Với chiếc cổ dài "quá khổ" của mình hươu cao cổ trở thành một trong những loài động vật cao nhất thế giới. Chỉ trong khoảng 1 hoặc 2 giây, một con hươu cao cổ có thể nâng cái đầu của nó từ mặt đất lên tới độ cao khoảng 4,5 mét mà không bao giờ bị choáng váng.
Nguyên nhân Hươu cao cổ không bị chóng mặt?
"Nếu làm như vậy, dĩ nhiên chúng ta sẽ bị chóng mặt", nhà sinh lý học Graham Mitchell ở Đại học Wyoming nói.
Khi một con hươu cao cổ nâng đầu lên, các mạch máu trên đầu nó sẽ chuyển gần như toàn bộ máu chảy đến não
Trên tạp chí Experimental Biology số đầu tháng 7, Mitchell và nhóm nghiên cứu cùng anh cho rằng một trái tim năng động, khỏe mạnh và huyết áp cao sẽ giữ cho hươu cao cổ không bị rơi vào tình trạng choáng ngất này.
Nó hoạt động như thế nào?
Máu sẽ dồn về đầu của hươu cao cổ khi nó cúi đầu xuống mặt đất và huyết áp sẽ tăng lên gấp đôi. Khi con vật nâng đầu của nó lên để gặm lá cây máu lại rút đi nhanh chóng.
Điều này cũng tương tự đối với chúng ta. Bạn có thể cảm thấy không được minh mẫn nếu treo ngược mình lên và mặt sẽ bị đỏ lên, bạn nhanh chóng lộn ngược mình lại. Nếu huyết áp của bạn quá thấp không đủ máu để chảy lên não bạn có thể bị hôn mê bất tỉnh.
Với một cái cổ dài, hươu cao cổ dùng phần lớn thời gian để di chuyển cái đầu của mình từ thấp lên cao và vì vậy chúng cần có biện pháp giữ cho việc lưu thông máu lên não để chúng không bị choáng váng.
Các nhà khoa học từng cho rằng mạch máu ở cổ của hươu cao cổ giúp cho việc dẫn máu từ tim lên não. Tuy nhiên nghiên cứu của Mitchell's cho thấy chúng dùng một cái bơm rất khỏe để đưa máu lên não và huyết áp của chúng thì cao gấp 2 lần chúng ta.
Trái tim nặng gần 12kg
Hươu cao cổ có một quả tim rất lớn, chúng nặng khoảng 12kg. Khi một con hươu cao cổ nâng đầu lên, các mạch máu trên đầu nó sẽ chuyển gần như toàn bộ máu chảy đến não mà không tới các phần khác ở đầu như má, lưỡi hay da.
Cùng lúc đó lớp da dày của nó và một bó cơ kỳ lạ trong tĩnh mạch - tĩnh mạch thường không có cơ - sẽ bổ xung huyết áp cho tĩnh mạch để tĩnh mạch có thể mang máu từ đầu trở lại tim.
"Đó là một cơ chế chống choáng ngất tiên tiến hơn chúng ta nhiều". Mitchell nói.
Máu sẽ dồn về đầu của hươu cao cổ khi nó cúi đầu xuống mặt đất và huyết áp sẽ tăng lên gấp đôi
Tại sao hươu cao cổ lại có cổ cao đến vậy?
Trong khi các thành viên khác trong gia đình đều có cái cổ dài ra, chỉ riêng loài Okapi Trung Phi lại có cái cổ ngắn lại.
Cũng giống như con người, hươu cao cổ có 7 đốt sống cổ. Vậy tại sao cổ chúng lại cao đến vậy? Câu trả lời nằm ở đốt sống cổ thứ ba của chúng. Đốt sống C3 của hươu cao cổ dài gấp 9 lần so với chiều rộng của nó. Chiều dài này tương đương xương cánh tay nối vai với khủy tay con người.
Theo một nghiên cứu được công bố của Royal Society Open Science, sự kéo dài đốt sống cổ thứ 3 ở hươu cao cổ xảy ra trong 2 giai đoạn. Đốt sống này của chúng đã kéo dài về phía trước khoảng 7 triệu năm trước và sau đó là theo chiều ngược lại sau 6 triệu năm.
Nguyên nhân của quá trình này thì vẫn chỉ nằm trong sự bàn cãi. Một số nhà khoa học cho rằng đó là quá trình tiến hóa để với được những khóm lá cây ở cao hơn. Một số khác lại nói rằng đó là kết quả của quá trình chiến đấu hoặc chọn lọc giới tính.
