Đỉnh cao tiến hóa của loài người xuất phát từ chiếc lưỡi

Kỳ trước: Từ đâu sinh ra chiếc lưỡi trong miệng?

Sự tiến hóa diệu kỳ của lưỡi ở chim và bò sát

Lưỡi của động vật có vú đã phát triển thành một mạng lưới phức tạp gồm các sợi cơ có khả năng di chuyển theo những cách phức tạp ngay cả khi không có xương, gân hoặc khớp.

Nó góp phần giúp các con non ở hầu hết các loài có thể bú, giúp điều hòa thân nhiệt ở một số loài (hãy hình dung một con chó đang thở hổn hển bằng cách thè lưỡi) và thậm chí đảm nhận các nhiệm vụ chuyên biệt hơn ở một số loài, chẳng hạn như tạo ra âm thanh được sử dụng để định vị bằng tiếng vang ở loài dơi và đặc biệt giúp loài người giao tiếp bằng tiếng nói.

Và lưỡi còn lưu trữ các nụ vị giác giúp định hướng việc ăn uống ở tất cả các loài này. David Hu, một nhà nghiên cứu cơ sinh học tại Viện Công nghệ Georgia nói: “Lưỡi của hầu hết các loài động vật có vú thực hiện những kỳ tích tuyệt vời. Nó thực sự là một công cụ đa chức năng nhưng chỉ ít được chú ý vì nó khó tiếp cận hơn so với các bộ phận phụ bên ngoài của động vật”.

Công việc quan trọng nhất của lưỡi ở động vật có vú là định vị thức ăn để nhai và nuốt. Tùy thuộc vào loài, điều đó có thể có nghĩa là chuyển thức ăn từ bên này sang bên kia trong mỗi lần nhai hoặc chỉ giữ nó ở một bên, trong khi bản thân lưỡi vẫn an toàn tránh xa răng đang nghiền thức ăn. Sau đó, với việc bổ sung nước bọt mà nó tạo phần tiết ra, lưỡi sẽ nhào nặn tạo hình thức ăn đã nghiền thành dạng viên để có thể dễ dàng đưa xuống cổ họng. Cuối cùng, lưỡi đẩy viên thức ăn đó xuống để nuốt vào, đảm bảo không có chút thức ăn nào lọt vào đường thở. Laurence-Chasen, nhà sinh vật học tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, cho biết theo một nghĩa nào đó, cái lưỡi đã trở thành “tay của miệng”.

Tất cả quá trình xử lý này cho phép động vật có vú tiêu hóa thức ăn nhanh hơn và hiệu quả hơn. Nhờ vậy, chúng nhận được nhiều năng lượng hơn từ chế độ ăn uống của mình so với hầu hết các loài động vật khác. Phần thưởng đó đã thúc đẩy những tiến hóa tích cực khác, chẳng hạn như tốc độ và hoạt động trao đổi chất, thời gian mang thai kéo dài và bộ não lớn. Thật vậy, Callum Ross, nhà sinh học chuyên về thần kinh tại Đại học Chicago, coi nguồn gốc của khả năng nhai là một trong ba quá trình tiến hóa bước ngoặt do lưỡi kích hoạt (hai quá trình còn lại là sự chuyển đổi từ nước lên cạn và khả năng phát âm của loài người).

Cho đến gần đây, các nhà nghiên cứu không thể có được cái nhìn chi tiết về cách lưỡi điều khiển thức ăn vì môi, má và răng cản trở quan sát. Chỉ mới gần đây, nhóm của Ross đã sử dụng một kỹ thuật gọi là tái tạo hình thái chuyển động bằng tia X (XROMM) liên quan đến việc ghi lại chuyển động của các hạt được cấy ghép bằng phẫu thuật bằng tia X và chuyển kết quả thành hoạt ảnh 3D.

Trong các thí nghiệm của họ với thú có túi ôpôt và khỉ, máy quay đồng thời ghi lại hình ảnh từ các góc khác nhau khi động vật ăn hoặc uống. Hình ảnh động được tái tạo lại cho phép các nhà nghiên cứu xem lưỡi di chuyển như thế nào so với hàm và răng. Elizabeth Brainerd là nhà hình thái học chức năng tại Đại học Brown và là người tiên phong trong kỹ thuật XROMM, cũng là người đã tư vấn cho Ross về cách áp dụng công nghệ này cho nghiên cứu trên.

