Sauropod là khủng long gì?
Sauropod là tên gọi chung cho các khủng long thuộc nhánh Sauropoda, một nhánh lớn của khủng long hông thằn lằn (Saurischia). Rất dễ để nhận biết một khủng long sauropod trong thế giới khủng long muôn hình vạn trạng do kích thước khổng lồ, đi bằng cả bốn chân cùng cái cổ dài đặc trưng của chúng. Tất cả các sauropod đều là những loài ăn cỏ. Rất nhiều cái tên trong số chúng đã trở nên quen thuộc với những người yêu thích khủng long như Apatosaurus, Mamenchisaurus, Brachiosaurus hay Argentinosaurus…
Thuật ngữ Sauropoda được đề xuất vào cuối thế kỷ XIX bởi Giáo sư Othniel Charles Marsh, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp cổ có nghĩa là “chân thằn lằn”. Chúng ta thường gọi chung các sauropod bằng cái tên quen thuộc là “khủng long cổ dài”. Tuy nhiên, trên thực tế thuật ngữ này sẽ phù hợp hơn để chỉ một nhánh khủng long với số lượng chủng loài đa dạng hơn rất nhiều bao gồm các sauropod và các họ hàng xa xưa của chúng được gọi là Sauropodomorpha.
Khủng long sauropod có nguồn gốc từ đâu?
Thời đại của các sauropod bắt đầu sớm nhất vào khoảng 200 triệu năm trước và kết thúc khi cuộc Đại Tuyệt chủng Creta – Paleogen diễn ra. Các giả thuyết gần đây cho rằng các sauropod tiến hoá trực tiếp từ những khủng long cổ dài cổ đại được gọi chung là Sauropodomorpha. Các sauropodomorph thường ít khi đạt tới kích thước khổng lồ như các hậu duệ sau này, đa số đi bằng hai chân sau và một số loài còn ăn thịt.
Cho đến nay, các saurodomorph cổ xưa nhất từng được biết đến là Eoraptor lunensis hay Panphagia protos. Rất khó để tin rằng tổ tiên của các sauropod khổng lồ có thể nặng đến hàng chục tấn lại là những khủng long có ngoại hình gần tương tự các raptor, kích thước không lớn hơn một con chó là bao nhiêu, đi bằng hai chân và ăn thịt.
Một đặc điểm đáng chú ý ở các sauropodomorph sơ khai này là cấu trúc hàm răng đã bắt đầu có sự biệt hoá. Bên cạnh các răng nhọn như phần lớn các loài ăn thịt khác còn có các răng hình lá có răng cưa tương tự các loài ăn thực vật. Điều này cho thấy chế độ ăn của chúng không chỉ hoàn toàn là thịt mà còn có thể bao gồm cả các loài thực vật (ăn tạp).
Hậu duệ của các khủng long này được gọi là các sauropodomorph thực sự. Mặc dù vẫn có kích thước nhỏ, nhưng chúng đã bắt đầu xuất hiện một số đặc điểm khác biệt với các tổ tiên như cổ dài và đầu nhỏ hơn, sở hữu nhiều răng hình lá viền răng cưa hơn. Ngoài ra, các sauropodomorph thực sự có xương sườn dài và rộng, do đó giới hạn ổ bụng cũng lớn hơn, phù hợp để chứa bộ ruột dài được cấu tạo để tiêu hoá thực vật. Đại diện của nhóm này bao gồm Thecodontosaurus antiquus hay Saturnalia tupiniquim.
Thế hệ tiếp theo của các sauropodomorph thực sự được gọi là các prosauropod. Đây cũng là nhóm đa dạng nhất về chủng loài và kiểu hình. Các prosauropod sinh sống trên khắp các châu lục từ cuối Kỷ Triass đến giữa Kỷ Jura. Nhánh khủng long này có phần cổ phát triển ngày càng dài hơn, với chiều dài sống cổ có thể gấp 4 hoặc 5 lần chiều rộng. Tỷ lệ đầu trên thân mình của các prosauropod nhỏ hơn các sauropodomorph thực sự, bù lại biên độ cử động đầu rộng hơn và bộ răng có cấu trúc phù hợp hơn với chế độ ăn thực vật.
