Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.

Bài học

Bằng chứng hoá thạch — dấu vết thời gian của sự sống

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được vì sao hoá thạch là bằng chứng trực tiếp cho sự thay đổi của sinh vật theo thời gian, và đọc đúng thứ tự xuất hiện của các nhóm sinh vật từ vị trí của hoá thạch trong các lớp đất đá.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở các lớp dưới, em đã biết đất đá trên Trái Đất không hình thành cùng một lúc mà chồng lên nhau qua hàng triệu, hàng tỉ năm — lớp hình thành trước nằm dưới, lớp hình thành sau nằm trên (prior-grade review). Bài này dùng chính nguyên tắc xếp lớp đó để đọc lại lịch sử sự sống, thông qua dấu vết mà sinh vật cổ xưa để lại trong đá.

Khởi động

Một nhóm khảo cổ đào được bộ xương một loài bò sát khổng lồ nằm sâu dưới nhiều lớp đất đá, còn xương của một loài thú nhỏ lại nằm ở lớp đất gần mặt hơn hẳn. Loài nào xuất hiện trên Trái Đất trước? Và làm sao chỉ từ vị trí của hai bộ xương, người ta dám kết luận về thứ tự thời gian đó?

Kiến thức trọng tâm

Hoá thạch là di tích của sinh vật đã sống trong quá khứ, được giữ lại trong đất đá — có thể là xương, vỏ, dấu chân in trên bùn đã hoá cứng, hoặc đôi khi cả cơ thể sinh vật gần như nguyên vẹn trong hổ phách hay băng. Hoá thạch hình thành khi một sinh vật chết và bị vùi lấp nhanh trong lớp trầm tích trước khi kịp phân huỷ hoàn toàn; qua hàng triệu năm, khoáng chất dần thay thế các mô cứng, biến chúng thành đá, còn lớp trầm tích bao quanh cũng hoá đá theo, giữ nguyên hình dạng ban đầu.
Đất đá trầm tích hình thành theo từng lớp chồng lên nhau: lớp nào lắng đọng trước nằm dưới cùng, lớp nào lắng đọng sau nằm trên. Vì thế, một hoá thạch nằm ở lớp đất càng sâu thường càng cổ, còn hoá thạch ở lớp càng gần mặt đất thường càng trẻ. Nhờ nguyên tắc đơn giản này, các nhà cổ sinh vật học sắp xếp được hàng loạt hoá thạch theo đúng trình tự thời gian mà không cần một cỗ máy thời gian nào — chỉ cần đọc đúng thứ tự các lớp đất đá chứa chúng. Khi làm vậy trên quy mô toàn cầu, một mô hình rõ rệt hiện ra: các lớp đất đá cổ nhất chỉ chứa hoá thạch sinh vật đơn giản, sống dưới nước; các lớp trẻ hơn mới bắt đầu xuất hiện hoá thạch động vật có xương sống lên cạn, rồi tới bò sát, rồi tới chim và thú. Trình tự này khớp với những gì bằng chứng giải phẫu và phân tử ở các bài sau cũng chỉ ra một cách độc lập.
Sơ đồ sáu giai đoạn xuất hiện của các nhóm sinh vật theo thứ tự hoá thạch, từ sinh vật đơn bào tới thú.1Sinh vật đơn bàodưới nướcNhóm hoá thạch cổnhất được biết, nằm ởcác lớp đất đá sâu vàcổ nhất.2Động vật khôngxương sống ở biểnVí dụ bọ ba thuỳ,xuất hiện trong cáclớp đất đá cổ, trướckhi có xương sống.3Cá — động vật cóxương sống đầutiênNhóm động vật cóxương sống cổ nhất,hoàn toàn sống dướinước.4Lưỡng cư lên cạnmột phầnNhóm động vật cóxương sống đầu tiênrời một phần đời sốnglên cạn.5Bò sát, trong đócó nhóm mang lôngThích nghi hoàn toànvới cạn; một nhánhmang lông vũ về saudẫn tới chim, nhưArchaeopteryx.6Thú đa dạng hoáXuất hiện muộn hơncả, đa dạng hoá mạnhsau khi nhóm bò sátkhổng lồ tuyệt chủng.
Thứ tự này đọc trực tiếp từ vị trí hoá thạch trong các lớp đất đá: lớp càng sâu, hoá thạch càng cổ.
Một số hoá thạch đặc biệt mang đặc điểm của cả hai nhóm sinh vật khác nhau, gọi là hoá thạch chuyển tiếp. Archaeopteryx, tìm thấy ở Đức, là ví dụ kinh điển nhất: bộ xương của nó có răng trong hàm, một chiếc đuôi dài gồm nhiều đốt xương, và móng vuốt ở các ngón trên cánh — những đặc điểm điển hình của bò sát — nhưng đồng thời cũng có lông vũ phủ toàn thân và một đôi cánh có khả năng bay — đặc điểm điển hình của chim. Một hoá thạch mang cả hai bộ đặc điểm tưởng như loại trừ nhau như vậy chỉ có thể tồn tại nếu chim thật sự tiến hoá từ một nhóm bò sát có lông vũ, chứ không phải hai nhóm xuất hiện tách biệt hoàn toàn ngay từ đầu.
Ví dụ
Xác định thứ tự thời gian từ vị trí hoá thạch trong các lớp đất đá
  1. 1
    Tại một vách núi đá, người ta tìm thấy ba lớp trầm tích xếp chồng lên nhau: lớp $A$ (sâu nhất) chứa hoá thạch bọ ba thuỳ, lớp $B$ (giữa) chứa hoá thạch cá, lớp $C$ (gần mặt đất nhất) chứa hoá thạch lưỡng cư. Hãy sắp xếp ba nhóm sinh vật này theo thứ tự xuất hiện, từ sớm nhất đến muộn nhất.
  2. 2
    Theo nguyên tắc lớp đất đá xếp chồng, lớp lắng đọng trước nằm dưới cùng, lớp lắng đọng sau nằm trên. Vì lớp $A$ nằm sâu nhất nên lớp này hình thành sớm nhất, tiếp đến lớp $B$, và lớp $C$ hình thành muộn nhất.
  3. 3
    Hoá thạch nằm trong lớp nào thì có tuổi tương ứng với lớp đó. Do đó bọ ba thuỳ (lớp $A$) xuất hiện sớm nhất, cá (lớp $B$) xuất hiện sau, và lưỡng cư (lớp $C$) xuất hiện muộn nhất trong ba nhóm.
  4. 4

