Lắng nghe nhịp đập trái tim của loài động vật lớn nhất từng tồn tại trên Trái Đất

Chia sẻ Facebook

Trái tim của một con chuột trù Etruscan, loài động vật có vú nhỏ nhất hành tinh, đập liên tục 1.500 nhịp/phút. Con số tương đương 25 nhịp mỗi giây - chỉ để bơm máu cho một cơ thể nhỏ bằng 2 đốt ngón tay người.

Trong so sánh, trái tim của con người ở trạng thái nghỉ đập trung bình 60-100 nhịp/phút. Điều đó nghĩa là chuột trù Etruscan chỉ mất 4-5 giây để vượt qua nhịp tim của con người.

Thế nhưng, chúng ta cũng không có gì phải xấu hổ. Sự thật là nhịp tim của các loài động vật có xu hướng tỷ lệ nghịch với kích thước cơ thể.

Một con voi Châu Phi nặng 8 tấn có nhịp tim trung bình chỉ bằng một nửa so với con người. Trong khi đó, cá voi xanh, loài động vật lớn nhất từng sống trên hành tinh, có trái tim đập trung bình chỉ 4 nhịp/phút.

Bù lại, để đưa được máu tới tất cả các tế bào trên cơ thể khổng lồ của mình, tim của cá voi xanh phải có kích thước tương đương một chiếc ca bin xe tải. Ở kích thước đó, một người trưởng thành thậm chí có thể chui vừa vào động mạch chủ của cá voi xanh và ngồi trong trái tim của nó cả ngày nếu muốn.

Trên thực tế, cá voi xanh chính là loài động vật có trái tim lớn nhất hành tinh. Và điều đó thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Từ năm 2018, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford đã cố gắng thực hiện một nỗ lực đầu tiên trong lịch sử: Họ muốn nghe được nhịp đập lồng ngực của cá voi, những con cá voi xanh hoang dã.

Công việc không chỉ tiết lộ chỉ số sự sống cơ bản nhất, diễn ra bên trong cơ thể lớn nhất từng tồn tại. Nhịp tim của cá voi xanh còn nắm giữ một bí ẩn, nó trả lời cho câu hỏi: Liệu một loài động vật trên Trái Đất có thể phóng to kích thước cơ thể mình tới đâu?

Trái tim và cả kích thước của cá voi xanh liệu đã đạt tới mức giới hạn? Hay chúng sẽ còn tiến hóa để tiếp tục lớn hơn nữa? Một hành tinh có lực hấp dẫn 1 g có thể nuôi dưỡng một loài sinh vật lớn hơn cá voi xanh được hay không?

Cá thể cá voi xanh lớn nhất từng được ghi nhận trên Trái Đất có chiều dài lên tới 33 mét và nặng 199 tấn. Đó là kết quả của 5 triệu thế hệ tiến hóa trong một vòng lặp phản hồi của chuỗi thức ăn, thứ đã đẩy kích thước cá voi xanh hiện giờ lên gấp 5.000 lần so với loài tổ tiên của chúng.

Hàng triệu năm trước, cá voi xanh đã tiến hóa để ăn những loài giáp xác nhỏ bé gọi là nhuyễn thể. Mỗi con nhuyễn thể có kích thước chỉ khoảng 1 cm, nhưng số lượng của chúng thì cực kỳ nhiều.

Ở một số vùng ven biển, nhuyễn thể sinh sản quanh năm và có thể đạt tới mật độ từ 10.000-60.000 con trên mỗi mét khối nước. Cá voi ăn chúng bằng cách mở rộng miệng và bơi về phía bầy mồi.

Giống như một chiếc phễu, nó hút cả nước và nhuyễn thể vào hàm dưới, nơi có một tấm sừng hoạt động như một bộ lọc. Để khi cá voi khép miệng lại, áp lực đẩy nước ra ngoài chỉ giữ lại hàng trăm ngàn con nhuyễn thể nhỏ bé.

