Jinu
Intern Writer
Bạn đã bao giờ thử hình dung một con voi lớn nhất mà mình biết chưa? Giờ thì hãy nhân kích thước đó lên 30 lần. Đó chính là cá voi xanh, loài động vật lớn nhất từng tồn tại trên Trái Đất này. Những sinh vật khổng lồ của đại dương này có thể nặng tới 150 tấn và dài hơn 30,5 mét, tương đương chiều dài của một chiếc Boeing 737. Ngay cả loài khủng long lớn nhất cũng chỉ nặng khoảng 68 tấn, chưa bằng một nửa trọng lượng của cá voi xanh.
Vậy điều gì đã khiến cá voi xanh đạt được kích thước phi thường đến vậy? Mọi chuyện đều xoay quanh việc chúng sống dưới nước và ăn những sinh vật nhỏ bé giống tôm gọi là nhuyễn thể (krill).
Trên cạn, kích thước tối đa mà động vật có vú có thể đạt được bị giới hạn bởi trọng lực. Các loài động vật có vú lớn trên cạn cần có xương khổng lồ, mạch máu lớn và đôi chân khỏe để nâng đỡ trọng lượng của mình. Khi một con vật càng lớn, trọng lượng của nó tăng nhanh hơn nhiều so với sức mạnh của xương. Đến một lúc nào đó, việc tăng kích thước sẽ khiến chân của một con vật quá lớn không thể chịu nổi sức nặng của trọng lực và đổ sụp.
Nhưng dưới nước, trọng lực lại không có tác động tương tự. Thay vào đó, sức nổi của nước giúp nâng đỡ trọng lượng của các loài động vật có vú sống dưới nước. Đây chính là yếu tố then chốt giúp cá voi xanh đạt được kích thước khổng lồ.
Tuy nhiên, câu chuyện về việc cá voi xanh trở nên to lớn không chỉ dừng lại ở đó. Craig McClain, một giáo sư về đa dạng sinh học tại Đại học Louisiana ở Lafayette, đã so sánh gần 7.000 loài động vật còn sống và hóa thạch để phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước. Ông phát hiện ra rằng nước không chỉ làm giảm lực hấp dẫn mà còn thúc đẩy các loài động vật có vú máu nóng phát triển. Nước dẫn nhiệt ra khỏi cơ thể nhanh hơn nhiều so với không khí, vì vậy các loài động vật có vú cần phải lớn hơn để giữ ấm. Đồng thời, khi cơ thể tăng kích thước, năng lượng cần thiết để duy trì chúng cũng tăng lên.
Giáo sư McClain chia sẻ rằng, các loài động vật có vú dưới nước bị thu hút bởi một kích thước cơ thể tối ưu, bởi vì có sự đánh đổi về năng lượng. Kích thước lý tưởng của chúng là sự cân bằng cẩn thận giữa lượng năng lượng chúng sử dụng và tốc độ chúng kiếm ăn. Không đơn thuần là trở nên lớn nhất có thể, mà "điểm ngọt" chính là nơi thu nhập năng lượng vượt quá chi phí một cách thoải mái. Một loài động vật có vú dưới nước chỉ có thể trở nên khổng lồ nếu nó ăn đủ thức ăn để bù đắp nhu cầu của một cơ thể lớn hơn.
Việc ăn những đàn nhuyễn thể dày đặc đã giúp cá voi xanh trở nên lớn hơn. Nhuyễn thể chỉ dài khoảng 5 cm và bơi chậm thành từng đàn dày đặc. Để tận dụng điều này, cá voi xanh đã phát triển những cái miệng khổng lồ và một túi họng có thể mở rộng rất lớn dưới da, cho phép chúng lao tới và nuốt một lượng lớn nhuyễn thể chỉ trong một ngụm. Chúng có khả năng ăn tới 360 kg nhuyễn thể trong một lần nuốt, tương đương với khoảng 16 máy bán hàng tự động. Túi họng này được hình thành bởi những nếp gấp sâu kéo dài từ hàm dưới đến rốn, tạo ra một phần mở rộng co giãn của miệng có thể phình ra để chứa lượng thức ăn khổng lồ như vậy.
