Từ đâu sinh ra chiếc lưỡi trong miệng

Một nhóm các nhà nghiên cứu đang bị thu hút bởi một cơ quan trên cơ thể mà con người thường sử dụng rất nhiều nhưng ít khi để ý. Chúng ta hiếm khi nghĩ đến việc lưỡi của mình cần phải linh hoạt như thế nào để tạo thành từ hoặc tránh bị cắn khi giúp chúng ta nếm và nuốt thức ăn. Nhưng đó mới chỉ là khởi đầu cho tính linh hoạt của lưỡi trong vương quốc động vật.

Không có lưỡi, có lẽ sẽ chẳng có bất kỳ động vật có xương sống trên cạn nào có thể tồn tại. Tổ tiên của chúng ta lần đầu rời mặt nước bò lên cạn khoảng 400 triệu năm trước đã tìm thấy bữa tiệc buffet với nhiều loại thực phẩm mới, nhưng “họ” phải dùng lưỡi để nếm thử chúng. Phạm vi thức ăn dành cho những loài vật tiên phong rời mặt nước lên cạn này được mở rộng khi lưỡi đa dạng hóa thành các dạng mới, chuyên biệt hóa—và cuối cùng đảm nhận các chức năng ngoài việc ăn uống.

Kurt Schwenk, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Connecticut, cho biết: “Sự thay đổi đáng kinh ngạc trong hình dạng lưỡi của động vật có xương sống có rất nhiều ví dụ đáng kinh ngạc về sự thích nghi gần như không thể tin được. Kỳ nhông thè chiếc lưỡi dính dài hơn cơ thể để bắt côn trùng; rắn lè đầu lưỡi chẻ đôi “ngửi” môi trường xung quanh; chim ruồi dùng lưỡi hút mật từ sâu bên trong hoa; dơi tặc lưỡi để định vị bằng tiếng vang... tất cả đều cho thấy lưỡi đã giúp động vật có xương sống khai thác mọi ngóc ngách trên cạn như thế nào.

Ở người, lưỡi còn nhiều chức năng hơn. Jessica Mark Welch, một nhà sinh thái học vi sinh vật tại Viện Forsyth cho biết: “Tôi ngạc nhiên trước mọi thứ chúng ta làm bằng lưỡi: ăn, nói, hôn... đó là một bộ phận trung tâm của con người”.

Việc quản lý các chức năng kể trên đã thúc đẩy việc mở rộng khả năng của não bộ. Ian Whishaw, một nhà thần kinh học tại Đại học Lethbridge, cho biết: “Ý tưởng là nếu bạn có thể tiếp cận bằng lưỡi, tức là bạn có thể tiếp cận bằng tay và bạn có thể tiếp cận bằng suy nghĩ của mình. Whishaw nói thêm: “Theo trực giác, có lẽ chúng ta biết điều này, khi chúng ta sử dụng những cụm từ như “đá lưỡi”, “uốn lưỡi” hay “cắn lưỡi”...

Sam Van Wassenbergh, nhà hình thái chức năng học tại Đại học Antwerp, cho biết làm thế nào mà lưỡi xuất hiện “là một trong những bí ẩn lớn nhất trong lịch sử tiến hóa của chúng ta”. Giống như các mô mềm khác, lưỡi hiếm khi được lưu lại trong hóa thạch. Ẩn bên trong miệng, quan sát lưỡi là chuyện không dễ dàng.

Tuy nhiên, trong thập niên qua, các công nghệ mới đã bắt đầu phát hiện ra lưỡi hoạt động ở các nhóm động vật khác nhau. Công việc đó đang bắt đầu mang lại những hiểu biết mới về con đường tiến hóa của lưỡi và cách chuyên môn hóa của lưỡi thúc đẩy sự đa dạng hóa hơn nữa. Kory Evans, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Rice, cho biết các nhà sinh vật học càng tìm hiểu nhiều, họ càng tin rằng “lưỡi thực sự rất kỳ diệu”.

Cái lưỡi hóa ra là một thứ khó định nghĩa. Daniel Schwarz, nhà sinh vật học tiến hóa tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên bang Stuttgart (Đức), cho biết: “Mặc dù các cấu trúc giống như lưỡi tồn tại ở hầu hết các loài động vật có xương sống, từ cá mút đá đến động vật có vú, nhưng “Không có định nghĩa rõ ràng về điều gì tạo nên ‘chiếc lưỡi thực sự’”.

Chúng ta có xu hướng nghĩ rằng lưỡi là thứ mềm mại, có cơ bắp linh hoạt - giống như lưỡi của chúng ta. Lưỡi người là một bộ máy thủy tĩnh cơ bắp, giống như một quả bóng nước, luôn duy trì cùng một thể tích tổng thể bất chấp hình dạng của nó thay đổi. Vì vậy, khi ta thè lưỡi ra, nhìn chung nó sẽ mỏng hơn so với khi nó chụm lại trong miệng; điều này cũng đúng với chiếc lưỡi màu tím của hươu cao cổ khi nó vươn dài 46 cm để ngoạm những chiếc lá từ cành cây có gai.

