- Tham gia
- 25/11/2012
- Bài viết
- 351
(kenhsinhvien.vn) Từ bộ giáp cứng của bọ cánh cứng Hercules đến cơ thể chứa đầy dịch lỏng mềm mại của hải quỳ, thiên nhiên khoác lên mình nhiều kiểu bộ xương đầy kiêu hãnh.
Bức ảnh chụp x-quang cá ngựa bụng nồi khoảng năm 1910 cho thấy bộ xương ngoài hiếm gặp ở các loài cá. Ảnh: Edward Charles Le Grice, Le Grice, Getty Images.
Cá chuồn được biết đến với khả năng bay lượn ngoạn mục, lao mình khỏi bề mặt đại dương và lướt gió 900m.
Nhưng sao lại bay? Để tránh kẻ thù chứ còn gì. Chúng là “món ngon dưới biển,” nhà sinh vật học tại Đại học Western Kentucky và tác giả của cuốn sách “Tiết lộ của bộ xương”, Steve Huskey cho biết. “Con nào cũng săn chúng.”
Mấu chốt khả năng bay của cá chuồn nằm ở cột sống và phần đuôi chắc khoẻ, gồng gánh những cơ bắp mạnh mẽ điều khiển đuôi qua lại như một cánh quạt. Xương giúp vây cá chuồn xoè rộng, cho phép vây thực hiện chức năng như của cánh chim.
Cá chuồn chỉ là một ví dụ ấn tượng của loài có bộ xương trong, thường được cấu tạo từ xương và được tìm thấy ở những loài có xương sống, như thú, chim, bò sát, lưỡng cư và cá.
Cấu trúc này dự trữ những khoáng chất quan trọng, như canxi; giúp nâng đỡ cơ thể; bảo vệ nội tạng; và chuyển động thông qua cơ xương dính liền với xương bằng gân. Khớp xương, nơi hai xương kết nối với nhau, mang đến sự linh hoạt cho bộ xương vốn cứng cáp. Hãy nghĩ đến sự dẻo dai của một con linh trưởng chuyền cành dễ dàng dưới những tán cây.
Dù bộ xương trong được biết đến rộng rãi, nhưng vương quốc động vật còn sở hữu 3 kiểu khung xương khác nữa: xương ngoài, xương sụn trong và xương thuỷ tĩnh.
Xương đa dạng
Bộ xương trong đã tiến hoá để phù hợp với cách sinh hoạt của loài sở hữu. Chẳng hạn như xương chim chứa nhiều túi khí, không chỉ để giảm trọng lượng mà còn có thể giúp chúng hít được nhiều oxy hơn trong lúc bay.
Ở mai rùa, phiến xương dính liền với xương bả vai và xương sống, thực chất là xương sườn được điều chỉnh trong suốt quá trình tiến hoá. Mai rùa giúp bảo vệ loài động vật chậm chạp và dễ tổn thương này khỏi thú săn mồi, nhưng các nghiên cứu gần đây cho rằng ban đầu mai rùa tiến hoá với vai trò là một phần đế ổn định giúp rùa cổ đại đào đất tránh nóng.
Một số động vật có xương sống, nhất là con đực, có thêm chút tô điểm trên xương sọ. Ví dụ như tắc kè hoa che mạng đực sở hữu chiếc mào xương nhiều màu trên đầu, có thể là để thu hút con cái. Con đực của họ nhà hươu, như nai sừng tấm, phát triển gạc – phần xương mở rộng của xương sọ – để thể hiện quyền uy và thu hút bạn tình.
Trong khi gạc sẽ rụng và mọc lại mỗi năm, thì sừng được bao bọc bởi một hợp chất cứng tự nhiên gọi là keratin và không bao giờ rụng, ngoại trừ linh dương sừng nhánh. Một số con cái cũng có sừng, nhưng thường nhỏ hơn của con đực.
Bức ảnh x-quang của một con thằn lằn lạ được chụp năm 1890 làm nổi bật lên bộ xương trong, vốn phổ biến ở hầu hết loài chim, bò sát, lưỡng cư và cá. Ảnh: George Eastman House, Eder & Valenta, Getty Images
Bộ giáp tích hợp
Bộ xương ngoài là lớp vỏ cứng bảo vệ các loài chân khớp, như côn trùng, giáp xác và nhện.