Tuy nhiên, việc lao tới kiếm ăn đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Elliott Hazen, một nhà sinh thái học tại NOAA Fisheries, cho biết chiến lược kiếm ăn này chỉ trở nên có giá trị về mặt năng lượng khi cơ thể đạt kích thước lớn. Cá voi xanh sống sót nhờ con mồi nhỏ bé vì chúng đã phát triển một trong những hệ thống kiếm ăn số lượng lớn hiệu quả nhất trong thế giới tự nhiên. Để kiểm tra hiệu quả kiếm ăn của chúng, Jeremy Goldbogen, giáo sư hải dương học tại Stanford, đã sử dụng các cảm biến ghi lại chuyển động để đo tốc độ bơi, kiểu lặn và gia tốc của 256 con cá voi xanh khi chúng lao tới con mồi. Khi Goldbogen mô hình hóa chi phí năng lượng của mỗi lần lao so với năng lượng thu được từ nhuyễn thể, ông phát hiện ra rằng một ngụm nhuyễn thể duy nhất có thể cung cấp cho cá voi xanh năng lượng gấp hơn 200 lần so với năng lượng chúng sử dụng. Đó thực sự là một khoản lợi nhuận rất tốt.
Kích thước của cá voi không chỉ giúp chúng kiếm ăn mà còn cho phép chúng di chuyển quãng đường dài. Nhuyễn thể chỉ có thể được tìm thấy với số lượng lớn ở những khu vực biệt lập của đại dương, vì vậy cá voi xanh phải di chuyển hàng nghìn km giữa các khu vực kiếm ăn và sinh sản của chúng. Cơ thể đồ sộ của chúng có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng dưới dạng chất béo ngay cả khi chúng không kiếm ăn. Vì vậy, mặc dù cá voi xanh cuối cùng sử dụng nhiều năng lượng hơn các loài động vật nhỏ hơn, nhưng chúng đốt cháy năng lượng chậm hơn, ít nhất là tương đối so với kích thước của chúng. Điều này mang lại cho chúng sức bền lớn hơn. Hình dạng thuôn dài cũng giúp giảm lực cản, cho phép chúng di chuyển trong đại dương với năng lượng tối thiểu.
Cá voi không phải lúc nào cũng là những gã khổng lồ. Hồ sơ hóa thạch cho thấy tổ tiên của chúng, loài Pakicetus, là những động vật có vú trên cạn có kích thước bằng chó sói, chỉ dài từ 0,9 đến 1,8 mét. Tổ tiên cổ đại này thực sự sống trên cạn và săn mồi ở vùng nước nông. Khi những con cá voi đầu tiên xuất hiện ở đại dương khoảng 40 triệu năm trước, chúng cũng có kích thước tương đối khiêm tốn. Chẳng hạn, một trong những con cá voi sớm nhất được biết đến, Mystacodon selenensis, chỉ dài khoảng 4 mét, xấp xỉ kích thước của một con cá heo mũi chai.
Sau đó, khoảng 3 triệu năm trước, các đại dương đã thay đổi. Khi các tảng băng khổng lồ lan rộng khắp Trái Đất, nhiệt độ giảm và các kiểu gió tăng lên. Điều này dẫn đến sự gia tăng hiện tượng nước trồi (upwelling), một quá trình mà gió mạnh làm cho nước giàu chất dinh dưỡng từ đại dương sâu dâng lên. Lượng chất dinh dưỡng bổ sung đã khiến nhuyễn thể tập trung thành từng đàn dày đặc dọc theo bờ biển, tạo điều kiện thuận lợi cho những loài động vật có thể kiếm ăn số lượng lớn và di chuyển quãng đường dài. Giáo sư McClain nhận định rằng cá voi xanh không chỉ trở nên lớn vì chúng có thể, mà chúng trở nên lớn vì đại dương bắt đầu cung cấp thức ăn theo cách mà những gã khổng lồ được hưởng lợi.