Các prosauropod lúc này cũng đã mang dáng dấp của những gã khổng lồ khi một số loài như Yuananosaurus dài khoảng 7 m hay Plateosaurus có thể dài đến 10 m.
Sau đó, vào giai đoạn cuối Kỷ Triass – đầu Kỷ Jura, các sauropod sơ khai nhất bắt đầu xuất hiện, tiêu biểu như loài Melanorosaurus được phát hiện ở Nam Phi. Kể từ đó, các hậu duệ của chúng tiếp tục phát triển mạnh mẽ cho đến tận ngày cuối cùng của thời đại khủng long. Lịch sử tiến hoá và phát triển kéo dài hơn 100 triệu năm của các sauropod đã biến chúng trở thành nhánh khủng long tồn tại lâu nhất.
Khủng long sauropod có hình dạng ra sao?
Qua hình ảnh các loài khủng long thường xuất hiện trên các phương tiện truyền thông như Apatosaurus, Brachiosaurus hay Dreadnoughtus, chúng ta có thể dễ dàng hình dung sauropod là những khủng long ăn thực vật có kích thước khổng lồ đi bằng bốn chân, có cổ và đuôi dài, phần đầu rất nhỏ so với tỷ lệ cơ thể. Trên thực tế, không phải sauropod nào cũng có cổ dài hoặc kích thước lớn nhưng nhìn chung, so với các nhóm khủng long khác, hình dạng của các sauropod tương đối đặc trưng và không có nhiều khác biệt giữa các thành viên.
Các đặc tính sinh học của khủng long sauropod
Để có thể duy trì sự tồn tại và thống trị thế giới khủng long hơn 100 triệu năm lịch sử, qua đó trở thành một trong những nhánh khủng long thành công nhất, các sauropod sở hữu một số đặc tính sinh học vô cùng thú vị để có thể giúp duy trì sự tồn tại của từng cá thể khổng lồ và cả giống loài:
Hệ cơ xương
Giống như tất cả các loài động vật có xương sống trên mặt đất, cơ thể của các sauropod phải chịu hai lực theo hai phương khác nhau: (1) lực nén từ trọng lực theo phương thẳng đứng, với thành phần chịu lực chính là các xương chi và (2) lực căng theo phương ngang, được giảm thiểu bằng cột sống chứa đầy các túi khí cùng hệ thống dây chằng rất khoẻ và có độ đàn hồi cao.
Để giúp con vật bước đi vững chắc hơn, các chân trước trở thành một cấu trúc giống như một cây cột, hoặc tương tự chân trước ở voi. Tuy nhiên, khác với voi, ở các sauropod không có một số xương cổ chân và xương mắt cá, thay vào đó là các đệm bằng sụn xơ khổng lồ có vai trò hấp thụ chấn động gây ra từ cơ thể khổng lồ. Móng chân cũng trở nên nhỏ hơn và thậm chí biến mất ở một số chi sauropod, do đó các chi của chúng trở nên giống một cây cột, qua đó có khả năng chịu lực tốt hơn.
Hai chân sau đóng vai trò chịu lực chính và tạo chuyển động đi về phía trước. Các xương chi sau có thiết diện lệch tâm nhằm chống di lệch về hai bên và có một lớp đệm bằng xơ rất dày ở ổ cối (khuyết ở xương chậu nơi tiếp xúc với xương đùi) để làm lớp đệm cho các stress ở vị trí này. Ngoài ra, phần xương chậu rộng và dẹp cùng với xương bả vai và các tấm xương ức cũng là nơi bám cho các cơ cần thiết cho vận động các chi.
