Răng hóa thạch tiết lộ thân nhiệt của T. rex bằng cách nào?

Hai chiếc răng của cá thể Thomas the T. rex lưu giữ một dấu vết bất ngờ: khi men răng hình thành, cơ thể con vật có nhiệt độ khoảng 36°C. Các nhà nghiên cứu không suy ra con số này từ kích thước bộ xương, mà đo những liên kết đồng vị hiếm còn tồn tại trong men răng khoảng 66 triệu năm. Kết quả giúp trả lời trực tiếp một phần câu hỏi về sinh lý T. rex: ít nhất cá thể được khảo sát có thân nhiệt cao, phù hợp với một động vật tạo và điều hòa nhiệt bên trong thay vì lệ thuộc nhiều vào hơi ấm từ môi trường. [1]

Men răng lưu giữ nhiệt độ ra sao?

Chìa khóa nằm ở những dạng khác nhau của carbon và oxy, gọi là đồng vị. Khi men răng được tạo thành, một số đồng vị hiếm của hai nguyên tố này liên kết với nhau. Tần suất liên kết thay đổi theo nhiệt độ: liên kết xuất hiện nhiều hơn trong điều kiện lạnh và ít hơn trong điều kiện nóng. Bởi vậy, tỷ lệ còn được bảo tồn trong mẫu có thể đóng vai trò như dấu chỉ về nhiệt độ lúc mô răng hình thành. [1]

Có thể hình dung đây là một dấu vết được ghi lại khi vật liệu đang kết tinh. Nó không giống nhiệt kế theo dõi nhiệt độ từng giờ, mà gần với một ảnh chụp hóa học của một giai đoạn phát triển. Phép đo vì thế cho biết điều kiện hình thành phần men được lấy mẫu, chứ không dựng lại mọi dao động thân nhiệt trong suốt cuộc đời T. rex. [1]

Men răng phù hợp với phép phân tích này vì các cấu trúc tinh thể lớn của nó rất bền. Xương thường xuyên được cơ thể sống hòa tan rồi tái tạo, còn men răng chống biến đổi hóa học tốt hơn. Đặc tính ấy làm tăng khả năng tín hiệu ban đầu sống sót qua thời gian chôn vùi rất dài, dù nguy cơ hóa thạch bị môi trường địa chất làm thay đổi vẫn cần được kiểm tra. [1]

Một mẩu men nhỏ trở thành phép đo thế nào?

Nhóm UCLA lấy men bằng mũi khoan nha khoa từ hai chiếc răng không được trưng bày của Thomas, một bộ xương T. rex thuộc Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Los Angeles. Cá thể này được khai quật tại Hell Creek, Montana. Bột men sau đó được hòa tan trong axit phosphoric để giải phóng khí carbon dioxide mang tín hiệu đồng vị. Máy khối phổ đo tỷ lệ các đồng vị trong luồng khí đó, từ đó nhóm nghiên cứu ước tính nhiệt độ khoảng 36°C. [1]

Khó khăn không chỉ nằm ở độ nhạy của thiết bị. Việc khoan men là phép phân tích phá hủy: phần hóa thạch đã lấy đi không thể phục hồi. Trong khoảng một thập niên, nhóm nghiên cứu giảm gần 90% lượng vật liệu cần dùng. Họ cũng nén khí carbon dioxide để tạo luồng khí đặc hơn, giúp máy thu được kết quả từ mẫu nhỏ. Nhờ vậy, bảo tàng có thể cân bằng giữa việc bảo tồn hiện vật và giá trị của thông tin thu được. [1]

Con số 36°C cần được hiểu đúng phạm vi. Hai chiếc răng đến từ cùng một cá thể, nên kết quả không chứng minh mọi T. rex, ở mọi tuổi và mọi môi trường, đều giữ chính xác nhiệt độ ấy. Ý nghĩa chính của phép đo là cung cấp một dấu vết hóa học gắn với cơ thể thật của con vật, thay vì chỉ ước đoán sinh lý từ vóc dáng hoặc quan hệ tiến hóa. [1]

Mẫu cá sấu cổ giúp kiểm tra điều gì?