Bộ giáp tự nhiên này là một lớp phòng thủ rất hiệu quả giúp chống lại kẻ thù, nhiều loài săn mồi không thể cắn xuyên qua bộ xương ngoài, Huskey cho biết. “Bạn phải có một thứ mà không ai sở hữu.”
Bọ cánh cứng ở Mỹ Latin và Caribe có bộ xương ngoài rất cứng. Con đực mọc ra chiếc sừng dài dùng dể chiến đấu tranh giành con cái. Hai con đực sẽ lao vào nhau như trò cưỡi ngựa đấu thương, nhưng con nào nhấc bổng đối phương lên bằng chiếc sừng của mình và dùng cơ thể đánh đối phương rơi xuống đất được sẽ giành chiến thắng. Con cái cũng thích con đực có sừng dài hơn, một dấu hiệu của sức khoẻ cường tráng.
Trong số những bộ xương ngoài, đẹp nhất là vỏ ốc, giúp giữ an toàn cho những loài nhuyễn thể thân mềm, như ốc xà cừ, sò điệp và ốc nón. Lớp mô bên ngoài của loài nhuyễn thể được gọi là lớp áo, tiết ra các protein và khoáng chất để hình thành nên nơi trú ẩn bằng xương khác biệt.
Một trở ngại của bộ xương ngoài là: nó quá cứng nên động vật không thể phát triển. Chẳng hạn như vỏ tôm hùm, có thể là lớp phòng thủ vững chắc chống lại một con hải cẩu đói ăn, nhưng khi con tôm hùm ấy lớn hơn, nó phải lột vỏ để nhường chỗ cho một lớp vỏ mới. Lớp vỏ mới có thể mất vài tuần để cứng cáp lại hoàn toàn, trong khoảng thời gian đó, tôm hùm rất dễ bị kẻ thù tấn công.
Xương dùng để bơi
Một nhóm cá có tên gọi cá mang tấm, như cá mập, cá đuối và cá quái, sở hữu bộ xương trong cấu tạo hoàn toàn từ sụn, một loại mô chắc khoẻ và linh hoạt. Vì sụn cứng mà nhẹ hơn xương, nên cho phép cá bơi nhanh hơn nhưng vẫn tiết kiệm năng lượng.
Nhiều động vật có xương sống sở hữu bộ xương trong, kể cả con người, cũng có sụn, tạo nên hình dáng của mũi và tai. Ở giai đoạn đầu phát triển, phần lớn bào thai của động vật có vú có bộ xương sụn, dần dần mới khoáng hoá thành xương.
Cá mang tấm, như con cá đuối gai lưng này, có bộ xương trong bằng sụn. Ảnh: Science Photo Library, Alamy.
Đã từ lâu, người ta tưởng rằng cá mập ngày nay có nguồn gốc từ tổ tiên nguyên thuỷ chưa tiến hoá thành xương. Nhưng ngược lại, vào năm 2015, các nhà khoa học thông báo khám phá về tế bào xương trong một con cá mập hoá thạch 380 triệu năm tuổi, cho rằng có thể cá mập đã tiến hoá từ tổ tiên có xương, ở một thời điểm nào đó, và rồi tiêu biến xương để có được sụn nhẹ hơn.
Cá mang tấm cũng được bao phủ trong những chiếc vẩy răng da, lớp vẩy xước như giấy nhám nếu ta chà xát sai hướng. Khi thẳng hàng, vẩy này giúp làm giảm lực cản và làm tăng tốc độ bơi.
Một nghiên cứu năm 2017 nhận thấy rằng vẩy răng da ở một loài cá đuối có nguồn gốc từ các tế bào tương tự như răng. Điều này củng cố giả thuyết cho rằng loại vẩy này của cá cổ đại có thể đã tiến hoá thành răng như ta biết ngày nay. Răng được xem như một bộ phận của bộ xương, dù răng có cấu tạo từ men, một tập hợp khoáng chất cứng, chứ không phải xương.
