Nghiên cứu: Sinh vật nhân thực cổ xưa sống trên đáy biển giàu oxy cách đây 1,75 tỷ năm

Dấu vết trầm tích cho thấy các sinh vật này sống trong môi trường biển nông thuộc các biển nội địa cổ, bao gồm bãi bùn ven biển và lớp trầm tích đáy biển, chứ không phải trong cột nước của đại dương mở.

Bằng chứng cho thấy chúng sống trong môi trường giàu oxy

Các nhà khoa học kết hợp nhiều loại dữ liệu để tái dựng môi trường sống cổ đại của những sinh vật này:

• Phân bố hóa thạch: Các vi hóa thạch tập trung trong trầm tích đáy biển, cho thấy sinh vật sống trên hoặc trong lớp trầm tích đáy.
• Bối cảnh trầm tích: Đá được hình thành trong các hệ sinh thái biển nông như bãi triều và vùng ven bờ, không phải trầm tích biển sâu.
• Tín hiệu địa hóa học: Các dấu hiệu hóa học trong trầm tích cho thấy oxy tồn tại cục bộ ở những môi trường này, dù phần lớn đại dương sâu vào thời kỳ Proterozoic vẫn thiếu oxy.

Những bằng chứng này gợi ý rằng các sinh vật nhân thực cổ nhất mà chúng ta biết đến là những sinh vật sống bám đáy (benthic) thích nghi với các “ốc đảo oxy” trên đáy biển.

Điều này nói gì về nguồn gốc của ty thể

Việc chúng gắn với môi trường giàu oxy củng cố giả thuyết rằng các sinh vật nhân thực sớm đã sử dụng trao đổi chất hiếu khí—tức tạo năng lượng nhờ oxy. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng đây là dấu hiệu gián tiếp cho thấy chúng đã có ty thể hoặc hệ thống năng lượng tương tự ty thể, bào quan giúp tế bào tạo năng lượng hiệu quả bằng oxy.

Vì tất cả sinh vật nhân thực hiện đại đều có tổ tiên sở hữu ty thể, phát hiện này củng cố quan điểm rằng ty thể xuất hiện rất sớm trong quá trình tiến hóa của tế bào phức tạp.

Vì sao sinh vật nhân thực vẫn hiếm trong thời gian dài

Dù sinh vật nhân thực đã tồn tại khoảng 1,7–1,8 tỷ năm trước, chúng không trở thành thành phần thống trị của hệ sinh thái trong một thời gian rất dài. Trong hàng trăm triệu năm, sinh quyển Trái Đất vẫn chủ yếu do vi sinh vật đơn giản (nhân sơ) chi phối.

Một lý do có thể là giới hạn môi trường. Dù bầu khí quyển đã có oxy, nhiều vùng của đại dương sâu vẫn thiếu oxy trong phần lớn kỷ Proterozoic.

Điều này có thể khiến các sinh vật phụ thuộc oxy bị giới hạn trong những khu vực biển nông nơi oxy tồn tại cục bộ. Vì vậy, các sinh vật nhân thực ban đầu có thể chỉ tồn tại trong những môi trường đáy biển giàu oxy rải rác, khiến sự đa dạng và ảnh hưởng sinh thái của chúng vẫn còn hạn chế trong thời gian dài.

Bước đệm cho hệ sinh thái phức tạp sau này

Nghiên cứu nhấn mạnh rằng sự tiến hóa của sự sống phức tạp gắn chặt với sự thay đổi môi trường của Trái Đất. Sinh vật nhân thực có thể xuất hiện khá sớm, nhưng sự mở rộng của chúng phụ thuộc vào việc oxy dần lan rộng trong các hệ sinh thái biển.

Chỉ khi các vùng biển giàu oxy trở nên phổ biến hơn, sinh vật nhân thực mới có thể đa dạng hóa và rời khỏi các hốc sinh thái ở đáy biển để lan ra đại dương rộng lớn. Quá trình này cuối cùng mở đường cho sự xuất hiện của tảo, các sinh vật đa bào và—về sau—động vật.

Nói cách khác, những hóa thạch ở Úc ghi lại một giai đoạn chuyển tiếp trong lịch sử Trái Đất: khi các tế bào phức tạp đã tồn tại, nhưng đại dương của hành tinh vẫn chưa thực sự sẵn sàng để chúng phát triển mạnh.