Hình thể của sinh vật luôn là một chủ đề nóng trong giới sinh vật học. Đối với người bình thường mà nói, những con thú khổng lồ luôn có thể gây sự chú ý đặc biệt của chúng ta. Từ độ hot của các bộ phim viễn tưởng như: "Công viên kỷ Jura", "Transformers" và "Godzilla",… đều có thể thấy loài người rất tò mò và hứng thú về các sinh vật khổng lồ.
Nhắc đến động vật khổng lồ trong hiện thực, vậy thì không thể không kể tới loài khủng long sinh sống trong vài trăm triệu năm về trước. Từ thế kỷ 19 cho tới thế kỷ 20, cơn sốt khủng long của nước Mỹ đã thể hiện cho toàn thế giới thấy sinh vật tiền sử bạo lực to lớn này. Sau này, cùng với sự phát triển của toàn cầu hóa, cơn sốt khủng long này dần biến mất khỏi toàn cầu.
Thực ra mọi người vẫn luôn có một hiểu lầm về khủng long, họ cho rằng khủng long là một loài sinh vật cụ thể nào đó, nhưng thực ra khủng long là tên gọi chung đối với cả hai loại Saurischia (bộ khủng long hông thằn lằn) và Ornithischia (bộ khủng long hông chim), thuộc về các loài Sauropsida (lớp mặt thằn lằn) của thời đại đó. Do phương thức sinh sản của Sauropsida chủ yếu là đẻ trứng, vì thế Sauropsida trong lĩnh vực sinh học có tên gọi chung khác là “Rồng” (long tộc).
Đối thủ cạnh tranh lớn nhất của Sauropsida chính là Synapsida (động vật một cung bên) bao gồm gần như toàn bộ các động vật lớp thú (động vật có vú) của ngày nay. Vì phương thức sinh sản chính của Synapsida chủ yếu là sinh sản màng ối, cũng chính là đẻ con, thế nên Synapsida còn có tên gọi khác là “thú” (tộc thú). Lịch sử cạnh tranh giữa tộc long bao gồm khủng long và tộc thú bao gồm cả loài người chúng ta trong mấy trăm triệu năm về trước được người hiện đại chúng ta gọi là “long thú tranh bá”.
Tên gọi khủng long này được bắt nguồn từ một phiên dịch rất thô, tức là “thằn lằn khủng bố” (con thằn lằn đáng sợ). Vì thằn lằn và khủng long đều là động vật thuộc lớp thằn lằn, vì thế những nhà khảo cổ học khi ấy chỉ dựa vào kết cấu sinh lý của khủng long để nhận định đây là một loại thằn lằn nào đó thời tiền sử. Nhưng nếu nghĩ lại thì ý nghĩ này khá chính xác, khủng long quả thực là họ hàng của tổ tiên thằn lằn hiện đại.
Khủng long với thân hình khổng lồ
Lĩnh vực sinh thái khi ấy của cả hai loại Saurischia (bộ khủng long hông thằn lằn) và Ornithischia (bộ khủng long hông chim) đều là những sinh vật rất thành công, vì khủng long trong thời đó đã chiếm đa số bề mặt sinh thái trên toàn Trái đất. Có loài bay trên trời, bơi dưới nước, ẩn mình trong sa mạc, tìm sâu bọ trong rừng rậm để ăn, bất cứ đâu đều có thể nhìn thấy hình bóng của khủng long. Quần thể khủng long phong phú đa dạng này đã tạo ra khác biệt sinh lý rất lớn giữa các loài khủng long, trong đó có loài khủng long nhỏ nhất tính đến nay mà con người phát hiện ra là Microraptor. Nó dài khoảng 40cm, nặng chưa tới 5kg, so với gà hiện đại ngày nay cũng chỉ lớn hơn một chút.
