Trong suốt Đại Trung Sinh (khoảng 252 đến 66 triệu năm trước), biển cả có những thú săn mồi hàng đầu là bò sát biển, nổi bật nhất là ba nhóm: thằn lằn cá (ichthyosaur), thân hình như cá heo; thằn lằn cổ rắn (plesiosaur) với bốn mái chèo và nhiều loài có cổ rất dài; và thương long (mosasaur), những thằn lằn khổng lồ thích nghi với biển ở cuối kỷ Phấn Trắng.
Điểm quan trọng nhất cần nhớ: không nhóm nào trong số này là khủng long. Khủng long là một nhánh bò sát trên cạn với cấu trúc hông và chân dựng thẳng đặc trưng; các bò sát biển thuộc những nhánh khác, tự quay trở lại biển từ tổ tiên trên cạn. Thằn lằn cá biến mất trước khủng long hàng chục triệu năm; thằn lằn cổ rắn và thương long biến mất cùng đợt tuyệt chủng cuối kỷ Phấn Trắng.
Ba nhóm chính so sánh nhanh
Bảng dưới là bức tranh tổng quát; mỗi nhóm có rất nhiều loài với kích thước và lối sống khác nhau.
| Đặc điểm | Thằn lằn cá | Thằn lằn cổ rắn | Thương long |
|---|---|---|---|
| Thời gian sống | Đầu kỷ Trias đến giữa kỷ Phấn Trắng | Cuối kỷ Trias đến cuối kỷ Phấn Trắng | Chỉ khoảng 30 triệu năm cuối kỷ Phấn Trắng |
| Hình dáng | Như cá heo: vây lưng, đuôi hình lưỡi liềm | Thân rộng, bốn mái chèo; cổ dài hoặc đầu to cổ ngắn | Thân dài như thằn lằn, đuôi có thuỳ, mái chèo |
| Cách bơi | Vẫy đuôi, bơi nhanh đường dài | “Bay” dưới nước bằng bốn mái chèo | Vẫy đuôi, phục kích mạnh |
| Họ hàng gần | Nhánh bò sát biển riêng, vị trí còn tranh luận | Nhánh sauropterygia, cùng nhóm thằn lằn rắn cổ kỷ Trias | Có vảy, gần với kỳ đà hoặc rắn |
| Sinh sản | Đẻ con, có hoá thạch con non trong bụng mẹ | Đẻ con, có hoá thạch xác nhận | Có bằng chứng đẻ con |
Cả ba nhóm đều đẻ con chứ không lên bờ đẻ trứng như rùa biển. Đây là chìa khoá giúp chúng sống trọn đời ngoài khơi: không cần bãi cát, không phải bò lên bờ nơi cơ thể nặng nề vô dụng. Một số hoá thạch thằn lằn cá còn ghi lại khoảnh khắc sinh nở với con non đang ra đuôi trước — giống cá heo ngày nay, giúp con non không chết đuối trước khi ra hẳn.
Thế hệ đầu tiên: thằn lằn rắn cổ và bò sát nghiền vỏ kỷ Trias
Trước khi thằn lằn cổ rắn và thương long xuất hiện, biển kỷ Trias đã có một loạt bò sát quay lại sống dưới nước chỉ vài triệu năm sau Đại Tử Vong. Nhóm nothosaur (thằn lằn rắn cổ) có thân dài, cổ khá dài, chân biến thành dạng nửa mái chèo, sống ở vùng biển nông ven bờ và có lẽ còn lên bờ nghỉ như hải cẩu. Răng nhọn đan nhau như lưới giúp chúng bắt cá trơn.
Nhóm placodont thì kỳ lạ hơn: thân ngắn, nhiều loài có mai xương trên lưng trông giống rùa dù không phải rùa, và răng dẹt như những viên đá lát để nghiền vỏ sò, vỏ tay cuộn trên đáy biển nông. Đây lại là một ví dụ tiến hoá hội tụ: nhiều dòng sinh vật độc lập tìm đến cùng một “nghề” nghiền vỏ.
Cả nothosaur lẫn placodont đều biến mất trước hoặc ở cuối kỷ Trias. Nhưng một nhánh họ hàng của nothosaur đã phát triển thành thằn lằn cổ rắn — chúng cùng thuộc nhóm lớn sauropterygia. Câu chuyện này cho thấy biển Đại Trung Sinh không có một “đội hình” cố định mà thay đổi liên tục: mỗi đợt biến động lại đẩy một số nhóm ra khỏi sân khấu và mở chỗ cho nhóm khác.
Thằn lằn cá: “cá heo” của Đại Trung Sinh
Thằn lằn cá xuất hiện rất sớm sau đại tuyệt chủng kỷ Permi và nhanh chóng đa dạng. Các dạng đầu tiên có thân dài như lươn; về sau tiến hoá thành hình thoi thuôn với vây lưng và đuôi hai thuỳ — hình dáng gần như giống hệt cá heo, dù hai nhóm cách nhau hơn hai trăm triệu năm và một bên là bò sát, một bên là thú. Đây là ví dụ kinh điển của tiến hoá hội tụ.