Đánh đổi bộ xương
Bộ xương thuỷ tĩnh là những trụ hay khoang chứa đầy chất lỏng bên trong các loài không xương sống, bao gồm sứa, giun dẹt, giun tròn và giun đốt như sâu đất. Nhà sinh vật học Bill Kier tại Đại học North Carolina giải thích, cơ và mô liên kết tạo thành một bức tường cơ thể rắn chắc quanh khoang.
Kier cho biết, các khoang của giun đất chứa đầy dịch máu, có chức năng chính như máu. Những khoang này được phân khúc để giun có thể duỗi và co cơ tự do, tạo nên sóng chuyển động cho phép loài này lúc nhúc trên đất.
Bên trong khoang của hải quỳ có cơ xung quanh hoạt động cùng nhau để chuyển động và trốn thoát khỏi kẻ thù tiềm năng, tương tự cách cơ hai đầu và cơ ba đầu của chúng ta điều khiển cánh tay trên, Kier cho biết.
Một số loài động vật, như cua xanh, có thể chuyển từ bộ xương ngoài sang bộ xương thuỷ tĩnh tạm thời khi đang ở trạng thái dễ gặp nguy hiểm. Trong một nghiên cứu năm 2003, Kier và đồng nghiệp Jennifer Taylor nhận thấy trong quá trình lột vỏ, áp lực nước bên trong của loài cua này tăng lên rất nhiều, khiến chất dịch trong cơ thể mềm của nó đóng vai trò như một bộ xương thuỷ tĩnh giúp nó di chuyển. Sau khoảng 3 ngày, bộ xương ngoài mới hình thành sẽ đủ cứng để hoạt động trở lại.
Huskey cho biết bộ xương là tuyệt tác đáng kinh ngạc của tiến hoá, nhất là cách mỗi phần nhỏ đều quan trọng đối với một con vật và cách con vật đó ứng phó với môi trường.
“Nếu không có bộ xương, chúng ta chỉ là một bị thịt lớn nằm đó và co giật trên sàn,” ông nói. “Chúng ta không thể đi đến bất cứ đâu nếu như không có bộ xương tạo ra vận động, kiếm ăn và những hành vi mà chúng ta vô cùng ưa thích.”
Bức ảnh chụp x-quang cá ngựa bụng nồi khoảng năm 1910 cho thấy bộ xương ngoài hiếm gặp ở các loài cá. Ảnh: Edward Charles Le Grice, Le Grice, Getty Images.
Cá chuồn được biết đến với khả năng bay lượn ngoạn mục, lao mình khỏi bề mặt đại dương và lướt gió 900m.
Nhưng sao lại bay? Để tránh kẻ thù chứ còn gì. Chúng là “món ngon dưới biển,” nhà sinh vật học tại Đại học Western Kentucky và tác giả của cuốn sách “Tiết lộ của bộ xương”, Steve Huskey cho biết. “Con nào cũng săn chúng.”
Mấu chốt khả năng bay của cá chuồn nằm ở cột sống và phần đuôi chắc khoẻ, gồng gánh những cơ bắp mạnh mẽ điều khiển đuôi qua lại như một cánh quạt. Xương giúp vây cá chuồn xoè rộng, cho phép vây thực hiện chức năng như của cánh chim.
Cá chuồn chỉ là một ví dụ ấn tượng của loài có bộ xương trong, thường được cấu tạo từ xương và được tìm thấy ở những loài có xương sống, như thú, chim, bò sát, lưỡng cư và cá.
Cấu trúc này dự trữ những khoáng chất quan trọng, như canxi; giúp nâng đỡ cơ thể; bảo vệ nội tạng; và chuyển động thông qua cơ xương dính liền với xương bằng gân. Khớp xương, nơi hai xương kết nối với nhau, mang đến sự linh hoạt cho bộ xương vốn cứng cáp. Hãy nghĩ đến sự dẻo dai của một con linh trưởng chuyền cành dễ dàng dưới những tán cây.
Dù bộ xương trong được biết đến rộng rãi, nhưng vương quốc động vật còn sở hữu 3 kiểu khung xương khác nữa: xương ngoài, xương sụn trong và xương thuỷ tĩnh.
