Cá, tôm, cua và côn trùng sống cả đời trong hang tối thường mất mắt và mất màu da vì ở nơi không có ánh sáng, mắt và sắc tố không còn đem lại lợi ích nào mà vẫn tốn năng lượng. Thay vào đó, chúng phát triển râu, chân dài, cơ quan cảm giác rung và vị giác nhạy hơn, trao đổi chất chậm lại để chịu đói. Vùng núi đá vôi rộng lớn của Việt Nam, như Phong Nha – Kẻ Bàng (Quảng Trị), là nơi các nhà sinh học hang vẫn đang tìm thấy những sinh vật như vậy.
Thế giới không có ánh sáng
Đi sâu vào một hang đá vôi qua khỏi vùng cửa hang, ánh sáng giảm dần rồi tắt hẳn. Trong vùng tối hoàn toàn ấy, nhiệt độ gần như không đổi quanh năm, độ ẩm gần bão hoà, không có ngày đêm, không có mùa rõ rệt. Không có ánh sáng thì không có cây xanh quang hợp. Mọi thức ăn phải từ ngoài mang vào: lá mục trôi theo dòng sông ngầm, phân dơi, xác côn trùng, chất hữu cơ thấm qua khe đá.
Đó là một môi trường vừa ổn định vừa rất nghèo. Hai đặc điểm này định hình gần như mọi thích nghi của sinh vật hang.
Ba nhóm cư dân của hang
| Nhóm | Quan hệ với hang | Ví dụ |
|---|---|---|
| Khách vãng lai (trogloxene) | Dùng hang để ngủ, trú, làm tổ nhưng kiếm ăn bên ngoài | Dơi, chim yến, một số loài ếch |
| Ưa hang (troglophile) | Sống được cả trong và ngoài hang | Nhiều loài nhện, dế, rết |
| Chuyên hang (troglobite; ở nước gọi stygobite) | Sống trọn đời trong hang, không sống được bên ngoài | Cá mù, tôm hang, bọ nhảy hang, cua hang trắng |
Nhóm thứ ba là nhóm có những thay đổi cơ thể rõ rệt nhất. Các nhà sinh học gọi chung bộ đặc điểm của chúng là hội chứng hang (troglomorphy): mắt tiêu giảm, da nhạt màu, chi và râu dài ra, trao đổi chất chậm, đẻ ít trứng nhưng trứng to.
Vì sao mất mắt: ba giả thuyết
Câu hỏi "vì sao sinh vật hang mù" đã được tranh luận từ thời Darwin. Darwin trong Nguồn gốc các loài cho rằng mắt thoái hoá chủ yếu vì không được dùng tới. Ngày nay các nhà khoa học đưa ra ba cơ chế, và nhiều khả năng cả ba cùng góp phần:
1. Không còn bị chọn lọc giữ lại
Đột biến làm hỏng gen liên quan tới mắt xảy ra ở mọi quần thể. Ngoài sáng, con mang đột biến hỏng mắt bị đào thải. Trong hang tối, nó không thiệt gì, nên đột biến tích tụ dần qua các thế hệ. Đây là cách giải thích "trung tính".
2. Tiết kiệm năng lượng
Mắt và vùng não xử lý hình ảnh là những mô tốn năng lượng. Ở một nơi thức ăn khan hiếm, cá thể không phải "nuôi" bộ máy thị giác có thêm năng lượng cho việc khác. Nghiên cứu trên cá hang đã ước tính phần năng lượng mà mắt và não thị giác tiêu tốn ở cá còn mắt là đáng kể, đủ để chọn lọc tự nhiên ưu tiên việc bỏ chúng đi.
3. Đổi mắt lấy giác quan khác
Một số gen điều khiển phát triển có nhiều tác dụng cùng lúc. Ở cá hang Mexico, tín hiệu từ đường giữa phôi mạnh hơn bình thường làm thấu kính mắt chết sớm, nhưng cùng lúc đó lại làm hàm to hơn và nhiều nụ vị giác hơn. Mất mắt khi đó là "tác dụng phụ" của việc có giác quan khác tốt hơn.
Cá hang Mexico: phòng thí nghiệm sống
Muốn hiểu sinh vật hang ở Việt Nam, nên biết loài được nghiên cứu kỹ nhất thế giới: cá Astyanax mexicanus. Loài này có hai dạng. Dạng sống ở sông suối có mắt và màu bạc bình thường. Dạng sống trong khoảng ba chục hang ở đông bắc Mexico thì không có mắt, da hồng nhạt. Hai dạng vẫn lai được với nhau, nên các nhà khoa học có thể lần tìm gen nào gây ra khác biệt nào.
Một vài phát hiện đáng nhớ:
- Phôi cá hang vẫn bắt đầu tạo mắt, rồi mắt thoái hoá và chìm dưới da khi cá lớn. Thí nghiệm ghép thấu kính từ phôi cá sông sang phôi cá hang cho thấy mắt cá hang có thể phát triển trở lại một phần. Vậy thấu kính là một "công tắc" quan trọng.
- Bạch tạng xuất hiện nhiều lần độc lập. Cá ở những hang khác nhau mất màu do các đột biến khác nhau trên cùng một gen sắc tố. Đây là tiến hoá lặp lại ngay trong một loài.
- Cá hang ngủ ít hơn hẳn cá sông. Ở nơi thức ăn hiếm và không có đêm, thức lâu để kiếm ăn có thể có lợi.
- Cá hang chịu đói giỏi, tích mỡ nhiều hơn khi có ăn, phù hợp với nguồn thức ăn đến thất thường theo mùa lũ.
