Cá heo vẫy đuôi lên xuống, cá vẫy sang ngang: vì sao lại khác nhau

Cá vẫy đuôi sang ngang vì tổ tiên của chúng xưa nay vẫn uốn cột sống sang hai bên; còn cá heo, cá voi vẫy đuôi lên xuống vì chúng là thú có tổ tiên từng sống trên cạn, chạy bằng bốn chân, với cột sống uốn theo chiều lên xuống giống như ngựa phi hay chó chạy. Khi quay về biển, thú tận dụng lại kiểu uốn sẵn có, nên đuôi mọc nằm ngang và vẫy theo chiều đứng.

Hai cái đuôi trông giống mà khác hẳn

Đặt hình một con cá ngừ cạnh một con cá heo, ta thấy chúng giống nhau lạ lùng: thân thoi, mõm nhọn, vây lưng, đuôi hình lưỡi liềm. Nhưng nhìn kỹ phần đuôi sẽ thấy khác biệt căn bản:

Bộ phận ở đuôi cá heo và cá voi, gọi là vây đuôi hay thùy đuôi, không có xương bên trong. Cột sống chỉ chạy tới gốc đuôi, còn hai thùy rộng hai bên là mô sợi dai. Đó là một "phát minh mới" của nhóm thú biển, không phải vây đuôi cá được giữ lại.

Cột sống cá: sinh ra để uốn ngang

Ở cá, cơ thân xếp thành những khối cơ hình chữ W nối tiếp nhau dọc hai bên sườn. Khi cơ bên trái co, thân cong sang trái; cơ bên phải co, thân cong sang phải. Đó là cách bơi đã có từ những động vật có xương sống đầu tiên cách đây hàng trăm triệu năm. Khi một số loài cá bò lên cạn và tiến hoá thành lưỡng cư, bò sát, kiểu uốn ngang vẫn đi theo: con kỳ nhông, con thằn lằn chạy ngoằn ngoèo, thân uốn sang hai bên theo từng bước chân.

Vì vậy những bò sát quay lại biển cũng uốn ngang. Ngư long (ichthyosaur) thời khủng long có thân giống cá heo đến mức khó tin, nhưng hoá thạch cho thấy đuôi của chúng đứng thẳng như đuôi cá và vẫy ngang. Rắn biển, cá sấu nước mặn bơi bằng cách quẫy đuôi sang hai bên.

Thú: cột sống đổi sang uốn lên xuống

Ở thú, mọi chuyện đổi khác. Trong quá trình tiến hoá, tứ chi của thú chuyển từ hai bên sườn (như thằn lằn) xuống thẳng dưới thân. Cùng với đó, cột sống ở vùng lưng và thắt lưng trở nên uốn tốt theo chiều lên xuống. Hãy xem một con chó chạy nhanh hay một con báo săn đang lao: lưng nó cong lên khi bốn chân gom lại dưới bụng, rồi duỗi dài ra khi chân vươn về trước và sau. Cái "lò xo" lên xuống ấy giúp bước chạy dài hơn và nhanh hơn. Bài về cột sống khi chạy trong cùng danh mục nói kỹ hơn chuyện này.

Khi một nhóm thú móng guốc cổ quay về sống ở nước, chúng bắt đầu bơi bằng chính kiểu uốn ấy. Thay vì chèo bằng chân, chúng uốn lưng và đuôi lên xuống. Dần dần chân sau thoái hoá, đuôi khoẻ lên, mọc thêm hai thùy nằm ngang để tăng diện tích đẩy nước. Đuôi nằm ngang không phải vì "nằm ngang tốt hơn", mà vì đó là hướng mà cột sống thú vốn đã quen uốn.