Để dễ hình dung, có thể tưởng tượng xương sống của mỗi sauropod giống như một cây cầu dây văng, trong đó, các dây cáp xuất phát từ các trụ chính sẽ chịu trách nhiệm nâng đỡ sức nặng của toàn bộ cây cầu. Còn hệ thống dây cáp chính là các dây chằng cực khoẻ xuất phát từ các gai sống sẽ chịu trách nhiệm nâng đỡ sức nặng của con vật. Do cột sống và các dây chằng đã đảm nhận hầu hết việc chịu lực nên các sauropod không cần phải phát triển khối lượng cơ.
Việc xương sống có các khoang rỗng ở các tetrapod không phải là hiếm. Tuy nhiên, nếu như các khoang rỗng ở gần như tất cả các tetrapod đều có chứa tuỷ xương thì việc các khoang rỗng này chứa khí tương đối hiếm gặp. Ngoài các xoang não thất ở động vật có vú và các archosaur, thì hiện tượng các xương thân chứa khí chỉ xuất hiện ở các bò sát “dòng chim” (hay ornithodiran), archosaur, đặc biệt là các thằn lằn bay (pterosaur) và các khủng long hông thằn lằn.
Các sauropod sở hữu một phiên bản đơn giản hơn các tổ tiên của chúng, và các khoang rỗng này được lót một lớp màng và kết nối với một hệ thống gồm nhiều túi khí được gọi là túi thừa nằm sát cột sống tạo nên các hố và khuyết trên các đốt sống. Một số thậm chí còn chiếm các vị trí nằm ngay phía trên tuỷ sống. Mặc dù các túi thừa không đóng vai trò gì do chỉ chứa khí không tham gia vào quá trình hô hấp nhưng chúng kết nối vào một hệ thống túi khí trong hệ hô hấp.
Do đó các xương trục của sauropod nhìn có vẻ rắn chắc nhưng bên trong thường rỗng và đôi khi thông thương với các khoang trên bề mặt xương, do đó các xương này vẫn đủ rắn chắc nhưng lại có kích thước rất nhẹ.
Hệ hô hấp
Các khủng long hông thằn lằn nói chung, bao gồm các sauropod và các loài chim hiện đại, sở hữu một hệ hô hấp khác biệt và hiệu quả hơn so với cách hô hấp thông thường mà chúng ta dễ dàng bắt gặp ở các loài động vật có vú. Theo đó, trong phương pháp này, oxy được hấp thu không chỉ ở thì hít vào mà còn ở thì thở ra. Đóng vai trò quan trọng trong cơ chế hô hấp đặc biệt này chính là hệ thống các túi khí phân bố khắp cơ thể của một sauropod.
Các sauropod sở hữu một hệ thống túi khí và túi thừa chứa khí phân bố trải dài từ các đốt sống cổ đến tận phần đuôi, thậm chí còn xuất hiện ở xương sườn hoặc khung chậu như ở một số loài titanosauriform sơ khai như Brachiosaurus. Trong đó, các túi khí sẽ tham gia trực tiếp vào quá trình hô hấp, cụ thể, trong thì hít vào, các túi khí phình ra sẽ đẩy không khí đi theo một chiều qua một mạng lưới các tiểu phế quản được gọi là parabronchi vào trong phổi. Tại đây, các tiểu phế quản sẽ lấy oxygen đồng thời thải ra carbon dioxide.
Ở thì thở ra, các túi khí co lại, luồng khí (lúc này vẫn còn oxygen dù không còn nhiều như ban đầu) trở về các parabronchi, lấy thêm lượng oxy còn lại trước khi được thải ra ngoài qua khí quản. Cơ chế hô hấp này giúp cơ thể to lớn của con vật có đủ oxygen để hoạt động.
