Ếch thở và uống nước qua da như thế nào?

Không giống như con người và phần lớn các loài động vật khác phải phụ thuộc hoàn toàn vào phổi để duy trì sự sống, ếch và nhiều loài lưỡng cư lại sở hữu một năng lực sinh tồn độc đáo: chúng có thể thở và uống nước thông qua làn da.

Đây không chỉ là một đặc điểm sinh học thú vị mà còn là chìa khóa để chúng tồn tại trong những môi trường khắc nghiệt, từ ao hồ ẩm ướt đến các vùng sa mạc khô hạn kéo dài nhiều tháng. Tuy nhiên, chính khả năng đặc biệt này lại khiến ếch trở thành những sinh vật mong manh trước sự tàn phá của biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường.

Theo chia sẻ từ Christopher Raxworthy, chuyên gia về bò sát tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ, lớp da của ếch được cấu tạo rất đặc biệt. Đó là một lớp màng mỏng, xốp, được bao phủ bởi các tuyến tiết ra chất nhầy để giữ độ ẩm. Cấu trúc này cho phép khí oxy từ môi trường xung quanh dễ dàng thẩm thấu qua da và đi vào cơ thể, đồng thời cũng cho phép thải carbon dioxide ra ngoài.

Cơ chế này được gọi là "hô hấp qua da", một dạng trao đổi khí tương tự như ở phổi, giúp ếch hấp thụ oxy không chỉ từ không khí mà cả từ nước, mang lại khả năng sinh tồn trong các điều kiện mà phổi thông thường không đáp ứng được.

Kurt Schwenk, nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Connecticut, người có nhiều năm nghiên cứu về quá trình hô hấp của ếch và nòng nọc, giải thích thêm rằng ngay bên dưới lớp da của ếch là một mạng lưới dày đặc các mao mạch. Chính mạng lưới này chịu trách nhiệm hấp thụ oxy trực tiếp và thải khí CO₂ ra ngoài. Với cấu trúc sinh lý này, chỉ cần có làn da ẩm và một môi trường có đủ oxy, ếch có thể duy trì hoạt động sống mà không cần vận động gì thêm.

Tuy nhiên, không phải loài ếch nào cũng phụ thuộc vào hô hấp qua da như nhau. Một số loài sử dụng da như cơ chế hô hấp bổ trợ cho phổi và niêm mạc miệng. Dù vậy, khả năng thở qua da giúp ếch sống sót trong mùa đông khắc nghiệt khi chúng rơi vào trạng thái ngủ đông, hoặc khi sống dưới nước trong thời gian dài.

Ngay từ giai đoạn đầu đời, nòng nọc, phiên bản sơ khai của ếch đã cho thấy khả năng sinh tồn đầy sáng tạo. Khi mới nở, nòng nọc còn quá nhỏ để phá vỡ sức căng bề mặt của nước để hít thở như những sinh vật sống trên cạn.

Để khắc phục điều này, chúng phát triển một cơ chế đặc biệt: tự tạo bong bóng khí và đẩy chúng vào phổi. Một nghiên cứu vào năm 2020 của Schwenk đã ghi nhận hiện tượng nòng nọc bơi sát bề mặt nước, nhanh chóng hít không khí để tạo ra một bong bóng, rồi "nuốt" bong bóng đó vào cơ thể để lấy oxy. Đó là một ví dụ sinh động cho thấy ngay cả những sinh vật nhỏ bé nhất cũng sở hữu những cơ chế tiến hóa kỳ diệu để thích nghi với cuộc sống.

Không chỉ thở, lớp da xốp và ẩm ướt của ếch còn đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ nước, thứ cần thiết cho mọi hoạt động sống. Thay vì phải uống nước như nhiều loài động vật khác, ếch "uống" nước bằng cách hấp thụ trực tiếp qua da.

Nước sẽ len lỏi qua các khoảng trống trong da, đi qua màng tế bào và dần dần thấm vào hệ tuần hoàn. Nhiều loài ếch còn có một khu vực đặc biệt trên da được gọi là "mảng nước", nơi tập trung nhiều mao mạch – cho phép chúng hấp thụ một lượng lớn nước một cách nhanh chóng.

Điều này đặc biệt quan trọng đối với những loài sống ở các vùng khô hạn. Ví dụ, loài ếch rung và ếch giữ nước sinh sống tại sa mạc nước Úc đã phát triển khả năng tích trữ nước cực kỳ hiệu quả. Khi mùa mưa đến, chúng hấp thụ lượng nước lớn rồi rút xuống lòng đất, thậm chí tạo ra một lớp nhầy bao bọc cơ thể như một "kén sinh tồn", cho phép chúng tồn tại nhiều tháng, thậm chí nhiều năm mà không cần thêm nước cho đến khi có đợt mưa tiếp theo.

Tuy nhiên, chính tính thấm đặc biệt của da lại là "gót chân Achilles" của ếch trong thế giới hiện đại. Theo Schwenk, da ếch dễ dàng hấp thụ mọi thứ từ môi trường, kể cả các chất độc hại như thuốc trừ sâu, hóa chất thương mại và vi nhựa.

Việc con người sử dụng các sản phẩm hóa học tràn lan, cộng với sự gia tăng của các đợt hạn hán và nhiệt độ cao do biến đổi khí hậu, đang khiến môi trường sống của ếch thu hẹp nhanh chóng. Những khu rừng mưa như Amazon hay rừng Đại Tây Dương ở Brazil, Argentina và Paraguay, nơi từng là thiên đường cho loài lưỡng cư, đang dần trở nên quá khô cằn để ếch có thể sinh tồn.

Chuyên gia Raxworthy cảnh báo rằng, ếch là một trong những nhóm sinh vật đầu tiên biểu hiện rõ sự suy giảm số lượng trước những thay đổi trong hệ sinh thái. Việc mất đi loài ếch có thể kéo theo những hậu quả nghiêm trọng trong chuỗi thức ăn: ếch vừa là kẻ săn mồi kiểm soát côn trùng, vừa là thức ăn quan trọng cho nhiều loài chim và rắn. Sự biến mất của chúng không đơn giản là mất đi một sinh vật, mà là một sự mất cân bằng sinh thái với hệ lụy khôn lường.

Liệu các loài ếch có đủ khả năng thích nghi với tốc độ biến đổi chóng mặt của khí hậu hay không? Câu hỏi này vẫn đang khiến các nhà khoa học trăn trở. "Biến đổi khí hậu đang diễn ra nhanh hơn nhiều so với tốc độ thích nghi sinh học của hầu hết các loài động vật", Schwenk nói. "Và ếch, với làn da vừa là vũ khí, vừa là điểm yếu đang ở tuyến đầu của cuộc chiến sinh tồn thầm lặng này".