Không chỉ nổi bật với 8 chiếc xúc tu mềm mại và khả năng ngụy trang siêu việt, bạch tuộc còn khiến giới khoa học kinh ngạc bởi hệ tuần hoàn phức tạp: 3 trái tim hoạt động cùng lúc và dòng máu xanh lam giàu đồng.
Đây là một cơ chế thích nghi kỳ diệu với đại dương lạnh giá và thiếu oxy.
3 trái tim: Giải pháp sinh tồn trong lòng đại dương
Trong khi phần lớn các loài động vật chỉ có 1 trái tim, bạch tuộc lại sở hữu tới 3. Theo nhà sinh vật học Kirt Onthank từ Đại học Walla Walla (Mỹ), 3 trái tim này được chia thành 2 nhóm với nhiệm vụ khác nhau.
' %2F%3E%3C%2Fsvg%3E "3 trái tim và máu xanh: Bí quyết sinh tồn kỳ lạ của bạch tuộc - 1")
Trái tim lớn nhất – gọi là tim toàn thân – chịu trách nhiệm bơm máu giàu oxy đi nuôi toàn bộ cơ thể.
2 tim mang nhỏ hơn, nối trực tiếp với mỗi mang, có nhiệm vụ bơm máu nghèo oxy qua hệ hô hấp để trao đổi khí. Cách chia tách chức năng này giúp bạch tuộc tối ưu hóa lưu thông máu trong điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ thấp ở đáy biển.
“3 trái tim này cùng thực hiện nhiệm vụ tương tự như trái tim 4 ngăn ở người. Chúng tạo áp lực riêng biệt để máu lưu thông hiệu quả đến các cơ quan thiết yếu”, ông Onthank giải thích trên Live Science.
Một nghiên cứu từ năm 1962 trên loài bạch tuộc khổng lồ Thái Bình Dương (Enteroctopus dofleini) tiết lộ thêm một hiện tượng lạ: tim của bạch tuộc có thể ngừng đập tạm thời khi nghỉ ngơi hoặc khi bơi.
Cụ thể, trong lúc di chuyển bằng cách phun nước ra khỏi cơ thể – tương tự cơ chế đẩy khí trong quả bóng bay – áp lực lớn khiến hệ tuần hoàn tạm thời ngưng hoạt động để bảo vệ tim khỏi tổn thương. Do đó, bạch tuộc thường bò nhiều hơn là bơi.
Máu xanh lam: Sắc màu thích nghi đặc biệt
Không chỉ độc đáo ở hệ tim mạch, máu của bạch tuộc cũng sở hữu màu xanh lam đặc trưng khác biệt hoàn toàn với máu đỏ của người. Nguyên nhân đến từ hemocyanin, một loại protein chứa đồng, thay vì hemoglobin chứa sắt như ở động vật có vú.
Theo nghiên cứu đăng trên Frontiers in Zoology, hemocyanin hoạt động hiệu quả hơn trong môi trường thiếu oxy và nhiệt độ thấp, phù hợp với môi trường sống dưới đáy đại dương.
Không những vậy, phân tử này còn có tính hợp tác cao, khi 1 phân tử hemocyanin đã gắn được với 1 phân tử oxy, khả năng gắn thêm các phân tử oxy khác sẽ tăng lên, nâng cao hiệu quả vận chuyển khí.
“Tóm lại, trong điều kiện biển sâu, hemocyanin không thua kém hemoglobin, thậm chí còn ưu việt hơn về mặt sinh tồn”, Onthank nhận định.
Tuy nhiên, chính cơ chế này cũng khiến bạch tuộc khó thích nghi với môi trường đất liền. Hemocyanin dễ mất ổn định khi nhiệt độ và nồng độ oxy thay đổi, giới hạn khả năng thích nghi ngoài đại dương.
Bài học cho khoa học nhân tạo và y học
Bạch tuộc từ lâu đã là chủ đề khiến giới nghiên cứu mê mẩn. Không chỉ có 3 trái tim, máu xanh và 8 xúc tu độc lập, bộ não của bạch tuộc còn vô cùng phát triển, với 2/3 số nơron nằm ở các xúc tu, cho phép nó tự ra quyết định tại từng chi mà không cần bộ não trung tâm kiểm soát.
Tạp chí Nature từng ví bạch tuộc là “người ngoài hành tinh của đại dương” không chỉ vì hình dáng lạ thường, mà còn bởi cấu trúc sinh học gần như không có điểm chung với các loài động vật có xương sống.
Cấu trúc tuần hoàn 3 tim của bạch tuộc đã truyền cảm hứng cho nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực y học và kỹ thuật sinh học.
Theo Tạp chí Biomechanics and Modeling in Mechanobiology, cơ chế chia nhỏ dòng máu thành nhiều nhánh và sử dụng các "bơm" riêng biệt để tăng áp lực là một mô hình tối ưu cho thiết kế tim nhân tạo hoặc các hệ thống bơm sinh học trong robot.
Không những thế, đặc tính của hemocyanin cũng được các nhà khoa học xem là gợi ý cho việc phát triển các loại chất mang oxy nhân tạo, đặc biệt trong phẫu thuật tim, hoặc môi trường thiếu oxy như không gian vũ trụ.