Nghiên cứu mới chỉ ra hiện tượng ít thấy nhưng cũng đã lần đầu diễn ra từ cả triệu năm trước: một họ cá Châu Á mang khả năng đi được trên cạn bằng tứ chi. Đây là khám phá có khả năng giải thích cặn kẽ cách những loài sinh vật biển đầu tiên đi lại được trên mặt đất.
Cá chạch sông Nam Á là một họ cá nhỏ thường bám vào đá ở nơi nước xiết. Mới được xuất bản trên Tạp chí Hình thái học, nghiên cứu giải phẫu xương mới về loài này cho thấy ít nhất có 11 loài cá chạch sông có khả năng đi bộ trên mặt đất. Các nhà khoa học mới chỉ tận mắt chứng kiến được một loài trong số đó, một loài cá mù sống trong hang có tên khoa học là Cryptotora thamicola, đi được trên đất liền. Và nghiên cứu mới chỉ ra rằng Cryptotora thamicola không phải loài duy nhất.
Tái tạo hình chụp x-quang của Cryptotora thamicola với độ phân giải cao hơn.
Brooke Flammang, một nhà sinh học công tác tại Viện Công nghệ New Jersey và cũng là tác giả chính của nghiên cứu, phân tích 29 loài cá chạch sông để viết nên báo cáo mới. Sử dụng công nghệ quét micro-CT, Fammang và cộng sự phân tích và so sánh những mẫu vật khác nhau từ những loài cá chạch khác nhau, chia ra thành những nhóm tách biệt với các hình dạng, nhóm cơ và cấu trúc xương khác nhau.
Nhóm nghiên cứu quốc tế này còn tiến hành phân tích gene, lấy mẫu ADN của 72 con cá chạch nhằm tái tạo được cây phả hệ tiến hóa của họ cá “có chân”.
Các kết luận về giải phẫu cơ thể cùng phân tích gene đã cho thấy họ cá này có khả năng đi lại trên mặt đất.
“Trong đa số các họ nhà cá, không có mối liên hệ về xương nào giữa xương lưng và xương khớp vây. Những con cá này khác biệt là do chúng có xương hông”, giáo sư Flammang viết trong email gửi báo giới. “Trong cơ thể những con cá được chúng tôi nghiên cứu, phân tích cho thấy ba hình thái khác biệt, từ vừa mỏng vừa có kết nối lỏng lẻo tới những khớp linh hoạt và có kết nối vững chắc. Chúng tôi cho rằng những con cá có “xương hông” lớn và linh hoạt nhất sẽ có khả năng đi lại tốt nhất”.
Khung xương Cryptotora thamicola dưới nhiều góc nhìn khác nhau.
Trong những con cá được phân tích, có 11 loài mang những chiếc hông linh hoạt này. Đáng chú ý hơn, cách chúng di chuyển trên lý thuyết cũng tương tự vận động chi của loài sa giông khi chúng bước trên mặt đất. Tuy nhiên, như đã nói ở trên, khoa học chỉ ghi lại một trường hợp cá chạch sông duy nhất đi lại trên mặt đất, đó là loài Cryptotora thamicola; ngoài việc đi lại trên đất liền, chúng còn có thể sử dụng cả tứ chi để trèo ngược lên thác nước.
Theo lời Flammang, chúng dậm vây của mình xuống đất, đẩy cơ thể của mình tiến về phía trước theo từng bước nhỏ. Nhiều khả năng, vận động này là cơ chế thích nghi với dòng nước xiết thường thấy ở sông và suối. Với loài cá sống trong hang, việc di chuyển dễ dàng trên nhiều địa hình cho phép chúng tiếp cận với nguồn nước giàu oxy dễ dàng hơn.
Như Zach Randall, nhà sinh vật học công tác tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Florida và đồng tác giả nghiên cứu, đã chỉ ra, thì những đặc tính này “nhiều khả năng là điểm mấu chốt giúp những con cá không bị trôi theo dòng nước nơi chúng sinh sống”. Nhà nghiên cứu Randall còn nhấn mạnh về các độ chi tiết của báo cáo khi các mô tả vận động chi, chuyển động đã cho phép loài cá đi lại trên mặt đất.
Cryptotora thamicola trong môi trường tự nhiên.
Giáo sư Flammang nói rằng những con cá này không đại diện cho loài, mà là một khái niệm tương tự như “mắt xích bị mất” giữa sinh vật sống dưới nước với động vật có chi đi lại được trên mặt đất.
“Nhưng chúng ta cũng biết rằng xuyên suốt quá trình tiến hóa, sinh vật sống đã liên tục thích ứng bằng những hình thái thay đổi cơ thể tương đương, là kết quả của áp lực từ chọn lọc tự nhiên. Và nhờ hiểu biết rằng vật lý không thay đổi theo thời gian, vậy nên ta có thể học hỏi từ những vận động sinh ra trong quá trình đi lại của cá, sử dụng nó để hiểu rõ cách những sinh vật đã tuyệt chủng đi lại trên mặt đất”, bà Flammang nói.
Loài cá chạch sông Homaloptera bilineata leo lên cành cây bằng tứ chi, chưa rõ khả năng đi lại trên mặt đất ra sao.
Chính vậy, đó là mục tiêu kế của nhóm nghiên cứu: là phân tích rõ cơ chế vận động của loài cá. Họ tiến hành nghiên cứu bước đầu bằng camera tốc độ cao và kỹ thuật theo dõi hoạt động của cơ bắp.
“Chúng tôi có thể sử dụng thông tin về cách đi lại của cá đang sống để lập trình cho mô hình robot cá lưỡng cư mà đội ngũ đang chế tạo”, bà Flammang nói. “Rồi có thể ứng con cá robot này vào những mẫu hóa thạch ta đã khai quật được, nhằm nghiên cứu tiến triển của hình thái học cũng như chức năng vận động của cơ sinh học”.
