Hộp sọ Trung Quốc một triệu năm tuổi định hình lại cây phả hệ loài người

Hộp sọ từ Trung Quốc đẩy lùi mốc thời gian về nguồn gốc loài người

Một hộp sọ bị đè bẹp, được phát hiện trên thềm sông ở tỉnh Hồ Bắc, miền trung Trung Quốc, đã trở thành mốc tham chiếu mới trong câu chuyện về loài người. Bằng kỹ thuật quét tiên tiến và tái dựng kỹ thuật số, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã phục dựng ảo hộp sọ Yunxian thứ hai, còn gọi là Yunxian 2, rồi so sánh nó với hơn một trăm hóa thạch người. Kết quả cho thấy đây là thành viên cổ xưa của một nhánh bao gồm Homo longi, đôi khi được gọi là Người Rồng, và người Denisova bí ẩn. Phân tích cho thấy các nhánh chính dẫn đến Homo sapiens, Homo longi và người Neanderthal đã tách ra sớm hơn nhiều so với suy nghĩ của nhiều nhà khoa học, có thể từ hơn 1,3 triệu năm trước.

Phát hiện này định hình lại một chương quan trọng trong tiến hóa loài người, thường được mô tả là giai đoạn rối rắm ở giữa, khoảng thời gian khó phân định từ một triệu đến ba trăm nghìn năm trước. Hộp sọ Yunxian 2 sau khi phục dựng cho thấy sự kết hợp nổi bật của nhiều đặc điểm. Một số giống Homo erectus, loài người cổ đại từng phân bố rộng. Một số khác gần với người châu Á có não lớn sống về sau hơn. Nhóm nghiên cứu xếp Yunxian 2 gần gốc của một nhánh châu Á gồm Homo longi và có khả năng cả người Denisova. Nếu cách phân loại này đúng, quần thể dẫn đến loài người chúng ta, người Neanderthal và người Denisova đã tách thành các nhóm riêng biệt vào khoảng một triệu năm trước.

Những gì các nhà nghiên cứu phát hiện bên trong hộp sọ Yunxian

Yunxian 2 được phát hiện năm 1990 tại Xuetangliangzi, gần sông Hán Giang. Hộp sọ bị ép dẹt và biến dạng trong quá trình chôn vùi, khiến việc nhận diện ban đầu gặp khó khăn. Sau khi phục dựng ảo cẩn thận, các nhà nghiên cứu có thể đánh giá hình dạng và kích thước ban đầu của nó. Hộp sọ dài và thấp, có gờ chân mày chắc khỏe, hộp sọ rộng và dẹt, khuôn mặt lớn nhưng tương đối phẳng với gò má thấp. Dung tích hộp sọ vượt 1.100 ml, lớn nhất từng được biết đến ở người thuộc thời kỳ này và nằm trong khoảng thấp của người hiện đại. Sự kết hợp giữa trán thoải, gờ chân mày khỏe, gò má phẳng hơn và bộ não lớn hơn khiến hóa thạch này khác biệt với Homo erectus điển hình.

Hóa thạch này bao nhiêu tuổi

Niên đại được xác định dựa trên lớp trầm tích và hóa thạch động vật tìm thấy cùng Yunxian 2, với sự hỗ trợ của các kỹ thuật như địa tầng từ tính và phương pháp định tuổi phóng xạ. Nhóm nghiên cứu cho rằng hộp sọ có niên đại từ 940.000 đến 1,1 triệu năm. Đây là một trong những hộp sọ lớn có hộp sọ não kích thước hiện đại cổ nhất được tìm thấy ở châu Á.

Tổ hợp đặc điểm cũ và mới

Yunxian 2 có tổ hợp đặc điểm nối liền người cổ với các nhóm người sống về sau. Vòm sọ dày và dài, thấp, tương tự Homo erectus. Khuôn mặt rộng nhưng tương đối phẳng, gò má thấp và nông, lỗ mũi rộng. Phần sau hộp sọ nở rộng. Vòm miệng rộng, còn vùng tai có những chi tiết đặc trưng cũng thấy ở các hóa thạch khác thuộc nhóm longi được đề xuất. Những đặc điểm chung này, cùng với bộ não lớn hơn, tương đồng với các hóa thạch châu Á về sau như hộp sọ Harbin và Jinniushan, đồng thời giúp xác định một nhánh châu Á riêng biệt.

