Những sinh vật lặn siêu đẳng

Khi nói về lặn sâu thì không loài nào có thể sánh được với cá voi mõm khoằm Cuvier. Trong một công trình nghiên cứu được công bố hồi tháng Ba năm 2014, các nhà khoa học đã theo dõi loài cá voi bí ẩn này và phát hiện một cá thể đã lặn đến độ sâu 2.992 mét. Sau đó, nó đã ở dưới nước mà không cần phải thở một hơi nào trong vòng 138 phút.

Đây là một thành tích phi thường, cùngMainlúc phá vỡ hai hạng mục kỷ lục về lặn sâu ở động vật có vú.

Áp suất khủng khiếp

“Điều mà loài này làm được thật đáng kinh ngạc,” ông Andreas Fahlman thuộc Đại học Texas A&M nói, “Những con cá voi này lặn sâu như thế hết ngày này qua ngày khác, đôi khi còn lặn nhiều lần trong ngày mà không gặp bất cứ vấn đề gì cả. Làm sao chúng làm được việc đó?”

Các động vật lặn sâu chỉ vì một lý do duy nhất: đó là tìm thức ăn, ông Randall Davis, người cũng đến từ cùng trường đại học, nói.

“Những con cá voi này lặn đến độ sâu khủng như thế bởi vì chúng sẽ được tưởng thưởng về mặt thức ăn,” ông nói. “Các loài động vật không lặn sâu cho vui. Đó là cách chúng sinh tồn.”

Tuy nhiên đó là cách sinh tồn rất gian khổ. Vấn đề thấy ngay là áp suất khủng khiếp dưới đáy biển. Ở độ sâu 1.000 mét, áp lực sẽ lớn hơn gấp 100 lần so với ở trên mặt nước – tức là đủ để nén hoàn toàn không khí trong phổi.

Bản quyền hình ảnh BBC World Service
Image caption Cá voi mõm khoằm Cuvier

Để tránh điều này, theo ông Randall, cá voi mõm khoằm Cuvier có khung xương có thể xếp lại để thu gọn phổi và làm giảm dung tích khí. Sau đó, trước khi lặn, chúng sẽ thở ra 90% lượng khí trong phổi. Điều này cũng giúp làm giảm khả năng nổi để chúng có thể lặn sâu dễ dàng hơn.

Nhưng điều này gây ra một vấn đề mới là khi có quá ít ôxy trong phổi thì loài cá voi này phải sử dụng ôxy hết sức tiết kiệm khi lặn. “Chúng phải bám chặt vào lượng ôxy ít ỏi này và phải sử dụng nó cẩn thận hết mức,” ông Fahlman nói.

Để không tiêu thụ quá nhiều ôxy, các loài động vật khi lặn có thể ngưng thở và không bơm máu đến tim, não và các cơ. Chúng cũng ngừng các cơ quan như tiêu hóa, thận và gan.

Cuối cùng, nhịp tim được làm chậm lại. Đa số các loài hữu nhũ, kể cả con người, đều giảm nhịp tim khi lặn. Nhưng ở các động vật biển hữu nhũ nhịp tim có thể được giảm đến mức tối đa. Các nhà khoa học đã đo được nhịp tim của loài hải cẩu Weddell khi lặn là chỉ bốn lần một phút.

Giảm vận động

Các động vật này cũng điều chỉnh cách tiêu thụ ôxy bằng cách giảm vận động. Hồi năm 2000, ông Terrie Willams ở Đại học California và các đồng sự đã gắn máy quay siêu nhỏ vào các động vật lặn sâu như hải cẩu Weddell, cá voi xanh, hải cẩu voi... và họ đã phát hiện những động vật này chỉ có động tác lướt xuống mà không cần vận động cơ nào cả. Lá phổi của chúng được thu nhỏ để giảm khả năng nổi cho phép chúng lặn thay vì bơi.

Bản quyền hình ảnh BBC World Service
Image caption Hải cẩu Weddel cũng là những động vật siêu lặn

Nhưng tiêu thụ ôxy nhỏ giọt vẫn không đủ để lặn sâu. Một khi đã đạt đến độ sâu cần thiết, cá voi mõm khoằm Cuvier cần phải trườn tới và chế ngự con mồi. Do đó, chúng cần oxygen để vận động.

Điều may mắn là chúng có nguồn ôxy dự trữ: chúng tích lũy ôxy trong máu và các cơ. Động vật hữu nhũ hải dương có tỷ lệ tế bào hồng cầu chở ôxy cao hơn hầu hết các động vật hữu nhũ khác khiến máu của chúng đậm đặc và sệt lại. “Đơn giản là chúng có quỹ tiết kiệm lớn hơn chúng ta,” ông Fahlman nói.

Nhưng điều đó vẫn chưa đủ. “Từ những gì mà chúng ta ước tính được về lượng ôxy được tích trữ và tốc độ chúng được tiêu thụ thì các loài động vật này không thể lặn được đến độ sâu đó,” ông Michael Berenbrink ở Đại học Liverpool phân tích.

