Có khi nào cá voi tiến hóa để lên cạn săn mồi một lần nữa?

Hành trình tiến hóa rất kỳ diệu. Chúng ta biết động vật xương sống trên cạn là hậu duệ của những loài sống dưới đại dương. Phải mất hàng chục triệu năm tiến hóa để động vật trên cạn có thể thích nghi với môi trường xa đại dương (khả năng lọc oxy trực tiếp không khí, sinh con trong màng ối...) nhưng nhiều loài động vật có vú lại sẵn sàng quay trở lại cuộc sống đại dương. Sẽ không ít người tự hỏi liệu theo quá trình tiến hóa không thể tính được trước, cá voi hay hải cẩu có chuyển vùng trên cạn một lần nữa hay không. Các nhà khoa học khẳng định điều đó không thể xảy ra.

Bằng cách so sánh khối lượng cơ thể, chế độ ăn uống và bộ gien của 5.635 loài động vật có vú hiện hữu và đã tuyệt chủng gần đây, nhà sinh vật học tiến hóa Bruna Farina thuộc Đại học Fribourg và các đồng nghiệp đã theo dõi quá trình tiến hóa để thích nghi cuộc sống dưới nước. Quá trình họ theo dõi gồm những thay đổi về kích thước, hệ vận động, hệ thần kinh, chế độ sinh sản, ăn uống và cả dung tích phổi của các loài.

Trong số tất cả các loài được khảo sát, 97% vẫn là động vật có vú hoàn toàn sống trên cạn. Chỉ có 3% chuyển sang cuộc sống sống dưới nước ở các mức độ khác nhau.

Quá trình chuyển đổi này diễn ra độc lập ở các nhóm động vật có vú khác nhau, với một số gắn bó với môi trường nước hơn các nhóm khác. Điều này đã tạo ra 3 nhóm riêng biệt: động vật bán thủy sinh như thú mỏ vịt, chuột chù nước (Neomys fodiens) và opossum nước (Chironectes minimus - là một loài thú có túi thuộc họ Didelphidae trong bộ Didelphimorphia đặc hữu ở châu Mỹ); những loài thỉnh thoảng lên cạn, như hải cẩu và rái cá; và các loài động vật có vú sống hoàn toàn dưới nước như cá heo và cá nược.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy trong khi các loài bán thủy sinh sớm đã quay trở lại sống hoàn toàn trên cạn, thì phổ nằm giữa các loài sống bán thủy sinh và các loài chủ yếu sống dưới nước đã có sự thích nghi không thể đảo ngược cho cuộc sống dưới nước.

Khi một loài thường sống dưới nước nhiều hơn, khối lượng cơ thể của chúng có xu hướng tăng lên, với mức tăng 5% mỗi triệu năm đối với những loài bán thủy sinh và tăng tới 12% mỗi triệu năm đối với các loài hoàn toàn sống dưới nước. Điều này đúng ngay cả đối với động vật có vú nhỏ như loài gặm nhấm.

Điều này  cũng phù hợp với quy tắc địa sinh thái của Bergmann: các loài có xu hướng phát triển cơ thể lớn hơn trong môi trường nhanh chóng làm giảm nhiệt độ cơ thể, chẳng hạn như trong nước, vì việc giảm thiểu tỷ lệ diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích cơ thể làm tăng khả năng bảo tồn nhiệt.

Động vật trên cạn cũng bị hạn chế phát triển kích thước bởi thách thức vận chuyển khối lượng, nhưng động vật sống dưới nước lại không chịu rào cản này. Việc di chuyển cơ thể trong nước lại dễ dàng hơn nhờ lực Archimedes. Hơn nữa, số lượng con mồi dưới đại dương luôn đầy ắp hơn ở trên cạn giúp các loài săn mồi trong đại dương đủ nguyên liệu đầu vào để nuôi cơ thể khổng lồ.

Mặc dù có nhiều cỏ biển và tảo, nhưng hầu hết các loài chuyển tiếp sang môi trường nước, ngoại trừ bò biển, lại không sử dụng chúng làm nguồn thức ăn. Động vật có vú quay trở lại nước có xu hướng ăn thịt. Các nhà nghiên cứu cho rằng điều này "có thể do các enzym cần thiết để phân hủy vật liệu thực vật hoặc tảo đòi hỏi nhiệt độ cao hơn".

Hầu hết các loài "bò biển" như cá nược và lợn biển đều thích sống ở vùng nước ấm. Động vật có vú ăn cỏ thường sống ở môi trường nước lạnh duy nhất là bò biển Steller (Hydrodamalis gigas), loài mà con người đã đẩy chúng đến chỗ tuyệt chủng. Để thích nghi môi trường nước lạnh, bò biển Steller nặng gấp 10 lần các loài bò biển thích môi trường nước ấm.

Cuộc sống dưới nước cũng đòi hỏi một hệ thống vận động khác, sắp xếp hợp lý hơn, dẫn đến việc các chi bị tiêu giảm và cuối cùng là không có khả năng mang cơ thể trên cạn. Việc chi bị tiêu giảm ở cá voi và cá heo có liên quan đến việc mất biểu hiện của nhiều gien.

Mất đi một đặc điểm phức tạp như đôi chân, được hình thành bởi hàng triệu năm tiến hóa chọn lọc tự nhiên, không phải là một quá trình có thể dễ dàng đảo ngược.

Các nhà khoa học viết trong công trình nghiên cứu: “Định luật Dollo cho rằng một khi một đặc điểm phức hợp bị mất đi thì không thể lấy lại được”, đồng thời lưu ý rằng điều tương tự cũng xảy ra ở những loài chim mất khả năng bay (tức là chim cánh cụt thì sẽ gần như không thể tiến hóa để bay được trở lại).

Điều này không có nghĩa là các cấu trúc và chức năng giải phẫu tương tự không thể phát triển lại trong tương lai. Nhưng khi độ phức tạp của một tính năng tăng lên, sản phẩm tiến hóa của nó ít có khả năng lặp lại như trước do các gien quan trọng đã bị biến đổi và mất đi.

Fribourg và nhóm nghiên cứu đánh giá: "Sau quá trình chuyển đổi đó, sự thất thế khi cạnh tranh với các loài ăn thịt trên cạn vốn có thể sử dụng các chi của chúng để săn mồi hiệu quả hơn, chính là rào cản ngăn chặn bất kỳ khả năng đảo ngược nào".

Nói cách khác, bất kỳ con cá voi nào trở lại sống trên cạn không thể săn được mồi vì dù có con mồi nằm yên thì cũng bị linh cẩu, đại bàng săn hết. Cá voi chỉ có thể quay về đại dương.