Hóa học máu được tìm thấy trong hóa thạch khủng long 115 triệu năm tuổi, nhưng danh tính tế bào còn gây tranh cãi

Cấu trúc nhỏ bên trong xương khủng long ở Brazil

Các cấu trúc siêu nhỏ dài khoảng 23 micromet và rộng 20 micromet, cùng dấu vết hóa học của một phân tử có trong máu, đã được tìm thấy bên trong xương chân của một con khủng long sống ở Brazil khoảng 115 triệu năm trước. Các nhà nghiên cứu cho rằng đó là hồng cầu bị khoáng hóa, dù một chuyên gia độc lập không đồng tình với nhận định này.

Nghiên cứu được công bố ngày 2 tháng 11 năm 2026 trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, khảo sát Aratasaurus museunacionali, một loài săn mồi đi bằng hai chân trong kỷ Phấn trắng sớm. Hóa thạch được tìm thấy tại một mỏ thạch cao ở Ceará, đông bắc Brazil. Phần xương còn lại gồm một phần xương đùi phải, cẳng chân và bàn chân.

Nhóm nghiên cứu do Kliti Grice, nhà địa hóa học hữu cơ và đồng vị tại Đại học Curtin ở Perth, Australia, dẫn đầu đã phát hiện heme B và một hợp chất biến đổi về mặt hóa học có liên quan, gọi là 3,8-diethyl heme B. Heme là thành phần chứa sắt giúp hemoglobin, protein vận chuyển oxy chủ yếu trong hồng cầu, thực hiện chức năng của nó.

Các nhà nghiên cứu đặc biệt chú trọng việc phát hiện những hợp chất này bên trong các cấu trúc nhỏ nằm trong các ống mạch của xương, tức những kênh từng chứa mạch máu. Các nghiên cứu trước đây từng nhận diện những hình dạng có thể là tế bào máu trong hóa thạch khủng long. Nhóm này cho rằng sự kết hợp giữa vị trí, quá trình bảo tồn khoáng vật và bằng chứng hóa học giúp lập luận của họ vững hơn.

Grice, tác giả chính của nghiên cứu, mô tả phát hiện này như những dấu vết còn tồn tại qua thời gian địa chất:

Chúng tôi không tìm thấy một lọ máu khủng long. Điều chúng tôi quan sát được là tiếng vọng khoáng vật và phân tử của sinh học cổ đại, và điều đó có ý nghĩa khoa học thú vị hơn nhiều.

Kẻ săn mồi trẻ với lịch sử đặc biệt

Aratasaurus dài khoảng 3,1 mét và được ước tính nặng chừng 35 kg. Cá thể được nghiên cứu có lẽ khoảng bốn tuổi khi chết, tức còn non hoặc mới trưởng thành và có thể vẫn đang lớn.

Hóa thạch được tìm thấy tại địa điểm Mina Pedra Branca thuộc Hệ tầng Romualdo, một phần của vùng Chapada do Araripe quanh nơi tiếp giáp giữa Ceará, Pernambuco và Piauí. Hệ tầng này nổi tiếng với các hóa thạch được bảo tồn đặc biệt tốt.

Alexander Kellner, đồng tác giả nghiên cứu và nhà cổ sinh vật học tại Bảo tàng Quốc gia Brazil, cho biết phần còn lại của con vật đã chìm xuống đáy một hồ nước cổ. Phần lớn bộ xương đã mất, nhưng những mảnh xương chân còn lại cuối cùng đã cung cấp cả thông tin giải phẫu lẫn mẫu vật cho phân tích hóa học.

Mẫu vật cũng sống sót qua một thảm họa gần đây hơn nhiều. Hóa thạch đang được xử lý tại Bảo tàng Quốc gia khi đám cháy tàn phá cơ sở này vào năm 2018. Theo Kellner, khu vực lưu giữ hóa thạch không bị lửa thiêu rụi.

Từ mỏ thạch cao đến nghiên cứu phân tử

Phát hiện này là kết quả của gần hai thập kỷ nghiên cứu với sự tham gia của các nhà khoa học Brazil và quốc tế. Những mảnh nhỏ còn lại sau quá trình xử lý hóa thạch đã trở thành vật liệu quý giá cho các thiết bị có khả năng phát hiện lượng hợp chất hữu cơ cực nhỏ.

