Ectotherm điều chỉnh nhiệt

Bởi Jake Zadik, cựu thực tập sinh truyền thông của The Ocean Foundation hiện đang học tập tại Cuba.

Vì vậy, bạn hỏi, một ectotherm điều nhiệt là gì? Từ “ectotherm” dùng để chỉ những động vật thường có nhiệt độ cơ thể tương đương với môi trường xung quanh. Họ không thể điều chỉnh bên trong nhiệt độ cơ thể của họ. Mọi người thường gọi họ là "máu lạnh", nhưng thuật ngữ này có xu hướng đánh lạc hướng mọi người thường xuyên hơn là không. Sinh vật biến nhiệt bao gồm bò sát, lưỡng cư và cá. Những động vật này có xu hướng phát triển mạnh trong môi trường ấm hơn. Sản lượng năng lượng duy trì của động vật máu nóng (động vật có vú) và động vật máu lạnh (bò sát) là một chức năng của nhiệt độ lõi.

“Điều hòa nhiệt độ” đề cập đến khả năng duy trì nhiệt độ bên trong của động vật, ít liên quan đến nhiệt độ. Khi trời lạnh, những sinh vật này có khả năng giữ ấm. Khi trời nóng, những con vật này có khả năng tự hạ nhiệt và không bị quá nóng. Đây là những “vật thu nhiệt”, chẳng hạn như chim và động vật có vú. Nội nhiệt có khả năng duy trì nhiệt độ cơ thể không đổi và còn được gọi là nội nhiệt.

Vì vậy, tại thời điểm này, bạn có thể nhận ra rằng tiêu đề của blog này thực sự là một mâu thuẫn — một sinh vật không thể điều chỉnh nhiệt độ cơ thể nhưng thực sự có khả năng chủ động điều chỉnh nhiệt độ cơ thể? Vâng, và nó thực sự là một sinh vật rất đặc biệt.

Đây là tháng dành cho rùa biển tại The Ocean Foundation, đó là lý do tại sao tôi chọn viết về loài rùa biển luýt và khả năng điều nhiệt đặc biệt của nó. Nghiên cứu theo dõi đã chỉ ra rằng loài rùa này có các tuyến đường di cư xuyên đại dương và là những vị khách thường xuyên đến nhiều môi trường sống. Chúng di cư đến những vùng nước giàu chất dinh dưỡng nhưng rất lạnh ở tận phía bắc như Nova Scotia, Canada và làm tổ ở vùng biển nhiệt đới khắp vùng Caribe. Không có loài bò sát nào khác chủ động chịu được nhiều điều kiện nhiệt độ như vậy—tôi nói chủ động vì có những loài bò sát chịu được nhiệt độ dưới mức đóng băng, nhưng lại làm như vậy trong trạng thái ngủ đông. Điều này đã thu hút các nhà bò sát học và sinh học biển trong nhiều năm, nhưng gần đây người ta đã phát hiện ra rằng những loài bò sát khổng lồ này tự điều chỉnh nhiệt độ của chúng.

…Nhưng chúng là động vật ngoại nhiệt, làm sao chúng làm được điều này??…

Mặc dù có kích thước tương đương với một chiếc ô tô cỡ nhỏ, nhưng chúng không có hệ thống sưởi tích hợp theo tiêu chuẩn. Tuy nhiên, kích thước của chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiệt độ của chúng. Vì quá lớn nên rùa biển luýt có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích thấp, do đó nhiệt độ lõi của rùa thay đổi với tốc độ chậm hơn nhiều. Hiện tượng này được gọi là “gigantothermy.” Nhiều nhà khoa học tin rằng đây cũng là đặc điểm của nhiều loài động vật lớn thời tiền sử trong thời kỳ cao trào của kỷ băng hà và cuối cùng dẫn đến sự tuyệt chủng của chúng khi nhiệt độ bắt đầu tăng (do chúng không thể hạ nhiệt đủ nhanh).

Con rùa cũng được bao bọc trong một lớp mô mỡ màu nâu, một lớp chất béo cách nhiệt mạnh thường được tìm thấy ở động vật có vú. Hệ thống này có khả năng giữ lại hơn 90% nhiệt lượng ở trung tâm của động vật, giảm sự thất thoát nhiệt qua các chi tiếp xúc. Khi ở vùng nước có nhiệt độ cao, điều ngược lại xảy ra. Tần số hành trình của chân chèo giảm đáng kể và máu di chuyển tự do đến các chi và thải nhiệt qua các khu vực không được bao phủ bởi mô cách nhiệt.

