Tại sao động vật biển sâu thường có kích thước khổng lồ?

Nhiều động vật dưới biển sâu to lớn vượt trội so với họ hàng ở các nơi khác, có thể do yếu tố môi trường hoặc mục đích sinh tồn.

Ở những nơi sâu nhất và lạnh nhất của đại dương, các sinh vật biển - chủ yếu là động vật không xương sống - có thể đạt đến kích thước khổng lồ. Mực, nhện biển, giun và nhiều động vật khác phát triển to lớn vượt trội so với họ hàng của chúng trên khắp thế giới. Hiện tượng này được gọi là gigantism.

Cậu bé 3 tuổi ở Los Angeles quan sát cua nhện tại Thủy cung Thái Bình Dương ở Long Beach, bang California, Mỹ, năm 2004. (Ảnh: Robyn Beck/AFP)

Ví dụ, mực khổng lồ (Mesonychoteuthis hamiltoni) ở vùng biển cận Nam Cực dài gấp khoảng 14 lần mực mũi tên (Nototodarus sloanii) ở New Zealand. Sâu dưới Thái Bình Dương, có một loại bọt biển lớn tương đương chiếc xe minivan. Điều gì ở vùng biển sâu và lạnh giá khiến các sinh vật phát triển to lớn như vậy? Theo giới khoa học, có thể việc sinh tồn đòi hỏi như vậy, và các yếu tố ở vùng nước cực lạnh cũng cho phép gigantism diễn ra.

Ở những nơi sâu nhất của đại dương, tài nguyên cực kỳ hạn chế, giống như trong các hệ sinh thái đảo, theo nghiên cứu trên tạp chí Biogeography. Đa số thức ăn bắt nguồn từ những vùng nước nông hơn và chỉ một phần nhỏ trong số đó lọt xuống biển sâu. Khi thức ăn khan hiếm, kích thước đồ sộ mang lại lợi thế lớn, theo Alicia Bitondo, chuyên gia tại Thủy cung Vịnh Monterey ở bang California, Mỹ.

Động vật to lớn hơn có thể di chuyển nhanh và xa hơn để tìm thức ăn hoặc bạn tình. Chúng cũng có cơ chế trao đổi chất hiệu quả hơn và khả năng tích trữ thức ăn tốt hơn. Vì thế, khi những thứ như xác động vật lớn chìm xuống biển sâu, động vật săn mồi kích thước đồ sộ có thể ăn nhiều hơn và tích trữ năng lượng đó trong thời gian dài hơn.

Cá mập Greenland trao đổi chất rất chậm. (Ảnh: Dive Magazine)

Nhiệt độ lạnh ở biển sâu cũng có thể thúc đẩy gigantism bằng cách làm chậm đáng kể cơ chế trao đổi chất của động vật. Các sinh vật trong hệ sinh thái này thường phát triển và trưởng thành rất chậm, ví dụ cá mập Greenland (Somniosus microcephalus), Bitondo cho biết.

Cá mập Greenland có thể dài đến 7,3 m và nặng 1,4 tấn, nhưng sự tăng trưởng của chúng trải rộng suốt nhiều thế kỷ. Chúng phát triển khoảng 1 cm mỗi năm và chỉ đạt độ tuổi sinh sản khi đã sống khoảng 150 năm. Cá mập Greenland có thể sống lâu và đạt đến kích thước lớn như vậy một phần vì không có kẻ săn chúng dưới biển sâu.

Trước khi chạm trán với những "gã khổng lồ" dưới biển sâu, con người đã bắt gặp chúng ở gần Nam Cực. Xung quanh châu Nam Cực, gigantism xảy ra gần bề mặt hơn. Có những loài sên biển, bọt biển, giun, nhện biển, thậm chí sinh vật đơn bào khổng lồ sống tại đây. Chúng nằm trong phạm vi lặn, chỉ sâu khoảng 9 m, theo Art Woods, giáo sư tại Đại học Montana.

"Có thể điều gì đó ở châu Nam Cực đã cho phép các loài khổng lồ sống gần mặt nước hơn", Wood nói. Ông nghĩ gigantism ở Nam Cực có thể liên quan đến nguồn cung cấp oxy trong vùng nước lạnh giá bao quanh lục địa này.

Những vùng nước quanh cực như vậy có nồng độ oxy cao, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS). Tuy nhiên, động vật trong môi trường này tiêu thụ oxy rất chậm vì nước lạnh làm giảm tốc độ trao đổi chất, Woods giải thích. Vì nguồn cung oxy dồi dào vượt xa nhu cầu của động vật, có thể các giới hạn tăng trưởng đã được phá bỏ.

"Môi trường cho phép chúng phát triển kích thước cơ thể và kích thước mô lớn hơn mà không bị thiếu oxy", Woods nói. Nguồn cung oxy dồi dào không nhất thiết thúc đẩy sinh vật biển trở nên to lớn nhưng tạo điều kiện cho điều đó diễn ra.

Tuy nhiên, kể cả với những gã khổng lồ ở vùng cực, dường như vẫn có giới hạn về kích thước của chúng. Trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí Proceedings of the Royal Society B năm 2017, Wood cùng các đồng nghiệp nghiên cứu nhện biển Bắc Cực khổng lồ với chiều dài có thể lên tới 30,5 cm.

Nhóm nghiên cứu phát hiện, những con nhện biển lớn hơn có mức oxy trong cơ thể thấp hơn. Quá trình chuyển hóa hiếu khí phụ thuộc vào nguồn cung oxy. Nếu lượng oxy xuống quá thấp, các mô sẽ chịu ảnh hưởng. Mức oxy sụt giảm ở nhện biển lớn cho thấy có điều gì đó thay đổi trong sự cân bằng giữa nguồn cung với nhu cầu oxy. "Bạn có thể hình dung rằng nhện đạt đến kích thước mà chúng không thể lấy đủ oxy. Khi đó, những con lớn hơn bắt đầu vấp phải vạch giới hạn", Woods nói.

Dù có nhiều giả thuyết về các yếu tố khác nhau tạo ra những gã khổng lồ biển, không giả thuyết nào chắc chắn về cơ chế chính xác chi phối những thay đổi tiến hóa mạnh mẽ về kích thước cơ thể. "Trong sinh học, chúng tôi sẽ nói rằng không có gì là chắc chắn", Woods chia sẻ.

• Tại sao khi rút, lính bắn tỉa có thể vứt súng nhưng phải giữ kính ngắm?
• Điều không tưởng: Mặt trời là nguồn cung cấp nước cho Trái đất?
• Dấu hiệu đáng sợ: Thế giới quanh Trái đất đang bị co rút