Hóa thạch Microraptor
Còn loài khủng long lớn nhất tính đến nay mà con người phát hiện được công nhận có tính tham khảo là Argentinosaurus dài khoảng 40m, nặng gần 100 tấn. Tuy nhiên, khai quật khủng long thời xưa khá hỗn loạn, rất nhiều nhà khảo cổ để trở nên nổi tiếng đã đem rất nhiều hóa thạch của các loài khủng long khác nhau ghép lại làm một, tạo ra rất nhiều bộ hóa thạch khủng long không có tính tham khảo chính xác. Đã từng biết được loài khủng long có thể hình lớn nhất, dài khoảng 60m nhưng lại là loại không có tính tham khảo.
Từ dữ liệu này có thể thấy, kích thước của khủng long so với các sinh vật ngày nay có sự chênh lệch rõ rệt, nếu đặt một sinh vật nặng gần 100 tấn vào môi trường hiện đại ngày nay thì thực khó mà tưởng tượng nổi. Ví dụ như loài động vật trên cạn lớn nhất hiện nay là Voi Châu Phi cũng chỉ dài 10m, cân nặng cũng chỉ hơn 10 tấn.
Như đã biết, loài động vật lớn nhất hiện nay là cá voi xanh, tuy về thể hình có thể gần bằng kích thước của khủng long Argentinosaurus nhưng thể hình của cá voi xanh là dựa vào sức nổi đại dương để chống đỡ. Một khi cá voi xanh lên bờ, nội tạng của nó sẽ bị cân nặng của chính nó đè bẹp. Vì thế, sự tồn tại của sinh vật có kích thước lớn như khủng long nếu đặt vào thế giới hiện đại ngày nay thì quả thực là một kỳ tích. Vậy rốt cuộc nguyên nhân gì khiến khủng long và các sinh vật trên cạn ngày nay có sự chênh lệch về thể hình lớn đến như vậy? Tại sao các động vật trên cạn ngày nay không thể đạt tới trọng lượng của khủng long?
Tại sao sinh vật thời tiền sử lại to lớn đến vậy?
Thực ra để biết được đáp án của câu hỏi này, chúng ta cần phải biết tại sao các loài sinh vật thời tiền sử lại to lớn đến như vậy. Trong quần thể sinh vật đầu tiên xuất hiện trên Trái đất, gần như không có sự cạnh tranh giữa các loài sinh vật. Theo một số nhà khoa học suy đoán, động vật ăn cỏ đầu tiên trên Trái đất có lẽ là một loại sinh vật trông giống như bánh Pizza, chúng có hình dạng tròn dẹt dày, yên tĩnh nằm bò dưới đáy biển.
Khi đó, toàn bộ đáy biển của trái đất được bao phủ bởi một lớp tảo dày dưới quá trình tiến hóa hàng chục triệu thậm chí hàng trăm triệu năm, đối với các sinh vật mà nói thì đó mới thực sự là những ngày tháng tươi đẹp nằm không cũng có cái ăn. Nhưng cùng với dòng chảy của thời gian, những lớp tảo này bị các loài sinh vật ăn hết, đáy biển chỉ toàn là cát và đá dần lộ ra, lúc này nằm không chỉ có chết đói mà thôi. Thế là các sinh vật trên Trái đất bắt đầu cạnh tranh với nhau.
Có loài động vật đã tiến hóa biết di chuyển, từ đó có thể chạy tới những nơi khác để ăn tảo nhưng có loài sinh vật lại nhắm vào thịt của sinh vật khác, vì thế chúng tiến hóa có năng lực gặm cắn, bắt đầu ăn thịt động vật khác. Từ đây, vòng tuần hoàn sinh thái đầu tiên đã được sinh ra và sự đánh giết lẫn nhau giữa các loài động vật cũng bắt đầu.
Hình ảnh phục chế tưởng tượng của khu hệ Ediacara (Ediacara là những thực thể sống dạng ống hình lá, phần lớn cố định, sống vào kỷ Ediacara khoảng 635-542 triệu năm trước đây). Sinh vật thời đó không có mắt nên chúng “mọc” rất tùy tiện, không theo nguyên tắc nào cả. Đối với động vật ăn cỏ, có ba lộ trình tiến hóa để tránh những loài ăn thịt, lần lượt là xếp thành lớp áo giáp, chạy và trở nên to lớn hơn. Vỏ bọc dày và cứng, tốc độ di chuyển nhanh hơn và hình thể to lớn hơn trở thành những cách để có thể sinh tồn của những loài sinh vật thời tiền sử.