• 2008: Hóa thạch được phát hiện trong một mỏ thạch cao ở Ceará và đưa về Bảo tàng Cổ sinh vật học Plácido Cidade Nuvens tại Santana do Cariri.
• 2016: Mẫu vật được chuyển đến Bảo tàng Quốc gia ở Rio de Janeiro để nghiên cứu thêm.
• 2018: Hóa thạch sống sót sau vụ cháy Bảo tàng Quốc gia.
• 2020: Nhóm nghiên cứu do Juliana Sayão dẫn đầu mô tả Aratasaurus museunacionali là một loài mới.
• Ngày 2 tháng 11 năm 2026: Nghiên cứu về các cấu trúc siêu nhỏ và hóa học liên quan đến máu được công bố trên PNAS.

Các nhà nghiên cứu Brazil tham gia công trình mới gồm Renan Bantim và Antônio Saraiva thuộc Đại học Khu vực Cariri, cùng Sayão và Kellner thuộc Bảo tàng Quốc gia, Đại học Liên bang Rio de Janeiro. Các nhà nghiên cứu từ những cơ sở ở Đức, Nhật Bản và Mỹ cũng tham gia.

Cách các nhà nghiên cứu kết nối hình dạng với hóa học

Nhóm nghiên cứu kết hợp kính hiển vi, phân tích khoáng vật và hóa học phân tử. Mỗi phương pháp giải đáp một phần khác nhau của câu đố: các cấu trúc có hình dạng ra sao, điều gì giúp chúng được bảo tồn và những hợp chất hữu cơ nào còn tồn tại.

Sắc ký lỏng hiệu năng cao tách các hợp chất được chiết xuất từ hóa thạch. Sau đó, khối phổ giúp nhận diện chúng dựa trên khối lượng phân tử và đặc điểm hóa học. Các nhà nghiên cứu đối chiếu những phép đo, trong đó có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại và khả kiến, với các mẫu chuẩn hiện đại chính phẩm.

Quang phổ Raman và kính hiển vi điện tử cung cấp thêm một lớp bằng chứng. Phân tích Raman sử dụng cách ánh sáng tương tác với vật liệu để làm rõ thành phần hóa học, còn kính hiển vi điện tử cho thấy chi tiết quá nhỏ để kính hiển vi quang học thông thường quan sát được. Kết hợp lại, các phương pháp này giúp xác định những tín hiệu liên quan đến heme bên trong các cấu trúc siêu nhỏ.

Grice cho biết giá trị của nghiên cứu nằm ở việc kết nối nhiều quan sát trong cùng một môi trường vật lý. Phát hiện một phân tử liên quan đến máu trong mẫu chiết xuất là một manh mối; xác định hợp chất đó nằm trong một cấu trúc cụ thể bên trong mạch máu trước đây giúp các nhà nghiên cứu có lời giải thích chi tiết hơn để kiểm chứng.

Nhóm nghiên cứu cũng khảo sát khả năng nhiễm bẩn và kết luận rằng vi sinh vật hoặc thực vật xung quanh khó có thể là nguồn tạo ra heme được phát hiện. Đánh giá này quan trọng vì xương hóa thạch tiếp xúc với trầm tích, nước và sinh vật trong hàng triệu năm, những yếu tố có thể đưa vật chất hữu cơ riêng của chúng vào mẫu.

Khoáng vật mangan có thể lý giải quá trình bảo tồn

Hausmannite, một khoáng vật oxit mangan có trong tự nhiên, được tìm thấy cùng các cấu trúc được nhận định là hồng cầu. Các nhà nghiên cứu giả thuyết rằng khoáng vật hình thành sớm trong quá trình hóa thạch đã giúp ổn định hoặc sao chép tế bào trước khi sự phân hủy phá hủy hình dạng của chúng.

Việc chôn vùi nhanh cũng có thể đã góp phần. Lời giải thích của nhóm nghiên cứu đề cập đến môi trường ít oxy và các thảm vi sinh vật, tức những lớp mỏng gồm các vi sinh vật sống cùng nhau trên một bề mặt. Những điều kiện này có thể làm chậm quá trình phân hủy, đồng thời tạo thuận lợi cho sự bảo tồn khoáng vật.

Trình tự được đề xuất kết nối môi trường chôn vùi với bằng chứng siêu nhỏ: trầm tích phủ lên phần còn lại, điều kiện hóa học đặc biệt tại chỗ thúc đẩy hình thành khoáng vật, và một số hợp chất hữu cơ tồn tại cùng các cấu trúc hình thành sau đó. Thời điểm và các bước hóa học vẫn là lời giải thích được đề xuất cho tình trạng bảo tồn đặc biệt của hóa thạch.