Drone ghi lại khoảnh khắc một con cá voi xanh ăn nhuyễn thể

Mỗi bữa trung bình, một con cá voi có thể ăn tới 4 tấn nhuyễn thể. Nhưng lũ nhuyễn thể không vì thế mà suy giảm, chúng có thể sinh sản trở lại cực kỳ nhanh. Một con nhuyễn thể cái có thể đẻ tới 1.000 trứng và sinh ra cả một đại gia đình nhuyễn thể con.

Tại đây, có một bí ẩn được gọi là " nghịch lý nhuyễn thể ". Các nhà khoa học quan sát thấy ở bất cứ nơi nào có nhiều cá voi, loài nhuyễn thể cũng phát triển rất mạnh và ngược lại.

Theo logic thông thường, nếu cá voi ăn nhuyễn thể thì nhuyễn thể phải bị suy giảm để kiểm soát quần thể cá voi. Nhưng không, cả hai loài này đều phát triển theo tỷ lệ thuận. Đó là bởi cá voi ăn vào nhuyễn thể, thải ra phân, phân này lại nuôi dưỡng các loài thực vật phù du phát triển. Nhuyễn thể cuối cùng lại được hưởng lợi vì chúng ăn thực vật phù du.

Vòng lặp sinh thái này duy trì ổn định trong hàng triệu năm đã khiến cá voi ngày càng phát triển lớn hơn khi chúng luôn có nguồn năng lượng dồi dào hơn. Mặt khác, cơ thể lớn hơn cũng cho phép cá voi ăn được nhiều nhuyễn thể hơn trong mỗi lần chúng há miệng. Sau đó, chúng cũng bơi một cách hiệu quả từ bữa buffet này sang bữa buffet khác.

Cá voi và nhuyễn thể, hai loài này bị nhốt vào một vòng lặp phản hồi dương. Các nhà khoa học cho rằng đại dương càng có nhiều cá voi thì càng có nhiều nhuyễn thể. Và nhuyễn thể lại càng nuôi lớn cá voi hơn nữa. Những con cá voi xanh rõ ràng là có tiềm năng phát triển lớn hơn kích thước hiện tại rất nhiều.

Nhưng điều gì đã giới hạn chúng?

Max Czapanskiy, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Stanford, người chuyên nghiên cứu về các loài động vật biển có vú, cho biết: Thức ăn chỉ là một phần của thuật toán liên quan đến kích thước cá voi. Chúng không thể to ra hơn nữa, bởi tiến hóa đã cài vào đâu đó trong chương trình này một hàm " break ".

" Phải có điều gì đó trên cơ thể cá voi khiến chúng không thể to hơn nữa" , Czapanskiy nói. Và vị trí mà các nhà khoa học đang nghi ngờ nằm ở trong chính trái tim của chúng.

Trên thực tế, khi cá voi ăn nhuyễn thể, chúng cần phải nín thở ở độ sâu khoảng vài chục mét. Điều này khiến carbon dioxide tích tụ trong máu. Và bởi là động vật có vú chứ không phải cá, cá voi không thể trao đổi khí qua mang mà buộc phải quay trở lại mặt biển để thở.

Lúc này, nhịp tim của chúng phải đập nhanh hơn để loại bỏ carbon dioxide và thay thế bằng oxy tươi. Chỉ có vậy, cá voi mới có thể tiếp tục lặn xuống và thưởng thức phần bữa ăn còn lại của chúng.

Bây giờ, trở lại với cơ thể của cá voi. Nếu chúng tiến hóa để tiếp tục lớn hơn, trái tim của chúng cũng sẽ phình ra. Và trái tim càng lớn thì nhịp đập càng chậm. Cá voi sẽ mất nhiều thời gian hơn để bổ sung oxy cho cơ thể.

Điều đó nghĩa là giữa mỗi bữa ăn, những con cá voi lớn sẽ phải dành nhiều thời gian hơn để ngoi lên trên bề mặt và hít thở. Việc dừng lại này chiếm mất khoảng thời gian trong bữa ăn của chúng.