Tuy nhiên, quá trình tiến hóa của Trái đất sau này đã chứng minh, cách xếp thành hình lớp áo giáp để chịu đòn một cách bị động như này chỉ có một con đường chết. Bất kỳ loài động vật nào xếp áo giáp đều không có được thành công trong quá trình tiến hóa trong sinh thái. Còn tiến hóa chạy nhanh hơn có nghĩa là hình thể nhỏ hơn và vị trí sinh thái thấp hơn, vì thế trong lịch sử hiếm có loài sinh vật nào có thể trở thành bá chủ sinh thái dựa vào tốc độ di chuyển. Thế nên, tiến hóa thành hình thể to lớn hơn là con đường tiến hóa phổ biến nhất trong thời đại đó.
Anomalocaris (một loài sinh vật có hình dáng giống con tôm) dựa vào việc tiến hóa lớp vỏ thành lớp áo giáp đã trở thành bá chủ sinh thái thời kỳ đầu. Nhưng khi những loài động vật có hình thể lớn hơn, có sức gặm cắn mạnh hơn xuất hiện thì chúng từ loài săn mồi bá vương trở thành con mồi của các động vật khác. Điều này đã chứng minh con đường diệt vong của tiến hóa lớp vỏ áo giáp.
Sau này, cùng với dòng thời gian, những loài động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt rơi vào vòng tuần hoàn cạnh tranh không hồi kết. Đối với động vật ăn cỏ, chỉ khi bản thân chúng có hình thể to lớn hơn, thiên địch của chúng mới không dám tấn công chúng nữa, còn đối với động vật ăn thịt mà nói, chỉ khi trở nên to lớn hơn thì mới có thể đi tấn công những loài động vật ăn cỏ này. Giống như những loài sinh vật khổng lồ như Argentinosaurus, chỉ một cái đuôi của chúng thôi đã có thể quật đổ cả một tòa biệt thự, vậy nếu quật lên một động vật ăn thịt nào đó thì liệu chúng có chịu nổi sức công phá này không?
Vì thế, khủng long ăn cỏ thời đại này thường tiến hóa bản thân có hình thể to lớn hơn, chỉ khi to lớn hơn mới có thể đảm bảo mình không còn bị làm hại nữa. Đối với khủng long ăn thịt, việc tiêu hao năng lượng của chúng cực kỳ đáng sợ, hơn nữa còn có một số loài khủng long có hình thể khá nhỏ, tạm thời chúng không cần tiến hóa to lớn hơn. Đương nhiên, nếu đa số các loài động vật ăn cỏ đều có kích thước lớn như khủng long Argentinosaurus, vậy thì giữa động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt chắc chắn sẽ diễn ra một cuộc chạy đua vũ trang mới.
Đương nhiên, khủng long trên cạn có thể tiến hóa to lớn như vậy còn có liên quan tới một nhân tố quan trọng khác vào thời kỳ đó, đó chính là hàm lượng oxy của Trái đất khi ấy. Trái đất hiện tại của chúng ta thực ra bị ảnh hưởng từ sự tiến hóa của chính Trái đất và tiến hóa của vòng sinh thái, trạng thái sinh tồn của động vật có ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường của Trái đất. Ví dụ như hiệu ứng nhà kính, rất nhiều người cho rằng hiệu ứng nhà kính là do khí thải từ các nhà máy và xe cộ đào thải ra môi trường gây ra nhưng rất ít ai biết được rằng rắm do trâu bò thải ra trên Trái đất cũng là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra hiệu ứng nhà kính.
