Một trong những bước ngoặt quan trọng trong quá trình tiến hóa của động vật có vú là sự hình thành hệ thính giác nhạy bén, cho phép chúng cảm nhận âm thanh ở nhiều dải tần và mức độ khác nhau.

Mẫu hóa thạch hộp sọ và hàm của Thrinaxodon trong nghiên cứu

Các nhà cổ sinh vật học thuộc Đại học Chicago, Mỹ, vừa công bố kết quả nghiên cứu cho thấy Thrinaxodon liorhinus – một loài tổ tiên của động vật có vú sống cách đây khoảng 250 triệu năm – có thể đã sở hữu cấu trúc thính giác tương tự tai giữa của động vật có vú hiện đại. Phát hiện này đã đẩy lùi nguồn gốc của thính giác truyền qua không khí sớm hơn gần 50 triệu năm so với các giả thuyết trước đây.

Ở động vật có vú ngày nay, tai giữa gồm màng nhĩ và các xương nhỏ có nhiệm vụ khuếch đại rung động âm thanh. Hệ thống này được cho là đã mang lại lợi thế sinh tồn lớn cho những loài động vật có vú sơ khai, đặc biệt trong bối cảnh nhiều loài hoạt động về đêm và phải chung sống với khủng long.

Để kiểm chứng giả thuyết về khả năng nghe của Thrinaxodon, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ chụp cắt lớp vi tính (CT) để quét chi tiết hộp sọ và hàm của một mẫu hóa thạch được bảo quản tại Bảo tàng Cổ sinh vật học của Đại học California, Berkeley. Từ các dữ liệu này, họ xây dựng mô hình 3D độ phân giải cao và tiến hành các mô phỏng cơ sinh học nhằm đánh giá cách âm thanh có thể truyền qua cấu trúc giải phẫu của loài vật cổ đại này.

Kết quả cho thấy Thrinaxodon nhiều khả năng sở hữu một màng nhĩ đủ lớn để thu nhận hiệu quả âm thanh truyền qua không khí. Cấu trúc này tạo ra các rung động đủ mạnh để kích thích các xương tai và dây thần kinh thính giác, giúp con vật phát hiện được nhiều tần số âm thanh khác nhau. Điều này cho thấy rằng giả thuyết “nghe bằng hàm” thông qua dẫn truyền xương của các nhà khoa học có thể chỉ đóng vai trò thứ yếu.

Alec Wilken, nghiên cứu sinh dẫn đầu công trình được công bố trên tạp chí PNAS, cho biết trong gần một thế kỷ qua, giới khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết về cách các loài tổ tiên của động vật có vú nghe âm thanh, nhưng thiếu bằng chứng cơ sinh học đủ mạnh để kiểm chứng.

“Nhờ các công cụ mô phỏng hiện đại, lần đầu tiên chúng tôi có thể đánh giá một cách định lượng xem cấu trúc giải phẫu cổ đại này thực sự có ý nghĩa gì đối với khả năng thính giác”, Wilken nói.

Thrinaxodon thuộc nhóm cynodonts, những loài động vật sống vào đầu kỷ Trias với đặc điểm trung gian giữa bò sát và động vật có vú. Chúng sở hữu nhiều dấu hiệu tiến hóa quan trọng như răng chuyên hóa, cấu trúc vòm miệng cải tiến và hệ hô hấp hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, ở giai đoạn này, các xương tai vẫn còn gắn với xương hàm, và phải mất hàng chục triệu năm sau chúng mới tách rời để hình thành tai giữa độc lập như ở động vật có vú hiện đại.

Hình mô phỏng tổ tiên động vật có vú kỷ Tam Điệp "Thrinaxodon"

Khoảng nửa thế kỷ trước, nhà cổ sinh vật học Edgar Allin từng đề xuất rằng một số loài cynodont có thể đã có một lớp màng căng đóng vai trò như màng nhĩ sơ khai. Dù ý tưởng này được đánh giá cao, nhưng vào thời điểm đó, công nghệ chưa cho phép kiểm chứng giả thuyết.

Giờ đây, với sự hỗ trợ của mô hình hóa kỹ thuật số và phân tích phần tử hữu hạn – phương pháp thường được sử dụng trong kỹ thuật xây dựng và hàng không – các nhà khoa học đã có thể “hồi sinh” hóa thạch cổ đại trong môi trường mô phỏng.

Theo Giáo sư Zhe-Xi Luo, đồng tác giả nghiên cứu, việc kết hợp dữ liệu hóa thạch với các đặc tính vật liệu từ động vật hiện đại đã cho phép nhóm nghiên cứu tái hiện tương đối chính xác cách Thrinaxodon phản ứng với âm thanh.

“Những rung động do âm thanh truyền qua không khí dường như là cơ chế nghe chủ đạo của loài vật này”, ông nhận định.

Phát hiện mới không chỉ giúp làm sáng tỏ một câu hỏi kéo dài hàng thập kỷ về nguồn gốc thính giác của động vật có vú, mà còn cho thấy quá trình tiến hóa của các giác quan quan trọng có thể đã diễn ra sớm và phức tạp hơn nhiều so với những gì con người từng hình dung.

TM (theo Brighterside)