Phát hiện dưới đáy biển chưa từng có
Trong bóng tối đặc quánh ở vùng biển sâu phía đông nam Ấn Độ Dương, một nhóm nghiên cứu do Trung Quốc dẫn đầu đã phát hiện kỳ quan khiến các nhà khoa học biển trên khắp thế giới kinh ngạc. Sử dụng tàu lặn có người lái Fendouzhe, có khả năng lặn xuống độ sâu 11.000 mét, các nhà nghiên cứu lập bản đồ một nghĩa địa dưới biển rộng lớn, chứa hài cốt của hàng trăm con cá voi, trong đó có những cá thể nằm dưới đáy biển hơn 5 triệu năm. Phát hiện được công bố trên tạp chí Nature này là nghĩa địa cá voi sâu nhất, cổ nhất và rộng lớn nhất từng được ghi nhận trên Trái Đất.
Nội dung
Chuyến thám hiểm diễn ra từ tháng 2 đến tháng 3 năm 2023, khi tàu nghiên cứu Tan Suo Yi Hao khảo sát đới đứt gãy Diamantina, một vùng xa xôi gồm các dãy núi ngầm và vực biển nằm cách bờ tây Australia khoảng 1.600 km. Trong lần lặn đầu tiên xuống vực Dordrecht, các nhà khoa học bắt gặp hóa thạch cá voi ở độ sâu 7.002 mét. Phát hiện ban đầu gây bối rối nhanh chóng mở ra cuộc khảo sát kéo dài một tháng, với thêm 32 lần lặn. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu lập danh mục 485 địa điểm có hóa thạch cá voi và xác cá voi mới chìm xuống đáy biển, trải dài trên một khoảng cách đặc biệt lớn dọc theo đáy đại dương.
Xiaotong Peng, phó giám đốc Viện Khoa học và Kỹ thuật Biển sâu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết quy mô phát hiện khiến ông vô cùng bất ngờ. Nhóm nghiên cứu ban đầu dự định khảo sát đa dạng sinh học, hệ sinh thái, ô nhiễm và các quá trình địa chất ở vùng hadal, phần sâu nhất của đại dương, nằm trong khoảng 6.000 đến 11.000 mét. Thay vào đó, họ phát hiện một kho lưu trữ hóa thạch có quy mô chưa từng thấy.
Phát hiện một nghĩa địa có quy mô như vậy hoàn toàn nằm ngoài dự đoán. Phạm vi phân bố, độ sâu và niên đại của các hóa thạch vượt xa mọi hình dung của chúng tôi.
Phát hiện này khơi dậy sự phấn khích trong giới khoa học; các nhà nghiên cứu so sánh tầm quan trọng của địa điểm này với những khám phá mang tính bước ngoặt trước đây, chẳng hạn như phát hiện các miệng phun thủy nhiệt đầu tiên vào năm 1977. Số lượng hài cốt khổng lồ hứa hẹn sẽ làm thay đổi hiểu biết về sinh thái biển sâu và quá trình tiến hóa của bộ cá voi qua các thang thời gian địa chất.
Nghĩa địa trải dài qua vực thẳm
Nghĩa địa mới được phát hiện kéo dài khoảng 1.200 km dọc theo đáy biển, không chỉ là một hiện tượng bất thường cục bộ mà còn là hành lang cổ sinh vật học rộng lớn. Nằm ở độ sâu từ 4.200 đến 7.002 mét, địa điểm này vượt xa ranh giới vùng hadal, bắt đầu từ độ sâu 6.000 mét dưới mặt biển. Trước đây, phần lớn các ghi nhận về xác cá voi chìm xuống đáy biển chỉ giới hạn ở độ sâu dưới 4.000 mét; ví dụ sâu nhất được biết đến trước phát hiện này nằm ở độ sâu 4.204 mét. Các phát hiện tại đới Diamantina mở rộng phạm vi độ sâu đã biết của những hệ sinh thái này thêm hơn 2.500 mét, xác lập một trong những môi trường sống của xác cá voi ở độ sâu lớn nhất đại dương.
