Vào tháng 6/1968, tại vùng hoang dã suối Antelope, cách thị trấn Delta thuộc bang Utah của Mỹ khoảng 70 km (43 dặm) về phía tây bắc, ánh mặt trời gay gắt đang thiêu đốt những lớp đá màu xám trắng. Một nhà sưu tập hóa thạch nghiệp dư tên là William Meister đang cùng vợ và con gái tìm kiếm hóa thạch trilobite  (Bọ ba thùy) tại đây. Ông giơ chiếc búa địa chất lên và đập vào một phiến đá phiến sét. Tảng đá nứt tách theo các lớp vân tự nhiên, chia thành hai phiến đá riêng biệt.

Những dấu vết sự sống trên hóa thạch thời tiền sử khiến các nhà tiến hóa bối rối—hóa thạch bọ ba thùy và dấu chân Meister. (Trái: Hóa thạch bọ ba thùy, nguồn: Shutterstock; Phải: Dấu chân Meister và hóa thạch bọ ba thùy, nguồn: phạm vi công cộng)

Ông sững người.

Trên bề mặt vừa tách ra của phiến đá hiện rõ hình dạng một dấu đế giày: dài khoảng 26 cm, rộng khoảng 9 cm, có hình dáng rất giống với đế của một đôi dép hoặc giày da của con người. Thậm chí có thể nhận ra cả phần gót giày, và áp lực tác động lên phần gót dường như sâu hơn rõ rệt so với các khu vực khác, giống hệt dấu vết trọng tâm mà một người mang giày để lại khi bước trên nền đất mềm.

Điều gây kinh ngạc hơn nữa là trên “dấu chân” này có gắn hai hóa thạch Bọ ba thùy — như thể một con người nào đó, vào một thời đại xa xưa đến mức khó có thể tưởng tượng nổi, đã giẫm chết những con đang bò dưới đáy biển chỉ bằng một bước chân.

Phiến đá này thuộc hệ tầng đá phiến Wheeler có niên đại vào giữa kỷ Cambri. Theo xác định của các nhà địa chất, nó có tuổi đời khoảng 500 triệu năm. 500 triệu năm trước, nếu chiểu theo thuyết tiến hóa của Dawin, vào thời điểm đó, thực vật còn chưa xuất hiện trên đất liền, động vật có xương sống vẫn chưa ra đời, chứ chưa nói đến con người có khả năng chế tạo giày dép và đi thẳng bằng hai chân.

Hóa thạch phiến đá mang dấu chân Meister (Meister Print), được phát hiện năm 1968 tại vùng hoang dã Antelope Springs, bang Utah, hiện được lưu giữ tại Bảo tàng Chứng cứ Sáng tạo (Creation Evidence Museum) ở Glen Rose, bang Texas. (Ảnh: Phạm vi công cộng).

“Bá chủ” kỷ Cambri: Một kỳ tích sinh học khó tin

Để hiểu được mức độ gây chấn động của phát hiện này, trước hết cần làm quen với nhân vật chính của câu chuyện — Bọ ba thùy ( trilobite).

Bọ ba thùy là những bá chủ thực sự của các đại dương cổ đại. Chúng xuất hiện lần đầu vào đầu kỷ Cambri, khoảng 540 triệu năm trước, đạt đến thời kỳ cực thịnh trong kỷ Ordovic. Sau đó, chúng dần suy giảm qua nhiều lần đại tuyệt chủng và cuối cùng biến mất hoàn toàn trong sự kiện tuyệt chủng hàng loạt vào cuối kỷ Permi, khoảng 250 triệu năm trước.

Suốt 300 triệu năm tồn tại, Bọ ba thùy thống trị đại dương trong khoảng thời gian dài gấp 30.000 lần toàn bộ lịch sử thành văn của nhân loại.

Tên gọi Bọ ba thùy xuất phát từ cấu trúc cơ thể đặc trưng gồm ba thùy dọc. Ở giữa là thùy trục (axial lobe) nhô cao, hai bên là hai thùy bên (pleural lobes). Toàn bộ cơ thể lại được chia theo chiều ngang thành ba phần: đầu, ngực và đuôi, giống như một bộ áo giáp tự nhiên được thiết kế vô cùng tinh xảo.

Phần lớn Bọ ba thùy bò dưới đáy biển và kiếm ăn bằng cách lọc các chất hữu cơ trong bùn cát. Tuy nhiên, một số loài có khả năng bơi lội, thậm chí nổi gần mặt nước.

Sự đa dạng của Bọ ba thùy khiến các nhà khoa học kinh ngạc. Đến nay, hơn 15.000 loài đã được xác định, thuộc 9–10 bộ khác nhau. Các nhà cổ sinh vật học cho rằng đây chỉ là một phần rất nhỏ trong tổng số các loài Bọ ba thùy từng tồn tại.