Cây phả hệ phân nhánh sớm hơn dự đoán

Để xác định các mối quan hệ, các nhà nghiên cứu sử dụng số đo và đặc điểm giải phẫu từ hơn một trăm hộp sọ và hàm. Họ dựng cây phát sinh chủng loại, một sơ đồ phân nhánh ước tính quan hệ giữa các nhóm người khác nhau. Trong phân tích này, người Neanderthal tách nhánh đầu tiên vào khoảng 1,38 triệu năm trước. Các dòng dẫn đến Homo sapiens và nhánh longi sau đó tách nhau vào khoảng 1,32 triệu năm trước. Nói cách khác, người Denisova và họ hàng thuộc nhóm longi dường như gần với người hiện đại hơn so với người Neanderthal. Nghiên cứu xếp Yunxian 2 rất gần điểm phân nhánh này, giúp lý giải vì sao hộp sọ có cả đặc điểm nguyên thủy lẫn đặc điểm tiến hóa hơn.

Người Denisova là ai

Người Denisova chủ yếu được biết đến qua ADN cổ tách chiết từ một số mảnh xương và răng, lần đầu được nhận diện năm 2010 tại hang Denisova ở Siberia. Dấu vết di truyền từ tổ tiên của họ hiện diện trong nhiều cộng đồng dân cư khắp châu Á, với tỷ lệ cao ở một số nhóm tại Melanesia và Philippines. Phân tích mới cho rằng người Denisova thuộc nhánh Homo longi, một dòng được ghi nhận qua các hóa thạch châu Á như hộp sọ Harbin. Nếu đúng, người Denisova đã phân bố rộng khắp châu Á suốt hàng trăm nghìn năm, tiếp xúc với những nhóm người khác và truyền ADN cho các quần thể hiện đại.

Vì sao phát hiện này quan trọng với câu chuyện về chúng ta

Tiến hóa loài người trong khoảng từ một triệu đến ba trăm nghìn năm trước có rất nhiều hóa thạch khó phân loại. Một số được tìm thấy ở châu Phi, một số ở châu Âu và nhiều mẫu ở châu Á. Từ lâu, các nhà khoa học bất đồng về cách xâu chuỗi những phát hiện này. Nghiên cứu mới xếp người châu Á thời kỳ Pleistocen giữa vào một dòng longi, tách biệt với Homo sapiens và người Neanderthal. Cách sắp xếp lại này có thể giải quyết nhiều điểm bất nhất khiến giới chuyên môn bối rối, đồng thời lý giải vì sao một số hóa thạch châu Á không giống Homo erectus điển hình cũng không phải người hiện đại sơ kỳ.

Nghiên cứu cũng đẩy mốc phân tách của những nhóm người có bộ não lớn lùi xa hơn một triệu năm. Nếu ba nhánh chính đã tách biệt từ sớm như vậy, các thành viên sơ kỳ của những nhánh này có thể đã cùng tồn tại trong thời gian dài. Điều đó kéo dài khoảng thời gian các nhóm người khác nhau có thể gặp gỡ, giao lưu và đôi khi lai giống. Phát hiện cũng hướng sự chú ý của nghiên cứu vào các địa điểm cổ hơn ở châu Á và châu Phi, nơi có thể kiểm chứng mốc phân tách sớm này.

Chris Stringer, trưởng nhóm nghiên cứu về tiến hóa loài người tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên ở London, đồng tác giả nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của phát hiện.

Điều này làm thay đổi nhiều suy nghĩ vì cho thấy đến một triệu năm trước, tổ tiên chúng ta đã tách thành các nhóm riêng biệt, gợi ý rằng quá trình phân nhánh tiến hóa của loài người diễn ra sớm hơn và phức tạp hơn nhiều so với nhận định trước đây.

Một số cách diễn giải còn đi xa hơn, cho rằng một tổ tiên chung ở khu vực gần Tây Á có thể đã sinh ra các nhánh sau này trở thành Homo sapiens, người Neanderthal và người Denisova. Nhận định này vẫn còn gây tranh luận. Những hóa thạch cổ nhất được công nhận rộng rãi là Homo sapiens sơ kỳ vẫn được tìm thấy ở châu Phi, có niên đại khoảng ba trăm nghìn năm. Công trình phục dựng mới không thay đổi hồ sơ đó, nhưng cho rằng quần thể tổ tiên sâu xa hơn, về sau dẫn đến loài người chúng ta, đã tách khỏi các nhóm người khác sớm hơn nhiều so với đề xuất của nhiều nghiên cứu.