Xương đa dạng
Bộ xương trong đã tiến hoá để phù hợp với cách sinh hoạt của loài sở hữu. Chẳng hạn như xương chim chứa nhiều túi khí, không chỉ để giảm trọng lượng mà còn có thể giúp chúng hít được nhiều oxy hơn trong lúc bay.
Ở mai rùa, phiến xương dính liền với xương bả vai và xương sống, thực chất là xương sườn được điều chỉnh trong suốt quá trình tiến hoá. Mai rùa giúp bảo vệ loài động vật chậm chạp và dễ tổn thương này khỏi thú săn mồi, nhưng các nghiên cứu gần đây cho rằng ban đầu mai rùa tiến hoá với vai trò là một phần đế ổn định giúp rùa cổ đại đào đất tránh nóng.
Một số động vật có xương sống, nhất là con đực, có thêm chút tô điểm trên xương sọ. Ví dụ như tắc kè hoa che mạng đực sở hữu chiếc mào xương nhiều màu trên đầu, có thể là để thu hút con cái. Con đực của họ nhà hươu, như nai sừng tấm, phát triển gạc – phần xương mở rộng của xương sọ – để thể hiện quyền uy và thu hút bạn tình.
Trong khi gạc sẽ rụng và mọc lại mỗi năm, thì sừng được bao bọc bởi một hợp chất cứng tự nhiên gọi là keratin và không bao giờ rụng, ngoại trừ linh dương sừng nhánh. Một số con cái cũng có sừng, nhưng thường nhỏ hơn của con đực.
Bức ảnh x-quang của một con thằn lằn lạ được chụp năm 1890 làm nổi bật lên bộ xương trong, vốn phổ biến ở hầu hết loài chim, bò sát, lưỡng cư và cá. Ảnh: George Eastman House, Eder & Valenta, Getty Images
Bộ giáp tích hợp
Bộ xương ngoài là lớp vỏ cứng bảo vệ các loài chân khớp, như côn trùng, giáp xác và nhện.
Bộ giáp tự nhiên này là một lớp phòng thủ rất hiệu quả giúp chống lại kẻ thù, nhiều loài săn mồi không thể cắn xuyên qua bộ xương ngoài, Huskey cho biết. “Bạn phải có một thứ mà không ai sở hữu.”
Bọ cánh cứng ở Mỹ Latin và Caribe có bộ xương ngoài rất cứng. Con đực mọc ra chiếc sừng dài dùng dể chiến đấu tranh giành con cái. Hai con đực sẽ lao vào nhau như trò cưỡi ngựa đấu thương, nhưng con nào nhấc bổng đối phương lên bằng chiếc sừng của mình và dùng cơ thể đánh đối phương rơi xuống đất được sẽ giành chiến thắng. Con cái cũng thích con đực có sừng dài hơn, một dấu hiệu của sức khoẻ cường tráng.
Trong số những bộ xương ngoài, đẹp nhất là vỏ ốc, giúp giữ an toàn cho những loài nhuyễn thể thân mềm, như ốc xà cừ, sò điệp và ốc nón. Lớp mô bên ngoài của loài nhuyễn thể được gọi là lớp áo, tiết ra các protein và khoáng chất để hình thành nên nơi trú ẩn bằng xương khác biệt.
Một trở ngại của bộ xương ngoài là: nó quá cứng nên động vật không thể phát triển. Chẳng hạn như vỏ tôm hùm, có thể là lớp phòng thủ vững chắc chống lại một con hải cẩu đói ăn, nhưng khi con tôm hùm ấy lớn hơn, nó phải lột vỏ để nhường chỗ cho một lớp vỏ mới. Lớp vỏ mới có thể mất vài tuần để cứng cáp lại hoàn toàn, trong khoảng thời gian đó, tôm hùm rất dễ bị kẻ thù tấn công.
Xương dùng để bơi
Một nhóm cá có tên gọi cá mang tấm, như cá mập, cá đuối và cá quái, sở hữu bộ xương trong cấu tạo hoàn toàn từ sụn, một loại mô chắc khoẻ và linh hoạt. Vì sụn cứng mà nhẹ hơn xương, nên cho phép cá bơi nhanh hơn nhưng vẫn tiết kiệm năng lượng.