Bí ẩn từ myoglobin

Bản quyền hình ảnh BBC World Service
Image caption Myoglobin giúp thịt có màu đỏ

Cho đến năm 2013, Berenbrink đã có một phát hiện bất ngờ về cơ của các động vật lặn sâu. Cũng giống như tất cả các động vật có vú, cơ của chúng có một loại protein gọi là myoglobin vốn chứa ôxy và làm cho thịt có màu đỏ. Ở những động vật lặn sâu, cơ của chúng có lượng myoglobin tập trung cao gấp 10 lần so với ở con người. Ở cá voi, myoglobin tập trung nhiều đến mức thịt của chúng gần như có màu đen.

Tuy nhiên, lượng myoglobin chứa trong các cơ cũng có giới hạn. Nếu có quá nhiều phân tử dồn vào một chỗ hẹp thì chúng sẽ dính chặt lại với nhau. Tình trạng này có thể gây ra những căn bệnh hiểm nghèo ở con người như bệnh tiểu đường hay Alzheimer. Tuy nhiên Berenbrink nhận thấy các cơ của động vật lặn sâu dường như có chứa quá nhiều myoglobin.

Vậy thì bí quyết của chúng là gì? Berenbrink phát hiện rằng myoglobin của các loài động vật lặn sâu có điện tích dương. Giống như điện trái dấu thì đẩy nhau, các phân tử myoglobin có điện dương không dính vào nhau. Điều này có nghĩa là các động vật này có thể tập trung một số lượng lớn myoglobin giúp cung cấp nhiều ôxy.

Bản quyền hình ảnh BBC World Service
Image caption Lúc trồi lên, các thợ lặn phải tránh tình trạng giảm áp

Berenbrink nhận thấy rằng tất cả các động vật lặn sâu mà ông nghiên cứu đều có myoglobin có điện dương. Mức độ tập trung myoglobin cao nhất là ở các cơ cần thiết cho hoạt động bơi ở đúng nơi mà các loài động vật lặn sâu cần nhất. Các phân tích di truyền cũng cho thấy cá voi mõm khoằm Cuvier có mức độ tập trung myoglobin cao nhất đúng như dự đoán.

Tuy nhiên dù cho nghiên cứu của Berenbrink đã tìm thấy lượng ôxy dự trữ trong các loài lặn sâu, ông nói con người vẫn chưa biết liệu lượng ôxy dự trữ này có đủ cho cá voi mõm khoằm lặn sâu như thế hay không. “Vẫn còn rất nhiều điều chúng ta chưa biết,” ông nói.

Rối loạn giảm ép

Bản quyền hình ảnh BBC World Service
Image caption Rối loạn giảm áp cũng gây tử vong ở một số động vật

Ngay cả khi chúng có đủ ôxy thì chúng vẫn có thể gặp phải tình trạng gọi ‘rối loạn giảm ép’. Ở con người, tình trạng này có thể gây tử vong. Và người ta đã biết rằng các động vật hữu nhũ khác cũng có thể gặp nguy hiểm tương tự.

Khi một người thợ lặn đang ở dưới nước, không khí hòa tan trong máu của họ. Nếu họ trồi lên mặt nước quá nhanh, áp suất giảm đột ngột làm xuất hiện những bọt khí trong máu và chúng tích tụ lại trong các mao dẫn và các cơ quan quan trọng. Điều này gây ra đau đớn và khó chịu và đôi khi dẫn đến tử vong.

Vào cuối năm 2002, 14 cá voi mõm khoằm bị sóng đánh lên bờ cùng lúc trên đảo Canary. Khi các nhà khoa học khám nghiệm trên 10 cá thể, họ đã tìm thấy những tổn thương cơ nghiêm trọng vốn thường liên quan đến các ổ khí trong các cơ quan. Điều này cho thấy các con cá voi đã gặp tình trạng giảm ép.

Bản quyền hình ảnh BBC World Service
Image caption Cá voi xanh cũng lặn rất sâu

Các nhà khoa học đã từng nghĩ rằng các động vật lặn sâu không bị đe dọa bởi tình trạng này, ngay cả khi họ đã tìm thấy những bọt khí trong những loài bị mắc cạn ở bờ biển. Trong thời gian từ năm 1992 cho đến năm 2003, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các tổn thương cơ có liên quan đến bọt khí ở cá heo bị trôi dạt lên bờ biển nước Anh.

Trong vụ cá voi gặp nạn năm 2002, trước đó bốn giờ đã diễn ra một loạt các cuộc tập trận có dùng sóng siêu âm. Kể từ đó, các nhà khoa học đã lưu ý về mối liên hệ giữa sóng siêu âm với việc các động vật biển hữu nhũ bị mắc cạn ở các bờ biển ở vùng Địa Trung Hải, đảo Canary và quần đảo Bahamas.

Trên lý thuyết, nếu cá voi đang ở độ sâu từ 1.000 đến 2.000 mét, âm thanh từ sóng siêu âm sẽ khiến chúng trồi thẳng lên mặt nước. Nếu chúng trồi lên quá nhanh thì cơ chế chống giảm ép của chúng sẽ không thể xoay sở kịp.

Bản tiếng Anh bài này đã được đăng trên BBC Earth.

Tin liên quan