Từ lâu, con người đã mặc định trong suy nghĩ của mình là cá phải sống dưới nước. Tuy nhiên, vẫn có một số loài cá thuộc trường hợp ngoại lệ, mặc dù mang hình hài của một chú cá nhưng chúng lại có thể sống trong môi trường khô cạn hàng tháng trời mà chẳng hề hấn gì.
Cá phổi, hay còn gọi là cá Salamanderfish, là một loài cá nước ngọt có khả năng sống trên cạn mà không cần nước trong nhiều tháng, thậm chí là nhiều năm.
Loại cá này xuất hiện từ thời cổ đại, ước tính những con cá đầu tiên xuất hiện trên trái đất từ khoảng 419,2 triệu - 393,3 triệu năm trước, và sau 4 lần tuyệt chủng vẫn sống sót kiên cường.
Loài cá này tự xây kén khi mùa khô đến.
Trên thực tế, cá phổi có 3 chi cùng 6 phân loài và được chia theo nơi cư trú, ví như cá phổi châu Phi, cá phổi châu Mỹ và cá phổi Úc. Những con cá phổi trưởng thành sẽ có thể nặng 10kg và dài 1,25m. Trong đó, cá phổi Victoria là loài cá phổi châu Phi lớn nhất hiện nay, có thể dài tới 2m.
Nhiệt độ châu Phi chủ yếu quanh năm cao chót vót, không có 4 mùa, chủ yếu khô hạn. Đặc biệt, mùa khô tại châu Phi rất khắc nghiệt, thường kéo dài ít nhất 4-5 tháng. Điều này khiến tất cả sông hồ nơi đây đều trở nên khô cạn. Để có thể tồn tại, cá phổi đã phát triển "chế độ
ngủ hè" cùng hệ thống hô hấp vô cùng độc đáo.
Loài cá phổi có hệ thống hô hấp rất phát triển có thể lấy oxy từ không khí giống như động vật trên cạn khác. Chúng sống dưới nước lúc còn nhỏ và phải ngoi lên mặt nước hít thở không khí thường xuyên. Đến khi đã trưởng thành, chúng có thể sống trên cạn cả năm trời, thậm chí có thể chết đuối nếu chúng bị giữ trong nước quá lâu.
Ngủ hè chủ yếu diễn ra ở động vật nhiệt đới. Những nhà tự nhiên học thời Victoria đã tìm cách vận chuyển cá phổi châu Phi qua nửa vòng Trái Đất tới Anh và Mỹ nhằm quan sát đặc điểm sinh lý của chúng. Từ sau đó, tiến bộ công nghệ giúp hé lộ quá trình tế bào và di truyền phía sau hành vi ngủ hè của cá phổi. Do không có chân để di chuyển trên đất liền và có thể bị tách biệt với môi trường khác khi nước khô cạn, cá phổi châu Phi tiến hóa để tồn tại ở trạng thái không hoạt động trong lớp bùn cho tới khi nước quay trở lại.
Cảm ứng, giai đoạn đầu tiên của ngủ hè, đặt nền móng cho việc trải qua nhiều tháng tiếp theo dưới lòng đất. Năm 1986, các nhà nghiên cứu chỉ ra một loạt dấu hiệu thúc đẩy ngủ hè gồm mất nước, đói, tăng hít thở không khí và căng thẳng. Ngoài ra, thay đổi ở độ mặn và thành phần của hợp chất hòa tan (như canxi và magie) trong nước xung quanh là tín hiệu dòng sông đang cạn dần. Có thể phần mang đóng vai trò giúp cảm nhận lượng nước trong cơ thể cá.
Với các dấu hiệu xung quanh cho thấy môi trường đang nóng lên và khô hạn, cá phổi đào hang trong lớp bùn, sử dụng miệng và cơ thể nhiều cơ bắp. Sau đó, chúng rút vào trong hang, cuộn tròn phần thân dài, bao bọc bản thân trong lượng lớn chất nhầy tiết ra. Sau khi cứng lại, chất nhầy tạo thành chiếc kén không thấm nước, chỉ có một khe hở hẹp thông với mặt nước giúp con cá hít thở không khí bằng phổi.
Vây của chúng rất cứng để di chuyển trên cạn dễ dàng.
Cá phổi có thân dài giống với loài lươn, vây ngực và bụng khỏe, giúp chúng di chuyển dễ dàng trên cạn. Chúng thường sống ở vùng nước nông, như đầm lầy và đầm lầy, nhưng đôi lúc cũng được tìm thấy trong các hồ nước lớn.
Khi xuống nước, chúng di chuyển và kiếm ăn giống như những loài cá khác. Nhưng vào mùa khô, chúng tự đào một hố sâu trên lớp bùn non bằng cách ăn bùn bằng miệng và thải qua mang. Khi đạt độ sâu vừa đủ, nó ngừng đào và tiết chất nhầy qua miệng để làm cứng bùn, tạo thành một cái kén bao quanh nó, chỉ trừ miệng lộ ra bên ngoài để lấy không khí.
Cách sinh sống kỳ lạ của loài cá phổi.
Khi đang trong quá trình ngủ đông, chúng hạn chế quá trình trao đổi chất. Khi có nước về, chúng chui ra khỏi hang và bắt đầu quá trình tìm kiếm thức ăn.
Loài này thường được tìm thấy ở Châu phi, Nam Mỹ và Úc. Người Châu Phi thường bắt chúng bằng cách đào các lỗ của chúng trên các đầm khô. Tuy nhiên, thịt chúng có mùi rất nặng và không phải ai cũng thích mùi vị này.
Từ khả năng sống trong lòng đất một thời gian không cần thức ăn và nước uống, các nhà khoa học đã thực hiện một nghiên cứu về loài cá phổi. Cơ chế đặc biệt của cá phổi khiến các nhà khoa học cảm thấy rất thú vị bởi vì hình thức tạm ngừng hoạt động này có thể nhận rộng đối với cả con người.
Các nhà khoa học đại học Quốc gia Singapore đã so sánh biểu hiện gene khác nhau trong gan của cá phổi châu Phi sau sáu tháng dừng hoạt động đến lúc đặt con cá vào môi trường nước ngọt bình thường. Họ cũng so sánh các biểu hiện gene của ngày đầu tiên sau khi dừng hoạt động đến khi chúng thức dậy để nhận biết sự điều tiết hoạt động của các tế bào khác nhau.
Họ nhận thấy rằng, trong thời gian ngừng hoạt động, các gene liên quan đến chất thải có tính khử độc là gene gia tăng biểu hiện (up-regulated gene), dừng sản xuất các sản phẩm độc hại trong gan. Đồng thời sự biểu hiện của các gene liên quan đến đông máu và chuyển hóa sắt và đồng là các gene giảm biểu hiện (down-regulated gene), các gene này theo các nhà khoa học thì có thể là chiến lược để bảo tồn năng lượng.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu cá phổi để tìm ra phương pháp cứu sống với bệnh nhân nguy cấp. (Ảnh: NatGeo)
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.