Trong thời tiền sử, số lượng lớn thực vật sinh trưởng đã tạo ra nồng độ oxy vô cùng cao trên Trái đất. Khoảng 300 triệu năm trước, hàm lượng oxy trên Trái đất lên tới khoảng 35%, còn hàm lượng oxy trên Trái đất ngày nay chỉ khoảng 21%. Đừng nghĩ 14% chênh lệch này là ít, nếu trong một vài năm mà hàm lượng oxy trên Trái đất thay đổi 1% thôi đã đủ khiến các sinh vật trên Trái đất xảy ra chuyện lớn rồi.
Tầng khí quyển của Trái đất, ngăn oxy của Trái đất thoát ra ngoài không gian
Đương nhiên, khủng long có thể tiến hóa to lớn đến vậy không có liên quan trực tiếp với hàm lượng oxy mà chỉ có liên quan gián tiếp. Vì hàm lượng oxy cao đến vậy đã gây ra sự tuyệt chủng cho hàng loạt các sinh vật trên Trái đất, nó được gọi là "sự kiện than đá đốt cháy". Khi ấy, hàng trăm triệu loài thực vật trên Trái đất đã hình thành một lớp than đá rất dày, có nhà khoa học suy đoán rằng, lớp than đá dưới vỏ Trái đất nơi dày nhất cũng phải đạt tới 30 mét.
Sau này, cùng với sự chuyển động của Trái đất, các mảng lục địa chèn ép và ma sát lẫn nhau tạo ra nhiệt lượng cực cao dưới lòng đất, thế là lớp than đá dưới vỏ Trái đất bắt đầu đốt cháy, hơn nữa nhờ có hàm lượng oxy cao trên Trái đất, sự đốt cháy này không thể dừng lại được mà còn lan rộng ra khắp toàn cầu. Có nhà khoa học ước tính, vụ cháy này đã thiêu đốt một nửa Trái đất, hơn nữa sự kiện này còn kéo dài tận ngàn năm.
Bằng chứng của sự kiện than đá đốt cháy chính là trữ lượng than khổng lồ dưới tầng địa chất của thời đại này lớn hơn nhiều so với những thời đại khác
Vụ tai nạn đáng sợ này đã ảnh hưởng nghiêm trọng trực tiếp tới khí hậu trên Trái đất. Nó có 2 ảnh hưởng to lớn đối với hệ sinh thái của Trái đất, một là chôn vùi kỷ nguyên côn trùng khổng lồ khiến hệ sinh thái trên Trái đất khi ấy đã bị trống một khoảng không gian rất lớn, khiến tổ tiên của khủng long có tư cách tiến hóa trở nên to lớn hơn.
Ảnh hưởng thứ hai là khiến hàm lượng oxy trên Trái đất giảm đi đột ngột, tuy hàm lượng oxy của Trái đất trong kỷ than đá lớn hơn hiện tại khoảng 14%, nhưng vụ cháy toàn cầu này đã thiêu đốt một lượng lớn oxy của Trái đất. Thêm vào đó, sự chuyển động kịch liệt của các mảng lục địa đã giải phóng một lượng lớn khí CO2. Vì thế, sau khi kết thúc kỷ than đá, hàm lượng oxy trên Trái đất chỉ còn khoảng 11%.
Hình ảnh tưởng tượng của loài rết trong kỷ than đá
Vào thời đại đỉnh cao của côn trùng xưng bá, chúng có thể dài bằng cả một chiếc xe hơi. Vì nội tạng của chúng quá yếu ớt, không thể không dùng một lớp vỏ dày để bảo vệ, ngược lại lại giới hạn sự tăng trưởng của thể hình, điều này một lần nữa đã chứng minh kết cục của tiến hóa vỏ giáp chỉ là diệt vong.