Chúng có đôi mắt cực lớn so với cơ thể, được nâng đỡ bởi một vòng xương; một số loài có nhãn cầu thuộc loại lớn nhất từng biết ở động vật có xương sống. Mắt to gợi ý chúng săn ở vùng nước sâu, thiếu sáng hoặc lúc chạng vạng. Hoá thạch có cả thức ăn trong dạ dày: các mảnh móc của mực cổ (belemnite), cá, đôi khi cả bò sát nhỏ.
Một số mẫu hoá thạch được bảo quản đặc biệt ở Đức còn giữ đường viền mô mềm, nhờ đó các nhà khoa học mới biết chắc chúng có vây lưng — thứ không có xương nâng đỡ. Phân tích sắc tố trên mẫu như vậy còn gợi ý một số loài có lưng sẫm bụng nhạt, kiểu ngụy trang phổ biến ở động vật biển ngày nay. Thằn lằn cá biến mất vào khoảng 90 triệu năm trước, trước khủng long rất lâu; nguyên nhân còn tranh luận, có thể liên quan đến biến động khí hậu và tốc độ tiến hoá chậm lại của nhóm.
Thằn lằn cổ rắn: bốn mái chèo và chiếc cổ khó hiểu
Thằn lằn cổ rắn có cách bơi không giống sinh vật nào sống hôm nay: bốn mái chèo lớn, có thể vỗ như cánh chim cánh cụt, đẩy thân rộng và dẹt lướt đi. Nhóm này chia thành hai kiểu chính. Kiểu cổ dài, đầu nhỏ — một số loài có cổ dài gấp đôi phần thân với hàng chục đốt sống cổ. Kiểu pliosaur cổ ngắn, đầu lớn, hàm khoẻ, là những kẻ săn mồi hàng đầu, ăn cả bò sát biển khác.
Chiếc cổ dài là câu đố lớn. Nó không mềm dẻo như cổ rắn: nghiên cứu khớp đốt sống cho thấy cổ khá cứng, không thể vươn lên khỏi mặt nước như thiên nga theo kiểu tranh minh hoạ cũ. Giả thuyết hiện được ưa chuộng là cổ dài giúp chúng tiếp cận đàn cá từ bên dưới mà phần thân lớn chưa bị phát hiện, hoặc rà kiếm thức ăn trên đáy biển.
Tên tuổi của thằn lằn cổ rắn gắn với Mary Anning, nhà sưu tầm hoá thạch ở Lyme Regis, nước Anh. Đầu thế kỷ XIX, bà cùng gia đình tìm ra bộ xương thằn lằn cá được công nhận rộng rãi đầu tiên, rồi bộ xương thằn lằn cổ rắn gần hoàn chỉnh đầu tiên vào thập niên 1820. Là phụ nữ, không được học đại học, bà ít được ghi công thời đó dù các phát hiện của bà góp phần thay đổi suy nghĩ về tuyệt chủng: những sinh vật này rõ ràng không còn sống ở đâu cả.
Thương long: thằn lằn khổng lồ của biển cuối Phấn Trắng
Thương long (mosasaur) xuất hiện muộn, khoảng 98 triệu năm trước, và trong ba mươi triệu năm đã trở thành những kẻ săn mồi lớn nhất đại dương, một số loài dài hơn 10 mét. Họ hàng gần của chúng là các loài có vảy trên cạn — thằn lằn và rắn; nhiều nghiên cứu xếp chúng gần với kỳ đà, dù vị trí chính xác còn tranh luận.
Hoá thạch thương long đầu tiên được khai thác ở mỏ đá gần thành phố Maastricht (Hà Lan) vào thế kỷ XVIII, và chính tên Mosasaurus có nghĩa là “thằn lằn sông Meuse”. Phát hiện này góp phần vào một bước ngoặt tư tưởng: nhà tự nhiên học Georges Cuvier nhận ra đây là một loài bò sát không còn tồn tại, củng cố ý tưởng rằng tuyệt chủng là có thật — điều mà nhiều người thời đó còn nghi ngờ.
Thương long có hai hàng răng phụ trên vòm miệng giúp giữ và nuốt con mồi, giống trăn rắn ngày nay. Thức ăn của chúng rất đa dạng: cá, cúc đá, rùa biển, chim biển, cả thương long nhỏ hơn. Một số loài có răng tròn như cối để nghiền vỏ sò. Chúng biến mất hoàn toàn ở ranh giới K–Pg cùng khủng long không phải chim, có lẽ do chuỗi thức ăn biển sụp đổ khi sinh vật phù du suy sụp.
Hiểu lầm phổ biến về bò sát biển
“Khủng long biển”. Không có khủng long nào sống hoàn toàn ở biển theo kiểu thằn lằn cá hay thương long. Một số khủng long như Spinosaurus có thể sống bán thuỷ sinh và ăn cá, nhưng mức độ thích nghi với nước của nó vẫn đang tranh luận sôi nổi.
