Khổng lồ hoá biển sâu là hiện tượng một số nhóm động vật ở đáy biển lạnh và sâu lớn hơn hẳn họ hàng ở vùng nước nông: rận biển to bằng chiếc giày, giáp xác chân hai loại dài cả gang tay, nhện biển sải chân rộng hơn đĩa ăn. Lời giải thích được nhiều người ủng hộ là sự kết hợp của nước lạnh, nhiều oxy hoà tan, thức ăn thưa và sức ép từ kẻ săn mồi ít hơn. Nhưng không phải sinh vật biển sâu nào cũng to, và các nhà khoa học vẫn còn tranh luận yếu tố nào nặng ký nhất.
Những gương mặt khổng lồ của đáy biển
Hiện tượng này dễ thấy nhất ở các loài giáp xác, nhóm có rất nhiều họ hàng nhỏ bé ở vùng nước nông để so sánh:
| Nhóm | Họ hàng ở vùng nông thường cỡ | Đại diện ở biển sâu hoặc nước lạnh |
|---|---|---|
| Rận biển (bộ Chân đều, Isopoda) | Vài milimet đến vài centimet, như con mọt ẩm, con rận biển trên bãi đá | Bathynomus giganteus dài tới khoảng 40 đến 50 cm |
| Giáp xác chân hai loại (Amphipoda) | Vài milimet, như con bọ nhảy trên cát | Alicella gigantea dài tới khoảng 30 cm |
| Nhện biển (Pycnogonida) | Thân vài milimet, chân ngắn | Một số loài ở biển sâu và vùng cực có sải chân vài chục centimet |
| Mực (Cephalopoda) | Mực ống thường dài vài chục centimet | Mực khổng lồ Architeuthis dài hơn 10 m tính cả xúc tu; mực siêu khổng lồ Mesonychoteuthis nặng nhất trong các loài không xương sống |
Kích thước trong bảng là con số tối đa đã ghi nhận được ở những mẫu lớn, không phải cỡ trung bình. Với mực khổng lồ, số đo chiều dài cũng hay bị thổi phồng vì xúc tu co giãn sau khi chết, nên các nhà khoa học thường dùng chiều dài thân áo để so.
Giả thuyết 1: nước lạnh làm cơ thể lớn chậm mà lớn nhiều
Ở động vật biến nhiệt, những con vật không tự giữ thân nhiệt, có một quy luật được ghi nhận rộng rãi: nuôi trong nước lạnh, chúng lớn chậm hơn, trưởng thành muộn hơn, nhưng kích thước cuối cùng lại to hơn. Quy luật này được gọi là quy luật nhiệt độ – kích thước, thấy được cả trong phòng thí nghiệm với côn trùng, giáp xác, cá.
Cơ chế chính xác còn bàn cãi, nhưng một cách hiểu đơn giản là: nhiệt độ thấp làm chậm quá trình phân chia tế bào và tiến tới trưởng thành sinh dục nhiều hơn là làm chậm quá trình lớn lên. Con vật vì thế có nhiều thời gian "lớn" hơn trước khi dừng lại để sinh sản. Ở đáy biển sâu, nước lạnh khoảng 2 đến 4 độ C quanh năm, nên quy luật này có đất dụng võ.
Giả thuyết 2: oxy hoà tan nhiều hơn
Nước lạnh giữ được nhiều oxy hoà tan hơn nước ấm. Động vật lớn có vấn đề: thể tích cơ thể tăng nhanh hơn diện tích bề mặt mang, nên càng to thì càng khó lấy đủ oxy cho từng tế bào. Ở nơi nước nhiều oxy, giới hạn này được nới ra.
Năm 1999, hai nhà khoa học Gauthier Chapelle và Lloyd Peck công bố một nghiên cứu so sánh hàng nghìn loài giáp xác chân hai loại từ nhiều vùng biển. Họ thấy kích thước tối đa của các loài tăng theo lượng oxy hoà tan trong nước nơi chúng sống, rõ hơn là tăng theo nhiệt độ. Vùng cực và vùng nước lạnh giàu oxy có những loài chân hai loại to nhất. Giả thuyết oxy cũng được dùng để giải thích hiện tượng khổng lồ hoá vùng cực, khi nhiều nhóm động vật ở biển quanh Nam Cực to hơn họ hàng ở vùng nhiệt đới.
