Đại tuyệt chủng (tuyệt chủng hàng loạt) là giai đoạn ngắn theo thang địa chất mà một tỉ lệ rất lớn số loài trên Trái Đất biến mất cùng lúc — thường được hiểu là khoảng ba phần tư số loài trở lên trong vài trăm nghìn đến vài triệu năm. Hồ sơ hoá thạch ghi nhận năm lần như vậy, gọi là “Big Five”: cuối kỷ Ordovic (khoảng 445 triệu năm trước), cuối kỷ Devon (khoảng 372–359 triệu năm), cuối kỷ Permi (khoảng 252 triệu năm), cuối kỷ Trias (khoảng 201 triệu năm) và cuối kỷ Phấn Trắng (khoảng 66 triệu năm).
Nguyên nhân mỗi lần khác nhau, nhưng có một mẫu số chung đáng chú ý: khí hậu và hoá học đại dương thay đổi quá nhanh so với khả năng thích nghi của sinh vật. Bốn trong năm lần gắn với núi lửa quy mô cực lớn hoặc biến động khí hậu; chỉ lần cuối Phấn Trắng có thiên thạch là nhân vật chính.
Đại tuyệt chủng khác tuyệt chủng thường thế nào
Tuyệt chủng là chuyện bình thường của sự sống. Ước tính phổ biến cho rằng phần áp đảo các loài từng tồn tại đã biến mất. Trong điều kiện “bình thường”, các loài mất đi lẻ tẻ và được loài mới thay thế với tốc độ tương đương; các nhà cổ sinh vật gọi đó là tuyệt chủng nền.
Đại tuyệt chủng khác ở hai điểm. Một là tốc độ: số loài mất đi vượt xa tốc độ nền trong một khoảng thời gian ngắn. Hai là phạm vi: nhiều nhóm sinh vật không liên quan nhau, ở nhiều môi trường, cùng bị đánh một lúc. Nếu chỉ một nhóm suy sụp, đó thường là chuyện riêng của nhóm ấy; nếu cả san hô, cá, tay cuộn và thực vật cùng suy sụp, đó là dấu hiệu môi trường toàn cầu bị đảo lộn.
Khái niệm “năm lần lớn” phổ biến từ công trình của David Raup và Jack Sepkoski năm 1982, khi họ thống kê sự xuất hiện và biến mất của các họ sinh vật biển trong hồ sơ hoá thạch và thấy năm đỉnh nổi bật hẳn lên. Đến nay danh sách này vẫn được dùng, dù các nhà nghiên cứu tranh luận về việc có nên tách hay gộp thêm một số sự kiện nhỏ hơn.
Bảng so sánh năm lần đại tuyệt chủng
Tỉ lệ mất loài là ước tính từ hồ sơ hoá thạch biển; các nghiên cứu khác nhau cho con số khác nhau, nên đọc như khoảng dao động chứ không phải số đếm.
| Sự kiện | Khoảng thời gian | Tỉ lệ loài mất (ước tính) | Nguyên nhân chính được ủng hộ | Nạn nhân tiêu biểu |
|---|---|---|---|---|
| Cuối Ordovic | khoảng 445–443 triệu năm trước | khoảng 85% | Băng hà đột ngột, mực nước biển hạ, rồi ấm lên và thiếu ôxy | Bọ ba thuỳ, tay cuộn, bút đá |
| Cuối Devon | khoảng 372–359 triệu năm trước, nhiều đợt | khoảng 70–75% | Thiếu ôxy ở đại dương, biến động khí hậu; nguyên nhân sâu xa còn tranh luận | Rạn san hô cổ, cá giáp |
| Cuối Permi | khoảng 252 triệu năm trước | trên 80%, có ước tính tới khoảng 90% | Núi lửa Siberia, ấm lên cực mạnh, axit hoá và thiếu ôxy đại dương | Bọ ba thuỳ (lần cuối), nhiều nhóm bò sát giống thú |
| Cuối Trias | khoảng 201 triệu năm trước | khoảng 75–80% | Núi lửa vùng Trung Đại Tây Dương khi siêu lục địa Pangea tách ra | Nhiều nhóm bò sát cạnh tranh với khủng long, cúc đá |
| Cuối Phấn Trắng | khoảng 66 triệu năm trước | khoảng 75% | Thiên thạch Chicxulub, cộng thêm núi lửa Deccan | Khủng long không phải chim, thương long, cúc đá |
Đọc bảng sẽ thấy một điều: không có “công thức” chung kiểu cứ thiên thạch là tuyệt chủng. Thứ chung là tốc độ biến đổi — nhiệt độ, mực nước biển, lượng ôxy hoà tan và độ axit của nước biển thay đổi nhanh hơn khả năng di cư hay thích nghi của sinh vật.