Mặc dù có sự thông thương với các túi khí nhưng các túi thừa chứa khí lại không thể co dãn được, nên chúng không có vai trò trong hoạt động hô hấp mà tham gia vào chức năng điều hoà nhiệt độ cùng với cái cổ và đuôi dài – những nơi có diện tích bề mặt tương đối lớn trên cơ thể. Ngoài ra, thông qua quá trình hô hấp, các sauropod sẽ thở bớt không khí ẩm và nóng ra ngoài (giống như cách đà điểu và một số loài động vật có vú ngày nay vẫn làm).
Hệ tuần hoàn
Để cung cấp máu hiệu quả đến các cơ quan, các sauropod sở hữu trái tim lớn hơn cả tim voi – loài động vật trên cạn lớn nhất hiện tại, tính theo tỷ lệ. Trái tim hoành tráng này có hai tâm thất rất dày để có thể bơm máu hiệu quả, đặc biệt khi lên não qua cái cổ dài và ngược chiều với trọng lực của Trái đất.
Hỗ trợ đắc lực cho hệ thống tuần hoàn là các mạch máu với lớp thành dày được cấu tạo đặc biệt để việc bơm máu có hiệu quả. Một số giả thuyết còn cho rằng phân bố suốt chiều dài của cổ là những “buồng tim phụ”, sẽ cùng tim thực hiện chức năng co bóp để đưa máu lên não. Và để làm giảm áp lực máu khổng lồ này có thể gây xuất huyết não, bên trong não của sauropod có một mạng lưới tiểu động mạch và mao mạch chằng chịt (mete mirabile) thông thương với nhau có vai trò chia sẻ lượng máu làm giảm huyết áp.
Hệ tiêu hoá
Giống như phần lớn các động vật ăn thực vật to lớn khác, để có thể tiêu hoá được một lượng thức ăn lớn đòi hỏi phải có sự tham gia của các vi sinh vật và quá trình lên men, đặc biệt khi chế độ ăn của chúng có chứa rất nhiều cellulose, một thành phần rất giàu carbohydrate tuy nhiên lại rất khó tiêu hoá.
Một số loài động vật ăn cỏ hiện nay như voi, ngựa, gorilla hay đặc biệt là một số loài chim sở hữu hệ tiêu hoá lên men của ruột sau, tức là thức ăn được chứa trong một bộ phận được gọi là ruột tịt hay manh tràng. Do đó có lẽ các họ hàng xa xưa của chim là các sauropod cũng sở hữu hệ tiêu hoá dạng này.
Để quá trình lên men và tiêu hoá được hiệu quả phải phụ thuộc vào kích thước thức ăn sau khi được xử lý cơ học (ví dụ như hoạt động nhai). Do bộ răng của các sauropod được cấu tạo chủ yếu để xé hay tước lá thay vì nhai nên có giả thuyết về khả năng chúng đã nuốt các hòn sỏi hay đá vào dạ dày để hỗ trợ việc nghiền nát thức ăn, nhất là khi một số viên đá được tìm thấy cùng với hoá thạch của các sauropod.
Hệ thần kinh
Phân tích hộp sọ của các sauropod cho thấy chúng có một bộ não rất nhỏ và tương đối kém phát triển. Tuy nhiên, thể tích não bộ của một sauropod vẫn nằm trong giới hạn cho phép của một loài bò sát nếu xét theo tương quan tỷ lệ với cơ thể. Bộ não sauropod nằm gọn trong hộp sọ và và được đệm xung quanh bởi mô liên kết và mô mỡ, tương tự các loài bò sát hiện đại. Tuyến yên tỷ lệ thuận với kích thước cơ thể, do đó cơ quan này có kích thước rất lớn ở các sauropod.
Ở gần xương cùng của các sauropod, ống tuỷ phình to nên đôi khi được xem là một bộ não thứ hai. Tuy nhiên, phần phình to này có kích thước lớn hơn cả hộp sọ thực sự của các sauropod và có lẽ chỉ chứa các cấu trúc khác chẳng hạn như thể glycogene (giống như chim hiện đại) hoặc các sợi thần kinh phân bố từ tuỷ sống đến các chi.
