Mùa đông lạnh lẽo đến, những chú rùa nước sạch sẽ ngủ đông dưới lòng hồ đóng băng, thay đổi cơ chế trao đổi chất và hấp thu oxy có trong nước thông qua... mông của chúng.
Rùa là loài động vật máu lạnh - vậy nên thân nhiệt của chúng thay đổi theo môi trường bên ngoài. Nếu nhiệt độ dưới nước là 1 độ C, thì thân nhiệt của rùa cũng là như thế.
Thế nhưng loài rùa có phổi và chúng hít thở không khí bình thường. Vậy nên khi mùa đông lạnh giá đến, mặt nước bị đóng băng, làm thế nào để rùa có thể hít thở khi không ngoi được lên trên mặt nước? Câu trả lời nằm ở mối quan hệ giữa nhiệt độ cơ thể rùa và sự trao đổi chất bên trong chúng.
Thân nhiệt của rùa thay đổi theo môi trường bên ngoài.
Rùa khi ở trong môi trường nước lạnh sẽ trao đổi chất chậm hơn. Thời tiết càng lạnh, rùa trao đổi chất càng chậm, dẫn đến chúng cần ít năng lượng và oxy hơn.
Chính vì vậy, khi loài rùa ngủ đông, chúng sẽ sống nhờ vào năng lượng dự trữ trong cơ thể, và hấp thụ oxy trong nước bằng cách di chuyển những bộ phận chứa nhiều mạch máu dưới da. Bằng cách này, rùa có thể có đủ oxy cho những nhu cầu tối thiểu mà không cần phải dùng đến phổi để hít thở. Và khu vực chứa nhiều mạch máu nhất trên cơ thể rùa chính là... mông của chúng.
Chính xác thì rùa không thở bằng mông. Đó là bởi vì chúng không thực sự có mông. Thay vào đó, chúng có một lỗ huyệt đa năng được gọi là cloaca, dùng để sinh sản hữu tính và đẻ trứng cũng như tống chất thải ra ngoài. Tuy nhiên, “cửa sau” này cũng tham gia vào một quá trình hô hấp cơ bản, nói đơn giản hơn là "thở bằng mông".
Theo Craig Franklin, nhà sinh lý học động vật hoang dã tại Đại học Queensland (Úc), trong quá trình hô hấp qua cloaca, rùa bơm nước qua các lỗ hở của cloaca vào hai cơ quan hình túi được gọi là bursae, chúng hoạt động giống như phổi dưới nước của rùa. Sau đó, oxy trong nước sẽ khuếch tán qua các gai của bursae và vào máu của rùa.
Tuy nhiên, quá trình hô hấp bằng cloaca rất kém hiệu quả so với quá trình hô hấp hiếu khí thông thường và tất cả các loài rùa cũng có khả năng thở dễ hơn bằng phổi. Do đó, “thở bằng mông” chỉ được thấy ở một số ít loài nước ngọt để chống chọi với những môi trường đặc biệt khó thở, chẳng hạn như sông chảy xiết hoặc ao hồ đóng băng.
Vậy nên, nói rằng loài rùa biết thở bằng mông cũng không sai đâu.
Tuy nhiên, khả năng chống chịu qua mùa đông của rùa cũng có giới hạn mà thôi. Những con rùa trưởng thành không có khả năng chịu đựng cái lạnh đóng băng của không khí bên ngoài, bởi điều kiện thời tiết như vậy sẽ khiến trong cơ thể chúng xuất hiện những tinh thể băng khiến cho chúng tử vong. Chính vì lý do này mà rùa nước sạch thường sẽ ngủ đông trong môi trường nước, nơi mà nhiệt độ cơ thể của chúng được giữ ổn định và không bao giờ bị đóng băng.
Trên thực tế, chỉ có phần mặt nước tiếp xúc với không khí bị đóng băng mà thôi. Còn nước trong lòng hồ thì thường sẽ có nhiệt độ ổn định trong suốt mùa đông, hết sức phù hợp để một số loài động vật máu lạnh sống dưới nước ngủ đông.