Hoá thạch kể lại quá trình

Từ những năm 1980 trở đi, các nhà cổ sinh vật học tìm được nhiều hoá thạch ở Pakistan, Ấn Độ, Ai Cập cho thấy từng bước chuyển của tổ tiên cá voi:

• Pakicetus (khoảng 50 triệu năm trước): thú bốn chân sống gần nước, cỡ con chó, nhưng cấu tạo tai đã có nét riêng của cá voi.
• Ambulocetus ("cá voi biết đi"): thân dài, chân to có màng, sống lội nước như rái cá hay cá sấu.
• Rodhocetus và các họ hàng: chân ngắn lại, nhiều khả năng bơi bằng chân sau và uốn thân.
• Dorudon, Basilosaurus (khoảng 40 triệu năm trước): hoàn toàn sống dưới biển, chân sau chỉ còn rất nhỏ, đuôi đã là bộ phận đẩy chính.

Việc ghép các mảnh hoá thạch vẫn đang được bổ sung, có chi tiết các nhà khoa học còn tranh luận, nhưng hướng chung đã khá rõ: từ cạn xuống nước, từ chân sang đuôi, và kiểu uốn lên xuống của thú đi theo suốt quá trình.

Những tay bơi khác: lợn biển, hải cẩu, rái cá

Không chỉ cá voi. Lợn biển và bò biển (dugong) cũng là thú quay về nước, và đuôi của chúng cũng nằm ngang, vẫy lên xuống. Ở Việt Nam, bò biển từng có ở vùng biển Côn Đảo, Phú Quốc và là loài được bảo vệ.

Hải cẩu thì thú vị hơn. Hải cẩu thật (không có vành tai ngoài) bơi bằng cách quẫy hai chân sau sang hai bên như đuôi cá. Sư tử biển lại chèo bằng hai chân trước như cánh. Rái cá uốn cả thân lên xuống khi lặn nhanh. Mỗi nhóm tìm ra lời giải riêng, tuỳ bộ khung có sẵn của tổ tiên.

Con người cũng bơi kiểu cá heo

Trong bơi bướm và giai đoạn lặn sau xuất phát, vận động viên khép hai chân lại và đạp lên xuống liên tục, cả cơ thể uốn từ ngực xuống hông, đầu gối, bàn chân như một làn sóng. Người ta gọi đó là cú đạp chân cá heo. Con người, cũng là thú, thấy tự nhiên khi uốn thân theo chiều lên xuống hơn là quẫy hông sang ngang. Chân vịt bơi liền (monofin) của môn bơi lặn chân vịt còn bắt chước cả hình dáng thùy đuôi cá heo.

Tự quan sát

1. Xem một đoạn phim quay cá heo và một đoạn quay cá mập hoặc cá ngừ bơi từ phía sau. Để ý đuôi chuyển động theo hướng nào.
2. Ở thủy cung, nhìn từ bên hông bể: đuôi cá vẫy về phía mình và ra xa (sang ngang), còn với thú biển thì đuôi đi lên đi xuống trước mắt mình.
3. Thử nằm sấp trên sàn, hai tay duỗi về trước, nhẹ nhàng uốn người lên xuống vài lần như cá heo, rồi thử quẫy hông sang hai bên như cá. Cảm nhận kiểu nào cơ thể làm dễ hơn. Động tác chỉ cần nhẹ nhàng; ai đang đau lưng thì bỏ qua bước này.

Góc nhìn hôm nay

Câu hỏi "vì sao đuôi cá heo nằm ngang" là ví dụ đẹp để học sinh hiểu tiến hoá không thiết kế từ đầu, mà sửa đổi những gì đã có. Muốn tìm hiểu thêm, có thể xem các phòng trưng bày cổ sinh vật ở những bảo tàng tự nhiên lớn, đọc các sách phổ biến về tiến hoá cá voi, hoặc đối chiếu bộ xương cá heo với bộ xương chó trong sách giáo khoa sinh học. Trên các tour ngắm cá heo, hãy chọn đơn vị giữ khoảng cách với đàn, không đuổi theo, không cho ăn.