Các sauropod có cặp mắt rất lớn, nếu tính trên tỷ lệ so với hộp sọ, khi vòng xương hốc mắt cho thấy nhãn cầu chiếm toàn bộ hốc mắt, điều này trái ngược với các theropod lớn có kích thước hộp sọ tương tự, nhãn cầu chỉ chiếm phần sau của hốc mắt.
Các lỗ mũi của các sauropod rất lớn, thêm vào đó, hành khứu rất phát triển cho thấy khứu giác là một trong những giác quan quan trọng bậc nhất của các sauropod.
Tập tính của khủng long sauropod
Sinh sản và trưởng thành
Tất cả các sauropod đều có tập tính đẻ trứng. Các nghiên cứu trên độ dày vỏ trứng cho thấy gần như tất cả các khủng long thuộc nhóm này đều có thói quen vùi trứng dưới đất. Tuy nhiên, vẫn có một số trường hợp ngoại lệ, chẳng hệ các hoá thạch vỏ trứng trong di tích tổ sauropod được phát hiện Auca Mahuevo, Argentina có niên đại vào cuối Kỷ Creta có vỏ mỏng do đó có khả năng không được chôn dưới đất.
Một điểm đáng chú ý là số lượng trứng trong một tổ sauropod thường khá ít (< 10 trứng), mỗi trứng cũng có kích thước không quá lớn (không có trứng nào >25 cm đường kính và 5 L thể tích. Như vậy, một con non khi nở ra có kích thước rất nhỏ so với một sauropod trưởng thành. Do số lượng trứng trong mỗi tổ thường ít cho nên để duy trì số lượng giống nòi, một con sauropod mẹ có thể đẻ nhiều hơn một tổ trứng vào mùa sinh sản.
Do đó, con non khi nở ra gần như không nhận được sự bảo vệ của khủng long cha mẹ và phải tự sinh tồn cho đến khi đạt đến độ tuổi sinh sản vào khoảng thập niên thứ 20 hoặc 30 của cuộc đời. Điều này cộng với kích thước nhỏ bé khiến cho khủng long non có tỷ lệ tử vong rất cao. Điều này rất khác biệt với các loài động vật có vú hiện đại, khi kích thước của cha mẹ sẽ tỷ lệ nghịch với số con sinh ra.
Mô học xương cho thấy con non phát triển rất nhanh vì các xương dài của các sauropod có chứa rất nhiều các xương dạng tấm sợi giàu mạch máu, tương tự loại thường gặp ở các động vật có vú chưa trưởng thành. Các chỉ số phát triển định tính cũng cho thấy các sauropod đạt tới độ tuổi trưởng thành về mặt sinh dục trước khi đạt kích thước tối đa, một đặc điểm giống với phần lớn các khủng long khác.
Một con sauropod trưởng thành sẽ rất khó bị trở thành mục tiêu của các loài ăn thịt to lớn. Ngược lại, một sauropod non rất mong manh và sẽ là con mồi lý tưởng. Do đó, dưới áp lực của sự chọn lọc tự nhiên, các sauropod non phải đẩy nhanh sự phát triển của cơ thể, và tỷ lệ trao đổi chất cơ bản (BMR) cao là điều kiện tiên quyết.
Cuộc sống bầy đàn
Các hoá thạch xương sauropod được tìm thấy cùng nhau hoặc hoá thạch dấu chân cho thấy các sauropod có cuộc sống bầy đàn. Tuy nhiên, thành phần trong bầy không phải lúc nào cũng giống nhau giữa các chủng sauropod. Một số bầy sauropod bao gồm khủng long thuộc mọi lứa tuổi. Trong khi đó, ở một số loài như Alamosaurus, các con trưởng thành sống thành bầy tách biệt với nhóm các con chưa tới tuổi trưởng thành. Sở dĩ có sự phân chia này là vì các lứa tuổi khác nhau sẽ có chế độ ăn khác nhau.
