Mối quan hệ bền vững giữa thực vật và côn trùng

Báo cáo của họ với tiêu đề “Sự tính toán thời gian phóng xạ của bọ cánh cứng ăn lá: Bọ lông cứng trên cây gừng từ cuối kỉ Phấn trắng cho tới gần đây” được xuất bản trong Tạp chí khoa học số 14 tháng 6. Họ đã phát hiện được dấu tích gây hại của nhữnh con bọ cánh cứng đặc thù, những con bọ lông cứng ăn lá búp, trong 11 mẫu hoá thạch của cây gừng ở cuối kỉ Phấn trắng (cách đây 66 triệu năm) và đầu kỉ Eocene (cách đây 52-53 triệu năm) ở bác Dakota và Wyoming.

Giống như vết tích để lại bởi máy cắt cỏ, những con bọ lông cứng ăn lá búp ngày nay tạo ra những dấu tích gây hại khi chúng ăn bề mặt lá. Chúng sống nhờ vào cây gừng, cây chuối mỏ phượng và những thực vật gần gũi thuộc Bộ Gừng (Zingiberaless). Chỉ rộng từ 2.5 đến 3mm, những vết ăn rất dễ nhận thấy được lưu giữ trong những thực vật hoá thạch đã cung cấp bằng chứng về sự tồn tại của giống họ cánh cứng đặc biệt này, đưa ta lùi về quá khứ 66 triệu năm. Những con bọ lông cứng - nhóm lớn hơn của bọ cánh cứng - gồm cả những con bọ cánh cứng ăn lá búp lẫn 11 giống khác đã được lưu giữ dưới dạng “hoá thạch cơ thể” trong những trầm tích có tuổi địa chất trẻ hơn tới hơn 20 triệu năm so với những thực vật hoá thạch đã lưu giữ những dấu vết gây ra do hoạt động ăn của chúng. Cho dù giống ăn lá búp là một trong số ít những nhóm phụ không có “hoá thạch cơ thể” nào thì chúng vẫn được biết tới nhờ những dấu vết hoá thạch về những hoạt động ăn của chúng. Vì thế, bằng cách phân tích những dấu vết này, các nhà nghiên cứu đã xác định được rằng họ cánh cứng có lông cứng nói chung và họ cánh cứng ăn lá búp nói riêng đã tồn tại sớm hơn 20 triệu năm so với chúng được nghĩ trước đây. Những phát hiện nói trên chứng tỏ rằng những con bọ cánh cứng này đã cùng tồn tại với những con khủng long và sống lâu hơn chúng rất nhiều, trong khi trức ăn của những con cánh cứng đó không hề thay đổi, vẫn là Bộ Gừng!

Những nhà khoa học tham gia nghiên cứu

Phát hiện này được giới khoa học công nhận một phần là nhờ sự cộng tác đa ngành hiếm thấy giữa các nhà cổ sinh vật học, các nhà thực vật, các nhà côn trùng học và các nhà sinh thái học nhiệt đới cũng như nhờ những thu thập về các công trình nghiên cứu rộng lớn của các Viện bảo tàng lịch sử tự nhiên.Các nhà khoa học thuộc Viện bảo tàng lịch sử tự nhiên quốc gia (NMNH) gồm TS. W. John Krees (Bộ môn thực vật học), TS. Charles L. Staines (Bộ môn côn trùng học) và Ashley L. Allen (Bộ môn cổ sinh vật học) là đồng tác giả bài viết với TS. Donal M. Windsor (Viện nghiên cứu nhiệt đới Smíthonian)

Những chặng đường nghiên cứu

Vào năm 1998, Peter Wilf và Conrad Labandeira - cả hai lúc đó đều làm việc tại NMNH - đang kiểm tra những mẫu hoá thạch thực vật ở kỷ Eocene mà họ đã thu thập được tại vùng Lòng chảo Great Divide ỏ Tây Nam Wyoming khi bắt gặp một cây gừng hoá thạch bị hư hại một cách khác thường “Nó trông như những viên thuốc nhỏ được xếp thành những hàng song song với các gân lá” - Labandeira thuật lại. Vì gừng là thực vật nhiệt đới nên ông và Wilf đã trao đổi với chuyên viên về bọ cánh cứng là Donald Windsor đến từ STRI và chuyên gia về Bộ Gừng là W. John Kess của bộ môn Thực vật học thuộc NMNH cùng nhiều đồng nghiệp khác. Không ai trong số họ đã từng nhìn thấy một mẫu như vậy. “Điều bí ẩn này đã khiến chúng tôi phải xem xét các kiểu phá hoại khác của côn trùng” - Labandeira nói - “cũng như chú tâm vào việc nhận biết và nghiên cứu loài côn trùng ăn gừng”.

