Trong giới sinh học tiến hóa, hiếm có loài động vật có vú nào lại dám “thách thức” những quy luật hình thành hàng chục triệu năm như loài gấu. Chúng trông có vẻ giống hầu hết các loài thú lớn khác với dáng vóc lực lưỡng, bộ lông dày và lối sống thích nghi linh hoạt.
Thế nhưng, khi các nhà khoa học quan sát kỹ hơn vào cấu trúc răng của chúng, thứ được ví như “hộp đen” chứa đầy mật mã về tiến hóa và khí hậu thì một câu chuyện hoàn toàn khác hiện ra.
Lần đầu tiên, giới nghiên cứu đã xác định được thời điểm và cách thức loài gấu cổ đại phá vỡ những quy tắc cơ bản của tiến hóa, và đáng chú ý là điều đó đã xảy ra không chỉ một, mà tới hai lần trong lịch sử.
Nghiên cứu do nhóm khoa học tại Bộ sưu tập Lịch sử Tự nhiên Bang Bavaria (SNSB, Đức) thực hiện đã hé lộ rằng tổ tiên của loài gấu ngày nay từng thay đổi hoàn toàn mô hình phát triển răng hàm, một trong những quy luật có tính ổn định cao nhất ở động vật có vú.
Trong đa số các loài thú, răng hàm hình thành theo mô hình gọi là “chuỗi ức chế” (Inhibitory Cascade Model – ICM). Khi một chiếc răng phát triển, nó sẽ phát ra tín hiệu hóa học để “kìm hãm” chiếc răng tiếp theo, tạo nên sự phân bố kích thước răng hàm có thể dự đoán được.
Những loài ăn thịt thường có răng hàm đầu tiên lớn hơn răng hàm cuối, còn động vật ăn cỏ thì ngược lại. Nhờ quy luật này, chỉ cần quan sát răng, giới khoa học có thể suy đoán chế độ ăn và hành vi của một loài động vật.
Nhưng gấu lại là ngoại lệ lớn nhất của tự nhiên. Răng hàm thứ hai (m2) của chúng lớn bất thường, phá vỡ mô hình thường gặp ở động vật có vú. Để tìm hiểu nguồn gốc của sự dị biệt này, các nhà khoa học đã phân tích hàm răng của gấu qua suốt 13 triệu năm, từ những hóa thạch Miocene đến các loài gấu đang sống. Kết quả cho thấy loài gấu đã phá vỡ quy tắc tiến hóa vào hai thời điểm đặc biệt, trùng khớp với những giai đoạn biến động khí hậu mạnh.
Lần “nổi loạn” đầu tiên xảy ra khoảng 3,6 triệu năm trước, ở loài Ursus minimus – tổ tiên của phần lớn các loài gấu hiện đại. Khi đó, châu Âu đang trải qua sự chuyển đổi mạnh mẽ từ rừng cận nhiệt đới ẩm sang môi trường mát và khô hơn, với sự xuất hiện ngày càng nhiều của rừng ôn đới và đồng cỏ.
Loài Ursus boeckhi, sinh sống trước U. minimus, vốn dựa phần lớn vào thức ăn là động vật nhỏ, bò sát và chim. Nhưng khi nguồn thức ăn này suy giảm, gấu buộc phải chuyển sang chế độ ăn tạp hơn, gồm rễ cây, hạt, quả hạch và các loài không xương sống. Tuy nhiên, để thích nghi với thực đơn mới, “bộ công cụ” trong miệng chúng phải thay đổi.
Tiến hóa đã can thiệp bằng cách làm giảm tín hiệu ức chế từ răng hàm đầu tiên (m1), cho phép răng hàm thứ hai phát triển vượt kích thước bình thường. Điều này dẫn tới sự ra đời của một cấu trúc được gọi là “chuỗi ức chế một phần”, tức mô hình ICM bị điều chỉnh, chứ không biến mất hoàn toàn.