Đến một ngưỡng, trái tim và cơ thể quá lớn sẽ khiến cá voi không còn thời gian để ăn đủ nhuyễn thể nuôi sống mình. Đó chính là giả thuyết mà nhóm các nhà khoa học tại Standford đã đặt ra, khi họ muốn tìm hiểu ngưỡng giới hạn này thông qua nhịp tim của cá voi xanh.

Dẫn đầu nghiên cứu này là Jeremy Goldbogen, một phó giáo sư sinh học tại Trường Khoa học Nhân văn Đại học Stanford. Làm việc cùng với Paul Ponganis, cộng tác viên đến từ Viện Hải dương học Scripps, Goldbogen đã từng đo được nhịp tim của những con chim cánh cụt hoàng đế lặn sâu ở Nam Cực vào năm 2012.

Kể từ đó, anh đã liên tục tự hỏi liệu mình có thể làm điều tương tự với cá voi được hay không? Goldbogen đã thử nghiệm thành công một thiết bị đo điện tim đồ EKG trên cá voi nhỏ sống trong môi trường nuôi nhốt. Tuy nhiên, cá voi xanh hoang dã thì là một thử thách hoàn toàn khác.

Chúng là loài động vật khổng lồ, lớn nhất hành tinh. Những con cá voi này không được huấn luyện để có thể lật bụng lên cho phép Goldbogen dễ dàng gắn thiết bị EKG lên cơ thể. Hơn nữa, bụng của cá voi xanh có một lớp da đàn hồi giống như một chiếc đàn accordion. Mỗi khi chúng há miệng để đớp mồi, lớp da sẽ giãn ra và có thể làm bật thiết bị đo nhịp tim bất cứ lúc nào.

Chiến lược lúc này phải thay đổi, các nhà khoa học sẽ phải tìm ra một vị trí trên lưng của cá voi xanh để gắn thiết bị. Họ có thể tiếp cận những con cá voi hoang dã bằng thuyền hơi, sau đó sử dụng một chiếc sào dài 6 mét để thả những cảm biến EKG có giác hút lên lưng của chúng.

" Chúng tôi đã thả những cảm biến đó xuống mà không chắc chúng có hoạt động hay không", David Cade, một cử nhân mới tốt nghiệp làm việc trong phòng thí nghiệm của phó giáo sư Jeremy Goldbogen cho biết.

Cách duy nhất để biết được điều đó là thử nó. Vì vậy, chúng tôi chỉ có thể làm hết sức mình".

Năm 2018, trong một nỗ lực để làm được điều phi thường đó, chính Cade đã thả thành công một cảm biến EKG trượt trên lưng của một con cá voi xanh trong Vịnh Monterey, California. Chiếc cảm biến vô tình trôi vào đúng vị trí sau chân chèo, nơi rất gần với trái tim của cá voi xanh.

Con cá voi sau đó đã lặn xuống hàng chục mét. Chiếc cảm biến vẫn ở đó cho tới khi nó rơi ra vài tiếng sau và nổi lên mặt nước. Cade đã thu lại thiết bị và dưới đây là những gì mà nó ghi lại được:

Lắng nghe nhịp đập trái tim của cá voi xanh

Âm thanh mà bạn vừa nghe thấy chính là những nhịp đập đầu tiên của trái tim cá voi xanh mà con người ghi lại được. Nó tiết lộ loài động vật này có tới hai nhịp tim khác nhau. Một nhịp tim chậm, khi cá voi lặn sâu và tiết kiệm oxy, chúng giữ tim của mình đập trung bình chỉ từ 4-8 nhịp/phút. Cá biệt, có những khoảng thời gian trái tim cá voi xanh chỉ đập 2 lần/phút.

Sau khi đã chạm tới độ sâu cực đại, cá voi sẽ lao trở lên để đớp nhuyễn thể. Lúc này, nhịp tim của chúng tăng lên khoảng 2,5 lần. Sau đó, cá voi lại lặn xuống và đưa nhịp tim về mức trung bình thấp.

