Bên trong mai rùa có gì đặc biệt, rùa có thể sống thiếu mai không?

Rùa là loài động vật có cấu trúc cơ thể rất kì lạ, biểu hiện rõ ràng nhất ở phần mai.

Bên trong mai rùa có gì đặc biệt, rùa có thể sống thiếu mai không?

Mai rùa là cấu trúc phức tạp bảo vệ phần bụng và phần lưng của các loài rùa, bao bọc hoàn toàn tất cả các cơ quan quan trọng của rùa và trong một số trường hợp ngay cả cái đầu của rùa.

Bạn có biết rằng mai rùa cũng giống xương sườn của con người chúng ta chưa. Trên thực tế, phần mai rùa chính là xương sườn, xương sống và xương ức đã được biến đổi trong quá trình tiến hoá của chúng. Cũng giống như việc không thể lấy bộ xương ra khỏi con người, loài rùa cũng thế, bạn chẳng thể lôi một con rùa ra khỏi mai của chúng được đâu.

Nếu bạn đã từng thắc mắc tự hỏi bên trong chiếc mai rùa có gì, thì bài viết này sẽ tiết lộ những sự thật khiến bạn hết sức ngạc nhiên đấy.

Cấu trúc mai rùa rất phức tạp, loài rùa cơ bản rất nhút nhát và khác với nhiều loài động vật có vỏ khác, chúng không bao giờ rời bỏ hoàn toàn lớp mai của mình. Mai rùa gồm 3 phần, phần trên gọi là mu hay mai, phần dưới là yếm và phần nối liên kết 2 phần lại với nhau. Đầu tiên bên trong chiếc mai là xương hông và xương vai.

Theo nhà sinh vật học, người đã có kinh nghiệm hơn 1 thập kỷ trong lĩnh vực nghiên cứu rùa, Maria Wojakowski cho biết rùa là một trong số ít những loài động vật trên hành tinh có thể thở bằng mông. Rùa sở hữu một hệ hô hấp đặc biệt và kì lạ với phần phổi nằm ở phía đỉnh mai. Trong khi phần lớn các loài động vật trên cạn thở bằng cách co giãn xương sườn, tạo ra lực đẩy không khí ra vào phổi. Rùa lại không thể làm được điều này bởi vì lớp mai chắc chắn của chúng không co giãn được. Thay vào đó, rùa sẽ dựa vào các thớ cơ trong mai để lấy oxi hít thở qua miệng.

Cũng có một cách khác để chúng có thể thở, đó chính là qua cổng sau, nơi các nhà khoa học gọi là cloaca (lỗ huyệt). Đây cũng chính là nơi rùa giải quyết nhu cầu sinh lý tiểu, đại tiện và cả đẻ trứng. Trong một số trường hợp, cloaca còn đóng vai trò như mang có chức năng hút nước và hấp thụ vào bên trong. Các nhà khoa học cho rằng cách hô hấp này thường xảy ra khi rùa phải dành nhiều thời gian ở dưới nước, chẳng hạn như khi chúng ngủ đông.

Hơn thế, mai rùa có cấu tạo gấp lớp cho phép chúng có thể tích trữ và giải phóng hoá chất. Chính nhờ cấu trúc đặc biệt đó đã giúp loài rùa có thể hô hấp mà chẳng cần đến oxy. Khi con rùa ngủ đông trong các ao đông, nơi nguồn oxi rất thiếu thốn. Để có thể sinh tồn, hệ trao đổi chất của chúng buộc phải thay đổi từ hiếu khí sang kỵ khí. Cụ thể, rùa sẽ bắt đầu ngừng chuyển oxy thành năng lượng và bắt đầu sử dụng glucose. Quá trình này được gọi là hô hấp kỵ khí là hô hấp sử dụng chất oxi hoá khác không phải là oxi, thay vào đó sẽ dùng sản phẩm phụ là acid lactic. Về mặt lý thuyết, nếu cơ thể con rùa chúa lượng axit lactic đủ lớn, chúng có thể sẽ chết.

Đây chính là lúc cấu trúc gấp lớp của phần mai rùa phát huy công dụng. Chúng sẽ hấp thụ axit lactic và giải phóng bicarbonate để trung hoà với lượng axit đó. Bên cạnh đó, chiếc mai rùa còn có nhiều công dụng tuyệt vời khác nữa. Trên thực tế, các nhà khoa học vẫn tin rằng lớp mai mang tính biểu tượng của loài rùa ban đầu được dùng để đào đất, được biết, sự phát triển sớm nhất của mai rùa vốn để thích nghi với việc đào hầm dưới lòng đất để thoát khỏi môi trường khô cằn khắc nghiệt ở Nam Phi. Qua thời gian phần mai này đã tiến hoá thành lớp áo giáp bảo vệ chúng khỏi những kẻ săn mồi đáng sợ trong tự nhiên. Mặc dù hầu như rất ít loài vật trên đời có thể phá huỷ mai rùa, trừ một số loài có lực hàm cực khỏe như cá sấu.