Kết quả là chiếc m2 quá khổ xuất hiện, đánh dấu một trong những bước chuyển lớn nhất trong tiến hóa răng của động vật có vú. Đây chính là lần đầu tiên loài gấu phá vỡ quy luật tiến hóa của răng hàm.
Sau hàng triệu năm, loài gấu lại thực hiện một cuộc “cách mạng” thứ hai vào khoảng 1,25 đến 0,7 triệu năm trước, trong thời kỳ Chuyển tiếp Pleistocene Sớm – Giữa. Khi khí hậu toàn cầu trở nên mát hơn và đồng cỏ mở rộng mạnh ở châu Âu, tổ tiên của gấu hang động thời tiền sử, Ursus deningeri, bắt đầu ăn nhiều thực vật hơn.
Một lần nữa, chương trình phát triển răng đã được điều chỉnh: tín hiệu từ răng m2 giảm, tạo điều kiện để răng hàm thứ ba (m3) to hơn, thích hợp để nghiền thức ăn giàu chất xơ. Đây là lần thứ hai loài gấu can thiệp vào quy luật ICM để thích nghi với biến đổi môi trường.
Anneke van Heteren, phụ trách bộ sưu tập động vật có vú tại SNSB, cho biết những thay đổi này phản ánh sự linh hoạt đặc biệt của loài gấu trong hàng triệu năm tiến hóa. Theo bà, bằng cách điều chỉnh sự “giao tiếp hóa học” giữa các răng, gấu đã chuyển đổi vai trò trong chuỗi thức ăn, từ loài ăn thịt sang ăn tạp, sau đó là ăn cỏ ở một số nhánh.
Tuy nhiên, điều thú vị là ngay cả những loài gấu hiện đại cũng vẫn mang dấu vết của hai lần “phạm quy” này.
Gấu nâu (Ursus arctos) và gấu đen châu Mỹ (Ursus americanus) đều có răng m2 lớn bất thường, dấu tích của giai đoạn tiến hóa thời Pliocene. Gấu Bắc Cực (Ursus maritimus), dù là loài ăn thịt gần như tuyệt đối, vẫn giữ nguyên cấu trúc răng hàm tương tự tổ tiên ăn tạp của mình.
Ngay cả gấu trúc khổng lồ, loài nổi tiếng với chế độ ăn tre nứa, cũng không đi theo quy luật ICM. Chúng chọn một hướng hóa giải khác: phát triển răng tiền hàm và hàm cắn mạnh mẽ để thích nghi với nguồn thức ăn cực kỳ đặc thù.
Một ngoại lệ gây tò mò khác là gấu đeo kính Nam Mỹ (Tremarctos ornatus). Loài này có răng m2 lớn – phù hợp với dấu vết của những thay đổi cổ xưa, nhưng trong dữ liệu hóa thạch, các nhà khoa học chưa tìm thấy tổ tiên trực tiếp của chúng thuộc nhóm mặt ngắn (Arctotheriini). Vì vậy, họ vẫn chưa hiểu được chính xác loài gấu này đã phát triển bộ răng đặc biệt ra sao. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng cần có thêm hóa thạch từ họ hàng đã tuyệt chủng để làm sáng tỏ quá trình này.
Kết quả nghiên cứu, vừa được công bố trên tạp chí Boreas, cho thấy rằng dù ICM được xem là một trong những quy luật phát triển ổn định nhất của động vật có vú, nhưng loài gấu đã tìm thấy những “kẽ hở tiến hóa” để bẻ cong quy tắc này.
Hai lần thay đổi lớn về răng hàm diễn ra tương ứng với hai giai đoạn khí hậu bất ổn, cho thấy mức độ nhạy cảm và khả năng thích nghi mạnh mẽ của gấu trước áp lực môi trường. Dấu ấn của những lần can thiệp này vẫn tồn tại trong miệng của các loài gấu hiện đại, như một minh chứng sống động về cách tự nhiên vận hành vượt ngoài khuôn mẫu tưởng chừng bất biến.