Tuy vậy, không phải vùng biển sâu nào cũng giàu oxy. Có những tầng nước ở độ sâu vài trăm mét gọi là vùng thiếu oxy, ở đó nhiều loài lại nhỏ đi. Vì thế giả thuyết oxy giải thích tốt một số trường hợp, không phải tất cả.
Giả thuyết 3: thức ăn thưa thì to ra để nhịn đói giỏi hơn
Đây là lập luận dựa trên một quy luật nền tảng của sinh lý học: tốc độ tiêu hao năng lượng của động vật không tăng tỉ lệ thuận với khối lượng. Một con vật nặng gấp mười lần không tiêu hao gấp mười lần năng lượng mà ít hơn thế, khoảng gấp năm đến sáu lần. Quy luật này thường được gọi theo tên nhà sinh lý học Max Kleiber, người đưa ra nó từ thập niên 1930.
Hệ quả là con vật to hơn tiêu tốn ít năng lượng hơn trên mỗi kilogram cơ thể, và có kho dự trữ lớn hơn. Ở đáy biển sâu, thức ăn đến theo kiểu thất thường: một xác cá rơi xuống, một đợt tuyết biển dày sau mùa tảo nở trên mặt nước, rồi có khi hàng tháng không có gì. Một con rận biển to có thể ăn một bữa thật no rồi nhịn rất lâu, và có thể bò xa hơn để tìm bữa tiếp theo. Rận biển khổng lồ nuôi trong thuỷ cung ở Nhật Bản từng có cá thể không ăn trong nhiều năm liền mà vẫn sống, một minh chứng sinh động cho khả năng chịu đói này.
Giả thuyết 4: ít kẻ săn mồi, sống lâu thì lớn mãi
Nhiều loài giáp xác lột xác và lớn thêm suốt đời. Nếu một con vật sống được lâu, nó sẽ đạt kích thước rất lớn. Ở biển sâu, mật độ kẻ săn mồi thấp hơn vùng nông, và nhịp sống chậm khiến tuổi thọ dài hơn. Chọn lọc tự nhiên ở đây có thể ưu tiên các cá thể đầu tư vào cơ thể lớn, trưởng thành muộn, đẻ ít trứng nhưng trứng to, thay vì đẻ thật nhiều trứng nhỏ.
Nhiều loài giáp xác biển sâu quả thật có trứng lớn và đẻ ít, con non nở ra đã khá phát triển. Đây là phần của một "chiến lược sống chậm" chung của nhiều sinh vật biển sâu.
Nhưng biển sâu cũng đầy sinh vật tí hon
Một sai lầm hay gặp là nghĩ biển sâu "làm cho mọi thứ to ra". Thực tế phức tạp hơn. Nếu đếm mọi sinh vật sống trong bùn đáy biển, từ giun tròn, trùng lỗ cho tới các loài giáp xác nhỏ, thì nhiều nhóm lại có xu hướng nhỏ đi khi xuống sâu. Lý do có thể là thức ăn quá ít, không đủ nuôi những cơ thể lớn.
Các nhà sinh thái học vì vậy nói về khổng lồ hoá biển sâu như một hiện tượng thấy rõ ở một số nhóm, chủ yếu là giáp xác ăn xác, kẻ săn mồi đi lang thang và mực, chứ không phải quy luật chung cho mọi sinh vật. Những loài to ra thường là loài di chuyển được để tìm các "điểm nóng" thức ăn như xác cá voi hay xác cá. Những loài ngồi một chỗ ăn bùn thì có lợi hơn khi nhỏ.
