Kích thước cơ thể lớn giúp bò sát biển cổ dài bơi dễ dàng hơn

Các loài động vật có một số bộ phận cơ thể kì lạ gây ra lực cản không cần thiết, nhưng nhờ sở hữu cơ thể to lớn mà chúng đã bơi dễ dàng hơn.


Máy tính mô phỏng một con elasmosaurus đang bơi. Ảnh: S. Gutarra Díaz

Các nhà khoa học tại Đại học Bristol mới đây đã phát hiện ra rằng các loài động vật sống dưới nước tiết kiệm được năng lượng khi bơi nhờ kích thước cơ thể của chúng, chứ không hẳn nhờ hình dạng cơ thể – như lâu nay chúng ta vẫn tưởng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Communications Biology, cho thấy các loài động vật có một số bộ phận cơ thể kì lạ gây ra lực cản không cần thiết, nhưng nhờ sở hữu cơ thể to lớn mà chúng đã bơi dễ dàng hơn. Cụ thể, các nhà khoa học đã xem xét loài bò sát biển elasmosaurus (chi thằn lằn cổ rắn) và nhận ra chiếc cổ dài của chúng đã tạo ra lực cản khi bơi, chúng đồng thời đã tiến hoá để có một cơ thể lớn hơn hòng bù đắp cho rào cản này.

Động vật bốn chân (tetrapods) là một siêu lớp động vật trong cận ngành động vật có quai hàm, phân ngành động vật có xương sống có bốn chân. Chúng có nhiều hình dạng và kích cỡ, từ những chú cá voi hiện đại với chiều dài hơn 25 mét, đến những chú cá voi đã tuyệt chủng – với bốn chân chèo và những chiếc cổ dài bất thường, hay thậm chí cả những loài thằn lằn cá (ichthyosaur) đã tuyệt chủng.

Cá heo và thằn lằn cá có hình dạng cơ thể tương tự nhau, thích nghi để di chuyển nhanh trong nước, tạo ra lực cản thấp. Mặt khác, thằn lằn đầu rắn (plesiosaur), sinh vật sống cùng thời với thằn lằn cá trong Kỷ nguyên Mesozoi, có cơ thể hoàn toàn khác. Chúng sở hữu bốn chân chèo khổng lồ dùng để bơi dưới nước và chiếc cổ với những độ dài khác nhau. Một số loài elasmosaurus (một chi của plesiosaur) có tỷ lệ cực kỳ khủng khiếp, với chiếc cổ dài tới 20 feet (6 mét). Chiếc cổ này giúp chúng tóm gọn những con mồi bơi nhanh nhưng cũng đồng thời khiến chúng di chuyển chậm hơn.

Cho đến nay, người ta vẫn chưa rõ hình dạng và kích thước ảnh hưởng như thế nào đến nhu cầu năng lượng khi bơi ở những loài động vật biển này. Tiến sĩ cổ sinh vật học Susana Gutarra Díaz thuộc Trường Khoa học Trái đất Bristol và Bảo tàng Lịch sử Quốc gia London, người dẫn dắt nghiên cứu, giải thích: “Để chứng thực giả thuyết của mình, chúng tôi đã tạo ra các mô hình 3D khác nhau và thực hiện mô phỏng chuyển động của cá voi, thằn lằn đầu rắn, thằn lằn cá. Các thí nghiệm được thực hiện trên máy tính, nhưng chúng vẫn giống như đang thí nghiệm trong bể nước.”

Tiến sĩ Colin Palmer, một thành viên tham gia dự án cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra do hình dạng cơ thể độc đáo mà thằn lằn đầu rắn plesiosaur chịu nhiều lực cản hơn so với thằn lằn cá hay cá voi dù khối lượng tương đương nhau, nhưng sự khác biệt này tương đối nhỏ. Chúng tôi nhận thấy rằng sự khác biệt về kích thước giữa các nhóm ít hơn nhiều so với sự khác biệt về hình dạng.”

Theo Tiến sĩ Gutarra Díaz, nhóm nghiên cứu “đặc biệt quan tâm đến cổ của loài Elasmosaurus và vì vậy, chúng tôi đã tạo ra các mô hình 3D giả định của thằn lằn đầ rắn với nhiều độ dài cổ khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng qua một điểm nhất định, cổ tăng thêm lực kéo, điều này có thể khiến hoạt động bơi tiêu tốn nhiều năng lượng. Giới hạn cổ ‘tối ưu’ nằm ở khoảng gấp đôi chiều dài thân của động vật.”


Mô hình 3D của các loài cá bốn chân (tetrapods) dưới nước. Lớp siêu động vật này bao gồm các lớp động vật lưỡng cư, chim, bò sát và thú, cũng như rắn và các loài bò sát khác thuộc lớp Mặt thằn lằn (Sauropsida) do tổ tiên chúng có bốn chi. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã tạo ra những mô hình 3D khác nhau và thực hiện mô phỏng chuyển động của cá voi hiện đại (modern cetaceans), thằn lằn đầu rắn (plesiosaurs), thằn lằn cá (ichthyosaurs), Ảnh: S. Gutarra Díaz.

Tiến sĩ Benjamin Moon, một thành viên khác và là chuyên gia về bò sát biển, bổ sung thêm: “Khi chúng tôi kiểm tra một mẫu lớn các loài thằn lằn đầu rắn được mô phỏng theo kích thước thực của chúng – từ những hóa thạch thu thập được, chúng tôi phát hiện ra rằng những con thằn lằn đầu rắn có cổ cực dài sẽ tiến hoá để có kích thước lớn, và điều này bù vào cho lực kéo tăng thêm!”

Tiến sĩ Tom Stubbs, một đồng tác giả khác, đúc rút: “Trái ngược với kiến ​​thức phổ biến hiện nay, loài thằn lằn đầu rắn plesiosaur với chiếc cổ rất dài không nhất thiết phải bơi chậm hơn thằn lằn cá và cá voi, điều này một phần nhờ vào thân hình to lớn của chúng. Cổ dài có lợi cho thằn lằn đầu rắn trong việc săn mồi, nhưng chúng không thể khai thác sự thích nghi này cho đến khi chúng trở nên đủ lớn để bù đắp phần lực cản gia tăng.”

“Nói cách khác, cổ của những sinh vật này tiến hóa cân bằng với kích thước tổng thể của cơ thể để giữ ma sát ở mức tối thiểu”, Giáo sư Mike Benton, một đồng tác giả khác, kết luận.

Hà Trang tổng hợp
Nguồn:

Large bodies helped extinct marine reptiles with long necks swim, new study finds

Large size in aquatic tetrapods compensates for high drag caused by extreme body proportions

Tìm địa điểm Trường
Gọi trực tiếp
Chat Facebook
Chat Zalo

[flipbook id="1"]