Kỳ tích quang học từ 500 triệu năm trước

Tuy nhiên, điều thực sự làm giới khoa học sửng sốt và khiến cả các nhà vật lý phải thán phục lại chính là đôi mắt của Bọ ba thùy.

Đôi mắt của hầu hết sinh vật được cấu tạo từ các mô mềm hữu cơ, rất khó được bảo tồn trong hóa thạch. Nhưng Bọ ba thùy dường như đã “phát minh” ra một giải pháp hoàn toàn khác: thủy tinh thể trong mắt chúng được tạo thành từ khoáng vật canxit (canxi cacbonat, CaCO₃).

Canxit là một khoáng vật vô cơ có độ trong suốt cao và chiết suất mạnh, đặc biệt thích hợp để hội tụ ánh sáng trong môi trường đáy biển tối tăm. Chính vì vậy, mắt kép của Bọ ba thùy có thể được bảo tồn nguyên vẹn trong hóa thạch, trở thành bằng chứng về đôi mắt cổ xưa nhất từng được biết đến trên Trái Đất, với niên đại khoảng 520 triệu năm.

Mắt kép của Bọ ba thùy được chia thành hai loại chính, mỗi loại đều sở hữu những đặc điểm tinh vi riêng.

Loại thứ nhất là “mắt toàn màng” (holochroal eye), được cấu tạo từ hàng trăm, thậm chí hàng nghìn thấu kính nhỏ xếp khít với nhau. Mỗi thấu kính tạo thành một hình ảnh riêng, sau đó kết hợp lại thành một hình ảnh toàn cảnh góc rộng, cho phép trường nhìn đạt gần 360 độ.

Loại thứ hai là “mắt phân màng” (schizochroal eye). Loại mắt này có số lượng thấu kính ít hơn, nhưng mỗi thấu kính lại lớn hơn và hoạt động độc lập, được ngăn cách với nhau bởi các lớp sắc tố.

Năm 1975, giáo sư Riccardo Levi-Setti, nhà vật lý hạt nhân tại Fermilab và cũng là một chuyên gia nổi tiếng về Bọ ba thùy, đã hợp tác với nhà cổ sinh vật học Euan Clarkson công bố một bài nghiên cứu trên tạp chí Nature, mô tả chi tiết kỳ tích quang học này của Bọ ba thùy.

Sau đó, trong cuốn chuyên khảo Bọ ba thùys xuất bản năm 1993, Levi-Setti đã để lại một nhận xét được trích dẫn rộng rãi:

“Loại thấu kính hai lớp này là một cấu trúc thường thấy trong mắt người, đến mức việc phát hiện nó ở Bọ ba thùy khiến người ta không khỏi kinh ngạc. Khi nhận ra rằng Bọ ba thùy đã phát triển và sử dụng cơ chế này từ 500 triệu năm trước, sự kinh ngạc ấy càng lớn hơn. Và phát hiện cuối cùng — bề mặt khúc xạ giữa hai thấu kính trong mắt Bọ ba thùy lại phù hợp với thiết kế quang học do Descartes và Huygens suy luận vào giữa thế kỷ XVII — khiến người ta có cảm giác như đang đọc một tác phẩm khoa học viễn tưởng”.

Một nhà vật lý hạt nhân, khi đối diện với hóa thạch của một sinh vật sống cách đây 500 triệu năm, đã dùng cụm từ “khoa học viễn tưởng” để mô tả cảm xúc của mình.

Và đó vẫn chưa phải là tất cả những “công nghệ sinh học đáng kinh ngạc” của Bọ ba thùy. Chúng còn sở hữu hệ thống phụ chi phân công chức năng rõ ràng, các chi mang có khả năng hô hấp, cùng hệ tiêu hóa và hệ thần kinh hoàn chỉnh.

Theo nội dung bài viết, ngay từ lần đầu tiên xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch, Bọ ba thùy đã là một sinh vật phức tạp với đầy đủ chức năng, không để lại dấu vết rõ ràng nào về một “tổ tiên đơn giản hơn”.

Bọ ba thùy có nhiều loại; hình ảnh cho thấy một con có gai ở đầu và gai ở đuôi. (Shutterstock)

Phiến đá ở suối Antelope

Với những kiến thức nền tảng đó, hãy quay trở lại buổi chiều tháng 6 năm 1968.