So với quy luật đảo
Hiện tượng này gợi nhớ quy luật đảo trong tiến hoá, nơi loài nhỏ có xu hướng to ra còn loài lớn có xu hướng nhỏ đi khi bị cô lập trên đảo. Cả hai đều cho thấy kích thước cơ thể không cố định mà là một đặc điểm được chọn lọc liên tục theo nguồn thức ăn, kẻ thù và điều kiện sống. Tuy vậy cơ chế cụ thể ở biển sâu và trên đảo khác nhau, không nên gộp làm một.
Còn tranh luận những gì
- Yếu tố nào chính: nhiệt độ, oxy, hay thức ăn? Nhiều khả năng là kết hợp, và mức độ khác nhau theo từng nhóm.
- Áp suất có vai trò không: có ý kiến cho rằng áp suất cao ảnh hưởng tới kích thước tế bào, nhưng bằng chứng còn yếu.
- Ta có đang thấy đủ không: mẫu vật biển sâu thường do lưới kéo hay bẫy mồi thu được, có thể thiên về những con lớn, khoẻ, dễ bắt. Bức tranh thật có thể khác.
Góc nhìn hôm nay
Khổng lồ hoá biển sâu là bài học về cách tư duy khoa học: một hiện tượng nổi bật, dễ gây ấn tượng, nhưng khi kiểm tra kỹ thì không đơn giản. Nó cũng cho thấy kích thước cơ thể, thứ ta hay coi là đương nhiên, thật ra là kết quả của đánh đổi giữa nhiều sức ép khác nhau.
Biển ấm lên và lượng oxy trong đại dương giảm dần là chủ đề đang được nghiên cứu. Nếu giả thuyết oxy đúng, các loài giáp xác lớn ở vùng nước lạnh có thể là nhóm nhạy cảm với thay đổi này.
Muốn tìm hiểu thêm:
- Một số thuỷ cung lớn ở châu Á có trưng bày rận biển khổng lồ; nhìn tận mắt sẽ thấy nó giống con mọt ẩm phóng to đến mức nào.
- Tìm đọc về quy luật Kleiber và quy luật nhiệt độ – kích thước trong sách sinh thái học, đây là hai công cụ hữu ích để hiểu vì sao động vật có kích thước như hiện nay.
- So sánh với hiện tượng khổng lồ hoá vùng cực ở biển quanh Nam Cực, nơi nhện biển và giáp xác cũng to bất thường.
Câu hỏi thường gặp
Khổng lồ hoá biển sâu là gì?
Đó là hiện tượng một số nhóm động vật ở biển sâu lạnh, nhất là giáp xác và mực, lớn hơn hẳn họ hàng ở vùng nông. Ví dụ rõ nhất là rận biển khổng lồ Bathynomus và giáp xác chân hai loại Alicella gigantea.
Vì sao sinh vật biển sâu lại to?
Các giả thuyết chính gồm nước lạnh làm con vật lớn chậm nhưng lớn nhiều, nước lạnh giàu oxy nới giới hạn kích thước, cơ thể lớn giúp nhịn đói giỏi khi thức ăn thưa, và ít kẻ săn mồi nên sống lâu. Nhiều khả năng là sự kết hợp của các yếu tố này.
Có phải sinh vật nào ở biển sâu cũng to không?
Không. Nhiều nhóm sống trong bùn đáy như giun tròn, trùng lỗ lại nhỏ đi khi xuống sâu. Khổng lồ hoá chủ yếu thấy ở những loài di chuyển được để tìm các nguồn thức ăn lớn như xác cá voi.
Khổng lồ hoá vùng cực khác khổng lồ hoá biển sâu thế nào?
Khổng lồ hoá vùng cực xảy ra ở vùng biển lạnh gần hai cực, kể cả nước nông. Cả hai hiện tượng có chung yếu tố nước lạnh và giàu oxy, nên nhiều nhà khoa học coi chúng có liên quan với nhau.
Rận biển khổng lồ to cỡ nào?
Loài Bathynomus giganteus có thể dài tới khoảng 40 đến 50 cm ở những cá thể lớn nhất, trong khi họ hàng của nó ở vùng nông như con mọt ẩm chỉ dài vài milimet đến vài centimet.