Phục dựng ảo hộp sọ bị đè bẹp như thế nào

Hộp sọ Yunxian 2 bị biến dạng do sức nặng của trầm tích và sự dịch chuyển của mặt đất trong nhiều nghìn năm. Kiểu biến dạng này làm xương cong và xoắn, có thể che khuất hoặc làm nổi bật quá mức những đặc điểm quan trọng. Nhóm nghiên cứu dùng chụp cắt lớp vi tính để nhìn xuyên qua lớp đá bao quanh, quét ánh sáng cấu trúc để ghi lại chi tiết bề mặt và phục hồi biến dạng bằng kỹ thuật số để đảo ngược tình trạng bị ép bẹp. Nói một cách thực tế, đây là phẫu thuật kỹ thuật số. Các nhà nghiên cứu tách phần xương khỏi đá, phản chiếu những phần còn nguyên để thay thế các đoạn bị thiếu và dùng những ràng buộc giải phẫu để đưa các mảnh xương về đúng vị trí.

Giáo sư Xijun Ni của Đại học Phúc Đán và Viện Cổ sinh vật học Động vật có xương sống và Cổ nhân loại học ở Bắc Kinh đồng chủ trì nghiên cứu. Ông kể về sự ngạc nhiên của nhóm khi kết quả phục dựng hộp sọ và cây phả hệ lần đầu khớp với nhau.

Ngay từ đầu, khi có kết quả, chúng tôi đã nghĩ rằng điều đó thật khó tin. Chúng tôi kiểm tra đi kiểm tra lại bằng mọi mô hình và phương pháp, và giờ đây chúng tôi tin tưởng vào kết quả. Chúng tôi thực sự rất phấn khởi.

Nghiên cứu cũng được củng cố nhờ một loạt hóa thạch châu Á có đặc điểm hộp sọ chung với Yunxian 2 và hộp sọ Harbin. Trong số này có Dali và Jinniushan ở Trung Quốc cùng các mẫu vật khác vốn lâu nay khó phân loại. Một hộp sọ thứ ba từ Yunxian, được phát hiện năm 2022, đang được chuẩn bị để nghiên cứu. Sau khi được phân tích, mẫu vật này sẽ giúp kiểm chứng thêm kết quả phục dựng và việc xếp các hóa thạch này vào nhánh longi.

Tranh luận, giới hạn và bằng chứng có thể giúp phân định

Nhiều nghiên cứu di truyền ước tính người hiện đại, người Neanderthal và người Denisova tách khỏi một tổ tiên chung trong khoảng từ 700.000 đến 500.000 năm trước. Các ước tính này dựa trên mô hình về tốc độ đột biến và lịch sử quần thể, đồng thời có độ phân giải hạn chế khi xét đến thời kỳ xa xưa. Cây phát sinh chủng loại dựng từ đặc điểm hộp sọ cung cấp một cách khác để nghiên cứu các đợt phân tách cổ, nhưng cũng có những hạn chế riêng. Các nhóm không có quan hệ gần gũi có thể cùng tiến hóa những đặc điểm giống nhau, còn việc lựa chọn và đánh trọng số các đặc điểm có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Một số chuyên gia hoan nghênh việc phục dựng Yunxian 2 nhưng kêu gọi thận trọng với niên đại trên cây phả hệ. Frido Welker, phó giáo sư về tiến hóa loài người tại Đại học Copenhagen, nhận định mô hình hộp sọ mới là một nguồn tư liệu quan trọng, song cần có các kiểm nghiệm phân tử để xác nhận vị trí của hóa thạch.

Thật đáng mừng khi có bản phục dựng kỹ thuật số của hộp sọ quan trọng này. Nếu được xác nhận bằng các hóa thạch và bằng chứng di truyền bổ sung, niên đại phân tách sẽ là điều đáng ngạc nhiên. Một hướng khác là dữ liệu phân tử từ chính mẫu vật có thể cung cấp thông tin giúp xác nhận hoặc thách thức giả thuyết hình thái học.

Ryan McRae, nhà cổ nhân loại học tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian, người không tham gia nghiên cứu, đánh giá cao công trình phục dựng nhưng đặt câu hỏi về cây phả hệ rộng hơn.

Bản phục dựng có vẻ đáng tin cậy và sự phù hợp với nhánh longi và Denisova là hợp lý. Cây phát sinh chủng loại này cố gắng trả lời cùng lúc nhiều câu hỏi khó với lượng dữ liệu hạn chế. Mốc thời gian được đề xuất sớm hơn dự đoán, và cần đối chiếu với nhiều hóa thạch cùng bằng chứng di truyền hơn.