Nhịp tim thứ hai là lúc cá voi bắt đầu nổi lên. Lúc này, tim của một con cá voi xanh có thể đập tới 25-37 nhịp/phút. Đây là khoảng thời gian chúng phải chạy đua với thời gian để có đủ oxy.

Dữ liệu từ cảm biến EKG của Đại học Stanford cho thấy một nhịp đập của trái tim cá voi xanh mất khoảng 1,8 giây, có nghĩa là trái tim của nó chỉ có thể đập khoảng 33 lần mỗi phút. Nhưng khi cá voi đang nín thở, nhịp tim của chúng đã tăng lên tới 37 nhịp.

Điều này cho thấy tim cá voi xanh đang hoạt động ở " hiệu suất cao nhất ", Czapanskiy nói. Một cỗ máy sinh học khổng lồ không thể nào hoạt động trên mức công suất này, hay nói cách khác, chúng đã đạt tới mức tới hạn.

Nếu con cá voi to hơn, nó sẽ cần một trái tim lớn hơn và nhiều thức ăn hơn. Nhưng một lần nữa, trái tim lớn hơn sẽ đập chậm hơn và yêu cầu con vật dành nhiều thời gian hơn ở bề mặt nước. Điều này cuối cùng khiến cá voi có ít thời gian hơn để kiếm nhuyễn thể.

Czapanskiy cho biết giới hạn của trái tim đã hạn chế kích thước của cá voi. Cho dù, chúng đã được lực đẩy của nước hỗ trợ một phần để chống lại sự sụp đổ về mặt kích thước. Nghĩa là động vật sống dưới nước luôn có lợi thế để phát triển lớn hơn động vật trên cạn.

Hãy nhớ lại những con khủng long Sauropod, loài động vật trên cạn lớn nhất từng đi bộ trên Trái Đất. Mặc dù chúng có thể dài trên 50 mét nhưng chỉ có khối lượng cơ thể trên dưới 100 tấn. Lý do là bởi nếu to hơn và nặng hơn, khối lượng của những con khủng long này sẽ đè gãy chính chân của chúng.

Cá voi xanh không bị giới hạn bởi lực hấp dẫn này. Nhưng chúng vẫn bị kích thước của trái tim hạn chế khả năng phóng đại. Đó là lý do tại sao Czapanskiy cho rằng sẽ không thể có một loài động vật nào lớn hơn cá voi xanh.

Trừ khi một nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng mới và khổng lồ xuất hiện - hoặc một loài động vật phát triển được một cơ chế sinh lý mới cho hiệu quả cao hơn.

Những chiếc cảm biến EKG đã hoàn thành nhiệm vụ của chúng một cách xuất sắc, giúp con người lần đầu tiên nghe được nhịp đập trong lồng ngực cá voi xanh. Nhưng cách tiếp cận này vẫn có một số nhược điểm, Czapanskiy cho biết.

Một mặt, các cảm biến EKG rất dễ hỏng. Mặt khác, chúng cũng dễ bị nhiễu khi làm việc dưới môi trường nước biển mặn. Vì vậy, trong một bài báo mới xuất bản vào tháng 5 năm nay, Czapanskiy đã đề xuất một phương pháp đo nhịp tim mới cho cá voi xanh, sử dụng thiết bị gia tốc kế - vốn chỉ dùng để đo chuyển động.

Anh cho biết bởi trái tim của cá voi rất lớn, mỗi lần nó bơm máu sẽ tạo ra cả một làn sóng dồn ép trong hệ tuần hoàn. Áp lực này khiến cơ thể cá voi rung nhẹ, và nếu có một chiếc gia tốc kế đủ nhạy, nó có thể cảm nhận được cú rung cực kỳ tinh tế đó.

Hơn nữa, gia tốc kế có thể được gắn lên một con cá voi trong hàng chục năm. Có nghĩa là trong khoảng thời gian đó, nó không chỉ đo lại được một lượng dữ liệu khổng lồ về nhịp tim, độ sâu, mà còn tiết lộ cả vị trí mà con cá voi đang ở trong thời gian thực.

