Trong khoảng thời gian 540 triệu năm trước, nồng độ ôxy trên trái đất dao động mạnh mẽ. Khủng long đã tồn tại vào khoảng thời gian mà nồng độ ôxy đạt mức thấp nhất là 12%. Biết được điều này, Tomasz Owerkowicz, Ruth Elsey và James Hicks đã đặt ra câu hỏi tại sao những con quái vật khổng lồ này lại có thể chống chọi với nồng độ ôxy thấp như thế. Không cần phải đi tìm kiếm khủng long để kiểm chứng quan điểm, Owerkowicz và Hicks chuyển hướng tới một họ hàng hiện đại của chúng: cá sấu Mỹ.
Owerkowicz giải thích: “Chúng tôi biết rằng việc thử nghiệm tác động của nồng độ ôxy khác nhau đối với cá sấu Mỹ sẽ mang lại kết quả bởi bộ cá sấu đã tồn tại giữ nguyên hình dạng cơ bản trong suốt 220 triệu năm. Chắc chắn chúng phải nắm giữ bí quyết tồn tại trong thời điểm dao động nồng độ ôxy”. Bộ ba nhà nghiên cứu chọn thời điểm ngay từ giai đoạn bắt đầu quá trình phát triển ở loài cá sấu, họ quyết định thử ấp trứng cá sấu ở các nồng độ ôxy khác nhau để nhằm tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi bằng cách nào những con cá sấu cổ đại có thể trưởng thành và phát triển.
Tiếp nhận những quả trứng cá sấu mới đẻ từ Elsay tại khu bảo tồn động vật hoang dã Rockefeller, Owerkowicz đã chia những quả trứng thành các nhóm mang đi ấp ở nồng độ ôxy 12% (thấp), 21% (bình thường) và 30% (cao) rồi chờ đợi điều tiếp theo sẽ xảy ra. Sau 10 tuần, những quả trứng bắt đầu nở. Owerkowicz không tìm thấy sự khác biệt rõ rệt nào giữa các con cá sấu được ấp nở trong điều kiện nồng độ ôxy bình thường vào cao.
Nhưng ông đã sốc khi những con cá sấu được ấp trong điều kiện ôxy thấp bắt đầu nở. Cái bụng bé tí của chúng phổng ra quá cỡ. Chúng không thể hấp thụ hết lòng đỏ trứng, khiến cái bụng của chúng phồng to chứa đầy noãn hoàng. Cái bụng quá lớn khiến chân của chúng không thể chạm đất. Chúng chỉ ngồi một chỗ cho đến khi toàn bộ noãn hoàng đã được dùng hết và chúng bắt đầu di chuyển.
| Trứng và cá sấu Mỹ con mới nở. (Ảnh: iStockphoto/Clark Wheeler) |
Owerkowicz cho rằng do không có đủ ôxy để phôi tiêu thụ hết lòng đỏ. Cơ quan nội tạng của những con vật ấp nở trong điều kiện nồng độ ôxy thấp cũng nhỏ hơn nhiều, chỉ trừ tim lại tương đối lớn có lẽ nhằm tận dụng tối đa nguồn cung cấp ôxy bị hạn chế. Owerkowicz thừa nhận rằng ông từng nghĩ phổi của những con cá sấu mới nở này cũng sẽ to lên để đền bù cho lượng cung cấp ôxy thấp nhưng sự thật lại không đúng. Có lẽ do những con cá sấu đang được ấp nở không sử dụng phổi và lấy ôxy qua các mạch máu ở màng trứng.
Tiếp đó Owerkowicz rất tò mò muốn biết hoạt động của những con cá sấu Mỹ sau 3 tháng tồn tại trong môi trường của chúng. Khi kiểm tra tốc độ thở và trao đổi chất, họ nhận thấy những con sống trong điều kiện ôxy dồi dào thở ít hơn nhiều so với những con cá sấu ở hai nhóm còn lại. Có lẽ chúng hít vào nhiều ôxy hơn mỗi lần, đồng thời chuyển hóa thành năng lượng tích lũy dùng cho quá trình trưởng thành. Khi Owerkowicz kiểm tra kích cỡ lá phổi của những con cá sấu 3 tháng tuổi sống trong điều kiện nồng độ ôxy thấp, ông nhận thấy mọi thứ đúng như ông dự đoán, lá phổi của chúng lớn hơn so với những con sống trong điều kiện ôxy bình thường. Lá phổi phồng to lên nhằm đền bù cho nguồn cung cấp ôxy bị hạn chế, điều này cho phép cá sấu tăng tốc độ trao đổi chất của cơ thể nhưng vẫn không thể bằng hai nhóm còn lại.
Owerkowicz thừa nhận mặc dù kết quả của ông không thể cho chúng ta câu trả lời chính xác về cuộc sống của những con cá sấu thời tiền sử, nhưng rõ ràng sự phát triển và kiểu trao đổi chất của chúng đã có sự thay đổi đáng kể.
Tham khảo:
Owerkowicz, T., Elsey, R. M. and Hicks, J. W. Atmospheric oxygen level affects growth trajectory, cardiopulmonary allometry and metabolic rate in the American alligator (Alligator mississippiensis). Journal of Experimental Biology, 2009; 212 (9): 1237 DOI: 10.1242/jeb.023945