Gần đây, một hướng nghiên cứu mới được mở ra tại Trường Osteopathic Medicine, Viện Công nghệ New York, dẫn đầu bởi Melinda Danowitz. Để trả lời câu hỏi này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích và so sánh 71 đốt sống của 11 loài trong gia đình họ hàng của hươu cao cổ. 9 trong số đã đã tuyệt chủng và chỉ còn 2 loài sống sót. Công việc được thực hiện dựa trên khai thác dữ liệu và mẫu vật trong các viện bảo tàng trên khắp thế giới.
“Chúng tôi đã phát hiện ra một sự thật rất bất ngờ”, Nikos Solounias, một đồng tác giả nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ New York cho biết. “Đầu tiên, chỉ có phần phía trước của đốt sống C3 được kéo dài. Điều này xuất hiện trên một số loài. Tiếp theo đó mới là giai đoạn 2, khi đốt sống được kéo dài về phía đuôi. Hươu cao cổ hiện đại là loài duy nhất xuất hiện giai đoạn 2 của quá trình. Đó là lý do nó có một cái cổ dài đáng kể”.
Đốt sống C3 của Samotherium và hươu cao cổ hiện đại 7 triệu năm trước.
Giai đoạn kéo dài đốt sống cổ về phía trước diễn ra cách đây khoảng 7 triệu năm. Bằng chứng về nó được ghi nhận trên một số loài như Samotherium, họ hàng của hươu cao cổ ngày nay. Giai đoạn hai chỉ diễn ra cách đây khoảng 1 triệu năm. Và cho đến đó chỉ còn hươu cao cổ trải qua quá trình này.
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra một điều thú vị rằng họ hươu cao cổ không phải là loài đầu tiên kéo dài cổ của mình. Danowitz nói “Một loài tổ tiên mang tên Prodremotherium thậm chí đã kéo dài cổ từ khoảng 16 triệu năm trước”. Điều này chỉ ra rằng chiều dài cổ không còn là một thuộc tính xác đáng để xác định họ gia đình hươu.
Một phân nhánh gia đình hươu cao cổ.
Một điều thú vị nữa, trong khi các thành viên khác trong gia đình đều có cái cổ dài ra, chỉ riêng loài Okapi Trung Phi lại có cái cổ ngắn lại.
Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications hôm 17/5, các nhà khoa học so sánh bộ gene của hươu cao cổ với loài Okapi, họ hàng gần gũi nhất của chúng. Mục đích của nghiên cứu nhằm xác định những gene đặc biệt, liên quan đến nguồn gốc tiến hóa của hươu cao cổ và những tính trạng đặc biệt bao gồm chiếc cổ dài, khả năng chạy tốc độ cao (60 km/h), hệ thống tim mạch phức tạp.
"Quá trình tiến hóa tạo ra ngoại hình to lớn của hươu cao cổ cũng như biến đổi cơ thể giúp chúng chạy ở tốc độ cao và hoạt động tim mạch mạnh mẽ là bí ẩn đối với giới khoa học từ những năm 1800, khi Charles Darwin lần đầu tiên lý giải nguồn gốc tiến hóa của hươu cao cổ", Douglas Cavener, tác giả nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania, Mỹ, cho biết.
Okapi là họ hàng gần gũi nhất với hươu cao cổ. (Ảnh: Flickr).
Kết quả nghiên cứu cho thấy, hươu cao cổ và Okapi phát triển theo hai hướng khác nhau từ một tổ tiên chung cách đây 11-12 triệu năm. Các nhà khoa học cũng xác định được 70 gene của hươu cao cổ mang nhiều dấu hiệu thích nghi với môi trường sống. Một nửa trong số 70 gene này mã hóa thành các protein, từ đó tác động đến sự phát triển và chức năng sinh lý của hệ thống xương, tim mạch, hệ thần kinh.
"Các xương chân và đốt sống cổ của hươu cao cổ đã tiến hóa rất nhiều để dài ra. Có ít nhất hai gene tham gia vào quá trình này, một gene xác định khu vực xương cần phát triển và gene khác kích thích xương tăng tưởng", Cavener nói.
Nhóm nghiên cứu xác định thành công các gene trên. Một trong số đó được gọi là gene FGFRL1, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự phát triển, bắt đầu từ giai đoạn phôi thai cho đến giai đoạn xương dài ra, sau khi hươu cao cổ chào đời.