Nhiều động vật có xương sống sở hữu bộ xương trong, kể cả con người, cũng có sụn, tạo nên hình dáng của mũi và tai. Ở giai đoạn đầu phát triển, phần lớn bào thai của động vật có vú có bộ xương sụn, dần dần mới khoáng hoá thành xương.
Cá mang tấm, như con cá đuối gai lưng này, có bộ xương trong bằng sụn. Ảnh: Science Photo Library, Alamy.
Đã từ lâu, người ta tưởng rằng cá mập ngày nay có nguồn gốc từ tổ tiên nguyên thuỷ chưa tiến hoá thành xương. Nhưng ngược lại, vào năm 2015, các nhà khoa học thông báo khám phá về tế bào xương trong một con cá mập hoá thạch 380 triệu năm tuổi, cho rằng có thể cá mập đã tiến hoá từ tổ tiên có xương, ở một thời điểm nào đó, và rồi tiêu biến xương để có được sụn nhẹ hơn.
Cá mang tấm cũng được bao phủ trong những chiếc vẩy răng da, lớp vẩy xước như giấy nhám nếu ta chà xát sai hướng. Khi thẳng hàng, vẩy này giúp làm giảm lực cản và làm tăng tốc độ bơi.
Một nghiên cứu năm 2017 nhận thấy rằng vẩy răng da ở một loài cá đuối có nguồn gốc từ các tế bào tương tự như răng. Điều này củng cố giả thuyết cho rằng loại vẩy này của cá cổ đại có thể đã tiến hoá thành răng như ta biết ngày nay. Răng được xem như một bộ phận của bộ xương, dù răng có cấu tạo từ men, một tập hợp khoáng chất cứng, chứ không phải xương.
Đánh đổi bộ xương
Bộ xương thuỷ tĩnh là những trụ hay khoang chứa đầy chất lỏng bên trong các loài không xương sống, bao gồm sứa, giun dẹt, giun tròn và giun đốt như sâu đất. Nhà sinh vật học Bill Kier tại Đại học North Carolina giải thích, cơ và mô liên kết tạo thành một bức tường cơ thể rắn chắc quanh khoang.
Kier cho biết, các khoang của giun đất chứa đầy dịch máu, có chức năng chính như máu. Những khoang này được phân khúc để giun có thể duỗi và co cơ tự do, tạo nên sóng chuyển động cho phép loài này lúc nhúc trên đất.
Bên trong khoang của hải quỳ có cơ xung quanh hoạt động cùng nhau để chuyển động và trốn thoát khỏi kẻ thù tiềm năng, tương tự cách cơ hai đầu và cơ ba đầu của chúng ta điều khiển cánh tay trên, Kier cho biết.
Một số loài động vật, như cua xanh, có thể chuyển từ bộ xương ngoài sang bộ xương thuỷ tĩnh tạm thời khi đang ở trạng thái dễ gặp nguy hiểm. Trong một nghiên cứu năm 2003, Kier và đồng nghiệp Jennifer Taylor nhận thấy trong quá trình lột vỏ, áp lực nước bên trong của loài cua này tăng lên rất nhiều, khiến chất dịch trong cơ thể mềm của nó đóng vai trò như một bộ xương thuỷ tĩnh giúp nó di chuyển. Sau khoảng 3 ngày, bộ xương ngoài mới hình thành sẽ đủ cứng để hoạt động trở lại.
Huskey cho biết bộ xương là tuyệt tác đáng kinh ngạc của tiến hoá, nhất là cách mỗi phần nhỏ đều quan trọng đối với một con vật và cách con vật đó ứng phó với môi trường.
“Nếu không có bộ xương, chúng ta chỉ là một bị thịt lớn nằm đó và co giật trên sàn,” ông nói. “Chúng ta không thể đi đến bất cứ đâu nếu như không có bộ xương tạo ra vận động, kiếm ăn và những hành vi mà chúng ta vô cùng ưa thích.”
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo National Geographic)
(Theo National Geographic)