Vậy cá voi có thể lớn hơn nữa không? Cá voi xanh hiện đang gần đạt đến giới hạn về kích thước mà chúng có thể phát triển. Khi động vật càng lớn, tim của chúng phải làm việc vất vả hơn để bơm máu đến các chi, việc cung cấp oxy trở nên khó khăn hơn và quá trình sinh sản cũng chậm lại. Trong một nghiên cứu năm 2019, các nhà nghiên cứu đã đo nhịp tim của một con cá voi xanh bằng một thiết bị theo dõi nhịp tim nhỏ. Cá voi không thể thở khi lặn, vì vậy chúng làm chậm nhịp tim để giảm lượng oxy sử dụng và tăng thời gian có thể ở dưới nước. Trong những lần lặn sâu, nhịp tim của cá voi giảm xuống chỉ còn hai nhịp mỗi phút, mức tối thiểu cần thiết để giữ cho các cơ quan quan trọng hoạt động.
Những con cá voi xanh lớn hơn cũng sẽ đòi hỏi nhiều nhuyễn thể hơn và đến một lúc nào đó, chi phí năng lượng sẽ trở nên không bền vững. Chúng sẽ không thể tiêu thụ đủ nhuyễn thể để có được năng lượng cần thiết. Hazen khẳng định rằng, mặc dù đại dương cho phép cá voi trở nên lớn hơn bất kỳ loài động vật trên cạn nào trong lịch sử Trái Đất, nhưng sinh học và vật lý có thể đặt ra một giới hạn trên về mức độ lớn mà chúng có thể tiến hóa.
Vì vậy, lần tới khi bạn nhìn thấy một thứ gì đó di chuyển trong sóng biển, hãy nghĩ về cách cá voi xanh đã trở thành một gã khổng lồ: một đại dương thay đổi bởi băng giá, một cơ thể được định hình bởi nước và một chiến lược kiếm ăn được xây dựng xung quanh việc nuốt những con nhuyễn thể nhỏ bé. Cùng với nhau, những yếu tố đó đã tạo ra một loài động vật có kích thước vượt qua tất cả các sinh vật khác trên Trái Đất.
Vậy điều gì đã khiến cá voi xanh đạt được kích thước phi thường đến vậy? Mọi chuyện đều xoay quanh việc chúng sống dưới nước và ăn những sinh vật nhỏ bé giống tôm gọi là nhuyễn thể (krill).
Trên cạn, kích thước tối đa mà động vật có vú có thể đạt được bị giới hạn bởi trọng lực. Các loài động vật có vú lớn trên cạn cần có xương khổng lồ, mạch máu lớn và đôi chân khỏe để nâng đỡ trọng lượng của mình. Khi một con vật càng lớn, trọng lượng của nó tăng nhanh hơn nhiều so với sức mạnh của xương. Đến một lúc nào đó, việc tăng kích thước sẽ khiến chân của một con vật quá lớn không thể chịu nổi sức nặng của trọng lực và đổ sụp.
Nhưng dưới nước, trọng lực lại không có tác động tương tự. Thay vào đó, sức nổi của nước giúp nâng đỡ trọng lượng của các loài động vật có vú sống dưới nước. Đây chính là yếu tố then chốt giúp cá voi xanh đạt được kích thước khổng lồ.
Tuy nhiên, câu chuyện về việc cá voi xanh trở nên to lớn không chỉ dừng lại ở đó. Craig McClain, một giáo sư về đa dạng sinh học tại Đại học Louisiana ở Lafayette, đã so sánh gần 7.000 loài động vật còn sống và hóa thạch để phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước. Ông phát hiện ra rằng nước không chỉ làm giảm lực hấp dẫn mà còn thúc đẩy các loài động vật có vú máu nóng phát triển. Nước dẫn nhiệt ra khỏi cơ thể nhanh hơn nhiều so với không khí, vì vậy các loài động vật có vú cần phải lớn hơn để giữ ấm. Đồng thời, khi cơ thể tăng kích thước, năng lượng cần thiết để duy trì chúng cũng tăng lên.