Các nhà nghiên cứu xác định được 476 bộ hài cốt cá voi hóa thạch cùng năm xác cá voi mới chết đang trong giai đoạn phân hủy mạnh. Dựa trên phép ngoại suy có hệ thống từ dữ liệu khảo sát, nhóm ước tính khu vực này có thể chứa từ 7 đến 8 xác cá voi hiện đại và khoảng 750 hóa thạch trên mỗi kilômét vuông. Một số dự đoán cho rằng hơn 10 triệu xác cá voi có thể nằm rải rác khắp khu vực rộng lớn hơn, tương đương khoảng 6,7 triệu tấn carbon được lưu giữ, tiếp tục nuôi dưỡng sự sống dưới biển sâu.
Nick Pyenson, người phụ trách bộ sưu tập động vật có vú biển hóa thạch tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian, nhận xét về quy mô phi thường của địa điểm này.
Khu vực này trải dài hơn 1.200 km, thật khó tin.
Jon Copley, giáo sư thám hiểm đại dương tại Đại học Southampton, cho biết việc tìm thấy gần 800 bộ xương trên mỗi kilômét vuông thực sự là một bất ngờ. Ông giải thích rằng xác cá voi chìm thường tạo thành các môi trường sống biệt lập cho động vật biển sâu, nhưng mật độ tập trung này cho thấy địa hình và hải dương học của khu vực có điều gì đó đặc biệt. Stephen J Godfrey thuộc Bảo tàng Hàng hải Calvert mô tả nghĩa địa này là một phát hiện thực sự độc đáo, đồng thời viết rằng nghiên cứu khiến ông liên tưởng đến đoạn giới thiệu phần đầu của một loạt phim sử thi.
Sự sống sau cái chết nơi biển sâu
Khi một con cá voi chết và chìm xuống đáy đại dương, xác của nó khởi đầu một trong những hiện tượng sinh thái đáng chú ý nhất trong sinh học biển. Hiện tượng này được gọi là xác cá voi chìm, khi thân xác trở thành ốc đảo sự sống trong môi trường vốn khan hiếm thức ăn. Phát hiện tại đới Diamantina gồm năm xác cá voi đang phân hủy, hiện là nơi sinh sống đông đúc của các sinh vật phụ thuộc hoàn toàn vào những phần xác này. Các địa điểm này đang ở giai đoạn ưa lưu huỳnh, khi vi khuẩn phân hủy lipid bên trong xương và giải phóng các hợp chất lưu huỳnh nuôi dưỡng những quần xã động vật không xương sống chuyên biệt.
Nhóm nghiên cứu quan sát thấy các lớp vi sinh vật dày màu trắng phủ trên xương, cùng giun Osedax đục xương, sao biển giòn, sứa, động vật thân mềm hai mảnh vỏ, giáp xác và động vật ruột khoang. Nhiều loài trong số này có thể là những loài khoa học chưa từng biết đến. Mật độ một số sinh vật lên tới 2.800 cá thể trên mỗi mét vuông, tạo nên những hệ sinh thái sôi động trên nền đáy biển vốn tối tăm và lạnh giá. Peng Zhou, nhà địa chất biển sâu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, mô tả trải nghiệm tận mắt chứng kiến các quần xã này.
Những hệ sinh thái sôi động mà chúng tôi chứng kiến đã mang đến một góc nhìn hoàn toàn khác về đáy đại dương vốn tối tăm và lạnh giá này.
Xác cá voi chìm trải qua bốn giai đoạn được công nhận. Đầu tiên, những loài ăn xác lớn như cá mút đá và cá mập ngủ ăn các mô mềm trong vài tháng. Tiếp đó, các sinh vật nhỏ hơn cư trú trên xương và lớp trầm tích xung quanh trong giai đoạn làm giàu dinh dưỡng, có thể kéo dài nhiều năm. Giai đoạn ưa lưu huỳnh bắt đầu khi vi khuẩn phân hủy chất béo bên trong xương, tạo ra các hóa chất nuôi sống trai, giun và những sinh vật hóa tổng hợp khác trong nhiều thập kỷ. Cuối cùng, khi toàn bộ vật chất hữu cơ đã cạn kiệt, những bộ xương trơ trở thành cấu trúc rạn cho các loài ăn lọc như bọt biển và hải quỳ.
Giovanni Bianucci, nhà cổ sinh vật học tại Đại học Pisa và đồng tác giả nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng sinh học của những quần xã sinh vật sống trong môi trường khắc nghiệt này.
