Vào tháng 6 năm 1995, Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ đã mở lại hai phòng trưng bày khủng long sau ba năm cải tạo, buổi triển lãm hoàn toàn mới đã ngay lập tức thu hút sự chú ý lớn từ xã hội. Trưng bày mới không chỉ làm cho tư thế khủng long sống động và chân thật hơn, mà còn phản ánh nhiều kết quả nghiên cứu mới nhất về khủng long và mối quan hệ hệ thống của chúng. Hai phần trưng bày của khủng long nguyên thủy và khủng long muộn được tổ chức lại thành các phòng trưng bày khủng long không đuôi và khủng long có đuôi, giúp người xem hiểu rõ hơn về cây phả hệ của khủng long. Đây là lần đầu tiên trong bảo tàng tiến hành triển lãm khủng long lớn dựa trên phương pháp khoa học tốt nhất hiện đại để thiết lập quan hệ sinh học – hệ thống phân nhánh.
Sơ đồ phân nhánh khủng long (một)
Hệ thống phân nhánh cũng được gọi là hệ thống phát sinh hệ thống sinh học, đây là một phương pháp để xác định mối quan hệ giữa các loài sinh vật. Vào những năm 1950, nhà côn trùng học người Đức, Hennig, đã lần đầu tiên đưa ra ý tưởng về hệ thống phân nhánh. Vào cuối những năm 1960, Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ dưới sự lãnh đạo của Tiến sĩ Nelson đã trở thành trung tâm phát triển và thực hành phương pháp khoa học mới này. Sau đó, hệ thống phân nhánh dần chiếm ưu thế trong lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ tiến hóa của sinh vật, và có ảnh hưởng sâu rộng đến nỗ lực nghiên cứu của các nhà cổ sinh vật học trên toàn thế giới về các vấn đề từ nguồn gốc của loài chim đến phân bố địa lý của động vật. Đưa triển lãm khủng long vào bối cảnh hệ thống phân nhánh, thể hiện rõ những đặc điểm nghiên cứu của các nhà khoa học tại bảo tàng.
Sơ đồ phân nhánh khủng long (hai)
Sự khác biệt giữa hệ thống phân nhánh và phương pháp truyền thống để tái tạo mối quan hệ sinh học là nó sử dụng sự phân bố đặc điểm của các đặc tính tổ tiên chung để kiểm tra mối quan hệ hệ thống. Các nhà khoa học chủ yếu tìm kiếm các hình thức đặc điểm tương tự xuất hiện trong các loài động vật khác nhau. Sự phân bố này thường kết hợp một số nhóm liên quan chặt chẽ lại với nhau để tạo thành một cấp độ nhóm, với các nhóm nhỏ hơn nằm trong các nhóm lớn hơn. Ví dụ, nhóm “khủng long” nằm trong nhóm lớn hơn “động vật có xương sống”, vì khủng long và tất cả các động vật có xương sống khác đều có xương sống. Xương sống được coi là một đặc điểm tổ tiên chung của nhóm được gọi là động vật có xương sống. Mỗi nhóm hoặc nhánh được xác định bởi một loạt các đặc điểm tổ tiên chung được di truyền từ một tổ tiên chung.
Mặc dù hệ thống phân nhánh hiện tại vẫn chưa phải là một phương pháp hoàn hảo và cần phải chịu sự chỉ trích và kiểm nghiệm, nhưng nó là một phương pháp đáng tin cậy và khách quan hơn để xác định mối quan hệ huyết thống so với việc sử dụng thời gian hóa thạch hoặc các tầng đá cụ thể mà chúng phát sinh từ đó. Ví dụ, phân tích hệ thống phân nhánh cho thấy, chim có nguồn gốc từ một loài khủng long ăn thịt nhỏ rất có thể giống như Velociraptor hoặc Dromaeosaurus. Những loài khủng long ăn thịt này sống trong khoảng từ 107 triệu đến 72 triệu năm trước trong kỷ Phấn trắng. Tuy nhiên, loài chim cổ nhất được công nhận hiện nay – Archaeopteryx lại sống vào khoảng 140 triệu năm trước trong kỷ Jura. Nếu chỉ dựa trên thời gian địa chất, các nhà khoa học có thể đưa ra một kết luận không phù hợp với thực tế khách quan rằng loài chim đầu tiên đã tiến hóa thành các loài khủng long như Velociraptor và Dromaeosaurus. Làm thế nào để giải quyết mâu thuẫn này? Giải thích của hệ thống phân nhánh là, dấu tích hóa thạch có thể không đầy đủ, có thể có một loài động vật cổ hơn rất giống Velociraptor đã tiến hóa ra chim và các nhánh sau này bao gồm cả Velociraptor và Dromaeosaurus, nhưng hóa thạch của loài tổ tiên cổ xưa này vẫn chưa được phát hiện.
Bằng cách phân tích hệ thống phân nhánh thông qua sự kết hợp của các đặc điểm, các nhà khoa học có thể kiểm nghiệm mối quan hệ phát sinh hoặc cây phả hệ, nhưng không phải để chỉ ra ai là tổ tiên, ai là con cháu, mà chỉ giả định về mối quan hệ huyết thống gần gũi nhất giữa các loài động vật. Trong các trường hợp không thể rút ra kết quả quan hệ phát sinh đáng tin cậy từ thời gian địa chất của hóa thạch, phân tích hệ thống phân nhánh có thể cung cấp một bối cảnh quan trọng về vị trí mối quan hệ triển khai của động vật. Với hệ thống phân nhánh, các nhà khoa học có cái nhìn rõ ràng và khách quan hơn về nơi có các nhánh tiến hóa trong thời gian địa chất cũng như những “khoảng trống” trong hồ sơ hóa thạch.