Từng lần một: điều đặc trưng
Cuối Ordovic — tuyệt chủng vì lạnh. Sự sống khi đó gần như chỉ ở biển. Một đợt băng hà lớn trên siêu lục địa Gondwana khoá nước thành băng, mực nước biển hạ, các thềm biển nông ấm — nơi tập trung sinh vật — bị khô cạn. Sự kiện diễn ra thành hai nhịp: lạnh đi rồi ấm lên, mỗi nhịp đánh vào một nhóm sinh vật khác nhau.
Cuối Devon — một chuỗi khủng hoảng kéo dài. Không phải một cú đánh mà nhiều đợt rải rác qua hàng triệu năm. Các hệ rạn khổng lồ thời đó gần như sụp đổ và rất lâu sau mới có lại hệ rạn quy mô tương tự. Một giả thuyết đáng chú ý gắn với sự lan rộng của rừng cây trên cạn: rễ cây làm phong hoá đất mạnh hơn, đổ dinh dưỡng ra biển, gây nở hoa tảo và thiếu ôxy. Giả thuyết này vẫn đang được kiểm chứng.
Cuối Permi — “Đại Tử Vong”. Lần tàn khốc nhất, gắn với núi lửa Siberia. Đây là lần duy nhất côn trùng cũng chịu một cuộc đại tuyệt chủng rõ rệt. Sự sống mất khoảng 5–10 triệu năm mới hồi phục đầy đủ.
Cuối Trias — mở đường cho khủng long. Khi Pangea bắt đầu tách ra, núi lửa phun trào trên một vùng rộng mà nay nằm rải rác ở bốn lục địa quanh Đại Tây Dương. Nhiều nhóm bò sát lớn đang cạnh tranh với khủng long biến mất, để khủng long thống trị kỷ Jura sau đó.
Cuối Phấn Trắng — lần duy nhất có thiên thạch được chứng minh. Kết thúc thời khủng long không phải chim và mở ra thời đại thú có vú. Đây cũng là lần được nghiên cứu kỹ nhất vì gần ta nhất về thời gian và để lại dấu vết rõ.
Biết những điều này bằng cách nào
Mọi con số về đại tuyệt chủng đến từ việc đếm hoá thạch trong các lớp đá liên tiếp. Nhà cổ sinh vật ghi lại lần xuất hiện cuối cùng của từng nhóm trong mỗi tầng đá; khi rất nhiều nhóm cùng “biến mất” ở một tầng, đó là tín hiệu tuyệt chủng hàng loạt. Tuổi các tầng đá được đo bằng đồng vị phóng xạ trong lớp tro núi lửa xen kẹp.
Phương pháp này có những thiên lệch đã biết. Sinh vật có vỏ cứng, sống ở biển nông, được lưu giữ tốt hơn hẳn sinh vật thân mềm hay sống trên cạn. Một hiệu ứng khác gọi là hiệu ứng Signor–Lipps: vì hoá thạch hiếm, lần ta tìm thấy cuối cùng của một loài thường sớm hơn thời điểm nó thật sự tuyệt chủng, nên một cuộc tuyệt chủng đột ngột có thể trông như kéo dài từ từ trong đá. Các nhà nghiên cứu dùng phương pháp thống kê để hiệu chỉnh.