Phát hiện này cho thấy những môi trường khắc nghiệt và chưa được khám phá này là nơi sinh sống của các loài và hệ sinh thái khoa học chưa biết đến; vì vậy, chúng ta vẫn còn cách rất xa việc hiểu được đa dạng sinh học thực sự của hành tinh.
Hóa thạch viết lại lịch sử tiến hóa
Trong số 43 mẫu hóa thạch được tàu lặn Fendouzhe thu thập bằng cánh tay robot, các nhà nghiên cứu xác định được hài cốt của năm loài cá voi mõm khoằm và một loài cá voi tấm sừng hàm. Hóa thạch có niên đại từ khoảng 120.000 năm đến 5,26 triệu năm. Phân tích đồng vị stronti trong xương xác nhận xác cá voi đã chìm xuống đáy biển ở khu vực này ít nhất từ đầu thế Pliocen. Mốc thời gian này mở ra một khung tư liệu liên tục về lịch sử cá voi kéo dài hàng triệu năm.
Hóa thạch cổ nhất thuộc về một loài cá voi mõm khoằm đã tuyệt chủng thuộc chi Pterocetus, có niên đại khoảng 5,3 triệu năm. Một phát hiện quan trọng khác là một loài hoàn toàn mới, được các nhà nghiên cứu chính thức đặt tên là Pterocetus diamantinae để vinh danh địa điểm phát hiện. Giovanni Bianucci cho biết các mảnh sọ có đủ khác biệt về giải phẫu so với những loài đã biết để xác lập phân loại mới. Phát hiện này giúp nâng cao hiểu biết về lịch sử tiến hóa của cá voi mõm khoằm và làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của nhóm chuyên biệt này qua hàng triệu năm.
Bên cạnh các loài đã tuyệt chủng, hồ sơ hóa thạch còn có hài cốt của những loài cá voi mõm khoằm hiện còn sống, như cá voi mõm khoằm Andrews và cá voi răng quai, cho thấy một số dòng dõi đã sinh sống ở vùng biển sâu này hàng triệu năm. Trong số các mẫu hóa thạch chủ yếu thuộc về cá voi mõm khoằm, các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy một hóa thạch duy nhất của cá voi tấm sừng hàm, được xác định là thuộc loài cá voi sei.
Xác cá voi còn nguyên vẹn lớn nhất được phát hiện là một con cá voi Minke Nam Cực dài 5 mét, nằm ở độ sâu 5.610 mét. Phát hiện này đặc biệt đáng chú ý vì cá voi Minke là loài ăn lọc thường kiếm ăn ở vùng nước nông hơn, trong khi cá voi mõm khoằm là những kẻ săn mồi lặn sâu. Sự xuất hiện của cả loài lặn nông lẫn loài lặn sâu trong số hài cốt là một câu hỏi mà các nhà khoa học vẫn đang tìm lời giải. Craig Smith, chuyên gia về xác cá voi chìm tại Đại học Hawaii, người không tham gia nghiên cứu, gọi số lượng khổng lồ các xác cá voi hóa thạch được ghi nhận là thực sự đáng kinh ngạc và có ý nghĩa lớn đối với việc tìm hiểu quá trình tiến hóa cũng như phân bố của cá voi qua thời gian địa chất.
Vì sao nhiều cá voi tập trung ở đây?
Mật độ hài cốt cá voi đặc biệt cao tại đới Diamantina đặt ra câu hỏi lớn về cách hình thành nghĩa địa này. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự kết hợp giữa các yếu tố địa lý, hải dương học và sinh học đã tạo nên điều kiện lý tưởng để xác cá voi tích tụ qua hàng triệu năm. Bản thân đới đứt gãy Diamantina hình thành cách đây từ 60 đến 50 triệu năm, khi các lục địa Australia và Nam Cực tách rời, tạo nên địa hình phức tạp gồm các dãy núi ngầm và vực biển, về sau ảnh hưởng đến dòng hải lưu và đường di cư.
Địa hình hình chữ V của đới này dường như hoạt động như một chiếc phễu tự nhiên, dẫn những xác cá voi chìm qua cột nước về phía đáy vực. Đặc điểm địa chất này có thể ngăn xác cá voi trôi đi nơi khác, thay vào đó tập trung chúng ở những khu vực nhất định, nơi chúng có thể bị vùi lấp và được bảo tồn. Tuy nhiên, chỉ riêng địa hình không thể giải thích số lượng hài cốt khổng lồ.
