Ngỗng đầu sọc bay qua Himalaya: thở loãng thế nào và bay cao bao nhiêu

Ngỗng đầu sọc (Anser indicus) bay qua dãy Himalaya hai lần mỗi năm, giữa nơi sinh sản ở các hồ trên cao nguyên Trung Á và nơi trú đông ở đồng bằng Ấn Độ. Chúng làm được nhờ một bộ máy lấy ô-xy được tinh chỉnh ở mọi khâu: phổi thở sâu, hemoglobin bắt ô-xy chặt hơn, cơ bay dày đặc mao mạch. Nhưng dữ liệu theo dõi bằng vệ tinh lại cho thấy một điều bất ngờ: chúng hiếm khi bay cao nhất có thể, mà bám theo địa hình như đi tàu lượn.

Ngỗng đầu sọc là loài chim thế nào

Đây là một loài ngỗng cỡ vừa, nặng chừng hai đến ba kilôgam, lông xám nhạt. Dấu nhận biết là hai vạch đen vắt ngang gáy trên nền đầu trắng, nên mới có tên "đầu sọc". Chúng làm tổ thành đàn quanh các hồ ở cao nguyên Tây Tạng, Thanh Hải, Mông Cổ, Kyrgyzstan và Kazakhstan, nhiều hồ nằm ở độ cao trên 4.000 m. Mùa đông, phần lớn đàn xuống các vùng đất ngập nước ở bắc Ấn Độ, Assam, Nepal, Bangladesh và Myanmar. Thỉnh thoảng có cá thể lạc xuống tận miền Bắc Việt Nam, nhưng đó là chim lang thang hiếm gặp, không phải tuyến di cư thường xuyên.

Giữa hai nơi ở ấy là bức tường cao nhất hành tinh. Chim di cư từ Siberia xuống Đông Nam Á có thể đi vòng; ngỗng đầu sọc ở phía bắc Himalaya thì phần lớn chọn cắt thẳng qua các đèo cao.

Vấn đề thật sự: không khí loãng chứ không phải cái lạnh

Càng lên cao áp suất không khí càng giảm. Tỉ lệ ô-xy trong không khí vẫn là khoảng 21%, nhưng mỗi hơi thở chứa ít phân tử ô-xy hơn. Ở độ cao khoảng 5.500 m, áp suất chỉ còn cỡ một nửa so với mặt biển; trên đỉnh Everest còn khoảng một phần ba. Một người chưa thích nghi bị đưa thẳng lên độ cao ấy sẽ ngất trong vài phút.

Với chim, bài toán còn khó hơn vì bay bằng cách vỗ cánh là một trong những hoạt động tốn năng lượng nhất trong giới động vật. Không khí loãng còn khiến cánh tạo ít lực nâng hơn, chim phải vỗ mạnh hơn hoặc nhanh hơn để giữ độ cao. Tức là đúng lúc cần nhiều ô-xy nhất thì ô-xy lại khan nhất. Cái lạnh, ngược lại, là chuyện phụ: một con chim đang vỗ cánh hết sức sinh nhiệt rất nhiều, nguy cơ quá nóng còn đáng lo hơn.

Bộ máy lấy ô-xy từ hơi thở đến cơ bắp

Các nhà sinh lý học thường mô tả đường đi của ô-xy như một dây chuyền nhiều khâu: không khí vào phổi, ô-xy sang máu, máu chở đi, rồi ô-xy rời máu vào cơ và cuối cùng vào ty thể. Ở ngỗng đầu sọc, gần như khâu nào cũng được cải thiện một chút. Không có một "gen thần kỳ" duy nhất.