Bên cạnh hoá thạch, hoá học trong đá kể thêm câu chuyện: tỉ lệ đồng vị cacbon và ôxy cho biết chu trình cacbon bị xáo trộn và nhiệt độ thay đổi ra sao; các dấu vết của trầm tích thiếu ôxy cho biết đáy biển trở nên “chết”. Khi hoá thạch và hoá học cùng chỉ một hướng, kết luận mới vững.
Những sự kiện nhỏ hơn không nằm trong “năm lần lớn”
Danh sách năm lần không phải là toàn bộ. Các sự kiện sau cũng đáng biết, dù quy mô hoặc mức độ chắc chắn kém hơn:
- Sự kiện ôxy hoá lớn (khoảng 2,4 tỉ năm trước): ôxy do vi khuẩn lam tạo ra tích tụ trong khí quyển, có thể gây khủng hoảng cho vi sinh vật kỵ khí. Rất khó đo vì sinh vật khi đó gần như không để lại hoá thạch.
- Cuối kỷ Ediacara (khoảng 540 triệu năm trước): các sinh vật thân mềm kỳ lạ của Ediacara biến mất trước khi động vật kỷ Cambri đa dạng hoá; còn tranh luận là tuyệt chủng hay bị thay thế dần.
- Sự kiện Capitan (giữa kỷ Permi, khoảng 260 triệu năm trước): một số nhà nghiên cứu coi là đại tuyệt chủng riêng, gắn với núi lửa ở Trung Quốc ngày nay.
- Sự kiện mưa kỷ Carni (khoảng 232 triệu năm trước, giữa kỷ Trias): một giai đoạn khí hậu ẩm ướt bất thường, gắn với nhiều thay đổi sinh vật và có thể tạo điều kiện cho khủng long lan rộng.
- Tuyệt chủng động vật cỡ lớn cuối kỷ Băng hà (khoảng 50 đến 10 nghìn năm trước): voi ma mút, hổ răng kiếm, lười đất khổng lồ biến mất; quy mô số loài nhỏ nhưng tác động lên hệ sinh thái lớn, và con người có thể đã góp phần.
Bức tranh đầy đủ vì thế là một dải liên tục từ tuyệt chủng nền đến đại tuyệt chủng, chứ không phải năm thảm hoạ đứng riêng giữa các khoảng yên bình.
Sau mỗi lần: ai thay chỗ trống
Mỗi cuộc đại tuyệt chủng vừa là kết thúc vừa là khởi đầu. Sau cuối Permi, bò sát dần lên ngôi; sau cuối Trias, khủng long chiếm lĩnh; sau cuối Phấn Trắng, thú có vú và chim đa dạng hoá mạnh. Các nhà sinh học tiến hoá gọi đây là phóng xạ thích nghi: một nhóm sống sót nhanh chóng tách thành nhiều dạng để lấp các vai trò sinh thái bị bỏ trống.
Nhưng “nhanh chóng” ở đây tính bằng triệu năm. Các nghiên cứu về tốc độ hồi phục cho thấy đa dạng sinh học thường mất từ vài triệu đến hơn mười triệu năm mới đạt lại mức cũ, và thành phần loài sau đó khác hẳn. Hệ sinh thái không “sửa” lại như cũ mà được xây mới.
Một điều nữa: kẻ sống sót thường là những nhóm khái quát — ăn được nhiều thứ, phân bố rộng, chịu được dao động môi trường — chứ không phải những nhóm chuyên hoá, kích thước lớn. Đó cũng chính là đặc điểm của các loài dễ tổn thương hôm nay: loài lớn, sinh sản chậm, phân bố hẹp như voọc, sao la hay tê giác.