Heme nhỏ hơn nhiều so với một protein hemoglobin hoàn chỉnh. Vì vậy, việc tìm thấy heme và các sản phẩm biến đổi của nó giúp các nhà nghiên cứu tiếp cận một thành phần hóa học còn sót lại từ sinh học của con vật. Vật liệu thu được gồm các cấu trúc đã khoáng hóa và dấu vết phân tử, chứ không phải máu lỏng được bảo tồn.

Vì sao một chuyên gia độc lập nghi ngờ đó là tế bào

Mary Schweitzer, nhà cổ sinh vật học phân tử tại Đại học Bang North Carolina, người không tham gia nghiên cứu, phản bác cách diễn giải về các cấu trúc siêu nhỏ. Những ý kiến của bà tập trung vào hình dạng, kích thước và việc không nhìn thấy đặc điểm vốn có ở hồng cầu của các loài như chim và bò sát.

Hồng cầu trưởng thành của người mất nhân, bộ phận chứa vật liệu di truyền. Chim và bò sát vẫn giữ nhân trong hồng cầu, thường tạo ra một chỗ lồi rõ rệt. Schweitzer cho biết các cấu trúc hóa thạch có vẻ lõm hơn và không có chỗ lồi đó.

Schweitzer cũng cho rằng các cấu trúc này nhỏ hơn phần lớn hồng cầu ở các loài không thuộc nhóm động vật có vú. Mô tả ý kiến phản đối về hình dạng của chúng, bà nói:

Không đáp ứng tiêu chí tương đồng về hình thái.

Các tác giả nghiên cứu dựa vào tổng hợp bằng chứng để đưa ra nhận định: nhiều cấu trúc nằm trong các ống mạch, có hiện tượng khoáng hóa và có các tín hiệu hóa học liên quan đến heme gắn với những cấu trúc đó. Schweitzer thừa nhận các phân tử có nguồn gốc từ sinh vật có thể tồn tại qua thời gian địa chất và hoan nghênh việc sử dụng kỹ thuật phân tử mới, nhưng vẫn không tin rằng những cấu trúc cụ thể này là hồng cầu.

Vì vậy, bất đồng chủ yếu xoay quanh danh tính của các cấu trúc. Các tác giả cho rằng đây là phần còn lại của tế bào được bảo tồn, có bằng chứng hóa học hỗ trợ; Schweitzer cho rằng giải phẫu quan sát được không phù hợp với tế bào dự kiến ở loài khủng long này.

So sánh với máu chim cho biết điều gì

Các cấu trúc hóa thạch có chiều dài trung bình 22,97 micromet và chiều rộng 19,54 micromet. Một micromet bằng một phần nghìn milimet, nên các vật thể này quá nhỏ để nhìn bằng mắt thường.

Nghiên cứu so sánh chiều rộng hồng cầu chim hiện đại vào khoảng 7,5 đến 13 micromet. Theo các số liệu đó, các cấu trúc hóa thạch rộng gấp khoảng 1,5 đến 2,6 lần. Chúng được mô tả là gần hình cầu, trong khi hồng cầu chim hiện đại có dạng thuôn dài rõ hơn.

So sánh với chim và so sánh của Schweitzer với nhiều nhóm động vật khác dẫn đến những đánh giá khác nhau về kích thước. Ý kiến phản đối của bà còn đề cập đến hình dạng lõm và việc thiếu chỗ lồi của nhân, những đặc điểm mà chỉ đo kích thước thì không thể giải quyết.

Kích thước tế bào được các nhà nghiên cứu quan tâm vì vận chuyển oxy gắn liền với nhu cầu năng lượng của động vật. Nhóm nghiên cứu hy vọng các khảo sát phân tử về sau có thể giúp tìm hiểu quá trình tiến hóa của máu, sự trao đổi chất và mức độ hoạt động ở động vật đã tuyệt chủng. Nghiên cứu không đưa ra ước tính trực tiếp về thân nhiệt hay mức độ hoạt động của Aratasaurus.

Dấu vết collagen bổ sung thêm manh mối về sinh học cổ đại

Hóa thạch cũng cho thấy các axit amin liên quan đến collagen, loại protein cấu trúc có nhiều trong xương và các mô liên kết khác. Axit amin là những đơn vị hóa học nhỏ tạo nên protein.

Những phát hiện này mở rộng khảo sát vượt ra ngoài hóa học của máu. Xương lưu giữ bằng chứng liên quan đến mô nâng đỡ cũng như các hợp chất gắn với việc vận chuyển oxy, giúp các nhà nghiên cứu có nhiều hơn một loại vật liệu sinh học cổ đại để khảo sát.