Quá phấn khích trước phát hiện của mình, William Meister đã mang phiến đá về và nhờ giáo sư luyện kim Melvin Cook của Đại học Utah thẩm định. Sau đó, Cook đã công bố một bài viết, cho rằng đây là hóa thạch dấu chân người và dấu chân này đã đè lên một con Bọ ba thùy còn sống đang bò. Thông tin nhanh chóng lan truyền và gây ra một cuộc tranh luận dữ dội.

Sau khi nghe về vụ việc, giám đốc Bảo tàng Khoa học Trái Đất của Đại học Utah, James Madsen, đã đưa ra một nhận xét đáng nhớ. Ông cho rằng con người không thể tồn tại cách đây 500 triệu năm:

“Vào thời kỳ đó, ngay cả động vật có xương sống cũng chưa tiến hóa xuất hiện. Sinh vật nào có thể để lại dấu vết như thế này? Tôi không thể giải thích được.”

Là một người ủng hộ mạnh mẽ thuyết tiến hóa chính thống, Madsen thừa nhận dấu vết này hẳn phải được tạo ra bởi một quá trình tự nhiên nào đó, nhưng ông không thể chỉ ra chính xác đó là quá trình gì.

Đến tháng 7 cùng năm, nhà tư vấn địa chất Clifford Burdick ở Tucson, bang Arizona, đã đích thân tới hiện trường khảo sát. Tại đây, ông cho biết mình phát hiện thêm một dấu chân nhỏ hơn trong lớp đá phiến gần đó, có hình dạng giống như dấu chân trần của một đứa trẻ.

Dấu vết này được tìm thấy trong hệ tầng Wheeler (Wheeler Formation), một địa tầng thuộc giữa kỷ Cambri, nổi tiếng với số lượng lớn hóa thạch Bọ ba thùy loài Elrathia kingii. Tại khu vực suối Antelope, hóa thạch của loài này xuất hiện rất phổ biến.

Hai hóa thạch Bọ ba thùy nằm trong mẫu vật của Meister cũng chính là Elrathia kingii. Bản thân sự hiện diện của chúng không có gì đặc biệt, bởi đây là loài phổ biến trong tầng đá đó. Điều gây tranh cãi là vị trí của chúng: chúng nằm đúng bên dưới phần được cho là hình dạng của một dấu đế giày.

Hóa thạch bọ ba thùy kỷ Cambri của *Elrathia kingii*. (Shutterstock)

Đối mặt với tất cả những điều này, cách giải thích của giới khoa học chính thống là: đá phiến Wheeler là một loại đá phiến mỏng, rất dễ bong tách theo các khe nứt tự nhiên. Kiểu “hình thái bong tách” (spall pattern) này khá phổ biến trong các tầng đá tại khu vực và đôi khi có thể tạo thành các đường viền hình bầu dục hoặc hình dạng bất quy tắc.

Sau khi trực tiếp kiểm tra mẫu vật, nhà địa chất học William Lee Stokes đã viết trên Tạp chí Giáo dục Địa chất (Journal of Geological Education) năm 1986 rằng đường nứt được cho là ranh giới của phần gót giày thực chất kéo dài vượt ra ngoài toàn bộ phiến đá. Đây là một vết nứt tự nhiên xuyên suốt tấm đá, chứ không phải một đường viền khép kín hình thành do áp lực tác động. Ông cũng cho biết bản thân tảng đá không hề cho thấy các cấu trúc vi mô của sự nén ép địa tầng vốn phải xuất hiện trong một dấu chân thực sự.

Tuy nhiên, Stokes dường như đã vô tình hoặc cố ý né tránh một thực tế cơ bản: nếu đây chỉ là hiện tượng bong tách thông thường, tại sao nó lại tạo ra một đường viền giống đế giày chính xác đến vậy, bao gồm tỷ lệ rất cân đối giữa phần mũi và phần gót, cũng như chi tiết phần gót lún sâu hơn do chịu tải trọng – điều vốn được xem là biểu hiện tự nhiên của cơ sinh học khi một sinh vật thực sự bước đi?

Cuộc tranh luận này đã kéo dài trong nhiều năm nhưng vẫn chưa đi đến một kết luận khiến tất cả các bên đều bị thuyết phục. Hiện nay, bản đúc của phiến đá này được lưu giữ tại Bảo tàng Chứng cứ Sáng tạo Texas (Creation Evidence Museum of Texas) như một mẫu vật mà những người theo thuyết sáng tạo cho rằng có ý nghĩa đặc biệt trong việc chứng minh quan điểm về sự sáng tạo của vạn vật. Đối với họ, hiện vật này vẫn lặng lẽ kể lại câu chuyện về buổi chiều mùa hè năm ấy, khi tiếng búa địa chất vang lên tại vùng Antelope Springs.

Dấu chân Meister (The Meister Print) hiện được lưu giữ tại Creation Evidence MuseumGlen Rose.