Giáo sư McClain chia sẻ rằng, các loài động vật có vú dưới nước bị thu hút bởi một kích thước cơ thể tối ưu, bởi vì có sự đánh đổi về năng lượng. Kích thước lý tưởng của chúng là sự cân bằng cẩn thận giữa lượng năng lượng chúng sử dụng và tốc độ chúng kiếm ăn. Không đơn thuần là trở nên lớn nhất có thể, mà "điểm ngọt" chính là nơi thu nhập năng lượng vượt quá chi phí một cách thoải mái. Một loài động vật có vú dưới nước chỉ có thể trở nên khổng lồ nếu nó ăn đủ thức ăn để bù đắp nhu cầu của một cơ thể lớn hơn.
Việc ăn những đàn nhuyễn thể dày đặc đã giúp cá voi xanh trở nên lớn hơn. Nhuyễn thể chỉ dài khoảng 5 cm và bơi chậm thành từng đàn dày đặc. Để tận dụng điều này, cá voi xanh đã phát triển những cái miệng khổng lồ và một túi họng có thể mở rộng rất lớn dưới da, cho phép chúng lao tới và nuốt một lượng lớn nhuyễn thể chỉ trong một ngụm. Chúng có khả năng ăn tới 360 kg nhuyễn thể trong một lần nuốt, tương đương với khoảng 16 máy bán hàng tự động. Túi họng này được hình thành bởi những nếp gấp sâu kéo dài từ hàm dưới đến rốn, tạo ra một phần mở rộng co giãn của miệng có thể phình ra để chứa lượng thức ăn khổng lồ như vậy.
Tuy nhiên, việc lao tới kiếm ăn đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Elliott Hazen, một nhà sinh thái học tại NOAA Fisheries, cho biết chiến lược kiếm ăn này chỉ trở nên có giá trị về mặt năng lượng khi cơ thể đạt kích thước lớn. Cá voi xanh sống sót nhờ con mồi nhỏ bé vì chúng đã phát triển một trong những hệ thống kiếm ăn số lượng lớn hiệu quả nhất trong thế giới tự nhiên. Để kiểm tra hiệu quả kiếm ăn của chúng, Jeremy Goldbogen, giáo sư hải dương học tại Stanford, đã sử dụng các cảm biến ghi lại chuyển động để đo tốc độ bơi, kiểu lặn và gia tốc của 256 con cá voi xanh khi chúng lao tới con mồi. Khi Goldbogen mô hình hóa chi phí năng lượng của mỗi lần lao so với năng lượng thu được từ nhuyễn thể, ông phát hiện ra rằng một ngụm nhuyễn thể duy nhất có thể cung cấp cho cá voi xanh năng lượng gấp hơn 200 lần so với năng lượng chúng sử dụng. Đó thực sự là một khoản lợi nhuận rất tốt.
Kích thước của cá voi không chỉ giúp chúng kiếm ăn mà còn cho phép chúng di chuyển quãng đường dài. Nhuyễn thể chỉ có thể được tìm thấy với số lượng lớn ở những khu vực biệt lập của đại dương, vì vậy cá voi xanh phải di chuyển hàng nghìn km giữa các khu vực kiếm ăn và sinh sản của chúng. Cơ thể đồ sộ của chúng có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng dưới dạng chất béo ngay cả khi chúng không kiếm ăn. Vì vậy, mặc dù cá voi xanh cuối cùng sử dụng nhiều năng lượng hơn các loài động vật nhỏ hơn, nhưng chúng đốt cháy năng lượng chậm hơn, ít nhất là tương đối so với kích thước của chúng. Điều này mang lại cho chúng sức bền lớn hơn. Hình dạng thuôn dài cũng giúp giảm lực cản, cho phép chúng di chuyển trong đại dương với năng lượng tối thiểu.