Trong triển lãm khủng long mới của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ, các nhà khoa học đã chọn một số chi khủng long tiêu biểu nhất trong các loại khủng long để xây dựng sơ đồ phân nhánh. Trong quá trình phân tích, việc lựa chọn hình dạng là rất quan trọng. Đối với động vật còn sống, có thể lựa chọn những đặc điểm từ nhiều góc độ như di truyền học, hóa sinh thậm chí từ hành vi, nhưng đối với hóa thạch, chỉ có thể giới hạn trong các đặc điểm trên cấu trúc xương. Do đó, các nhà cổ sinh vật học thường phải chịu nhiều hạn chế hơn trong việc lựa chọn các đặc điểm. Nhiều đặc điểm có sự phân bố hạn chế quá mức là không có ý nghĩa gì. Ví dụ, “tấm” chỉ xuất hiện trong một trong các ví dụ trên sơ đồ phân nhánh này trong chi Stegosaurus, do đó, đặc điểm này không cung cấp thông tin nào liên quan đến quan hệ huyết thống của các khủng long cụ thể trong ví dụ. Trong khi đó, đặc điểm “chi” có hiện diện trong tất cả khủng long và nhiều động vật khác, nên đặc điểm này lại quá chung chung và cũng không có ý nghĩa gì. Việc lựa chọn đặc điểm dựa trên sự phân bố hạn chế thường giảm thiểu đáng kể số lượng hình dạng có thể hữu ích.
Để đơn giản và dễ hiểu, sơ đồ phân nhánh này chỉ đưa ra 6 đặc điểm. Trong nghiên cứu khoa học thực tế, các nhà khoa học thường sử dụng từ 20 đến 100 đặc điểm để khám phá mối quan hệ giữa các loài sinh vật.
Thông qua việc so sánh cẩn thận các bộ xương và lập bảng phân bố đặc điểm, có thể xác định các hình thức đặc điểm lặp lại tạo thành cùng một nhóm. Lượng dữ liệu lớn cần được xử lý bằng chương trình máy tính. Trong mỗi nghiên cứu, mỗi lần sự phân bố đặc điểm xảy ra xung đột thì các nhà nghiên cứu cần kiểm tra lại mẫu vật và xem xét các vấn đề như việc bảo quản mẫu có đủ tốt hay không, các đặc điểm là thực sự giống nhau hay chỉ là “hình thức tương đồng”. Sau đó, trong sơ đồ phân nhánh, mối quan hệ huyết thống được mô tả một cách hình ảnh. Sơ đồ phân nhánh được hỗ trợ bởi số lượng lớn các đặc hình được chọn làm sơ đồ phân nhánh tốt nhất, nhưng nó vẫn chỉ là nền tảng cho nghiên cứu tiếp theo, không phải là kết luận cuối cùng không thay đổi. Khoa học là vô tận, việc đưa ra lý thuyết mới thường làm cho nhiều lý thuyết cũ bị loại bỏ, trong khi một số giả thuyết trước đây không được coi trọng sẽ được tái áp dụng, nhưng tất cả những quá trình này phải chịu sự kiểm nghiệm của khoa học và thực tiễn. Thậm chí sơ đồ phân nhánh được trưng bày tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ cũng có thể chỉ là sơ đồ phân nhánh tốt nhất tạm thời.
Trong phân tích hệ thống phân nhánh, các đặc điểm xác định các nhóm lớn hơn được xem là xuất hiện sớm hơn và được gọi là đặc điểm sơ khai, trong khi các đặc điểm chung của nhóm nhỏ hơn được gọi là đặc điểm tiến bộ hoặc đặc điểm phát sinh. Khi sử dụng phương pháp này, các khái niệm về sơ khai và tiến bộ là tương đối và không có nghĩa là một số đặc điểm “cao hơn” so với các đặc điểm khác. Trong sơ đồ phân nhánh này, “lỗ xương” định nghĩa nhóm “Kỷ Phấn trắng” bao gồm tất cả các khủng long và chim. Trong tất cả các động vật có xương sống, đặc điểm này là đặc trưng cho khủng long, do đó có thể nói rằng nó tiến bộ so với các động vật có xương sống khác. Tuy nhiên, khi nghiên cứu các nhóm con bên trong gia đình khủng long, đặc điểm này được xem là đặc điểm sơ khai. Tương tự như vậy, bốn chi khủng long tạo thành nhóm Theropoda này được định nghĩa bởi hình dạng “mỏ nhô” mà xương mu mở rộng ra phía sau, và hình dạng này trong nội bộ Theropoda lại trở thành đặc điểm tương đối nguyên thủy do xuất hiện sớm.
Hiện nay, nhiều nhà khoa học đã chuyển sự quan tâm đến việc nghiên cứu các thói quen và cách sống đặc biệt của khủng long trong nhiều trường hợp, thay vì dựa vào những chứng cứ khó giải quyết. Mặc dù kết luận của hệ thống phân nhánh thường thay đổi vì sự phát hiện hóa thạch mới, nhưng chính trong quá trình này mà các nhà khoa học đang ngày càng nhận thức chi tiết hơn về mối quan hệ huyết thống của sinh vật. Do đó, phương pháp hệ thống phân nhánh có thể được coi là một phương pháp khách quan tốt để kiểm nghiệm con đường tiến hóa của sinh vật. Các hóa thạch khủng long được trưng bày tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ là phong phú và đa dạng nhất trên thế giới, và trưng bày được hướng dẫn bởi hệ thống phân nhánh giúp người xem có được kiến thức khách quan từ chính hóa thạch.
Thẻ động vật: Khủng long không đuôi, Khủng long có đuôi, Khủng long, Stegosaurus, Archaeopteryx