Khả năng đứng trên hai chân sau
Tổ tiên của các sauropod đã từng là những loài khủng long đi bằng hai chân. Mặc dù đã trở nên to lớn và nặng nề hơn rất nhiều, nhưng một số chi sauropod vẫn còn giữ được khả năng đứng bằng hai chân sau (với cái đuôi dài đóng vai trò như một cái chân thứ ba) để tìm thức ăn trên cao nhờ cấu tạo đặc biệt của bộ xương.
Diplodocus hay các họ hàng nổi tiếng của chúng như Apatosaurus hay Brontosaurus là những chuyên gia kiếm ăn theo cách này. Chúng đều có chi trước ngắn, khung chậu to khoẻ cùng một cái đuôi dài và nặng, để dồn trọng tâm về nửa thân sau. Ngoài ra, các đốt sống đuôi từ 20 – 27 còn được gia cố bởi một số xương làm điểm tựa khi con vật đứng bằng hai chân sau. Sự phân bố hợp lý của các cơ nửa thân sau, như cơ đuôi – đùi cũng góp phần giúp các sauropod thực hiện động tác này dễ dàng hơn cả loài voi hiện đại.
Các sauropod này có các gai sống cùng và đuôi rất cao, trong khi các xương sườn cổ ngắn, đồng thời đốt sống cổ và đuôi lại có chẽ đôi. Ngược lại, các chi sauropod đứng trên 4 chân để kiếm ăn như Brachiosaurus thường có các đốt sống cổ ngắn để đảm bảo vững chắc phần lưng cổ trong khi các xương sườn cổ rất dài để hạn chế cử động xoắn ở mặt lưng cổ.
Tốc độ và cách di chuyển
Các phép tính cơ sinh học cho thấy kích thước khổng lồ không cho phép các sauropod di chuyển theo một số dáng đi nhất định, trừ việc chạy, vốn có pha dừng (giai đoạn 4 chân không chạm đất). Tốc độ khi bước đi của một sauropod vào khoảng 5,4 – 8,6 km được tính toán dựa trên chuyển động lắc lư và không sử dụng cơ bắp của các chi. Các tính toán trên mô hình máy tính cũng cho thấy các sauropod có thể đạt tốc độ tối đa gần 20 km/h.
Tuy nhiên, trên thực tế, các dấu chân cho thấy các sauropod thường di chuyển với tốc độ rất chậm, vào khoảng 2 – 7 km/h, tốc độ trung bình thường dưới 2 km/h. Các bằng chứng cho thấy sauropod di chuyển với tốc độ cao hơn thường hiếm khi phát hiện được vì các địa hình với nền đất mềm vốn có thể lưu giữ dấu chân thường cũng rất trơn trượt, không phù hợp cho một con vật kích thước lớn như sauropod có thể chạy.
Các sauropod có cấu trúc chi tương tự ở voi, với các sauropod có sức mạnh tương đương, thậm chí còn mạnh hơn các voi và các đại diện khác của Bộ Có vòi. Do đó, các sauropod cũng có khả năng cử động linh hoạt tương tự. Tốc độ tối đa của voi là 35 km/h nên các sauropod có kích thước tương đương hoàn toàn có thể đạt được tốc độ này. Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học đã chứng minh các sauropod có lối di chuyển bước chéo chân (diagonal gait) giống với hà mã hơn là voi.
(Còn tiếp)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nicole Klein (2011). Biology of the Sauropod Dinosaurs: Understanding the Life of Giants. Indiana University Press. p. 73. ISBN978-0-253-35508-9.
Molina-Perez & Larramendi (2020). Dinosaur Facts and Figures: The Sauropods and Other Sauropodomorphs. New Jersey: Princeton University Press.
Thomas R. Holtz Jr. (2012). Dinosaurs: The Most Complete, Up-to-Date Encyclopedia for Dinosaur Lovers of All Ages. Random House.
Donald R. Prothero (2016). Giants of the lost world : dinosaurs and other extinct monsters of South America. Smithsonian Books
){kind=link}