Một nghiên cứu cho thấy, cá sấu alligator có kiểu hô hấp một chiều tương tự như ở loài chim. Có thể chính kiểu hô hấp này đã giúp tổ tiên chung của cá sấu alligator và loài chim phát triển hưng thịnh trong thời kỳ oxi không khí giảm xuống ở kỷ Triassic khiến nhiều loài tuyệt chủng.

Đang trên đường đi tới phổi, không khí đã bỏ qua nhánh thứ nhất (xanh lá) và di chuyển vào nhánh thứ hai (xanh da trời), sau đó đi vào những ống khí parabronchi nhỏ hơn (những đường màu nâu sáng) và rồi đi theo nhánh thứ nhất ra khỏi cơ thể - Ảnh: Sciencenews

Không giống như kiểu hô hấp của động vật có vú, không khí ra khỏi phổi theo cùng con đường mà nó đi vào, ở loài chim không khí lưu thông qua các ống khí ở phổi theo một chiều nhất định kể cả lúc hít vào và lúc thở ra.

Ở động vật có vú, không khí đi vào phổi và lưu thông qua một mạng lưới các ống nhánh gọi là phế quản, rồi đến các túi cùng nhỏ, nơi mà mạch máu sẽ trao đổi khí cacbonic để lấy oxi. Sau đó, khí cacbonic thải ra sẽ ra khỏi phổi theo cùng con đường mà nó đi vào.

Nhưng ở loài chim, không khí lưu thông liên tục qua một mạng lưới ống khí đơn giản hơn, tạo ra một mạch đơn trước khi được thở ra.

Sự lưu thông một chiều giúp trao đổi khí được thực hiện hiệu quả hơn - không khí có thể được cung cấp ngay cho những mạch máu cần oxi. Do đó, chúng có thể hô hấp ngay cả khi bay ở những độ cao mà điều kiện nồng độ oxi thấp có thể giết chết những loài động vật có vú.

Theo những kiến thức phổ thông thì chỉ có loài chim mới có khả năng hô hấp này bởi vì ngoài lá phổi, chúng còn có những túi khí nhỏ có thể điều khiển dòng không khí lưu thông một chiều qua phổi.

“Người ta thường nghĩ sai rằng, phải có những túi khí giống loài chim thì mới có khả năng hô hấp lưu thông một chiều”, C.G. Farmer của ĐH Utah, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

“Cá sấu alligator không có những túi khí. Không ai biết vì sao chúng có thể hô hấp như loài chim”.

Nhưng Farmer đã chú ý đến sự tương đồng về cấu trúc của hệ thống phế quản len lỏi trong lá phổi của loài chim và những con cá sấu alligator.

“Nếu bạn nhìn vào phổi của cá sấu châu Mỹ, sẽ không khó để nhìn ra những thay đổi nhỏ trong cấu tạo giúp nó có một lá phổi giống như loài chim”. Farmer tự hỏi, phải chăng những tương đồng đó có ý nghĩa nhiều hơn chỉ là vẻ bề ngoài.

Một nghiên cứu mới chỉ ra rằng không khí đã lưu thông theo vòng một chiều trong phổi của những con cá sấu alligator. Loài chim chỉ là những loài có khả năng này được biết đến trước đó - Ảnh: Sciencenews

Farmer và đồng nghiệp của bà tại ĐH Utah, Kent Sanders đã chèn một dụng cụ đo lưu thông gọi là nhiệt điện trở vào trong phổi của 6 con cá sấu alligator còn sống để theo dõi xem dòng không khí đã lưu thông theo chỉ dẫn nào và tốc độ ra sao.

Mỗi phế quản cơ bản sẽ phân thành 2 nhánh ngay sau vị trí mà không khí đi vào mỗi lá phổi.

Điều ngạc nhiên là không khí đã lưu thông qua nhánh thứ nhất trong mỗi lá phổi theo cùng một hướng cả khi cá sấu hít vào hay thở ra.

“Điều đó trái ngược với suy nghĩ của bạn”, bà Farmer nói.

Để giải đáp điều trái ngược này, các nhà nghiên cứu cũng tiến hành bơm không khí vào phổi của 4 con cá sấu alligator đã chết và bơm dung dịch nước chứa những hạt huỳnh quang rất nhỏ vào trong phổi của những con cá sấu đã chết khác để đo lưu thông.

Cả 3 phương pháp trên đều cho thấy chỉ có chuyển động một chiều qua phổi của loài cá sấu này.

Giải thích về điều này, Farmer cho rằng, thay vì đi vào nhánh phế quản đầu tiên, không khí đã chuyển hướng tại một góc quanh, bỏ qua nhánh này và đi vào nhánh thứ hai.  Sự đổi chiều ngay trước nhánh đầu tiên đang mở đã tạo ra một van động lực hút không khí ra khỏi nhánh này.

Từ nhánh thứ hai, không khí  đi qua những ống khí nhỏ hơn gọi là parabronchi, nơi khí cacbonic được trao đổi với oxi trong máu. Cuối cùng, dòng không khí từ những ống khí parabronchi đi vào nhánh đầu tiên và sau đó bị đẩy vào khí quản.

Bí ẩn đã có lời giải

Vào kỷ Permi, trước khi nạn tuyệt chủng xảy ra, synadsid, loài mà sau này đã tiến hóa thành các loài động vật có vú, chính là loài thống trị.

Nhưng từ sau nạn tuyệt chủng hàng loạt tồi tệ nhất hành tinh xảy ra cách đây 251 triệu năm, archosaur (tổ tiên của loài khủng long và loài chim) là loài động vật trên cạn lớn nhất thống trị trái đất.

15 triệu năm sau, nhóm này đã có sự phân hóa thành những nhánh khác nhau: cá sấu alligator và tổ tiên của loài đã tiến hóa thành khủng long và loài chim.

Chỉ sau khi loài khủng long tuyệt chủng, loài synadsid mới phát triển mạnh trở lại, cuối cùng dẫn đến những loài động vật có vú trên cạn to lớn như hiện nay.

Nhưng làm thế nào mà loài archosaur giành được vị trí tối thượng trong thời kỳ của nó là một bí ẩn cho đến tận bây giờ mới có lời giải.

Có thể khả năng hô hấp một chiều chính là một lợi thế giúp loài archosaur thích nghi với môi trường khi nồng độ oxi giảm. Các nghiên cứu khác chỉ ra rằng nồng độ oxi vào thời điểm loài archosaur sinh sống chỉ bằng một nửa nồng độ oxi hiện nay.

• Vũ Thủy (Theo ScienceDaily)