Bài toán nan giải của chính Darwin

Cuộc tranh cãi xoay quanh dấu chân Meister thực chất chỉ là phần nổi của một tảng băng lớn hơn nhiều.

Ngay từ lần đầu xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch, trilobite (bọ ba thùy) đã là một sinh vật phức tạp với đầy đủ chức năng: mắt kép hoàn chỉnh, các chi phân đốt, hệ tiêu hóa và hệ thần kinh – không thiếu bất kỳ bộ phận quan trọng nào. Vậy “tổ tiên tiến hóa” của chúng ở đâu?

Theo lý thuyết, trong các tầng địa chất có niên đại trước kỷ Cambri, lẽ ra phải tồn tại những hóa thạch chuyển tiếp từ đơn giản đến phức tạp; phải có một dạng “trilobite nguyên thủy” với hệ thống thị giác chưa hoàn thiện hoặc các thấu kính mắt chưa phát triển đầy đủ. Nhưng cho đến nay, những bằng chứng như vậy vẫn chưa được tìm thấy. Theo quan điểm của tác giả, đây là hiện tượng mà ngay cả nhiều nhà cổ sinh vật học hàng đầu hiện nay cũng chưa thể đưa ra lời giải thích thỏa đáng, hoặc chỉ có thể đưa ra những giả thuyết còn gây tranh cãi.

Đây chính là khó khăn cốt lõi của cái gọi là “Vụ bùng nổ kỷ Cambri”. Theo hồ sơ hóa thạch, trên thang thời gian địa chất, gần như chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn, hầu hết các ngành động vật chính đã xuất hiện đồng thời mà không để lại nhiều dấu vết chuyển tiếp rõ ràng.

Trong Chương 10 của cuốn Nguồn gốc các loài (On the Origin of Species), Charles Darwin từng thừa nhận:

“Các loài thuộc một số ngành lớn của giới động vật xuất hiện đột ngột trong những tầng đá hóa thạch Cambri cổ nhất đã được biết đến… hiện nay tôi vẫn chưa thể giải thích hiện tượng này, và vì thế nó có thể được xem là một luận cứ mạnh mẽ chống lại quan điểm được trình bày trong cuốn sách này.”

Đã hơn 160 năm trôi qua. Theo quan điểm của những người chỉ trích thuyết tiến hóa, vấn đề này không những chưa được giải quyết hoàn toàn mà còn trở nên rõ nét hơn khi số lượng hóa thạch được phát hiện ngày càng nhiều và hiểu biết về mức độ phức tạp của sinh vật kỷ Cambri ngày càng sâu sắc.

Các nhà cổ sinh vật học đã đưa ra nhiều cách giải thích khác nhau, chẳng hạn như sinh vật tiền Cambri quá nhỏ nên khó được bảo tồn thành hóa thạch, hoặc tốc độ tiến hóa có thể diễn ra không đồng đều – tiêu biểu là “thuyết cân bằng ngắt quãng” (Punctuated Equilibrium) do nhà cổ sinh vật học Harvard Stephen Jay Gould đề xuất. Tuy nhiên, theo những người hoài nghi, các cách giải thích này vẫn phụ thuộc nhiều vào “khoảng trống hóa thạch” – tức những giai đoạn then chốt chưa để lại bằng chứng hóa thạch – và vì vậy chưa đủ sức thuyết phục tất cả mọi người.

Một câu hỏi sâu xa hơn liên quan đến xác suất hình thành các cấu trúc sinh học phức tạp. Ví dụ, mắt kiểu schizochroal của trilobite đòi hỏi hai loại vật liệu có chiết suất khác nhau được kết hợp với hình dạng bề mặt chính xác để tạo khả năng hội tụ ánh sáng mà không bị quang sai. Thiếu một thành phần hoặc sai lệch hình dạng đều có thể làm hệ thống hoạt động kém hiệu quả.

Theo lập luận của tác giả, những cấu trúc tinh vi mang tính “không thể thiếu bất kỳ bộ phận nào” như vậy đặt ra câu hỏi: làm thế nào chúng có thể hình thành từng bước thông qua các đột biến ngẫu nhiên và quá trình chọn lọc tự nhiên? Cơ chế tiến hóa của Darwin đòi hỏi mỗi giai đoạn trung gian đều phải mang lại một lợi thế sinh tồn đủ để được chọn lọc tự nhiên duy trì. Nhưng một con mắt còn dang dở, chưa thể hội tụ ánh sáng hiệu quả, sẽ mang lại lợi thế nào để được bảo tồn qua hàng trăm triệu năm trong từng giai đoạn chuyển tiếp?