Khu vực này có thể vừa là hành lang di cư vừa là môi trường kiếm ăn lý tưởng. Những loài cá voi ăn lọc như cá voi Minke Nam Cực có thể đi qua đây trong các đợt di cư theo mùa, trong khi cá voi mõm khoằm lặn sâu săn mực ở vùng biển xung quanh. Một số nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng cá voi mõm khoằm lặn xuống độ sâu cực lớn trong khu vực này có thể chạm đến giới hạn sinh lý, làm tăng nguy cơ kiệt sức gây tử vong hoặc mắc bệnh giảm áp. Xikun Song, nhà nghiên cứu đa dạng sinh học biển tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, giải thích rằng cá voi mõm khoằm lặn sâu hơn 3.000 mét có thể phải chịu những áp lực thể chất gây tử vong.
Jon Copley cho rằng nghĩa địa này có lẽ hình thành vì khu vực nằm trên đường di cư của các loài ăn lọc, đồng thời là bãi săn của cá voi mõm khoằm. Khi lặn vào đới đứt gãy để săn mồi, những kẻ săn mồi này có thể tiến sát giới hạn thể chất, đôi lúc không thể trở lại mặt nước. Sự kết hợp giữa lượng cá voi qua lại thường xuyên và điều kiện săn mồi nguy hiểm có thể đã tạo nên môi trường lý tưởng để xác cá voi tích tụ hàng loạt qua thời gian địa chất.
Bí quyết bảo tồn suốt 5 triệu năm
Tìm thấy xương dưới đáy biển không phải điều hiếm gặp, nhưng phát hiện hóa thạch còn nguyên vẹn sau hơn 5 triệu năm đòi hỏi những điều kiện đặc biệt. Đới Diamantina hội tụ một tổ hợp yếu tố hiếm có giúp bảo vệ hài cốt khỏi các quá trình phân hủy và phá hủy thông thường. Yếu tố quan trọng nhất liên quan đến cấu tạo khác thường của cá voi mõm khoằm. Loài vật này có phần mõm, hay rostrum, rất đặc, giàu khoáng chất và có khả năng chống phân hủy về mặt vật lý. Xiaotong Peng so sánh mật độ xương này với áo giáp, đồng thời lưu ý cấu trúc đặc khiến xương ít hấp dẫn hơn đối với sinh vật đục xương và bền hơn dưới áp suất cực lớn.
Điều kiện môi trường tại đới Diamantina cũng đóng vai trò then chốt. Tốc độ bồi lắng trong khu vực cực thấp, chỉ từ 0,05 đến 0,55 mm vật chất được lắng đọng mỗi nghìn năm trong 5 triệu năm qua. Tốc độ vùi lấp chậm này đồng nghĩa hóa thạch không nhanh chóng bị lớp trầm tích phủ kín, có thể làm vỡ hoặc che khuất chúng. Thay vào đó, chúng nằm lộ ra đủ lâu để hình thành lớp phủ oxit sắt-mangan bảo vệ, bịt kín xương khỏi môi trường xung quanh và tạo thành những cỗ quan tài tự nhiên.
Môi trường biển sâu cũng góp phần bảo tồn hóa thạch. Nhiệt độ lạnh và điều kiện hóa học ổn định giúp giảm thiểu phong hóa vật lý và hóa học. Do không có những biến động nhiệt độ và hóa học như ở vùng nước nông, xương hầu như không bị xói mòn. Nhờ vậy, hóa thạch tránh được việc bị sinh vật ăn mất hoặc hòa tan trong hơn 5 triệu năm, tạo nên hồ sơ liên tục về sự sống và cái chết của cá voi, kéo dài từ thế Pliocen.
Ý nghĩa của phát hiện đối với khoa học và bảo tồn
Ngoài giá trị như một kho báu cổ sinh vật học, nghĩa địa Diamantina còn có ý nghĩa sâu sắc đối với cách giới khoa học hiểu về đa dạng sinh học và tiến hóa ở biển sâu. Các tác giả nghiên cứu viết rằng phát hiện của họ làm thay đổi nhận thức về giới hạn và địa sinh học của các hệ sinh thái hình thành quanh xác cá voi. Khi chứng minh những quần xã này có thể phát triển ở độ sâu hơn 6.700 mét, nghiên cứu mở rộng giới hạn môi trường đã biết của sự sống hóa tổng hợp và cho thấy những kho lưu trữ bí mật tương tự có thể phổ biến tại các vùng biển sâu trên toàn cầu.
