Loài chim đã hình thành cánh bằng cách nào? Dữ liệu hóa thạch cho thấy tỉ lệ các chi đã thay đổi trong những con chim có nguồn gốc từ khủng long.

Chim có nguồn gốc từ một nhóm khủng long theropod có kích thước nhỏ và là loài khủng long ăn thịt được gọi là maniraptoran có niên đại khoảng 150 triệu năm trước. Những phát hiện mới đây từ trên khắp thế giới cho thấy rằng, rất nhiều maniraptoran đã rất giống với chim, với bộ lông vũ, những chiếc xương rỗng, kích thước cơ thể nhỏ và tỉ lệ trao đổi chất cao.

Giáo sư Hans Larsson thuộc trường Đại học McGill và một sinh viên hướng dẫn tốt nghiệp, Alexander Dececchi, đã tìm thấy câu trả lời cho câu hỏi nhờ kiểm tra dữ liệu về hóa thạch, đã mở rộng thực sự trong những năm gần đây, từ thời xuất hiện những con chim đầu tiên.

Trong một nghiên cứu đã xuất bản tháng 9 trên tạp chí Tiến hóa (Evolution), Larsson và Dececchi nhận thấy trong phần lớn lịch sử của khủng long ăn thịt, chiều dài chân đã cho thấy một mối liên hệ tỉ lệ ổn định với kích thước cơ thể.

Mặc dù Tyrannosaurus rex (khủng long bạo chúa) nặng gấp 5000 lần so với những con theropod có lông và nhỏ nhất ở Trung Quốc. Tỉ lệ về chân đã thay đổi, tuy nhiên, ở những con chim cổ, là cả các chi trước và chi sau đã trải qua một sự tách ra đáng kinh ngạc từ kích thước cơ thể. Sự thay đổi này có thể là cấp thiết trong việc cho phép những con chim cổ đầu tiên có thể bay được và sau đó khám phá bầu trời của rừng rậm, các tác giả kết luận.

Khi những chiếc chân trước đã dài ra, chúng trở nên đủ dài để dùng như một cái cánh, cho phép một sự tiến hóa của bay chủ động (bay sử dụng năng lượng của cơ thể). Khi đã tách ra với sự co ngắn của những chi sau, điều này đã giúp con chim cổ có thể bay lượn tốt hơn và hiệu quả hơn. Những cái chân ngắn hơn đã giúp trong giảm lực cản trong khi bay – nguyên nhân mà những chú chim hiện đại co chân lên khi chúng bay - và cũng để đậu và di chuyển trên các cành nhỏ trên cây. Sự kết hợp của những đôi cánh tốt hơn như vậy với những cái chân đặc hơn có thể giúp lũ chim sống sót trong thời kỳ mà những nhóm bò sát bay, thằn lằn bay, đã thống trị bầu trời và cạnh tranh về thức ăn.

“Những kết quả nghiên cứu của chúng tôi đã cho thấy loài chim đã trải qua một thay đổi đột ngột trong các cơ chế phát triển của chúng, chẳng hạn như các chi trước và chi sau trở thành vấn đề đối với kiểm soát độ dài khác biệt", Larsson nói. Những sự thay đổi từ những nguyên tắc về tỉ lệ các chi của động vật với sự thay đổi trong kích cỡ cơ thể - một ví dụ khác là mối liên quan giữa các chi dài và tay ngắn ở con người – thường là dấu hiệu của một sự thay đổi lớn về chức năng hoặc hành vi. “Sự tách biệt này có thể là cơ sở dẫn tới sự thành công của loài chim, lớp động vật có xương sống đa dạng nhất trên Trái đất ngày nay".

“Nguồn gốc của những con chim và bay có sử dụng năng lượng là một sự chuyển đổi tiến hóa lớn về lớp”, Dececchi nói, giờ ông là một nghiên cứu postdoctoral tại trường đại học Nam Dakota. “Những gì mà chúng tôi phát hiện cho thấy độ dài chân chim đã phải phân tách từ kích thước cơ thể thông thường trước khi chúng có thể xòe ra thành công như vậy. Có thể là sự thật này là cái cho phép chúng trở thành hơn là nòi giống của những maniraptoran và dẫn dắt chúng mở rộng phạm vi về hình dạng và kích thước của chi mà chúng ta thấy ở những con chim ngày nay".

“Nghiên cứu này, cùng với những nghiên cứu trước đó của chúng tôi rằng những tổ tiên của loài chim đã không đứng thẳng lên, để làm rõ các tiền đề về sinh thái học chim”, tiến sĩ Dececchi nói. “Biết được nguồn gốc của chim, và cách thức mà chúng có mặt ngày hôm nay, là một vấn đề mấu chốt để hiểu cách mà thế giới hiện đại biến đổi để trông như ngày nay".

Nghiên cứu được hỗ trợ tài chính từ nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học của chính phủ Canada.