Năm lần lớn và câu hỏi “lần thứ sáu”
Nhiều nhà khoa học cho rằng tốc độ tuyệt chủng hiện nay, do con người gây ra, đã cao hơn rất nhiều so với tốc độ nền, và nếu tiếp tục có thể đưa Trái Đất vào cuộc đại tuyệt chủng thứ sáu. Những người thận trọng lưu ý rằng số loài đã mất hiện nay còn xa ngưỡng ba phần tư; điều đáng lo là tốc độ và xu hướng, không phải con số tuyệt đối. Cuộc tranh luận này được phân tích riêng trong bài về đại tuyệt chủng thứ sáu.
Điều năm lần lớn dạy cho hiện tại khá rõ ràng. Thủ phạm thường là thay đổi nhanh trong chu trình cacbon, nhiệt độ và hoá học đại dương; sinh vật lớn, chuyên hoá chịu thiệt nặng nhất; và hồi phục mất hàng triệu năm. Những thông số đó có thể đo được ngày nay, nên quá khứ địa chất không chỉ là chuyện kể — nó là bộ dữ liệu thí nghiệm tự nhiên duy nhất ta có về việc sự sống phản ứng thế nào khi hành tinh thay đổi nhanh.
Câu hỏi thường gặp
Lần đại tuyệt chủng nào nặng nhất?
Cuối kỷ Permi, khoảng 252 triệu năm trước, thường được coi là nặng nhất, với ước tính trên 80% đến khoảng 90% loài sinh vật biển biến mất. Con số chính xác khác nhau giữa các nghiên cứu, nhưng hầu hết đồng ý đây là lần sự sống tiến gần nhất tới việc bị xoá sạch.
Con người có từng sống qua một cuộc đại tuyệt chủng không?
Không. Lần gần nhất trong năm lần lớn là 66 triệu năm trước, trong khi loài người hiện đại chỉ xuất hiện khoảng ba trăm nghìn năm trước. Con người có chứng kiến đợt tuyệt chủng động vật cỡ lớn cuối kỷ Băng hà, nhưng đợt đó không đạt quy mô đại tuyệt chủng.
Vì sao các con số tỉ lệ mất loài lại khác nhau giữa các nguồn?
Vì chúng là ước tính từ hồ sơ hoá thạch không đầy đủ, chủ yếu ở cấp họ và chi rồi ngoại suy xuống cấp loài. Mỗi nhóm nghiên cứu dùng bộ dữ liệu và phương pháp thống kê khác nhau, nên con số dao động vài chục phần trăm là bình thường.
Có phải đại tuyệt chủng xảy ra theo chu kỳ đều đặn?
Từng có giả thuyết về chu kỳ khoảng 26 triệu năm, đưa ra đầu thập niên 1980, kèm các ý tưởng về một ngôi sao đồng hành của Mặt Trời. Các phân tích về sau không xác nhận được chu kỳ đều, và giả thuyết ngôi sao đồng hành không có bằng chứng quan sát.
Thực vật có bị đại tuyệt chủng như động vật không?
Thực vật có bị ảnh hưởng, đặc biệt cuối Permi và cuối Phấn Trắng, nhưng mẫu hình khác động vật. Nhiều loài cây sống sót bằng hạt và rễ trong đất, nên hồ sơ hoá thạch thực vật thường cho thấy thay đổi thành phần hơn là biến mất hàng loạt.
Trẻ em nên học về đại tuyệt chủng thế nào cho dễ hiểu?
Có thể bắt đầu bằng dòng thời gian trải dài trên một sợi dây, đánh dấu năm điểm và ví dụ một loài nổi bật mỗi lần như bọ ba thuỳ, khủng long. Nhấn mạnh rằng sau mỗi lần sự sống lại phát triển, để tránh cảm giác sợ hãi.