Xác cá voi chìm dường như đóng vai trò là điểm nóng tiến hóa và những bậc trung chuyển địa sinh học cho các loài động vật phụ thuộc vào sulfide, có khả năng kết nối các quần xã biển sâu xa nhau vốn sẽ bị cô lập. Một số loài động vật được quan sát tại địa điểm này cũng sinh sống ở các miệng phun thủy nhiệt và vùng rỉ lạnh, cho thấy xác cá voi có thể giúp kết nối những hệ sinh thái khác biệt này trên những khoảng cách rộng lớn. Lượng carbon được lưu giữ trong ước tính hàng triệu xác cá voi, khoảng 6,7 triệu tấn, cho thấy vai trò của hiện tượng xác cá voi chìm trong chu trình carbon ở biển sâu.
Phát hiện này cũng đặt ra những câu hỏi quan trọng về bảo tồn. Xikun Song lưu ý các vực biển ngày càng chịu nhiều mối đe dọa từ ô nhiễm và hoạt động của con người, ngay cả ở độ sâu cực lớn. Ông cho rằng cần cân nhắc thành lập các khu bảo tồn biển trong hệ sinh thái vực sâu để gìn giữ những vùng biên cuối cùng của hành tinh và di sản tiến hóa độc đáo tại đó. Giáo sư Peng cho rằng những nghĩa địa cá voi tương tự có thể tồn tại ở các môi trường sống khác có vai trò thiết yếu đối với cá voi mõm khoằm, đồng nghĩa các chuyến thám hiểm trong tương lai có thể phát hiện thêm những địa điểm quan trọng tương đương.
Với khả năng còn nhiều loài mới đang chờ được mô tả và hóa thạch có thể vẫn nằm ẩn dưới lớp trầm tích, đới Diamantina đã khẳng định vị trí là một trong những phát hiện biển quan trọng nhất trong vài thập kỷ gần đây. Các nhà nghiên cứu kỳ vọng việc tiếp tục khám phá kho lưu trữ dưới biển này sẽ đem lại hiểu biết mới về khí hậu cổ đại, sự dịch chuyển của các dòng hải lưu và quá trình tiến hóa kéo dài của động vật có vú biển qua những thang thời gian rất lớn.
Những điểm chính
- Các nhà nghiên cứu Trung Quốc phát hiện một nghĩa địa cá voi khổng lồ tại đới Diamantina ở Ấn Độ Dương, trải dài 1.200 km và nằm ở độ sâu tới 7.002 mét.
- Địa điểm này có 485 khu vực chứa hóa thạch cá voi và xác cá voi mới chìm xuống đáy biển; hài cốt có niên đại ít nhất 5,3 triệu năm, từ đầu thế Pliocen.
- Năm xác cá voi đang phân hủy là nơi sinh sống của các quần xã đa dạng ở biển sâu, gồm giun ăn xương, sao biển giòn và động vật thân mềm; nhiều loài có thể là loài mới.
- Các nhà nghiên cứu xác định một loài cá voi mõm khoằm mới đã tuyệt chủng, Pterocetus diamantinae, cùng hóa thạch của các dòng cá voi đã tuyệt chủng và hiện còn sống.
- Mật độ hài cốt có thể là kết quả của địa hình hình chữ V dẫn xác cá voi về một chỗ, trong khi khu vực vừa là hành lang di cư vừa là nơi kiếm ăn ở vùng nước sâu.
- Hóa thạch được bảo tồn đặc biệt tốt nhờ xương cá voi cực kỳ đặc, tốc độ bồi lắng rất thấp, lớp phủ oxit sắt-mangan và điều kiện biển sâu ổn định.
- Phát hiện mở rộng phạm vi độ sâu đã biết của các hệ sinh thái hình thành quanh xác cá voi thêm hơn 2.500 mét, đồng thời xác lập đáy biển sâu là kho tư liệu quan trọng để truy tìm quá trình tiến hóa của bộ cá voi.