Thở sâu hơn chứ không chỉ thở nhanh hơn

Phổi chim vốn đã hiệu quả hơn phổi thú: không khí đi một chiều qua phổi nhờ hệ túi khí, nên máu luôn gặp luồng khí tươi. Khi thiếu ô-xy, ngỗng đầu sọc tăng thông khí mạnh hơn các loài ngỗng sống ở vùng thấp, và chủ yếu bằng cách hít sâu hơn. Thở sâu có lợi hơn thở nhanh vì một phần mỗi hơi thở chỉ nằm trong khí quản, không tới được nơi trao đổi khí. Chúng cũng chịu được tình trạng máu bị kiềm hoá do thở nhiều, điều mà nhiều loài khác chịu kém.

Hemoglobin bắt ô-xy chặt hơn

Hemoglobin là protein trong hồng cầu chở ô-xy. Hemoglobin của ngỗng đầu sọc có ái lực với ô-xy cao hơn của ngỗng xám vùng thấp, nghĩa là nó vẫn nạp được ô-xy khi không khí rất loãng. Các nghiên cứu sinh hoá từ thập niên 1980–1990 chỉ ra phần lớn khác biệt đến từ một thay đổi axit amin trên chuỗi alpha, làm nới một điểm tiếp xúc trong phân tử. Điều thú vị là ngỗng Andes, một loài sống trên cao ở Nam Mỹ, cũng có hemoglobin ái lực cao, nhưng nhờ một thay đổi ở vị trí khác hẳn. Hai loài đến cùng một đích bằng hai con đường, một ví dụ đẹp của tiến hoá hội tụ ở cấp phân tử.

Ái lực cao cũng có giá. Máu bắt ô-xy chặt thì nhả ô-xy cho mô khó hơn. Ở vùng thấp, đó là bất lợi; ở trên cao, khi nạp được ô-xy mới là khâu nghẽn, thì cán cân nghiêng về phía có lợi.

Cơ bay và tim

Cơ ngực của ngỗng đầu sọc có mật độ mao mạch dày hơn so với các loài ngỗng vùng thấp, và ty thể nằm sát màng tế bào gần mao mạch hơn, rút ngắn quãng đường ô-xy phải khuếch tán. Tim có tâm thất lớn so với cơ thể, đẩy được nhiều máu mỗi nhịp. Những khác biệt này vẫn thấy ở chim được nuôi ở vùng thấp, nên chúng là đặc điểm di truyền chứ không chỉ là phản ứng tạm thời khi lên cao.

Theo dõi bằng vệ tinh: chúng bay ra sao

Trong nhiều thập kỷ, hình ảnh ngỗng bay ngang đỉnh Everest được kể đi kể lại, phần lớn dựa vào lời kể của người leo núi. Từ khoảng năm 2009, các nhóm nghiên cứu quốc tế gắn thiết bị định vị vệ tinh và máy ghi dữ liệu nhỏ lên ngỗng bắt ở Mông Cổ và Ấn Độ, để đo thay vì nghe kể. Kết quả công bố trên các tạp chí khoa học lớn những năm 2011 và 2015 đã sửa lại khá nhiều hình dung cũ.

Lựa chọn bay thấp bám địa hình nghe có vẻ phí công, vì lên rồi xuống rồi lại lên. Nhưng phép tính năng lượng giải thích được. Chi phí vỗ cánh tăng rất nhanh khi không khí loãng đi, nên giữ mình ở tầng không khí đặc hơn, dù phải leo lại nhiều lần, vẫn rẻ hơn là treo mình liên tục ở độ cao lớn. Nhịp tim, thứ phản ánh mức tiêu hao năng lượng, tăng vọt chỉ với một chút tăng nhịp vỗ cánh.

Bay đêm cũng có lý do vật lý. Không khí lạnh đặc hơn không khí ấm ở cùng độ cao, nên cho lực nâng tốt hơn và chứa nhiều ô-xy hơn trong mỗi lít. Buổi chiều ở Himalaya thường có gió mạnh và xoáy do mặt đất nóng lên, nguy hiểm cho chim bay theo đàn.

