Theo GD&TĐ, cá phổi thường sống ở châu Phi, có khả năng sống sót khi dòng sông cạn nước vào mùa khô. Loài cá này tồn tại trên Trái đất 390 triệu năm và tiến hóa cơ chế ngủ hè đặc biệt để sống sót qua thời kỳ nắng nóng và hạn hán kéo dài.
Bí quyết của chúng nằm ở khả năng thích nghi nhanh chóng với những điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Đào hang để ngủ hè
Trên bề mặt sông Bandama ở Bờ biển Ngà thi thoảng sẽ xuất hiện những gợn sóng lăn tăn khi một sinh vật có đốm ngoi lên để hít thở. Đó là loài cá phổi thường sinh sống ở khu vực Tây Phi.
Cá phổi dài 1m, có hình dạng giống con lươn và những họa tiết da báo trên nền vảy màu ô liu. Chúng sống ở ranh giới giữa đời sống dưới nước và trên bờ. Thân của chúng phải ngập trong nước nhưng đôi khi chúng cần hít thở không khí trên kia. Đó là lý do chúng được đặt tên là “cá phổi”.
Cá phổi có thể không ăn uống suốt 4 năm mà vẫn sống sót. Ảnh: Futurism
Cá phổi sở hữu cặp lá phổi và phần mang không đủ cung cấp dưỡng khí nên chúng phải ngoi lên mặt nước thường xuyên để lấy khí oxy. Khác với hầu hết các loài cá, cá phổi có thể sống sót khi dòng sông cạn nước vào mùa khô.
Trong khi những loài cá khác rút lui vào những ao hồ chật hẹp hoặc di cư đi nơi khác, cá phổi đào hang trong lòng sông khô cạn. Ở đây, chúng bao bọc cơ thể trong kén chất nhầy, chỉ chừa khe hở cho phần miệng để hít thở không khí. Với cách làm này, cá phổi có thể duy trì sự sống mà không cần ăn uống trong nhiều tháng, thậm chí là 4 năm.
Ở các loài động vật, hiện tượng trên gọi là ngủ hè. Quá trình này xảy ra khi động vật kích hoạt chế độ tạm ngừng hoạt động cả về mặt thể xác và trao đổi chất để sống sót qua điều kiện khô nóng.
Trạng thái ngủ hè thường xảy ra ở những loài động vật nhiệt đới, chủ yếu nằm phía Bắc Trái đất. Đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa hiểu hết về quá trình các loài động vật ngủ hè vì nó khó quan sát hơn ngủ đông.
Những nhà tự nhiên học thời Victoria đã tìm cách vận chuyển cá phổi châu Phi nửa vòng Trái đất tới Anh và Mỹ để nghiên cứu. Kết hợp với các công nghệ nghiên cứu phát triển hiện nay, họ dần khám phá ra quá trình tế bào và di truyền phía sau hành vi ngủ hè của cá phổi.
Do không có chân để di chuyển lên đất liền và có thể bị tách biệt với môi trường khác khi nước khô cạn, cá phổi châu Phi đã tiến hóa để tồn tại ở trạng thái không hoạt động trong lớp bùn cho tới khi nước dâng trở lại.
Cảm ứng, giai đoạn đầu tiên của quá trình kích hoạt, đặt nền móng cho hành vi ngủ hè. Năm 1986, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra nhiều dấu hiệu để kích hoạt trạng thái ngủ hè gồm mất nước, đói, thở nhiều hơn và căng thẳng.
Ngoài ra, thay đổi ở độ mặn và thành phần của các chất hòa tan như canxi, magie trong vùng nước xung quanh là dấu hiệu các dòng sông cạn kiệt. Mang có thể giúp cá phổi cảm nhận được nồng độ nước bên trong cơ thể.
Từ những dấu hiệu trên, cá phổi bắt đầu đào hang trong bùn bằng miệng và cơ thể trơn tròn. Sau đó, chúng rút vào trong hang, cuộn tròn phần thân dài và bao bọc bản thân trong lớp chất nhầy do chúng tự tiết ra. Sau khi chất nhầy cứng lại, chúng tạo thành chiếc kén không thấm nước, chỉ chừa lại một lỗ hẹp trên bề mặt cho phép cá hít thở không khí bằng phổi.
Cá phổi Tây Phi có thể sống sót qua giai đoạn nước khô cạn.
