Cóc chân xẻng là nhóm lưỡng cư sống được ở sa mạc bằng cách vùi mình sâu dưới đất gần như quanh năm, chỉ trồi lên khi có mưa lớn. Ở sa mạc Sonora của Bắc Mỹ, loài cóc chân xẻng Couch (Scaphiopus couchii) có thể nằm dưới đất nhiều tháng liền, rồi chỉ trong vài đêm sau cơn mưa mùa hè thì lên mặt đất, giao phối, đẻ trứng, và nòng nọc phải biến thành cóc con trước khi vũng nước khô. Toàn bộ đời sống của chúng được nén vào những khoảng thời gian rất ngắn khi có nước.
Lưỡng cư ở sa mạc: tưởng như vô lý
Ếch nhái và cóc là nhóm động vật khó sống ở sa mạc nhất. Da của chúng mỏng, thấm nước, dùng một phần để hô hấp. Trứng không có vỏ cứng, phải đẻ dưới nước. Nòng nọc sống hoàn toàn trong nước. Mỗi đặc điểm đó đều là bất lợi ở nơi mưa hiếm và nắng gắt.
Vậy mà ở các sa mạc Bắc Mỹ, Úc, Trung Á vẫn có lưỡng cư. Chúng không thắng sa mạc bằng cách chịu đựng mà bằng cách né: tránh mùa khô dưới lòng đất, rồi tận dụng triệt để mùa mưa ngắn ngủi. Cóc chân xẻng là ví dụ được nghiên cứu kỹ nhất.
Cái "xẻng" ở chân sau
Tên gọi đến từ một cấu trúc sừng sắc cạnh, màu sẫm, mọc ở mặt trong bàn chân sau. Cóc dùng nó để đào đất theo kiểu lùi: hai chân sau cào luân phiên, thân xoay nhẹ, và con vật chìm dần xuống đất cát theo chiều đuôi trước, đất lấp lại phía trên.
Có hai nhóm cóc chân xẻng không họ hàng gần: họ Scaphiopodidae ở Bắc Mỹ và họ Pelobatidae ở châu Âu, Tây Á, Bắc Phi. Cả hai đều có "xẻng" ở chân sau và đều đào đất giỏi. Các nhà phân loại học từng xếp chúng chung một họ vì giống nhau, sau đó tách ra khi có thêm dữ liệu.
Ngủ hè dưới đất: sống chậm lại gần như dừng
Khi mùa mưa qua, cóc chân xẻng Couch đào xuống đất, có khi sâu vài chục phân hoặc hơn, nơi nhiệt độ ổn định và đất giữ chút ẩm. Ở đó chúng bước vào trạng thái ngủ hè (estivation), tương tự ngủ đông nhưng để tránh nóng và khô.
Ba cách giữ nước khi bị chôn
- Giảm trao đổi chất: nhịp sống chậm hẳn lại, tiêu hao năng lượng chỉ còn một phần nhỏ so với lúc hoạt động. Ít đốt năng lượng thì mỡ dự trữ đủ dùng nhiều tháng.
- Kén da: ở một số loài cóc chân xẻng, các lớp da bong ra mà không rơi đi, tích lại thành một lớp áo bao quanh cơ thể, giảm nước bay hơi.
- Hút nước từ đất bằng ure: cóc tích lũy ure trong máu và dịch cơ thể tới mức cao, cao tới mức sẽ gây ngộ độc cho nhiều động vật khác. Dịch cơ thể đậm đặc hơn nước trong đất, nên nước có xu hướng thấm từ đất vào cơ thể qua da theo cơ chế thẩm thấu, thay vì đi ngược lại.
Cách thứ ba là thích nghi tinh tế nhất. Ure thường là chất thải phải đào thải ngay. Cóc chân xẻng biến nó thành công cụ giữ nước, và các mô của chúng chịu được nồng độ ure cao. Khi mưa đến và có nước tự do, cóc thải lượng ure dư thừa ra.
Nghe tiếng mưa từ dưới đất
Một con cóc nằm dưới đất sâu thì làm sao biết lúc nào có mưa lớn? Nếu nó lên quá sớm, sau một trận mưa nhỏ, nó sẽ không có vũng nước để đẻ mà còn mất nước. Nếu lên quá muộn, nó bỏ lỡ cả mùa sinh sản.
Năm 1980, Mark Dimmitt và Rodolfo Ruibal công bố nghiên cứu cho thấy cóc chân xẻng phản ứng với rung động tần số thấp của mưa rơi và sấm. Họ thử phát âm thanh giống tiếng mưa trên mặt đất bằng loa, và cóc trồi lên dù đất không ướt thêm. Tín hiệu rung là đủ để kích thích chúng thức dậy.
Lý do tín hiệu rung đáng tin là vì mưa lớn kèm sấm mới tạo vũng nước đủ sâu, còn mưa phùn thì rung nhẹ hơn nhiều. Tuy nhiên cơ chế cảm nhận chính xác, và vai trò của độ ẩm hay nhiệt độ đất đi kèm, vẫn có những điểm chưa được làm rõ hoàn toàn.
Cuộc chạy đua với vũng nước
Sau đêm mưa lớn, cóc đực tụ về các vũng nước tạm và kêu vang để gọi cái. Giao phối và đẻ trứng diễn ra trong một hai đêm, nhiều khi chỉ một đêm, vì vậy người ta gọi là sinh sản bùng nổ. Rồi một cuộc đua bắt đầu: vũng nước sa mạc có thể khô chỉ sau vài tuần, thậm chí sớm hơn.
Các mốc trong một mùa mưa của cóc chân xẻng Couch
- Đêm mưa lớn đầu mùa: cóc trồi lên, tụ về vũng, kêu và giao phối.