Brainerd nói: “Chúng ta có thể thấy các đặc điểm của chuyển động hoàn toàn bị che giấu. Bằng cách so sánh các chuyển động của lưỡi ở các loài khác nhau, nhóm nghiên cứu hy vọng tìm hiểu xem sự chuyên môn hóa của lưỡi có thể đã góp phần vào sự tiến hóa của đời sống và sở thích ăn uống của mỗi loài động vật như thế nào”.

Gần đây hơn, Laurence-Chasen và Ross đã làm việc với đồng nghiệp Nicho Hatsopoulos ở Chicago và Fritzie Arce-McShane, hiện là nhà sinh học thần kinh tại UW, để kết hợp phân tích XROMM với các bản ghi hoạt động thần kinh ở khỉ. Họ hy vọng những nghiên cứu như vậy sẽ tiết lộ cách thức bộ não điều phối các chuyển động phức tạp của lưỡi liên quan đến việc ăn, uống và thậm chí có thể phát âm.

Trong thí nghiệm, một dãy điện cực được gắn để theo dõi một vùng vỏ não có kích thước bằng đồng xu khi những con khỉ nhai nho. Vùng này chứa cả tế bào thần kinh cảm giác nhận đầu vào từ lưỡi, miệng và tế bào thần kinh vận động gửi tín hiệu trở lại để giúp kiểm soát chuyển động của lưỡi. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng kiểu phóng tín hiệu của các tế bào thần kinh vận động đã dự đoán chính xác sự thay đổi hình dạng của lưỡi.

Nghiên cứu này đã đảo ngược quan niệm phổ biến một thời rằng hoạt động nhai, giống như đi bộ, chủ yếu nằm dưới sự kiểm soát của thân não. Laurence-Chasen giải thích rằng vỏ não cũng tham gia rất nhiều, đảm bảo rằng lưỡi “có khả năng biến dạng phức tạp, không đối xứng” để điều chỉnh tài tình khi ta đang ăn các kiểu đồ ăn khác nhau.

Whishaw tự hỏi liệu sự khéo léo của lưỡi con người có thể giúp mở đường cho khả năng kiểm soát tốt đôi tay và thậm chí cả suy nghĩ của chúng ta hay không. Trong các nghiên cứu tiếp theo vẫn chưa được công bố, Whishaw và nhà sinh học thần kinh Xu An đến Đại học Duke cùng các đồng nghiệp đã xác định được cái mà họ gọi là vùng “điều khiển bằng tay” của vỏ não, một khu vực chưa được khám phá trước đây có tác dụng kiểm soát cả tay và lưỡi.

Whishaw cho rằng một vùng não tương tự cũng tồn tại ở con người và có thể giúp giải thích tại sao rất nhiều người khoa tay khi họ dùng lưỡi nói chuyện, tại sao trẻ em học viết thường vặn lưỡi khi ngón tay của chúng lần đầu cầm bút —một hiện tượng được Charles Darwin ghi nhận. Whishaw nghi ngờ rằng nhiều người sẽ di chuyển lưỡi của họ khi họ chuẩn bị sử dụng tay của mình—nhưng vì miệng của họ luôn ngậm lại nên không ai nhận thấy.

Theo Whishaw, một vùng não chung cho bàn tay và lưỡi có ý nghĩa lớn trong thuyết tiến hóa. Ở các loài động vật trên cạn sơ khai, một chiếc lưỡi khéo léo là điều cần thiết để kiếm ăn; sau này, khi một số loài động vật bắt đầu dùng chi để kiếm thức ăn, quá trình tiến hóa có thể đã tạo ra cùng một mạch não liên kết lưỡi để phối hợp các chuyển động của tay. Ông suy đoán rằng những hành vi thậm chí phức tạp hơn - chẳng hạn như suy nghĩ - có thể phát sinh từ việc bộ não phát triển để điều khiển lưỡi hiệu quả hơn. Bởi vậy, Whishaw nhấn mạnh lại quan điểm: “Tôi nghĩ lưỡi là bộ phận trung tâm của con người chúng ta, dù điều đó có vẻ khó tin đến đâu”.