Một nghiên cứu tài liệu đã phát hiện những bài báo được Donald R. Strong, Jr., hiện làm việc tại phòng thí nghiệm sinh vật biển Bodega, Trường Đại học California, Davis, cùng các đồng nghiệp viết vào những năm 1970 và 1980 mô tả mối liên kết hiện nay và những vết nghiền đặc biệt của ấu trùng cánh cứng trên những búp lá non của Bộ Gừng ở Trung Mỹ. Những bài viết của Strong đã gợi ý cho Wilf kiểm tra những vết nghiền trên các mẫu gừng hoá thạch kỷ Eocene. Những dấu vết rõ rệt không chỉ xuất hiện trên một vài mẫu hoá thạch mà tỏ ra đặc trưng cho tất cả các mẫu được minh hoạ bởi Strong và chỉ được quy cho những con bọ có lông cứng ăn lá búp.

Charles Staines, chuyên viên về bọ có lông cứng của bộ môn côn trùng học thuộc NMNH đã xác nhận sự chẩn đoán này, và một cuộc khảo sát phòng bảo tàng thực vật quốc gia Hoa Kỳ do Ashley Allen - một nhân viên tình nguyện của bộ môn Cổ sinh vật học - thực hiện đã khám phá ra vô số những mẫu phá hoại của bọ có lông cứng trên Bộ Gừng hiện nay giống với những mẫu hoá thạch. Tuy nhiên, những vết phá hoại dạng viên ban đầu đã đưa đến toàn bộ cuộc điều tra thì vẫn còn là một điều bí ẩn. Trong khi đó, Labandeira và Wilf đang theo đuổi một dự án khác cùng với Kirk Johnson của Viện bảo tàng lịch sử tự nhiên Denver nhằm nghiên cứu sự mất đi của những loài côn trùng trong thời gian giữa kỷ phấn trắng và kỷ đệ tứ cách đây 65 triệu năm. Đó là thời kỳ xáo trộn do trận đại hồng thuỷ gây ra bởi sự va chạm với một hành tinh hay một sao chổi khổng lồ, đã dẫn tới sự tuyệt chủng của khủng long, cúc đá cùng nhiều loài thực vật và các nhóm động vật khác trong đó, theo công trình của Johnson bao gồm khoảng 80% số loài thực vật ở Bắc Mỹ. Khi kiểm tra những cây gừng vào cuối kỷ Phấn trắng tại Bắc Dakota do Johnson thu thập, Labandeira đã tìm thấy cùng một mẫu nghiền với mẫu mà Wilf đã chuẩn đoán trên những cây gừng của kỷ Eocene. ”Bây giờ chúng tôi lại thấy nó ở kỷ Phấn trắng” – ông gọi điện cho Wilf với một giọng hết sức phấn khích.

Những suy luận đưa tới nhận định

Sự đa dạng ngày nay

Theo Labandeira, còn gây sửng sốt hơn cả chính phát minh là việc những mối liên kết này cho thấy một nhóm bọ cánh cứng có nguồn gốc tương đối không nguyên thuỷ. “Điều này có nghĩa là một số mối quan hệ hiện đang tồn tại giữa những thực vật có hoa và những con bọ cánh cứng ăn chúng được hình thành cùng lúc hoặc không lâu sau sự đa dạng hoá mạnh mẽ của thực vật có hoa ở kỷ Phấn trắng” – ông nói. Wilf cũng nhận xét rằng sự tiến hoá thích nghi này của bọ cánh cứng tiếp nối sự đa dạng hoá của thực vật có hoa có thể là một nhân tố quan trọng trong việc tạo nên sự đa dạng diệu kỳ của bọ cánh cứng: hiện nay có 38.000 loài bọ cánh cứng ăn lá đang sống được mô tả thuộc nhóm lớn hơn bao gồm cả bọ có lông cứng.

