Cách đây khoảng 55 triệu năm, tổ tiên lâu đời nhất của loài cá voi là cá voi cổ Pakicetus đã chính thức bắt đầu hành trình chinh phục đại dương. Trải qua một chặng đường dài hàng chục triệu năm, vô số loài cá voi và cá heo đã được định hình.
Tuy diện mạo ngày càng tiệm cận với các loài cá thông thường, bộ cá voi vẫn kiên định giữ lại hai đặc điểm tổ tiên cốt lõi: sinh sản theo hình thức thai sinh và hô hấp bằng phổi thay vì tiến hóa ra mang.
Điều này đặt ra một dấu hỏi lớn đối với giới nghiên cứu sinh học. Trở thành những cư dân vĩnh viễn của biển cả, tại sao chúng không lựa chọn một giải pháp tưởng chừng như hoàn hảo là mang cá? Câu trả lời vô cùng ngắn gọn nhưng đầy sức nặng: đối với những động vật có vú sống dưới nước, lá phổi mang lại hiệu suất vượt trội hơn mang rất nhiều.
Hành trình lột xác của cá voi là một bản hùng ca sinh tồn bắt đầu từ bờ biển nhiệt đới. Cá voi cổ Pakicetus vốn là sinh vật trên cạn gầy gò, dài cỡ 1 mét và có hình dáng tựa loài sói nhỏ. Hưởng lợi từ sự diệt vong của loài khủng long, chúng dạt ra vùng biển nông để săn mồi.
Sau hàng triệu năm, cá voi đi bộ Ambulocetus xuất hiện với khả năng sống lưỡng cư nhưng lại bộc lộ nhược điểm là sự chậm chạp. Đứng trước áp lực sinh tồn, chúng buộc phải biến đổi. Đến 46 triệu năm trước, cá voi Rodhocetus ra đời với cổ ngắn, đuôi vạm vỡ và chân bơi để tăng tốc độ lẩn trốn, đồng thời phát triển cơ quan thăng bằng ở tai trong.
Khoảng 39,5 triệu năm trước, sự xuất hiện của cá voi Basilosaurus khổng lồ nặng 6,3 tấn đánh dấu một bước tiến mới, nhưng chúng nhanh chóng tuyệt diệt dưới nanh vuốt của siêu cá mập Megalodon nặng 40 tấn. Trong cơn bĩ cực đó, loài cá voi Dorudon nhỏ bé nhưng săn chắc đã bứt phá.
Bằng cách trốn chạy lên các vùng cực lạnh giá, chúng phát triển hệ thống định vị bằng sóng âm và cơ chế kiểm soát lưu lượng máu thông minh để lặn sâu. Đó là thời khắc cá voi thực sự trở thành bá chủ.
Quay lại với bài toán hô hấp, giả thuyết cá voi mọc mang là một kịch bản tồi tệ. Hàm lượng oxy hòa tan trong nước biển chưa chạm tới ngưỡng 1%, trong khi bầu không khí chứa tới 21% oxy. Sự khuếch tán oxy trong không khí cũng nhanh hơn trong nước 10.000 lần.
Là động vật máu nóng, cá voi cần một lượng lớn oxy ổn định để duy trì thân nhiệt 35,5 độ C. Một chiếc mang yếu ớt sẽ khiến chúng bị thiếu oxy não ngay lập tức. Để tối ưu hóa, phổi cá voi đạt hiệu suất trao đổi khí lên đến hơn 85%, gấp ba lần mức trung bình 15 – 25% của con người. Sự ưu việt này triệt tiêu hoàn toàn mọi động lực tiến hóa ra mang.
Bên cạnh đó, cần hiểu đúng bản chất của tiến hóa. Tiến hóa là sự sàng lọc những đột biến phù hợp với hoàn cảnh, không phải là cơ chế muốn gì được nấy. Tổ tiên cá voi vốn đã mang theo lá phổi từ khi còn ở trên cạn. Khi xuống biển, lá phổi tiếp tục chứng minh sự vượt trội, do đó không có áp lực nào ép chúng phải mọc mang.
Thêm vào đó, ở động vật có vú, các cấu trúc xương từng hình thành nên mang ở phôi thai cá đã sớm hợp nhất thành tai và thanh quản. Hộp sọ vững chắc của chúng vĩnh viễn mất đi nền tảng biến dị để quay về dạng xương nắp mang mỏng manh.
Vậy làm thế nào phổi có thể giúp cá voi lặn sâu hàng ngàn mét dưới đáy biển? Bí quyết không nằm ở dung tích phổi khổng lồ. Thực tế, tỷ lệ dung tích phổi trên trọng lượng của cá voi xanh thấp hơn con người rất nhiều.
Thay vì nín thở, cá voi sở hữu nồng độ myoglobin trong cơ bắp cực cao – gấp 8 lần động vật có vú trên cạn đối với loài cá nhà táng – giúp chúng tích trữ lượng oxy khổng lồ.
Tuyệt vời hơn, trước khi lặn, chúng sẽ thở hắt ra để ép cạn không khí. Phế nang xẹp xuống đẩy khí vào khí quản, giúp phổi miễn nhiễm với sức ép kinh hoàng của vùng nước sâu.
Sau cùng, sự lựa chọn lá phổi đã chứng minh giá trị tuyệt đối. Bằng chứng là loài cá mập voi khổng lồ lọc thức ăn bằng mang không thể so đọ kích thước với cá voi xanh, còn sát thủ khét tiếng như cá mập trắng lớn cũng đành tháo chạy khi đụng độ cá voi sát thủ.
Nếu lùi bước để chọn mang, cá voi đã không thể vươn lên đỉnh chuỗi thức ăn, và chúng sẽ thực sự bị giáng cấp xuống thành một loài cá tầm thường trong lòng đại dương.
Nguồn: GenK