Những con cá hang động sống sót trong môi trường thiếu oxy như thế nào?

Hàng ngàn năm qua, các loài cá hang động đã liên tục tiến hóa và có những cách thích nghi trong một thế giới dưới lòng đất tối tăm rõ ràng như không có mắt và màu sắc nhợt nhạt. Hiện các nhà nghiên cứu tại Đại học Cincinnati cho biết những con cá này có một sinh lý đáng kinh ngạc không kém giúp chúng đối phó với môi trường ôxy thấp đến mức có thể giết chết các loài khác.

Các nhà sinh vật học tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật của UC phát hiện ra rằng cá hang Mexico sản xuất nhiều hemoglobin hơn thông qua các tế bào hồng cầu lớn hơn nhiều so với cá sống trên bề mặt. Hemoglobin giúp cơ thể vận chuyển oxy và carbon dioxide giữa các tế bào và cơ quan của cá và mang của nó.

Quần thể cá hang động mù Astyanax mexicanus.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Journal Scientific Reports cho thấy còn nhiều điều hơn thế nữa để tìm hiểu về các loài động vật đã khiến các nhà sinh vật học tò mò trong 200 năm.

“Tôi đã bị mê hoặc bởi những con cá này trong một thời gian dài”, giáo sư Joshua Gross chia sẻ.

Các nhà sinh vật học UC đã kiểm tra loài Astyanax mexicanus, đã tách ra cách đây khoảng 20.000 năm từ loài cá trên bề mặt vẫn được tìm thấy trong các con suối gần đó ở Sierra de El Abra, Mexico.

Cá hang có màu hồng nhạt và gần như trong mờ so với các loài cá màu bạc trên bề mặt. Trong khi cá hang động có đường viền hốc mắt tiền đình mờ nhạt nhất, các loài cá bốn chân trên bề mặt có đôi mắt to tròn khiến chúng có biểu hiện ngạc nhiên vĩnh viễn.

"Mặc dù có nhiều điểm khác biệt rõ ràng về thể chất, nhưng hai con cá được nhiều người coi là thành viên của cùng một loài", Gross nói.

Ông nói: “Không giống như những con chim sẻ của Charles Darwin ở Galapagos được tách biệt ở cấp độ loài, cả cá hang động và cá mặt đất đều được coi là thành viên của cùng một loài và có thể lai tạo với nhau.

Điều đó làm cho chúng trở thành một hệ thống mô hình tốt cho các nhà sinh vật học nghiên cứu sự tiến hóa và thích nghi di truyền", Gross chia sẻ.

Gross và các học sinh của ông đã học được rất nhiều điều về loài cá khó hiểu này trong những năm qua. Họ phát hiện ra rằng hộp sọ của cá không đối xứng, có thể là một sự thích nghi để điều hướng trong một thế giới không có dấu hiệu trực quan. Và họ đã xác định được gen chịu trách nhiệm cho màu xanh nhợt nhạt ma quái của con cá. Đó là cùng một gen chịu trách nhiệm tạo ra màu tóc đỏ ở người.

Các nhà khoa học ở những nơi khác đã báo cáo rằng cá hang động ngủ ít hơn cá sống trên bề mặt. Đối với nghiên cứu mới nhất, Jessica Friedman và Tyler Boggs, các sinh viên sinh học của Gross và UC, tác giả chính của nghiên cứu, đã kiểm tra hemoglobin trong máu cá động vật để xem liệu nó có thể giải thích cách chúng tồn tại trong môi trường ít oxy của các hang động sâu dưới lòng đất hay không. Nghiên cứu của UC đã kiểm tra cá hang động từ ba quần thể trong các hang động ở Mexico được gọi là Chica, Tinaja và Pachón.

Trong khi các dòng chảy bề mặt chuyển động nhanh bão hòa với oxy, thì cá hang động sống trong các hang sâu, nơi nước đọng không bị xáo trộn trong thời gian dài. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một số hồ nước đứng này có lượng oxy hòa tan ít hơn nhiều so với nước bề mặt.

Boggs cho hay: “Chúng di chuyển khắp nơi, nhưng chúng có rất ít khả năng tiếp cận với dinh dưỡng. Các mẫu máu cho thấy cá hang động có nhiều hemoglobin hơn cá bề mặt. Các nhà nghiên cứu UC đã giả định rằng cá hang động phải có hematocrit cao hơn - một thước đo lâm sàng về sự đóng góp tương đối của các tế bào hồng cầu trong máu toàn phần".

Các nhà nghiên cứu dự kiến ​​sẽ tìm thấy nhiều tế bào hồng cầu hơn ở cá hang động, "Nhưng chúng hầu như giống nhau", Gross nói. "Chúng tôi không thể hiểu chuyện gì đang xảy ra".

Các nhà sinh vật học UC đã kiểm tra các tế bào hồng cầu của cả hai loài cá và phát hiện ra rằng các tế bào hồng cầu của cá hang động lớn hơn nhiều so với khi so sánh.

“Sự khác biệt về kích thước đó giải thích phần lớn sự khác biệt về hematocrit”, Gross nói. "Chúng tôi biết rất ít về cơ chế kích thước tế bào trong quá trình tiến hóa, vì vậy phát hiện này là thứ mà chúng tôi có thể tận dụng để có được cái nhìn sâu sắc về cách động vật tiến hóa nâng cao năng lực hemoglobin".

Gross cho biết hemoglobin tăng cao có thể cho phép cá hang động kiếm ăn lâu hơn trong môi trường ít oxy. Cá hang thường phải làm việc vất vả hơn để tìm kiếm thức ăn hạn chế trong hang.

Boggs cho biết các nhà khoa học rất quan tâm đến cách cá hút oxy từ nước. Do biến đổi khí hậu và sự phát triển của con người, các hệ thống biển đang chứng kiến ​​nhiều thảm họa sinh thái như thủy triều đỏ, tảo nở hoa tạo ra môi trường ôxy thấp thường dẫn đến cá chết hàng loạt.

Ông nói: “Có rất nhiều sự liên quan đến hệ sinh thái ở đây. Nó đang xảy ra trong môi trường nước ngọt, môi trường nước mặn. Các nhà nghiên cứu đang cố gắng kêu gọi sự chú ý đến vấn đề khủng khiếp này".

• Tiết lộ bí mật về phòng thủ của rắn: Âm thanh kỳ lạ khiến đối phương sợ hãi?
• Phát hiện loài rùa khổng lồ mới tại quần đảo Galapagos
• Cá phát sáng biến đổi gene rủ nhau trốn khỏi trang trại