    Thứ tự vừa suy ra — không xương sống, rồi cá, rồi lưỡng cư — khớp với trình tự tiến hoá đã biết: động vật có xương sống xuất hiện sau động vật không xương sống, và lưỡng cư (nhóm lên cạn một phần) xuất hiện sau cá (nhóm hoàn toàn sống dưới nước).

  5. 5

    Vậy thứ tự xuất hiện, từ sớm nhất đến muộn nhất, là: bọ ba thuỳ, rồi cá, rồi lưỡng cư — đọc trực tiếp từ vị trí các lớp đất đá chứa hoá thạch của chúng.

Ví dụ
Phân tích một hoá thạch chuyển tiếp (dạng đề kiểm tra)
  1. 1

    Hoá thạch Archaeopteryx mang các đặc điểm sau: có răng trong hàm, có đuôi dài nhiều đốt xương, có móng vuốt ở ngón cánh, có lông vũ phủ thân, và có cánh. Dựa vào các đặc điểm này, hãy cho biết Archaeopteryx thuộc nhóm chuyển tiếp giữa hai nhóm sinh vật nào, và giải thích vì sao.

  2. 2

    Răng trong hàm, đuôi dài nhiều đốt xương, và móng vuốt ở ngón cánh là những đặc điểm điển hình của bò sát, không có ở chim hiện đại. Lông vũ và cánh có khả năng bay là những đặc điểm điển hình của chim, không có ở bò sát.

  3. 3

    Vì Archaeopteryx mang đồng thời cả hai bộ đặc điểm của bò sát và của chim trên cùng một cơ thể, nó là hoá thạch chuyển tiếp giữa nhóm bò sát và nhóm chim.

  4. 4

    Một hoá thạch mang cả hai bộ đặc điểm như vậy chỉ hợp lý nếu chim và bò sát có quan hệ họ hàng gần, cụ thể là chim tiến hoá từ một nhánh bò sát cổ mang lông vũ — chứ không phải hai nhóm này xuất hiện độc lập, không liên quan gì tới nhau.

  5. 5

    Vậy Archaeopteryx là bằng chứng hoá thạch cho thấy chim tiến hoá từ một nhóm bò sát có lông vũ, vì nó mang đồng thời đặc điểm của cả hai nhóm trên cùng một cơ thể.

Sai lầm thường gặp
Nhiều học sinh nghĩ hoá thạch cá tìm thấy ở lớp cổ hơn chính là 'tổ tiên trực tiếp' của con lưỡng cư tìm thấy ở lớp trẻ hơn — như thể chính cá thể đó biến thành lưỡng cư. Thực ra hoá thạch chỉ cho biết NHÓM sinh vật nào xuất hiện trước, nhóm nào xuất hiện sau, và tập hợp đặc điểm của mỗi nhóm ở mỗi thời kỳ — không chứng minh một hoá thạch cụ thể là tổ tiên trực tiếp của một hoá thạch cụ thể khác. Kết luận đúng chỉ dừng ở mức: nhóm động vật có xương sống lên cạn xuất hiện sau nhóm sống hoàn toàn dưới nước, phù hợp với quan hệ họ hàng gần giữa hai nhóm.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Hoá thạch cho biết thứ tự thời gian qua vị trí trong các lớp đất đá: lớp càng sâu, hoá thạch càng cổ. Hoá thạch chuyển tiếp như Archaeopteryx mang đặc điểm của cả hai nhóm sinh vật, là bằng chứng cho một nhóm tiến hoá từ nhóm kia.

Bài tiếp theo chuyển từ dấu vết trong đá sang bằng chứng nằm ngay trên cơ thể những sinh vật đang sống quanh em — cấu tạo bộ xương chi của chúng.