Dave Haas, một nhà khoa học hàng hải, đồng sáng lập FaunaLabs - công ty chuyên phát triển các thiết bị theo dõi cá voi, cá heo và các động vật khác, cho biết: Những thiết bị này thậm chí còn có thể giải đáp bí ẩn về hiện tượng kình lạc, hay cá voi mắc cạn.

Chúng ta biết mỗi năm, có tới hàng ngàn con cá voi bị mắc cạn và trôi dạt vào các bờ biển khắp nơi trên thế giới. Và các nhà khoa học thì vẫn chưa thực sự biết lý do tại sao.

Trong một số trường hợp, cá voi mắc cạn có liên quan đến hoạt động của hải quân, khi tàu quân sự phát sóng siêu âm khiến cá voi bị mất phương hướng. Một số trường hợp khác bị nghi ngờ là hậu quả của sự thay đổi nhiệt độ nước, hoặc nhiễu loạn địa từ gây ra bởi bão Mặt Trời.

Những vụ cá voi mắc cạn tập thể thậm chí còn khó giải thích hơn nữa. Chẳng hạn vào năm 1918, có khoảng 1.000 con cá voi đã trôi dạt vào bờ biển New Zealand, biến đây trở thành sự kiện cá voi mắc cạn lớn nhất lịch sử.

Từ năm 2015 trở lại đây, có ít nhất 7 sự kiện cá voi mắc cạn tập thể đã được ghi nhận. Hai lần gần đây nhất là vào tháng 9 năm 2020, khoảng 470 con cá voi đã bị mắc cạn tại Tasmania. Và tháng 11 năm 2020, có thêm hơn 100 con cá voi khác đã trôi dạt vào bờ biển Sri Lanka.

Mắc cạn đe dọa trực tiếp tới tính mạng của cá voi. Bởi kích thước khổng lồ và độ nông của bờ biển, tàu thuyền lớn rất khó tiếp cận để có thể giải cứu chúng. Ngay cả khi cá voi đã chết, cái xác lớn thối rữa trên bờ biển cũng gây ra vấn đề.

Rất ít phương tiện có thể giải quyết được chúng. Vì vậy ở Nam Phi, Iceland, Australia và Hoa Kỳ, xác những con cá voi mắc cạn thường phải được kéo ra ngoài khơi xa và cho nổ tung bằng chất nổ. Những mảnh cơ thể lớn còn lại của chúng sẽ được kéo vào bờ và chôn cất. Trong khi những mảnh nhỏ được để lại biển và phân hủy tự nhiên.

Mặc dù vậy, giải pháp tốt nhất cho vấn đề cá voi mắc cạn vẫn là ngăn chặn điều đó xảy ra. Hass cho biết với các cảm biến gia tốc đo nhịp tim, các nhà khoa học có thể xác định điều gì đã gây căng thẳng cho cá voi và tại những địa điểm nào, trong khoảng thời gian nào?

Tra ngược lại lịch sử thời tiết và hoạt động của tàu thuyền đặc biệt là hải quân, những bí ẩn về các sự kiện cá voi mắc cạn cuối cùng sẽ được giải đáp. Nếu nó là do âm thanh từ tàu thuyền của con người phát ra, Hass cho biết giải pháp mà con người có thể lựa chọn là chuyển sang sử dụng những tần số siêu âm ít gây hại cho cá voi.

Điều đó sẽ mang lại những kết quả to lớn trong công tác bảo tồn

Cũng giống như một vòng lặp, việc các nhà khoa học nghe trộm nhịp tim của cá voi xanh đã dạy cho chúng ta nhiều bài học, về giải phẫu của một trong những sinh vật độc đáo nhất hành tinh. Nhưng nó cũng giúp chúng ta bảo tồn loài động vật biển khổng lồ này, giữ cho những trái tim khổng lồ của chúng tiếp tục đập như một kỳ quan của tạo hóa.

Chia sẻ Facebook