Đặt tên

Một phần của quá trình

Công việc đầu tiên mà một nhà Cổ sinh vật học phải làm khi phát hiện ra một hoá thạch duy nhất có khả năng nhận biết được ngay cả khi bản thân cơ thể sinh vật không được bảo quản tốt là phải đặt cho nó một cái tên để nó có thể được đề cập đến một cách chính xác và thích hợp trong những cuộc thảo luận, những ấn phẩm cũng như trong phạm vi phân loại. Các sinh vật hoá thạch, bất kể là động vật hay thực vật đều được coi là “những hoá thạch cơ thể” và là bằng chứng xác thực về sự tồn tại của sinh vật đó trong quá khứ. Những sản phẩm do hoạt động tập tính hay những “tác phẩm” của một động vật cho dù đó là một dấu chân, một cái hang hay một cái tổ thì đều là một bằng chứng vững chắc về sự tồn tại của nó. Thông thường, những bằng chứng thuộc về tập tính cũng có thể liên kết trong một nhóm các loài hay hiếm hơn với chỉ một loài và do đó có thể mang một cái tên thể hiện nhiều chủ ý. Những ví dụ có thể kể đến như những hang hình xoắn ốc của một loài hải ly đã tuyệt chủng ở Nebraska (Daimonelix) hay những ụ mối có hình dạng đặc biệt (Termitichnus) hay thậm chí cả những lỗ tổ ong non được những con ong tạo ra trong đất (Celliforma). Hai loài sau là những chỉ thị môi trường tốt cũng như là bằng chứng về đời sống của côn trùng trong quá khứ. Các nhà khoa học đã áp dụng lập luận này trong một thời gian dài và đã phát triển những quy luật dùng để đặt tên cho những hoá thạch dấu vết như vậy (ichnos là tiếng Hy Lạp, nghĩa là dấu vết). Wilf Labandeira và những đồng nghiệp của họ đã tạo ra một tên phân loại cho khám phá của mình, đó là Cephaloleichnites strongi. Tại sao lại là Cephaloleichnites strongi? Tên loài mới này là sự tôn kính đối với Donald R. Strong, Jr. - nhà sinh thái tiến hoá đầu tiên phân loại những mối quan hệ côn trùng - thực vật giữa những con bọ cánh cứng và những cây gừng trong khoảng thời gian từ cuối những năm 1970 tới đầu những năm 1980. Tên chi Cephaloleichnites là một cách nhắc nhở rằng dấu vết cổ xưa này thay vì là một “hoá thạch cơ thể” mà thay vào đó là một hoá thạch dấu vết.

Labandeira và Wilf nhận xét rằng tính cổ xưa mới được khám phá của sự liên kết giữa Bộ gừng với bọ cánh cứng có lông cứng và sự kéo dài của nó tới hiện tại khiến cho mối tương tác động vật - thực vật này giống với những sinh vật thường được coi là “những hoá thạch sống” (cá vây tay, sam và những cây bạch quả thường được coi như những hoá thạch sống). Sự liên kết này cũng là một ví dụ về tính bảo thủ qua thời gian tiến hoá, bảo thủ cả về hệ thống phát sinh loài trong những mối liên kết côn trùng - thực vật lẫn về cổ sinh thái trong một nhóm thức ăn chuyên biệt. Các nhà nghiên cứu còn tin tưởng hơn nữa rằng phát hiện này sẽ chứng tỏ tầm quan trong của những di tích hoá thạch về mối tương tác thực vật - côn trùng trong việc tìm ra những tri thức về mặt tính toán thời gian cũng như sinh thái học của sự đa dạng hoá của côn trùng, đặc biệt đối với những hiểu biết về sự hiếm hoi của những côn trùng hoá thạch ở những khoảng thời gian nhất định. “Sự phá hoại có thể cung cấp những dữ liệu quý giá mà nếu không có nó thì chỉ di tích hoá thạch cơ thể của côn trùng thôi thì chưa đủ” - Labandeleira nói.

Tầm quan trọng lớn hơn của nghiên cứu

Nhằm đạt được sự bảo quản tốt cho những bộ sưu tập của bảo tàng, một mạng lưới các nhà khoa học tự nhiên đã lãnh đạo việc mở rộng những tìm kiếm. Wilf, Labandeira cùng các cộng sự của họ đã có thể sử dụng những bộ tập và thông tin từ một số nguồn, qua đó nhấn mạnh giá trị của việc duy trì các bộ sưu tập bảo tàng và cung cấp sự trao đổi thông tin khoa học một cách sẵn sàng và miễn phí giữa các nhà nghiên cứu.

Wilf còn nhận xét thêm rằng nghiên cứu đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc so sánh giũa những loài cổ xưa và hiện nay cũng có mối liên kết giữa chúng. “Nghiên cứu này và nghiên trước đây đã đặt ra những vấn đề về mô hình và cách thức tính toán thời gian tiến hoá của những mối liên kết côn trùng - thực vật, điều này rất quan trọng trong việc tìm hiểu tại sao thế giới lại như ngày nay” - ông nói - “Nếu những cánh rừng bị tàn phá, chúng ta sẽ chẳng bao giờ có thể tìm thấy được những câu trả lời”.