Nhưng những trường hợp bí ẩn hơn tồn tại ở những nơi khác trong vương quốc động vật. Cơ quan trong vòm miệng của các loài cá như cá tuế, cá chép và cá da trơn cũng có thể là một bó cơ, nhưng các nhà sinh vật học vẫn còn tranh cãi về việc liệu nó có nên được coi là lưỡi hay không. Patricia Hernandez, nhà hình thái chức năng học tại Đại học George Washington, cho biết: “Thay vì ở dưới cùng của miệng, lưỡi của mấy loài cá này lại ở trên cùng. Và mặc dù có nhiều ý kiến, nhưng không ai thực sự biết chức năng của cơ quan này”.

Đó là vì cá không cần lưỡi như của chúng ta để nuốt thức ăn. Chúng có thể dựa vào lực hút bằng cách mở rộng hàm, mở rộng cổ họng và bơm nước qua các khe mang để tạo ra dòng chảy cuốn theo thức ăn.

Tuy nhiên, nhà nghiên cứu Schwenk cho biết: “Ngay khi động vật nhô đầu lên khỏi mặt nước, lực hút (từ miệng) trở nên vô dụng. Sau khi những động vật đó bò lên cạn và “chúng cần thứ gì đó thay thế nước” để hút con mồi vào thực quản vì không khí không đủ đậm đặc để tạo dòng hút mạnh như nước. Trong hàng triệu năm, loài tiên phong lên cạn vẫn phải trở lại đại dương để nuốt chửng con mồi mắc cạn theo cách truyền thống của loài cá. Rồi một số loài có thể đã ngẩng cao đầu và lợi dụng trọng lực con mồi để đưa thức ăn vào bụng, giống như nhiều loài chim ngày nay nuốt cá.

Nhưng cấu trúc của một cách nuốt ăn mới đã hiện diện trong cơ thể cá: một loạt xương cong được gọi là vòm nhánh và các cơ hỗ trợ. Ở cá, các cung nhánh tạo thành hàm, hoyid (xương móng) hỗ trợ mặt sau của hàm và bộ xương tạo thành cổ họng và các khe mang. Khi cá ăn, các cơ hỗ trợ cấu trúc này tạo ra lực hút bằng cách chuyển động hoyid và mở rộng các khe mang để hút nước vào. Đối với các chuyên gia về lưỡi, những chuyển động đó có vẻ quen thuộc. Schwenk giải thích: “Chuyển động của hyoid để tạo lực hút rất giống với chuyển động của lưỡi qua lại để điều khiển con mồi trong vòm miệng”.

Schwenk và Van Wassenbergh cho rằng ở những động vật có xương sống trên cạn sơ khai, các cung nhánh và các cơ liên quan bắt đầu thay đổi để tạo thành một “lưỡi nguyên sinh”, có lẽ là một miếng đệm cơ gắn với xương móng và co bóp khi di chuyển. Theo thời gian, miếng đệm trở nên dài hơn và dễ điều khiển hơn, đồng thời thành thạo hơn trong việc tóm và điều khiển con mồi (xem hình bên dưới).

Dựa trên các thí nghiệm với sa giông (còn gọi là cá cóc, tên khoa học: Pleurodelinae, là một phân họ của họ Kỳ giông), Schwarz nghĩ rằng một dạng cấu trúc đó đã hoạt động ngay cả trước khi tổ tiên chúng ta chuyển lên sống trên cạn. Giống như các loài kỳ giông khác, sa giông sống dưới nước khi còn nhỏ nhưng chủ yếu sống trên cạn khi trưởng thành. Sự biến đổi của chúng và sự thay đổi trong chiến lược kiếm ăn đi kèm với nó, có thể giống với sự thay đổi từ dưới nước lên cạn đã xảy ra hàng trăm triệu năm trước. Và điều đó hé lộ manh mối về những thay đổi đó có thể đã diễn ra như thế nào.

Schwarz và các cộng sự đã phát hiện ra rằng trước khi sa giông chính thức biến thành con trưởng thành, chúng phát triển một phần phụ giống như lưỡi để ép thức ăn vào những chiếc “răng” sắc nhọn như kim trên vòm miệng của chúng. Phát hiện mà ông và các đồng nghiệp đã được báo cáo vào năm 2020, cho thấy cấu trúc giống như lưỡi có thể đã giúp động vật bốn chân sơ khai kiếm ăn, ngay cả trước khi chúng trèo lên mặt đất cứng.

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