Cá voi không phải lúc nào cũng là những gã khổng lồ. Hồ sơ hóa thạch cho thấy tổ tiên của chúng, loài Pakicetus, là những động vật có vú trên cạn có kích thước bằng chó sói, chỉ dài từ 0,9 đến 1,8 mét. Tổ tiên cổ đại này thực sự sống trên cạn và săn mồi ở vùng nước nông. Khi những con cá voi đầu tiên xuất hiện ở đại dương khoảng 40 triệu năm trước, chúng cũng có kích thước tương đối khiêm tốn. Chẳng hạn, một trong những con cá voi sớm nhất được biết đến, Mystacodon selenensis, chỉ dài khoảng 4 mét, xấp xỉ kích thước của một con cá heo mũi chai.
Sau đó, khoảng 3 triệu năm trước, các đại dương đã thay đổi. Khi các tảng băng khổng lồ lan rộng khắp Trái Đất, nhiệt độ giảm và các kiểu gió tăng lên. Điều này dẫn đến sự gia tăng hiện tượng nước trồi (upwelling), một quá trình mà gió mạnh làm cho nước giàu chất dinh dưỡng từ đại dương sâu dâng lên. Lượng chất dinh dưỡng bổ sung đã khiến nhuyễn thể tập trung thành từng đàn dày đặc dọc theo bờ biển, tạo điều kiện thuận lợi cho những loài động vật có thể kiếm ăn số lượng lớn và di chuyển quãng đường dài. Giáo sư McClain nhận định rằng cá voi xanh không chỉ trở nên lớn vì chúng có thể, mà chúng trở nên lớn vì đại dương bắt đầu cung cấp thức ăn theo cách mà những gã khổng lồ được hưởng lợi.
Vậy cá voi có thể lớn hơn nữa không? Cá voi xanh hiện đang gần đạt đến giới hạn về kích thước mà chúng có thể phát triển. Khi động vật càng lớn, tim của chúng phải làm việc vất vả hơn để bơm máu đến các chi, việc cung cấp oxy trở nên khó khăn hơn và quá trình sinh sản cũng chậm lại. Trong một nghiên cứu năm 2019, các nhà nghiên cứu đã đo nhịp tim của một con cá voi xanh bằng một thiết bị theo dõi nhịp tim nhỏ. Cá voi không thể thở khi lặn, vì vậy chúng làm chậm nhịp tim để giảm lượng oxy sử dụng và tăng thời gian có thể ở dưới nước. Trong những lần lặn sâu, nhịp tim của cá voi giảm xuống chỉ còn hai nhịp mỗi phút, mức tối thiểu cần thiết để giữ cho các cơ quan quan trọng hoạt động.
Những con cá voi xanh lớn hơn cũng sẽ đòi hỏi nhiều nhuyễn thể hơn và đến một lúc nào đó, chi phí năng lượng sẽ trở nên không bền vững. Chúng sẽ không thể tiêu thụ đủ nhuyễn thể để có được năng lượng cần thiết. Hazen khẳng định rằng, mặc dù đại dương cho phép cá voi trở nên lớn hơn bất kỳ loài động vật trên cạn nào trong lịch sử Trái Đất, nhưng sinh học và vật lý có thể đặt ra một giới hạn trên về mức độ lớn mà chúng có thể tiến hóa.
Vì vậy, lần tới khi bạn nhìn thấy một thứ gì đó di chuyển trong sóng biển, hãy nghĩ về cách cá voi xanh đã trở thành một gã khổng lồ: một đại dương thay đổi bởi băng giá, một cơ thể được định hình bởi nước và một chiến lược kiếm ăn được xây dựng xung quanh việc nuốt những con nhuyễn thể nhỏ bé. Cùng với nhau, những yếu tố đó đã tạo ra một loài động vật có kích thước vượt qua tất cả các sinh vật khác trên Trái Đất.