Tuy 11% hàm lượng oxy đối với động vật mà nói là một môi trường cực kỳ không có lợi cho việc sinh tồn nhưng điều này đối với thực vật mà nói thì lại là một thời đại “nằm không cũng được ăn no” và thời đại này là khoảng 250 triệu năm trước. Sau này, trải qua vài ngàn vạn năm sinh trưởng, trên Trái đất lại được bao trùm vô số các loài thực vật, vậy là các loài động vật lại có nguồn thức ăn khổng lồ. Trải qua mấy ngàn vạn năm quang hợp liên tục của thực vật, hàm lượng oxy của Trái đất lại bắt đầu tăng lên. Tuy chưa đạt tới 21% như hiện tại nhưng số lượng thức ăn lớn đã đủ làm thỏa mãn các loài động vật ăn cỏ thay vì sự bất mãn về việc thiếu oxy.
Vào khoảng 235 triệu năm trước, trên Trái đất xuất hiện loài khủng long mà con người đều đã biết. Sau đó, trải qua hàng trăm triệu năm phát triển, khủng long ăn cỏ với số lượng thức ăn lớn trên Trái đất đã ngày càng to lớn hơn trong cuộc “chạy đua vũ trang” với loài khủng long ăn thịt. Sự việc sau đó thì có lẽ chúng ta đều đã biết, vào khoảng 65 triệu năm trước, khủng long trên Trái đất đã bị tuyệt chủng trong một khoảng thời gian rất ngắn. Đối với việc tuyệt chủng của khủng long, các nhà khoa học có một quan điểm chính, đó là một thiên thạch lớn đã va vào Trái đất khiến khí hậu Trái đất thay đổi. Môi trường bị thay đổi đột ngột như vậy là nguyên nhân chính dẫn đến sự tuyệt chủng của các loài sinh vật khổng lồ.
Sự kết thúc của các loài sinh vật khổng lồ
Tuy loài động vật khổng lồ này trong mắt nhiều người là một sự tồn tại đầy lãng mạn nhưng đối với các nhà sinh vật học mà nói thì khi một chủng loài nào đó ngày càng trở nên to lớn hơn thì đó là một điều đáng buồn, vì điều này có nghĩa là chủng loài này đã bước vào kỷ nguyên tiến hóa cao, chúng bắt đầu đi đến sự diệt vong trên con đường tiến hóa.
Để tránh những kẻ săn mồi, chúng phải chiến thắng đồng loại trong cuộc tranh giành quyền giao phối, chúng chỉ có thể lựa chọn việc trở nên to lớn hơn, thế nhưng, hình thể khổng lồ này đã khiến khả năng chống rủi ro của chúng trở nên cực thấp. Vì hình thể to lớn quyết định chu kỳ sinh sản dài ngày của chúng, quyết định lượng tiêu thụ thức ăn khổng lồ của chúng. Vậy nên khi môi trường bên ngoài xảy ra sự thay đổi lớn nào, số lượng trong quần thể loài của chúng sẽ bị giảm đi rất nhiều.
Cùng với sự tiến hóa của Trái đất, sau sự tuyệt chủng của các loài sinh vật khổng lồ kia, những loài sinh vật có hình thể nhỏ hơn trở thành bá chủ mới trên Trái đất. Bởi hình thể càng nhỏ tức là chu kỳ sinh sản của chúng càng ngắn, lượng thức ăn tiêu thụ cũng ít hơn, khi môi trường trên Trái đất xảy ra thay đổi cực lớn, những loài sinh vật này sẽ dùng tốc độ cực nhanh để chiếm lĩnh vị trí trong hệ sinh thái, trở thành bá chủ mới trên Trái đất.
Đương nhiên, con người lại là một ngoại lệ đặc biệt, vì con người có khoa học kỹ thuật, có ảnh hưởng rất lớn đối với hệ sinh thái trên Trái đất. Vì thế, sự tiến hóa sinh thái của Trái đất sau này sẽ bị con người kiểm soát rất nhiều, loại sinh vật nhỏ bé này trở thành bá chủ mới của Trái đất, nhanh chóng chiếm lĩnh vị trí trong hệ sinh thái. Sau đó, các phân nhánh ngày càng lớn, việc bị tuyệt chủng do chịu ảnh hưởng từ môi trường có thể sẽ bị con người phá bỏ.