Vật liệu di truyền hiếm khi còn tồn tại trong các hóa thạch hàng triệu năm tuổi, nhưng những dấu vết phân tử khác, chẳng hạn protein cổ, đôi khi vẫn được bảo tồn trong khoảng thời gian đó. Việc thu thập thêm mẫu rộng hơn ở châu Phi, châu Á và châu Âu, bao gồm hộp sọ và hàm đầy đủ hơn, có thể giúp làm sáng tỏ bức tranh. Các tác giả nghiên cứu mới cho biết họ dự định mở rộng phân tích với các hóa thạch và dữ liệu bổ sung.

Nơi các nhóm người cổ đại sinh sống và di chuyển

Mô hình mới đặt ra một câu hỏi địa lý căn bản. Quần thể tổ tiên của Homo sapiens, người Neanderthal và nhánh longi sống ở châu Phi hay bên ngoài châu lục này? Châu Phi là quê hương sớm nhất của dòng người và hiện lưu giữ những hóa thạch Homo sapiens cổ nhất, có niên đại khoảng ba trăm nghìn năm. Đồng thời, Homo erectus đã lan đến lục địa Á-Âu gần hai triệu năm trước, còn châu Á có nhiều địa điểm thuộc thời kỳ Pleistocen giữa. Nếu các dòng người tách nhau sâu từ khoảng 1,3 triệu năm trước, quá trình này có thể liên quan đến những quần thể phân bố ở cả hai châu lục.

Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy người cổ đại di chuyển, hình thành các nhóm nhỏ và đôi khi lai giống khi gặp nhau. Người Neanderthal và người Denisova có lịch sử trao đổi gene với người hiện đại, còn dấu vết ADN Denisova ngày nay cho thấy nhánh longi từng phân bố rộng khắp châu Á. Mô hình này phù hợp với một cây tiến hóa phân nhánh nhưng đôi lúc có giao thoa, thay vì sự thay thế hoàn toàn một nhóm bằng nhóm khác. Một triệu năm là khoảng thời gian dài để các nhánh gặp nhau và hòa trộn.

Hiện tại, cách diễn giải thận trọng nhất là Yunxian 2 ghi lại giai đoạn sớm của một dòng lớn ở châu Á, có bộ não lớn và khuôn mặt phẳng hơn, nhiều khả năng bao gồm người Denisova. Nghiên cứu cho rằng dòng này tách khỏi dòng dẫn đến người hiện đại từ hơn một triệu năm trước. Liệu sự phân tách diễn ra ở châu Phi, Tây Á hay trên một vùng rộng lớn vẫn cần được kiểm chứng bằng những phát hiện trong tương lai. Mỗi hộp sọ hoặc hàm mới được xác định niên đại và phục dựng đáng tin cậy đều có thể một lần nữa làm thay đổi bức tranh.

Điểm chính

• Bản phục dựng ảo hộp sọ Yunxian 2 ở miền trung Trung Quốc xếp mẫu vật này gần gốc nhánh Homo longi, nhiều khả năng bao gồm người Denisova.
• Hóa thạch có niên đại từ 940.000 đến 1,1 triệu năm, là một trong những hộp sọ lớn cổ nhất có hộp sọ não kích thước hiện đại được tìm thấy ở châu Á.
• Phân tích mới với hơn một trăm hóa thạch cho thấy người Neanderthal tách nhánh vào khoảng 1,38 triệu năm trước, còn các dòng longi và sapiens tách nhau khoảng 1,32 triệu năm trước.
• Nghiên cứu cho rằng người Denisova gần với Homo sapiens hơn người Neanderthal, thách thức các mô hình di truyền phổ biến.
• Các hóa thạch châu Á thời Pleistocen giữa như Harbin, Dali và Jinniushan phù hợp với nhánh longi, góp phần giải quyết những vấn đề phân loại tồn tại lâu nay.
• Chuyên gia hoan nghênh việc phục dựng nhưng lưu ý rằng niên đại phân tách từ thời kỳ xa xưa cần được xác nhận bằng bằng chứng di truyền hoặc protein và thêm hóa thạch.
• Kết quả không làm thay đổi niên đại của các hóa thạch Homo sapiens cổ nhất được chấp nhận ở châu Phi, nhưng đẩy mốc phân tách sâu của các dòng người lùi xa hơn một triệu năm.
• Hộp sọ Yunxian thứ ba được phát hiện năm 2022 và những phát hiện sắp tới ở châu Phi, châu Á có thể kiểm chứng và hoàn thiện cây phả hệ được đề xuất.