Động lực cảnh quan quyết định sự phát triển của đa dạng sinh học trên Trái đất

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature tiết lộ, sự chuyển động của sông ngòi, núi non, đại dương và dưỡng chất trầm tích theo niên đại địa chất là yếu tố cốt lõi thúc đẩy sự đa dạng sinh học trên Trái đất.

Hình vẽ phía trên cho thấy dòng trầm tích được tái tạo tới các đại dương và mức độ đa dạng của động vật biển. Hình vẽ phía dưới cho thấy lớp phủ trầm tích ở các khu vực lục địa và xu hướng lâu dài của đa dạng thực vật trên đất liền. Ảnh: TS. Tristan Salles/Đại học Sydney.

Nghiên cứu cũng cho thấy đa dạng sinh học tiến triển với tốc độ tương tự như tốc độ kiến ​​tạo mảng - quá trình địa chất diễn ra một cách chậm chạp, hình thành nên hình dạng của các lục địa, núi và đại dương.

“Tốc độ này không thể theo kịp tốc độ tuyệt chủng của sinh vật do hoạt động sống của con người gây ra”, TS. Tristan Salles thuộc Trường Khoa học Địa chất, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Nghiên cứu nhìn lại hơn 500 triệu năm lịch sử của Trái đất cho đến thời kỳ ngay sau sự bùng nổ đa dạng sinh học trong kỷ Cambri, thời kỳ hình thành nên các loài chủ yếu  của sự sống hiện đại.

TS. Salles nói “Bề mặt Trái đất tựa như lớp da sống của hành tinh. Theo niên đại địa chất, bề mặt này phát triển cùng với việc các dòng sông chia cắt cảnh quan thành nhiều môi trường sống đa dạng”; “Tuy nhiên, những con sông này không chỉ tạo nên những hẻm núi kỳ vĩ và thung lũng mà còn đóng vai trò là hệ tuần hoàn của Trái đất, là đường dẫn chính để vận chuyển chất dinh dưỡng và trầm tích từ thượng nguồn (núi) đến hạ nguồn (đại dương)”; “Trong khi khoa học hiện đại giúp ngày càng hiểu rõ về đa dạng sinh học toàn cầu, chúng ta có xu hướng nhìn nhận vấn đề này qua lăng kính chuyên môn hẹp. Điều này giống như nhìn vào bên trong một ngôi nhà chỉ từ một cửa sổ và nghĩ rằng chúng ta hiểu được kiến trúc của nó”.

“Mô hình của nhóm nghiên cứu kết nối các hệ thống vật lý, hóa học và sinh học trong hơn nửa tỷ năm thành các phân đoạn 5 triệu năm ở độ phân giải 5 km. Điều này mang lại sự hiểu biết chưa từng có về yếu tố chính hình thành và thúc đẩy sự đa dạng loài”, TS. Salles cho biết thêm.

Phát hiện vào năm 1994 về loài thông Wollemi cổ ở một thung lũng hẻo lánh trên dãy núi Blue Mountains, phía Tây Sydney, đã hé mở cho chúng ta cái nhìn tổng thể về vai trò của thời gian, địa chất, thủy văn, khí hậu và di truyền đối với đa dạng sinh học và sự tồn tại của các loài.

Ý tưởng cho rằng các cảnh quan đóng một vai trò trong quỹ đạo của sự sống trên Trái đất có thể bắt nguồn từ nhà tự nhiên học và học giả người Đức Alexander von Humboldt. Công trình của ông đã truyền cảm hứng cho Charles Darwin và Alfred Wallace, những người đầu tiên lưu ý rằng ranh giới phân bố của các loài động vật tương ứng với sự gián đoạn và độ dốc của cảnh quan.

“Gần 200 năm đã trôi qua, chúng ta vẫn đang phát triển sự hiểu biết về sự đa dạng của sinh vật biển và trên cạn được hình thành như thế nào trong 540 triệu năm qua”, nghiên cứu sinh Beatriz Hadler Boggiani (Đại học Sydney) nhận định. 