Rùa biển luýt điều chỉnh nhiệt độ cơ thể thành công đến mức chúng có khả năng duy trì nhiệt độ cơ thể không đổi ở mức cao hơn hoặc thấp hơn 18 độ so với nhiệt độ môi trường. Điều đó thật khó tin đến nỗi một số nhà nghiên cứu tranh luận rằng vì quá trình này được hoàn thành về mặt trao đổi chất nên rùa biển luýt thực sự là loài thu nhiệt. Tuy nhiên, quá trình này không được tiến hành về mặt giải phẫu, do đó hầu hết các nhà nghiên cứu cho rằng đây là một phiên bản thu nhỏ của phương pháp thu nhiệt tốt nhất.

Rùa luýt không phải là sinh vật biến nhiệt biển duy nhất sở hữu khả năng này. Cá ngừ vây xanh có thiết kế cơ thể độc đáo giữ cho máu của chúng ở phần trung tâm của cơ thể và có hệ thống trao đổi nhiệt ngược dòng tương tự như cá da trơn. Cá kiếm giữ nhiệt ở đầu thông qua một lớp mô mỡ màu nâu cách nhiệt tương tự để tăng tầm nhìn khi bơi ở vùng nước sâu hoặc lạnh. Ngoài ra còn có những sinh vật khổng lồ khác của biển mất nhiệt ở một quá trình chậm hơn, chẳng hạn như cá mập trắng lớn.

Tôi nghĩ khả năng điều nhiệt chỉ là một đặc điểm vô cùng hấp dẫn của những sinh vật hùng vĩ xinh đẹp này với nhiều thứ hơn là bắt mắt. Từ những con non nhỏ tìm đường đến mặt nước cho đến những con đực có số lượng lớn và những con cái đang làm tổ quay trở lại, nhiều điều về chúng vẫn chưa được biết đến. Các nhà nghiên cứu không chắc những con rùa này sống ở đâu trong vài năm đầu đời. Vẫn còn một điều bí ẩn về cách những loài động vật di chuyển xa này điều hướng với độ chính xác như vậy. Thật không may, chúng ta đang tìm hiểu về rùa biển với tốc độ chậm hơn nhiều so với tốc độ suy giảm dân số của chúng.

Cuối cùng, quyết tâm của chúng ta là bảo vệ những gì chúng ta biết, và sự tò mò của chúng ta về loài rùa biển bí ẩn dẫn đến những nỗ lực bảo tồn mạnh mẽ hơn. Có rất nhiều điều chưa biết về những loài động vật hấp dẫn này và sự sống còn của chúng đang bị đe dọa do mất đi các bãi biển làm tổ, nhựa và các chất ô nhiễm khác trên biển, cũng như tình cờ đánh bắt nhầm bằng lưới đánh cá và dây câu. Giúp chúng tôi tại Tổ chức Đại dương hỗ trợ những người cống hiến hết mình cho các nỗ lực bảo tồn và nghiên cứu rùa biển thông qua Quỹ Rùa biển của chúng tôi.

Tài liệu tham khảo:

1. Bostrom, Brian L., và David R. Jones. “Tập thể dục làm ấm da lưng trưởng thành
2. Rùa.”Sinh hóa và Sinh lý học So sánh Phần A: Sinh lý học Phân tử & Tích hợp 147.2 (2007): 323-31. In.
3. Bostrom, Brian L., T. Todd Jones, Mervin Hastings và David R. Jones. “Hành vi và sinh lý học: Chiến lược sinh nhiệt của Rùa da.” biên tập. Lewis George Halsey. PLoS ONE 5.11 (2010): E13925. In.
4. Goff, Gregory P. và Garry B. Stenson. “Mô mỡ màu nâu ở rùa biển luýt: Cơ quan sinh nhiệt ở loài bò sát thu nhiệt?” copeia 1988.4 (1988): 1071. In.
5. Davenport, J., J. Fraher, E. Fitzgerald, P. Mclaughlin, T. Doyle, L. Harman, T. Cuffe và P. Dockery. “Những thay đổi về bản thể trong cấu trúc khí quản tạo điều kiện thuận lợi cho việc lặn sâu và tìm kiếm thức ăn trong nước lạnh ở rùa biển lưng da trưởng thành.” Tạp chí sinh học thực nghiệm 212.21 (2009): 3440-447. In
6. Penick, David N., James R. Spotila, Michael P. O'Connor, Anthony C. Steyermark, Robert H. George, Christopher J. Salice và Frank V. Paladino. “Sự độc lập về nhiệt của quá trình trao đổi chất ở mô cơ ở rùa luýt, Dermochelys Coriacea.” Sinh hóa và Sinh lý học So sánh Phần A: Sinh lý học Phân tử & Tích hợp 120.3 (1998): 399-403. In.