Nhưng đồng thời, khi ngủ đông ở đây, rùa sẽ phải đối mặt với hai vấn đề: chúng không thể ngoi lên mặt nước để lấy oxy, và lượng oxy ít ỏi trong lòng hồ sẽ phải chia sẻ với một số loài động vật khác nữa.
Mùa đông cứ thế trôi qua, lượng oxy trong hồ cạn kiệt dần, khiến cho hồ nước rơi vào tình trạng thiếu oxy, hoặc cạn oxy. Một số loài rùa có thể sinh tồn trong điều kiện thiếu oxy, nhưng một số loài khác thì không.
Một số loài rùa có thể sinh tồn trong điều kiện thiếu oxy, nhưng một số loài khác thì không.
Loài rùa Snapping và rùa hoa vượt qua mùa đông dưới lòng hồ bằng việc thay đổi cơ chế trao đổi chất để không cần phải sử dụng tới oxy. Tuy nhiên, điều này nếu kéo dài quá lâu sẽ gây nguy hiểm đến tính mạng của những chú rùa này, bởi trong mô cơ của chúng sẽ xuất hiện axit, sinh ra từ quá trình thay đổi cơ chế trao đổi chất.
Nhưng khoảng bao lâu thì được coi là "kéo dài quá lâu"? Đối với rùa Snapping và rùa hoa, chúng có thể sống sót dưới lòng hồ giữa mùa đông lạnh giá trong khoảng hơn 100 ngày. Xét về khả năng chống chịu trong điều kiện thiếu oxy thì loài rùa hoa gần như là "vô đối", bởi chúng đối phó với tình trạng sinh ra axit trong cơ bằng cách sử dụng canxi trong mai của mình để trung hòa axit.
Đến mùa xuân, khi những loài rùa kết thúc tình trạng ngủ đông, cơ thể chúng gần như chỉ là một khối cơ. Do lượng axit lactic trong cơ của những chú rùa này rất nhiều, khiến cho khả năng vận động của chúng càng kém hơn trước, biến chúng trở thành món mồi ngon của những con thú săn mồi. Rùa sẽ mất một khoảng thời gian đầu mùa xuân để tăng cường sự trao đổi chất và khử hết axit lactic trong cơ, trước khi có thể hoạt động trở lại bình thường.
Tại Ontario, nơi mùa đông kéo dài rất dài, tính ra thì nhiều loài rùa ngủ đông đến quá nửa cuộc đời của chúng.
Đối với các nhà sinh vật học, thời điểm lý tưởng nhất để làm việc là mùa xuân và mùa hè, khi các loài động vật hoạt động nhiều nhất. Tuy nhiên, tại Ontario, nơi mùa đông kéo dài rất dài, tính ra thì nhiều loài rùa ngủ đông đến quá nửa cuộc đời của chúng.
Nghiên cứu để hiểu rõ những loài rùa này hoạt động như thế nào vào mùa đông là điều tối quan trọng đối với các nhà sinh vật học để tiến hành bảo tồn và bảo vệ nơi sinh sống cho những loài rùa, khi mà 2/3 số loài rùa hiện tại đang nằm trong Sách Đỏ với nguy cơ bị tuyệt chủng rất cao.
Một nhóm nghiên cứu đã tiến hành đính kèm một thiết bị nhỏ trên mai rùa, để từ đó theo dõi nhiệt độ của chúng khi chúng ngủ đông. Kết quả mà họ thu được là những loài rùa này ngủ đông theo nhóm, và hàng năm cứ đến mùa đông chúng lại quay về chỗ cũ.
Tuy nhiên, đây chỉ là một phần rất nhỏ những gì mà nhóm nghiên cứu có thể quan sát được về quá trình sinh tồn của những chú rùa trong mùa đông lạnh lẽo mà thôi.