"Các mô hình đa dạng sinh học được xác định rõ ràng từ hồ sơ hóa thạch và nghiên cứu di truyền. Tuy nhiên, nhiều khía cạnh của quá trình tiến hóa này vẫn còn là bí ẩn, chẳng hạn như khoảng cách 100 triệu năm giữa sự mở rộng của thực vật trên các lục địa và sự đa dạng hóa nhanh chóng của sinh vật biển"

Trong nghiên cứu mang tính đột phá, một nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Sydney đã phối hợp với các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học Trái đất thuộc tổ chức nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp (CNRS) và Đại học Grenoble Alpes, Pháp cùng đề xuất một lý thuyết thống nhất kết nối sự tiến hóa của sự sống ở các vùng biển và trên cạn với trầm tích được điều chỉnh bởi cảnh quan trong quá khứ.

“Bởi vì sự tiến hóa của bề mặt Trái đất được thiết lập bởi sự tương tác giữa địa quyển và khí quyển, nó ghi lại các tương tác tích lũy của chúng và do đó sẽ cung cấp bối cảnh cho đa dạng sinh học phát triển”, Tiến sĩ Laurent Husson từ Đại học Grenoble Alpes cho biết.

Thay vì xem xét độc lập từng yếu tố môi trường, nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình kết hợp chúng và mô phỏng hiệu ứng tổng hợp của các yếu tố này ở độ phân giải cao.

TS. Salles cho biết: “Thông qua việc hiệu chỉnh dấu ấn vật lý khắc sâu trên bề mặt Trái đất với di truyền, hóa thạch, khí hậu, thủy văn và kiến tạo, chúng tôi đã nghiên cứu giả thuyết của mình”.

Dòng trầm tích tới các đại dương và sự đa dạng của các họ động vật biển trong 540 triệu năm qua. Hệ số tương quan Pearson 0,88 chỉ ra mối tương quan chặt chẽ giữa hai biến. Nguồn: Nature.

Nhóm nghiên cứu sử dụng mã khoa học nguồn mở được nhóm công bố trên Tạp chí Science vào tháng 3, mô phỏng chi tiết đã được hiệu chỉnh bằng thông tin hiện đại về độ cao cảnh quan, tốc độ xói mòn, dòng chảy sông ngòi và sự vận chuyển trầm tích (được gọi là dòng trầm tích).

Điều này cho phép nhóm nghiên cứu đánh giá các dự đoán của họ trong hơn 500 triệu năm bằng cách sử dụng kết hợp các yếu tố địa hóa và thử nghiệm các hoạt động tái tạo kiến tạo và khí hậu khác nhau. Sau đó, các nhà địa chất học so sánh các xung trầm tích được dự đoán với sự tiến hóa của sự sống ở cả vùng biển và trên cạn thu được từ việc tổng hợp dữ liệu cổ sinh vật học.

“Tóm lại, chúng tôi đã tái tạo địa hình Trái đất trong Liên đại Hiển sinh (Phanerozoic), bắt đầu từ 540 triệu năm trước, và xem xét mối tương quan giữa mạng lưới sông ngòi đang phát triển, sự vận chuyển trầm tích và sự phân bố đã biết của các họ thực vật và sinh vật biển,” Nghiên cứu sinh Manon Lorcery (Đại học Grenoble) cho biết.

Khi so sánh dòng trầm tích dự đoán vào đại dương với đa dạng sinh học biển, phân tích cho thấy một mối tương quan chặt chẽ và tích cực.

Trên đất liền, các tác giả đã thiết kế một mô hình tích hợp lớp phủ trầm tích và sự biến đổi cảnh quan để mô tả khả năng cảnh quan có thể tác động đến đa dạng loài. Ở đây, một lần nữa, họ lại tìm thấy mối tương quan đáng chú ý giữa cảnh quan và sự đa dạng hóa thực vật trong 450 triệu năm qua.

TS. Salles khẳng định giả thuyết của nhóm nghiên cứu phù hợp với trích dẫn trong cuốn tiểu thuyết "Hành trình vào tâm Trái đất" xuất bản năm 1864 của Jules Verne với nhận định của Giáo sư Otto Lidenbrock: “Sự sống của động vật chỉ tồn tại trên Trái đất trong thời kỳ thứ cấp, khi trầm tích đất được các dòng sông lắng đọng và thay thế cho những tảng đá của thời kỳ nguyên thủy”.

Nguồn: https://phys.org/news/2023-11-landscape-dynamics-evolution-biodiversity-earth.html

Người dịch: Nguyễn Xuân Ngọc