- Khoảng một đến hai ngày sau: trứng nở thành nòng nọc.
- Khoảng một đến hai tuần: nòng nọc lớn nhanh, mọc chân và bắt đầu biến thái thành cóc con. Cóc chân xẻng Couch được ghi nhận nằm trong số loài lưỡng cư phát triển nhanh nhất thế giới.
- Những tuần còn lại của mùa mưa: cóc trưởng thành và cóc con ăn thật nhiều mối, côn trùng nở theo mưa để tích mỡ.
- Khi đất khô dần: tất cả lại đào xuống đất chờ năm sau.
Có những năm vũng nước khô trước khi nòng nọc kịp biến thái, cả lứa trứng mất trắng. Vì vậy cóc chân xẻng phải sống nhiều năm và đẻ nhiều lần. Một năm tốt đủ bù cho vài năm xấu.
Nòng nọc biết đổi hình theo hoàn cảnh
Ở chi Spea, một nhóm cóc chân xẻng khác, nòng nọc có thể phát triển theo hai kiểu hình. Kiểu thông thường ăn tảo và mảnh vụn. Kiểu thứ hai có hàm khoẻ hơn, cơ nhai lớn hơn, chuyên bắt các con giáp xác nhỏ trong vũng như tôm tiên, và lớn nhanh hơn.
Kiểu nòng nọc ăn thịt có lợi khi vũng nước đang cạn nhanh, vì lớn nhanh là lối thoát. Kiểu ăn tảo có lợi khi vũng còn bền. Nòng nọc phát triển theo kiểu nào phụ thuộc phần lớn vào thức ăn nó gặp đầu đời. Nhà sinh học David Pfennig và cộng sự đã nghiên cứu hiện tượng này trong nhiều năm, coi đây là ví dụ điển hình của tính mềm dẻo kiểu hình: cùng một bộ gen, môi trường khác nhau cho ra cơ thể khác nhau.
So sánh với cách sống sót khác ở lưỡng cư vùng khô
| Loài hoặc nhóm | Nơi sống | Cách vượt mùa khô |
|---|---|---|
| Cóc chân xẻng Couch | Sa mạc Sonora, Chihuahua | Vùi đất, tích ure, sinh sản bùng nổ sau mưa |
| Ếch giữ nước (Cyclorana) | Vùng khô nội địa Úc | Vùi đất, tạo kén, trữ nước trong bàng quang |
| Ếch cây phủ sáp | Vùng bán khô hạn Nam Mỹ | Tự bôi sáp lên da để giảm mất nước |
| Cóc chân xẻng châu Âu | Đồng cỏ, đất cát châu Âu | Đào đất ban ngày, hoạt động ban đêm |
Những loài này không thân thuộc gần với nhau, nhưng lặp lại cùng các ý tưởng: tránh mặt đất khi khô, giảm mất nước qua da, và chớp thời cơ khi có mưa.
Góc nhìn hôm nay
Cóc chân xẻng cho thấy thích nghi không chỉ là cơ thể khoẻ hơn, mà còn là nhịp sống khớp với môi trường. Ở sa mạc, thứ khan hiếm nhất có khi không phải nước mà là thời gian có nước.
Ở nhiều vùng của Mỹ, đường xá và việc san lấp các vũng nước tạm làm mất chỗ sinh sản của cóc. Vũng nước nhìn như vô giá trị vì chỉ tồn tại vài tuần mỗi năm, nhưng đó là cả thế giới của lưỡng cư sa mạc. Các nhà bảo tồn ngày càng chú ý giữ lại những vũng tạm như thế.
Ở Việt Nam, đầu mùa mưa cũng có hiện tượng ếch nhái kêu vang sau trận mưa lớn đầu tiên, nhất là ở các vùng khô hơn như ven biển Khánh Hoà, nơi trước là Ninh Thuận. Ghi lại ngày nào ếch nhái bắt đầu kêu và so với lượng mưa là một cách quan sát thiên nhiên đơn giản, rất gần với câu hỏi mà Dimmitt và Ruibal đặt ra.
Câu hỏi thường gặp
Cóc chân xẻng là gì?
Đó là nhóm cóc có một cấu trúc sừng sắc ở bàn chân sau, dùng để đào đất lùi xuống. Có hai họ không họ hàng gần: Scaphiopodidae ở Bắc Mỹ và Pelobatidae ở châu Âu, Tây Á. Nhiều loài sống ở vùng khô và sa mạc.
Cóc chân xẻng sống sót ở sa mạc bằng cách nào?
Chúng vùi mình dưới đất nhiều tháng ở trạng thái ngủ hè, giảm trao đổi chất, có loài tạo kén da và tích ure trong dịch cơ thể để hút ẩm từ đất. Khi mưa lớn, chúng trồi lên sinh sản thật nhanh.
Làm sao cóc chân xẻng biết trời mưa?
Nghiên cứu năm 1980 của Dimmitt và Ruibal cho thấy cóc phản ứng với rung động tần số thấp của mưa rơi và sấm, ngay cả khi đất chưa ướt thêm. Các yếu tố khác như độ ẩm đất có thể góp phần nhưng chưa rõ hết.
Nòng nọc cóc chân xẻng lớn nhanh cỡ nào?
Ở cóc chân xẻng Couch, nòng nọc có thể biến thái thành cóc con chỉ sau khoảng một đến hai tuần, thuộc loại nhanh nhất trong lưỡng cư. Tốc độ này cần thiết vì vũng nước sa mạc có thể khô rất sớm.
Ngủ hè khác ngủ đông thế nào?
Cả hai đều là trạng thái giảm trao đổi chất để vượt thời kỳ khó khăn. Ngủ đông để tránh lạnh và thiếu thức ăn mùa đông, còn ngủ hè để tránh nóng và khô mùa hè.