Những thứ được thêm vào, không chỉ mất đi
Nói sinh vật hang "thoái hoá" là chưa đủ. Chúng có nhiều cải tiến:
- Đường bên nhạy hơn: cá hang cảm nhận dòng nước và rung động rất tốt, bơi không va vào vách.
- Râu, chân, ăng-ten dài ra: ở tôm, bọ nhảy, dế hang, phần phụ dài giúp dò đường và tìm mồi bằng xúc giác.
- Trao đổi chất chậm: sống lâu, lớn chậm, chịu đói tốt. Loài kỳ giông hang Proteus ở vùng karst Slovenia được ước tính có thể sống hơn một thế kỷ.
- Ít trứng mà trứng to: mỗi con non được "trang bị" nhiều dinh dưỡng hơn để sống qua giai đoạn đầu trong môi trường nghèo.
Hang động Việt Nam: một vùng còn nhiều điều chưa biết
Việt Nam có diện tích núi đá vôi rất lớn, trải từ Tuyên Quang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Ninh Bình qua Sơn La, Thanh Hoá, xuống tới Quảng Trị và rải rác ở phía nam. Riêng khối karst Phong Nha – Kẻ Bàng nối liền với vùng karst Hin Nam No bên Lào, có những hệ thống hang dài hàng chục km với sông ngầm chảy suốt năm.
Các đợt khảo sát sinh học hang ở Việt Nam, do các nhà khoa học trong nước phối hợp với đồng nghiệp quốc tế thực hiện, đã ghi nhận nhiều loài không xương sống mang đặc điểm chuyên hang như bọ nhảy, nhện, rết, giáp xác nhỏ, cua và tôm nhạt màu. Một số đã được mô tả là loài mới cho khoa học. Ở vùng karst Quảng Tây, Vân Nam (Trung Quốc) sát biên giới phía bắc, chi cá Sinocyclocheilus có hàng chục loài, nhiều loài mắt nhỏ hoặc mất mắt, cho thấy khu vực này là "điểm nóng" của tiến hoá trong hang.
Cần nói rõ: so với hệ thống hang của châu Âu hay Bắc Mỹ, sinh vật hang ở Việt Nam mới được nghiên cứu ở mức ban đầu. Nhiều hang chưa từng có nhà sinh học nào bước vào, nên danh sách loài chắc chắn còn dài thêm.
Vì sao sinh vật hang dễ bị đe doạ
Sinh vật chuyên hang thường chỉ sống trong một hệ thống hang, có khi chỉ một hang. Chúng sinh sản chậm, quần thể nhỏ. Hang lại là nơi chất thải từ mặt đất đổ dồn về: nước mưa cuốn thuốc bảo vệ thực vật, rác, nước thải theo các khe đá chảy thẳng xuống sông ngầm mà không được lọc qua đất. Khai thác đá, ánh đèn và lượng khách lớn trong các hang du lịch cũng thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và nguồn thức ăn của hang.
Với một loài chỉ có ở một hang, một lần ô nhiễm có thể là tuyệt chủng.
Góc nhìn hôm nay: đi hang thế nào cho đúng
Người đi tham quan hang ở Phong Nha – Kẻ Bàng, Tràng An hay các hang ở Tuyên Quang có thể góp phần giữ sinh vật hang bằng những việc đơn giản: đi đúng lối, không chạm tay vào nhũ đá và vách ẩm, không rọi đèn mạnh vào vũng nước, không xả rác, không bắt con gì mang ra. Nếu tình cờ thấy một con cá hay con tôm trắng nhợt trong vũng nước tối, hãy chụp ảnh không dùng đèn chớp và báo cho ban quản lý vườn quốc gia: đó có thể là một ghi nhận khoa học có giá trị.
Để đọc thêm, có thể tìm các tài liệu tiếng Việt về đa dạng sinh học vùng karst của Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng, và các bài phổ biến khoa học về cá hang Mexico, loài đã trở thành mô hình kinh điển để hiểu tiến hoá ngược của mắt.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao cá sống trong hang bị mù?
Trong hang tối hoàn toàn, mắt không giúp gì cho việc sống sót nhưng vẫn tốn năng lượng để phát triển và duy trì. Đột biến hỏng mắt không bị đào thải, cá không có mắt còn tiết kiệm được năng lượng, và một số gen làm mất mắt lại giúp tăng giác quan khác.
Sinh vật hang có phải "thoái hoá" không?
Chúng mất một số bộ phận như mắt và sắc tố, nhưng đồng thời phát triển râu, chân dài, cơ quan cảm giác rung nhạy hơn và khả năng chịu đói. Gọi đúng hơn là thích nghi với môi trường không có ánh sáng.
Ở Việt Nam có cá mù trong hang không?
Các khảo sát ở vùng karst Việt Nam đã ghi nhận nhiều sinh vật mang đặc điểm chuyên hang, chủ yếu là động vật không xương sống. Sinh vật hang Việt Nam còn được nghiên cứu ít, nên nhiều loài, kể cả cá, có thể chưa được phát hiện.
Troglobite là gì?
Troglobite là sinh vật sống trọn đời trong hang và không sống được bên ngoài. Chúng thường có mắt tiêu giảm, da nhạt màu, râu và chân dài, trao đổi chất chậm.
Dơi có phải sinh vật hang không?
Dơi dùng hang để ngủ và sinh sản nhưng ra ngoài kiếm ăn, nên được xếp vào nhóm khách vãng lai của hang. Phân dơi lại là nguồn thức ăn quan trọng cho nhiều sinh vật chuyên hang.