Hell Creek còn có hóa thạch cá sấu cổ, và nhóm nghiên cứu áp dụng cùng phương pháp cho mẫu này. Kết quả khoảng 30°C, thấp hơn mức 36°C của Thomas. Sự chênh lệch trở thành một phép đối chiếu quan trọng vì hai loại hóa thạch đến từ cùng địa điểm, nơi chúng từng chịu tác động của môi trường chôn vùi. [1]

Nếu địa chất tại địa điểm là nguyên nhân chính kéo thành phần hóa học của mọi mẫu về cùng một trạng thái, nhiệt độ suy ra từ T. rex và cá sấu cổ được kỳ vọng sẽ gần nhau hơn. Hai kết quả khác biệt ủng hộ cách hiểu rằng tín hiệu phản ánh sự khác nhau ban đầu về sinh học. Phép đối chiếu này không tái hiện được toàn bộ lịch sử biến đổi của từng chiếc răng, nhưng nó giải quyết một khả năng gây nhiễu cụ thể ngay tại nơi khai quật. [1]

Mức 36°C hé lộ lối sống nào?

Theo các mức so sánh được nhóm nghiên cứu nêu, nhiều bò sát biến nhiệt hiện đại duy trì khoảng 28–30°C, trong khi nhiều loài chim ở khoảng 40–43°C. Mức đo được ở Thomas nằm giữa hai khoảng này và gần thân nhiệt của động vật có vú máu nóng hơn. T. rex vẫn là bò sát có vảy và đẻ trứng, nhưng sinh lý nhiệt của cá thể được đo không giống hình dung đơn giản về một bò sát chậm chạp phải thường xuyên phơi nắng. [1]

Thân nhiệt cao phù hợp với một động vật có trao đổi chất tương đối nhanh, đủ khả năng duy trì hoạt động khi săn mồi hoặc ăn xác. Tuy nhiên, nhiệt độ không phải bản mô tả đầy đủ của trao đổi chất. Riêng con số 36°C không cho biết chính xác T. rex tiêu hao bao nhiêu năng lượng, thân nhiệt thay đổi thế nào trong ngày hoặc mức độ hoạt động vào từng thời điểm. [1]

Cơ thể đồ sộ cũng có thể giữ nhiệt lâu, nên không thể dùng một phép đo để tách riêng mọi yếu tố tạo nên thân nhiệt. Điểm đáng chú ý hơn là sự khác biệt giữa T. rex và cá sấu cổ trong cùng phép phân tích. Khoảng cách đó phù hợp với khả năng T. rex tự tạo và điều hòa nhiệt tốt hơn một động vật biến nhiệt điển hình. [1]

Vì sao Alaska là mảnh ghép đáng chú ý?

Hóa thạch tyrannosaur đã được phát hiện tại Alaska. Theo nhóm nghiên cứu, các lớp hóa thạch kỷ Phấn Trắng ở khu vực này chưa cho thấy thằn lằn, rùa, cá sấu và một số bò sát khác. Trái Đất khi đó nhìn chung ấm hơn hiện nay, nhưng mùa đông tại Alaska cổ đại vẫn có thể gây khó khăn cho động vật phải lấy phần lớn nhiệt từ môi trường. [1]

Khả năng duy trì thân nhiệt khoảng 36°C đem lại một lời giải thích hợp lý cho sự hiện diện của tyrannosaur ở vĩ độ cao: chúng có thể tiếp tục hoạt động trong điều kiện lạnh mà nhiều bò sát biến nhiệt khó chịu đựng. Nhóm nghiên cứu kết hợp nhiệt độ đo từ răng với mô hình cổ khí hậu để xem xét vùng sinh sống khả dĩ của T. rex tại Bắc Mỹ, trải từ Mexico đến Alaska. [1]

Răng hóa thạch vì thế kết nối hai thang đo rất khác nhau. Ở cấp độ phân tử là các liên kết đồng vị hình thành trong men; ở quy mô lục địa là khả năng một động vật lớn tồn tại qua nhiều kiểu khí hậu. Hai chiếc răng chưa tạo nên chân dung sinh lý hoàn chỉnh của cả loài, nhưng chúng cho thấy một phần cơ thể tưởng như im lặng vẫn có thể lưu lại thông tin định lượng về cách T. rex từng sống. [1]