Không có protein collagen cổ đại nguyên vẹn hay DNA khủng long nào được thu hồi. Grice giải thích rằng các phân tử lớn chứa thông tin sinh học phức tạp có đặc tính bảo tồn khác với các phân tử nhỏ và tàn tích đã biến đổi về mặt hóa học.

Mẫu DNA cổ nhất được báo cáo và nhắc đến liên quan đến phát hiện này có nguồn gốc từ trầm tích ở Greenland, hình thành khoảng hai triệu năm trước. Hóa thạch Aratasaurus có niên đại khoảng 115 triệu năm. Nghiên cứu này tập trung vào sự tồn tại của một số dấu vết hóa học được chọn lọc qua khoảng thời gian dài hơn nhiều đó.

Grice cho biết nghiên cứu khuyến khích các nhà khoa học tiếp tục tìm hiểu thông tin sinh học có thể tồn tại trong bao lâu:

Công trình này khuyến khích chúng ta tiếp tục kiểm tra giới hạn của sự bảo tồn phân tử, thay vì cho rằng mọi thông tin sinh học đều phải biến mất sau một khoảng thời gian nhất định.

Những mảnh nhỏ trong bảo tàng có thể hé lộ thêm điều mới

Phân tích Aratasaurus dựa vào những mảnh nhỏ còn lại sau quá trình xử lý hóa thạch. Điều này khiến phát hiện có ý nghĩa thực tiễn với các bảo tàng, nơi những mảnh vụn được giữ lại từ các công việc trước đây có thể chứa hóa học mà những phương pháp cũ chưa phát hiện được.

Một số xét nghiệm phân tử đòi hỏi phải nghiền hoặc tiêu hao mẫu theo cách khác, vì vậy việc chọn mẫu rất quan trọng. Các mảnh còn thừa có thể cung cấp vật liệu cho những phân tích đó, đồng thời giữ nguyên hóa thạch chính để nghiên cứu giải phẫu và trưng bày.

Các nghiên cứu tiếp theo có thể kiểm tra xem sự kết hợp tương tự giữa cấu trúc mạch máu, khoáng vật và hóa học heme có xuất hiện ở các mẫu vật khác hay không. So sánh giữa nhiều hóa thạch cũng giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu quá trình bảo tồn và giải quyết bất đồng về việc nhận diện tế bào.

Martin Van Kranendonk, giám đốc Trường Khoa học Trái đất và Hành tinh thuộc Đại học Curtin, cũng đề cập đến những ứng dụng tiềm năng trong sinh vật học vũ trụ, lĩnh vực nghiên cứu sự sống trong vũ trụ. Hiểu được những dấu vết sinh học nào tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt trên Trái đất có thể hỗ trợ việc tìm kiếm dấu vết sự sống cổ đại ở nơi khác.

Với ngành cổ sinh vật học, cơ hội trước mắt gần gũi hơn: khảo sát các bộ sưu tập quen thuộc bằng những thiết bị có thể kết nối giải phẫu siêu nhỏ của hóa thạch với thành phần hóa học. Mẫu vật Brazil cho thấy vì sao một vài mảnh từ chiếc chân không còn nguyên vẹn vẫn đáng được xem xét lại.

Điểm chính

• Nghiên cứu công bố ngày 2 tháng 11 năm 2026 đã xác định các hợp chất liên quan đến heme trong hóa thạch khủng long khoảng 115 triệu năm tuổi.
• Hóa thạch thuộc về một cá thể Aratasaurus museunacionali còn trẻ ở Ceará, Brazil, dài khoảng 3,1 mét.
• Các nhà nghiên cứu cho rằng những cấu trúc siêu nhỏ bên trong các ống mạch của xương là hồng cầu đã khoáng hóa.
• Nhà cổ sinh vật học độc lập Mary Schweitzer phản bác nhận định này, viện dẫn hình dạng, kích thước và việc thiếu chỗ lồi của nhân.
• Quá trình khoáng hóa bằng hausmannite và việc chôn vùi nhanh trong môi trường ít oxy có thể đã giúp bảo tồn các cấu trúc và dấu vết hóa học.
• Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện các axit amin liên quan đến collagen. Không có protein cổ đại nguyên vẹn hay DNA khủng long nào được thu hồi.
• Phát hiện mở ra cơ hội khảo sát dấu vết phân tử trong các mảnh hóa thạch đã được lưu giữ tại bảo tàng.