Thí nghiệm trong ống gió

Muốn đo ngỗng ở độ cao cực lớn mà không leo lên đó, các nhà khoa học đã nuôi ngỗng đầu sọc từ lúc nở, cho chúng quen người, rồi tập bay trong ống gió đeo mặt nạ thở hỗn hợp khí ít ô-xy, giả lập độ cao như đỉnh Everest. Ngỗng vẫn bay được. Nhịp tim và mức trao đổi chất của chúng không tăng như dự đoán, thậm chí giảm nhẹ, trong khi nhiệt độ máu hạ xuống. Máu mát hơn thì hemoglobin bắt ô-xy chặt hơn, một mẹo có lợi đúng lúc. Đây là phát hiện còn mới, cơ chế đầy đủ vẫn đang được nghiên cứu.

Bao nhiêu phần là di truyền, bao nhiêu phần là tập luyện

Người leo núi thích nghi bằng cách ở dần trên cao vài tuần cho cơ thể tăng hồng cầu. Ngỗng đầu sọc thì không có thời gian ấy: chúng có thể cất cánh từ đồng bằng gần mực nước biển và lên cao vài nghìn mét trong cùng một chặng. Vì thế phần lớn khả năng của chúng phải có sẵn trong cấu tạo cơ thể từ trước, được chọn lọc qua rất nhiều thế hệ, thay vì "luyện" ra trong từng chuyến.

Điều này cũng giải thích vì sao các nhà sinh học thích so sánh ngỗng đầu sọc với họ hàng gần sống ở vùng thấp, như ngỗng xám, được nuôi trong cùng điều kiện. Khác biệt còn lại sau khi nuôi giống nhau mới là khác biệt do tiến hoá. Cách so sánh này cũng được dùng với chuột hươu sống trên núi cao ở Bắc Mỹ và với một số loài chim ruồi trên dãy Andes.

Những điều còn chưa chắc

• Độ cao tối đa thật sự: thiết bị chỉ gắn được trên một số ít con. Những lời kể về ngỗng bay trên 8.000 m chưa được xác nhận bằng dụng cụ, cũng chưa bị bác hẳn.
• Vai trò của từng khâu: phổi, máu, tim, cơ đều khác loài vùng thấp, nhưng mỗi khâu đóng góp bao nhiêu phần vào thành tích chung thì vẫn còn bàn.
• Tác động của biến đổi môi trường: các hồ trên cao nguyên đang thay đổi, nơi trú đông ở Nam Á chịu sức ép đất ngập nước bị thu hẹp. Ảnh hưởng dài hạn tới quần thể chưa rõ. Loài này hiện chưa bị coi là bị đe doạ toàn cầu.

Góc nhìn hôm nay: bài học từ một con ngỗng

Câu chuyện ngỗng đầu sọc nhắc rằng thích nghi hiếm khi là một phép màu đơn lẻ. Nó là tổng của nhiều cải tiến nhỏ, mỗi cái chỉ tốt hơn một chút, cộng với hành vi khôn ngoan: chọn giờ bay, chọn độ cao, chọn tuyến. Sinh lý cho chúng khả năng; hành vi giúp chúng không phải dùng tới giới hạn ấy.

Nó cũng là bài học về phương pháp. Huyền thoại "ngỗng bay qua Everest" hấp dẫn đến mức được nhắc trong sách giáo khoa nhiều năm. Chỉ khi có dữ liệu đo thật, bức tranh mới hiện ra đúng hơn và, theo nhiều cách, còn thú vị hơn.

Muốn tìm hiểu thêm, có thể đọc các bài tổng quan về sinh lý chim bay ở độ cao trong các giáo trình sinh lý động vật so sánh, hoặc tìm phim tài liệu thiên nhiên về Himalaya có cảnh đàn ngỗng di cư. Người mê chim ở Việt Nam có thể theo dõi các ghi nhận chim lang thang trên các diễn đàn quan sát chim, vì mỗi lần ngỗng đầu sọc xuất hiện ở đây đều là tin đáng chú ý.