trường trên cạn. Do đó, quan điểm hiện nay là các loài rắn bơi lội ở Trung Đông không phải tiến hóa từ biển, mà có thể tiến hóa từ trên cạn trước khi quay trở lại môi trường nước.

Tại vùng Patagonia, các nhà khoa học đã khai quật được nhiều hóa thạch rắn như Najash rionegrina khoảng 95 triệu năm tuổi hay Dinilysia patagonica khoảng 80 triệu năm tuổi, sống trong môi trường sa mạc.

Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn tranh luận liệu những loài này sống trên mặt đất hay dưới lòng đất. Dinilysia có lẽ sống trên mặt đất, nhưng Najash thì phức tạp hơn.

Những hóa thạch mới của loài rắn Najash thời kỳ đầu, được tìm thấy ở Patagonia (Ảnh: Science Advances).

Najash có đặc điểm hộp sọ và cột sống gợi ý rằng chúng dành ít nhất một phần thời gian dưới lòng đất. Tuy nhiên, cả hai đều là "rắn thân lớn", tương tự trăn hiện đại. Chúng có thể trú ẩn dưới lòng đất nhưng săn mồi trên mặt đất.

Vì sao rắn mất chân?

Daniela Garcia Cobos, một nhà sinh học tiến hóa tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Mỹ cho rằng khi di chuyển dưới lòng đất hoặc trong cỏ dày, chân thực sự trở thành "lực cản".

Tuy nhiên, rắn có thể là một trong những nhóm động vật đầu tiên thành công với cơ thể thuôn dài này ở nhiều môi trường khác nhau.

Sự thay đổi ước tính diễn ra trong khoảng 150-125 triệu năm trước, nhưng giới khoa học chưa xác định được chính xác thời điểm hay địa điểm.

Các hóa thạch rắn được biết đến có chân sau nhưng không có chân trước. Điều đó cho thấy phải từng tồn tại một tổ tiên rắn bốn chân, nhưng "mắt xích còn thiếu" này vẫn chưa được tìm thấy rõ ràng.

Rắn có khả năng thích nghi nổi bật

Trong nghiên cứu đăng trên tạp chí Science năm 2024, một nhóm nhà khoa học đã đo hộp sọ của hàng nghìn loài rắn và thằn lằn, phân tích dữ liệu gene của hơn 1.000 loài, đồng thời nghiên cứu chế độ ăn từ các mẫu vật bảo tàng.

Kết quả cho thấy khoảng 125 triệu năm trước, rắn trải qua những thay đổi lớn về hộp sọ, chế độ ăn và cột sống, tạo tiền đề cho sự bùng nổ tiến hóa.

Đặc điểm nổi bật nhất của rắn là hộp sọ linh hoạt bất thường, gồm nhiều mảnh xương nối với nhau bằng mô mềm.

Ở phần lớn thằn lằn, hộp sọ có cấu trúc dạng khung mở, với hai lớp xương chính nằm ở phía trên và phía dưới não, còn hai bên gần như không được bao kín. Trong khi đó, ở rắn, hộp sọ có cấu trúc dạng ống khép kín, các xương phát triển bao quanh gần như toàn bộ, tạo thành một lớp vỏ liên tục và linh hoạt hơn.

Ở nhiều loài, phần hàm trên và dưới nối với nhau bằng dây chằng đàn hồi, giúp miệng mở cực rộng. Hai bên hàm dưới có thể tách ra, còn phần vòm miệng hoạt động độc lập để đẩy thức ăn xuống họng. Đó là lý do một con trăn có thể nuốt con mồi lớn hơn cơ thể chúng nhiều lần.

Cơ thể rắn kéo dài nhờ hàng trăm đốt sống giúp chúng di chuyển nhanh và hiệu quả hơn, đồng thời tăng diện tích tiếp xúc để bò hoặc leo trèo.

Tất cả những thay đổi về cơ thể, đầu và chế độ ăn giúp rắn trở nên cực kỳ linh hoạt trong cả hình thái lẫn lối sống.

Tuy nhiên, chính hộp sọ gồm nhiều xương rời liên kết linh hoạt lại khiến việc nghiên cứu hóa thạch rắn trở nên khó khăn khi xác của rắn dễ phân rã thành nhiều phần, khiến việc có một hóa thạch hoàn chỉnh cực kỳ hiếm.

Giới khoa học biết rằng rắn có quan hệ họ hàng với các nhóm chứa cự đà, rồng Komodo và có thể cả mosasaur, nhưng chưa xác định chính xác họ hàng gần nhất của chúng là ai.

Các nghiên cứu gene đã chỉ ra rằng việc mất chân liên quan đến sự suy giảm chức năng của trình tự gene thúc đẩy phát triển chi gọi là chuỗi điều hòa ZRS.

Hiện nay, các nhóm nghiên cứu đang giải trình tự toàn bộ bộ gene của hơn 100 loài rắn và thằn lằn nhằm xây dựng cây tiến hóa chính xác hơn.

Dù vậy, giới khoa học vẫn cần thêm nhiều hóa thạch để lấp đầy những khoảng trống trong câu chuyện tiến hóa của loài rắn.

Theo Báo Dân Trí