Thay đổi sinh lý
Tuy nhiên, chui vào hang không đủ giúp cá phổi sinh tồn qua thời kỳ khô hạn. Thay đổi bề ngoài cần đi kèm với những thay đổi sinh lý để tiếp tục quá trình trao đổi chất cơ bản vì chúng không được tiếp cận với thức ăn và nước uống trong nhiều tháng.
Hiện nay, cá phổi phải đối mặt với nguy hiểm từ hoạt động khai thác của con người. Nhưng Trái đất đang bước vào thời kỳ hạn hán không bền vững nên cá phổi với khả năng sống dẻo dai, có thể thích nghi và tồn tại qua những điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Đây cũng là minh chứng cho khả năng phục hồi của sự sống trên Trái đất.
Theo Vnexpress, phân tích di truyền hé lộ mức độ biểu lộ tín hiệu hormone tăng lên trong não do hoạt động gene tăng. Việc ngừng trao đổi chất diễn ra trong quá trình duy trì, bắt đầu ngay khi kén chất nhầy khô hoàn toàn. Hoạt động lấy oxy chỉ diễn ra qua lá phổi và mức tiêu thụ oxy giảm một nửa so với cá phổi hoạt động trong nước. Những thay đổi này đi kèm với hoạt động trao đổi chất giảm mạnh, nhịp tim giảm xuống 2 nhịp/phút (so với thông thường là 25 nhịp/phút) và ngưng sản xuất ammonia. Nhiều bộ phận cơ thể thay đổi gồm ruột, thận và tim, phản ánh chức năng giảm đi trong quá trình ngủ hè. Nguồn lưu trữ trong cơ thể là nguồn năng lượng duy nhất của cá phổi.
Lượng lớn bạch cầu hạt (tế bào bạch cầu quan trọng trong hệ miễn dịch) tích trữ ở ruột, thận và tuyến sinh dục của cá phổi trong mùa ướt cũng đóng vai trò trong nghỉ hè. Một nghiên cứu trên trang Science năm 2021 phát hiện kén nhầy chứa đầy bạch cầu hạt. Chúng ngăn chặn mầm bệnh truyền tới cá phổi ngủ hè. Bạch cầu hạt di chuyển từ nơi lưu trữ trong nội tạng, thông qua mạch máu tới da, tiến vào trạng thái viêm trước khi hoàn thành hành trình trong kén. Tại đây, bạch cầu hạt tạo ra bẫy ngoài tế bào, ngăn chặn vi khuẩn truyền sang cá phổi ngủ hè, khiến chiếc kén trở nên miễn dịch.
Cuối cùng, nước quay trở lại, cá phổi bị kéo ra khỏi giấc ngủ hè khi miệng của nó, bộ phận duy nhất không bị bọc bởi kén chất nhầy, chứa đầy nước. Điều này bắt đầu giai đoạn thức tỉnh của ngủ hè, cũng là giai đoạn bí ẩn nhất trong cả ba. Chật vật bò ra khỏi kén và uể oải nhô lên mặt nước, cá phổi bài tiết chất thải tích tụ trong suốt thời gian ngủ hè. Sau khoảng 10 ngày, thời gian để cơ quan nội tạng tái khởi động, cá phổi bắt đầu kiếm ăn trở lại.
Đáng chú ý là cá phổi trở lại trạng thái sống tự nhiên rất nhanh, hoàn thành quá trình biến đổi trong thời gian các nhà khoa học mải mê nghiên cứu về nó.
Sự chuyển đổi này có thể là manh mối cho sự tiến hóa của động vật có xương sống sống dưới nước sang sống trên cạn. Là họ hàng còn tồn tại của tất cả các loài động vật bốn chân, việc hiểu rõ cơ chế ngủ hè của cá phổi giúp các nhà khoa học làm sáng tỏ quá trình tiến hóa từ động vật dưới nước lên cạn.
Cá phổi châu Phi hầu như không thay đổi trong 390 triệu năm với những hóa thạch cá phổi đào hang có niên đại từ kỷ Devon. Tuy nhiên, chúng đang đối mặt với sự tàn phá từ hoạt động của con người. Ví dụ, cá phổi cẩm thạch sụt giảm 11% ở lưu vực hồ Victoria chỉ trong 5 năm do đánh bắt quá mức và hoạt động nông nghiệp khiến đầm lầy xuống cấp và biến mất.
KHÁNH LINH (t/h)