“Quái vật hồ Loch Ness là thằn lằn cổ rắn còn sống”. Không có bằng chứng sinh học nào. Một quần thể bò sát lớn cần hàng chục cá thể, cần thức ăn, cần lên mặt nước thở và để lại xác; hồ Loch Ness còn hình thành sau kỷ Băng hà, chỉ khoảng mười nghìn năm tuổi.
“Thằn lằn bay là khủng long biết bay”. Thằn lằn bay (pterosaur) cũng không phải khủng long, mà là một nhánh anh em. Nhiều loài sống ven biển và bắt cá, nên hay được vẽ chung với bò sát biển.
“Bò sát biển là tổ tiên của cá heo hay cá voi”. Không. Cá heo và cá voi là thú có vú, tiến hoá từ tổ tiên móng guốc trên cạn hàng chục triệu năm sau khi thằn lằn cá biến mất. Hình dáng giống nhau là kết quả của tiến hoá hội tụ.
“Rùa biển và cá sấu biển là hậu duệ của bò sát biển cổ”. Rùa biển và các nhóm cá sấu biển cổ là những dòng riêng, cũng sống trong biển Đại Trung Sinh. Một số dòng rùa biển sống sót qua K–Pg, và rùa biển ngày nay — đang nguy cấp — là hậu duệ của những dòng đó.
Từ bò sát biển cổ đến rùa biển hôm nay
Trong số các bò sát từng thống trị biển Đại Trung Sinh, chỉ còn rùa biển và một số loài rắn biển, cá sấu nước mặn tiếp tục sống ngoài đại dương. Rùa biển là sợi dây nối trực tiếp nhất: các dòng rùa biển đã có mặt từ kỷ Phấn Trắng và sống sót qua thảm hoạ K–Pg, có lẽ nhờ ăn được nhiều loại thức ăn và trứng nằm vùi trong cát.
Thật trớ trêu, chiến lược đó lại là điểm yếu hôm nay. Không như thằn lằn cá hay thương long đẻ con giữa biển, rùa biển vẫn phải lên bãi cát đẻ trứng — nơi chịu áp lực từ mất bãi đẻ, ánh đèn ven biển, khai thác trứng. Giới tính con non phụ thuộc nhiệt độ cát, nên nhiệt độ tăng có thể làm lệch tỉ lệ đực cái. Ngoài khơi, rùa biển mắc lưới đánh cá và nuốt phải rác nhựa.
Vì vậy câu chuyện bò sát biển tiền sử không chỉ để tò mò. Nó nhắc rằng các dòng sinh vật biển cổ nhất còn sống hôm nay đã vượt qua những biến cố lớn nhất hành tinh, nhưng tồn tại tiếp hay không lại phụ thuộc vào chính các quyết định của con người trong vài thập kỷ tới.
Câu hỏi thường gặp
Thằn lằn cá có thở bằng mang không?
Không. Thằn lằn cá, thằn lằn cổ rắn và thương long đều là bò sát thở bằng phổi, phải ngoi lên mặt nước để thở như cá heo hay rùa biển ngày nay. Lỗ mũi của nhiều loài dời lùi về phía trên đầu giúp chúng thở thuận tiện hơn.
Bò sát biển lớn nhất từng biết dài bao nhiêu?
Một số thằn lằn cá khổng lồ cuối kỷ Trias được ước tính dài trên 20 mét dựa trên mảnh xương hàm và xương sọ, nhưng vì mẫu chưa đầy đủ nên con số còn nhiều sai số. Thương long và pliosaur lớn nhất có thể dài hơn 10 mét.
Bò sát biển là động vật máu nóng hay máu lạnh?
Nhiều bằng chứng từ đồng vị và cấu trúc xương gợi ý thằn lằn cá, thằn lằn cổ rắn và có thể cả thương long duy trì thân nhiệt cao hơn môi trường, gần với động vật máu nóng. Mức độ cụ thể vẫn đang được nghiên cứu.
Ở Việt Nam có hoá thạch bò sát biển không?
Đã có những báo cáo về hoá thạch bò sát và sinh vật biển Đại Trung Sinh trong các tầng đá ở Việt Nam, nhưng không phổ biến và ít được biết rộng rãi như ở châu Âu hay Bắc Mỹ. Muốn tra cứu nên tìm các công bố của viện nghiên cứu địa chất và bảo tàng thiên nhiên.
Vì sao thằn lằn cá tuyệt chủng trước khủng long?
Nguyên nhân chưa ngã ngũ. Các nghiên cứu gợi ý một tổ hợp yếu tố: biến động khí hậu và hoá học đại dương giữa kỷ Phấn Trắng, cạnh tranh với các nhóm săn mồi mới, và tốc độ đa dạng hoá của nhóm đã chậm lại từ trước.
Mary Anning là ai và vì sao được nhắc nhiều?
Bà là nhà sưu tầm hoá thạch người Anh đầu thế kỷ XIX, tìm ra nhiều bộ xương thằn lằn cá và thằn lằn cổ rắn quan trọng. Bà được nhắc nhiều vì đóng góp lớn cho cổ sinh vật học dù bị loại khỏi giới khoa học chính thống thời đó.