Tại sao rùa sống thọ?

Trên đảo St Helena ở phía nam Đại Tây Dương, có một sinh vật sống được Kỷ lục Thế giới Guinness gọi là "động vật cổ xưa nhất thế giới trên đất liền". Sinh vật đó là một con rùa đực khổng lồ tên Jonathan.

Jonathan sinh năm 1832, dưới thời trị vì của Nữ hoàng Victoria và thọ 187 tuổi vào năm 2019. Khi con tàu Titanic huyền thoại chìm sâu xuống bắc Đại Tây Dương, Jonathan đã 80 tuổi.

Giáo sư Jordan Donini từ Đại học bang Florida SouthWestern cho biết, rùa biển có thể sống từ 50-100 năm và rùa hộp có thể sống hơn một thế kỷ. Trên thực tế, các nhà khoa học không biết giới hạn về tuổi thọ của nhiều loài rùa, đơn giản là vì cá nhân con người không sống đủ lâu để tự tìm hiểu.

Vậy tại sao rùa sống lâu như vậy? Nhà nghiên cứu Lori Neuman-Lee từ Đại học bang Arkansas nói rằng có 2 câu trả lời cho vấn đề này, một câu là về tiến hóa và một câu liên quan đến sinh học.

Câu trả lời về quá trình tiến hóa khá đơn giản: Các loài động vật như rắn và gấu trúc Bắc Mỹ thích ăn trứng rùa. Để di truyền gene của mình, rùa phải sống lâu và sinh sản thường xuyên, đôi khi nhiều lần mỗi năm và đẻ rất nhiều trứng. Điều đặc biệt là dù rùa có sinh sôi nhiều thế nào đi chăng nữa, chúng cũng không tàn phá hệ sinh thái.

Cơ chế sinh học đằng sau tuổi thọ của rùa phức tạp hơn.

Lori Neuman-Lee cho hay, một manh mối về tuổi thọ của loài rùa nằm ở các telomere của chúng. Telomere là cấu trúc bao gồm các chuỗi ADN không mã hóa bao bọc các đầu mút của nhiễm sắc thể. Những cấu trúc này giúp bảo vệ các nhiễm sắc thể khi tế bào phân chia. Theo thời gian, các telomere ngắn lại hoặc thoái hóa, nghĩa là chúng không thể bảo vệ nhiễm sắc thể nữa, dẫn đến các vấn đề về quá trình sao chép ADN. Những sai sót trong quá trình sao chép ADN có thể dẫn đến các vấn đề như khối u và tế bào chết.

Rùa có tỉ lệ rút ngắn telomere thấp hơn so với các loài động vật có tuổi thọ ngắn hơn. Chứng tỏ chúng có khả năng chống lại một số thiệt hại có thể phát sinh từ lỗi sao chép ADN.

Các nhà khoa học chưa xác nhận tất cả các yếu tố góp phần vào cuộc sống lâu dài của loài rùa, nhưng họ đã đưa ra một số ý tưởng. Trong một bài báo ngày 8.7 trên cơ sở dữ liệu bioRxiv chưa được đánh giá ngang hàng, một nhóm các nhà khoa học đã khám phá một số cơ chế và chất dẫn đến tổn thương và chết tế bào, đồng thời xem xét các tế bào của một số loài rùa, bao gồm cả rùa khổng lồ như Jonathan.

Theo bài báo, rùa khổng lồ và một số loài rùa khác dường như có thể tự bảo vệ mình khỏi những tác động lâu dài của tổn thương tế bào, bằng cách nhanh chóng giết chết các tế bào bị hư hỏng thông qua một quá trình gọi là apoptosis (chết tế bào theo chương trình).

Khi được điều trị căng thẳng ôxy hóa, các tế bào của rùa nhanh chóng trải qua quá trình chết rụng. Căng thẳng ôxy hóa là một loại căng thẳng xảy ra tự nhiên trong các tế bào sống, gây ra bởi các gốc tự do - những phân tử có tính phản ứng cao được hình thành một cách tự nhiên trong quá trình trao đổi chất.

"Một trong những ý tưởng mà bài báo này củng cố là việc quá trình apoptosis được kiểm soát thực sự có giá trị, vì khi một sinh vật có thể loại bỏ tế bào bị tổn thương nhanh chóng, có thể tránh được những thứ như ung thư", Lori Neuman-Lee nói.