Vì sao loài cá nóc hòm vàng có thể bơi với cơ thể hình hộp vuông vức?

Chú cá màu vàng đốm đen có hình dạng như chiếc hộp vuông bạn đang thấy có tên khoa học là Ostracion cubicus, thường được gọi là cá nóc hòm tròn lưng hoặc cá nóc hòm vàng. Chúng tập trung sống ở các rạn san hô Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương và phía đông nam Đại Tây Dương, chủ yếu ăn các con mồi nhỏ (giun nhỏ, giáp xác, nhuyễn thể và cá nhỏ...) và các mảnh vụn hữu cơ trên bề mặt đá ngầm.

Màu sắc cơ thể màu vàng tươi, khắp người có những đốm đen tròn màu đen, toàn thân cá giống như một chiếc hộp có những đốm đen trên nền màu vàng. Vì cá nóc hòm vàng thích sống một mình và rất nhút nhát, nên đốm đen và da vàng sáng này có tác dụng cảnh báo trước những kẻ săn mồi tiềm ẩn bên ngoài.

Khi bị tấn công hoặc bị đe dọa, da của loài cá nóc hòm vàng sẽ giải phóng một chất độc thần kinh Ostracitoxin đặc trưng. Nhiều người đã thử nuôi nhưng không thành công, nguyên nhân là nếu nuôi ở khu vực nước tương đối kín, chẳng hạn như bể cá, thì chất độc tiết ra có thể giết chết những con cá khác trong bể.

Hầu hết các loài cá đều có cơ thể mềm mại, thuôn dài thích nghi với môi trường nước, cho phép chúng bơi lội thoải mái. Tuy nhiên, cơ thể của cá nóc hòm vàng có bộ xương cứng hình hộp, rất khác so với loài cá mà chúng ta thường biết, thậm chí khiến người ta tự hỏi phải chăng có điều gì đó không ổn trong quá trình tiến hóa của chúng? Làm sao chúng có thể bơi với cơ thể hình hộp vuông vức này?

Tuy nhiên, điều không ai ngờ tới là tuy trông có vẻ chậm chạp nhưng cá nóc hòm vàng lại cực kỳ nhanh nhẹn, gần như có thể coi là một trong những loài cá nhanh nhẹn nhất ở khu vực rạn san hô.

Năm 2002, một nhóm các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình in 3D của cá nóc hòm để nghiên cứu cách nước lưu động quanh cơ thể chúng. Họ phát hiện ra rằng khi dòng nước chạm vào cá nóc hòm sẽ hình thành các dòng xoáy nhỏ gần vỏ xương của chúng, giúp ổn định chuyển động.

Kỹ thuật sinh tồn khéo léo này rất quan trọng để giảm sự xáo trộn của dòng nước và duy trì sự ổn định trong vùng nước chảy mạnh. Cuối cùng thì con người cũng tìm được cách lý giải cho sự tiến hóa thành hình dạng kỳ lạ này của cá nóc hòm nói chung và cá nóc hòm vàng nói riêng.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu dường như đã bỏ qua một chi tiết: Nếu dòng xoáy xung quanh khung xương của cá nóc hòm vàng có thể mang lại cho chúng sự ổn định về hướng, cũng có thể nói loài cá này bị phụ thuộc vào dòng xoáy xung quanh cơ thể chúng. Vậy thì có phải quá khó khăn để chúng di chuyển sang hướng khác khi kẻ săn mồi bất ngờ tấn công hay không?

Hơn nữa, theo quan sát của nhân viên nghiên cứu, cá nóc hòm vàng lại rất linh hoạt, khi gặp nguy hiểm sẽ nhanh chóng quay đầu bơi vào rạn san hô để thoát thân.

Nghiên cứu của S. Van Wassenbergh và cộng sự vào năm 2015 đã phản đối lý thuyết về xoáy nước trước đó, lập luận rằng ảnh hưởng của những xoáy nước này bị triệt tiêu bởi mô men lực sinh ra ở phía trước bộ xương hình hộp của cá nóc hòm và chúng không thể bơi trong tư thế ổn định. Ngược lại, chúng rất dễ bị “lật người”.

Sở dĩ cá nóc hòm vàng rất linh hoạt là do chúng sử dụng vây lưng, vây ngực và vây đuôi để lật người nhanh giúp cơ thể duy trì tư thế ổn định trong dòng nước chảy, tương tự như cách máy bay trực thăng duy trì sự ổn định trên không trung nhờ cánh quạt nâng và cánh quạt đứng ở đuôi. Khi cần rẽ nhanh, cá nóc hòm chỉ cần uốn cong vây đuôi sang một bên thì cơ thể chúng sẽ lật mình, rẽ ngoặt trong một không gian rất nhỏ.

Điều đó có nghĩa là, sự nhanh nhẹn của cá nóc hòm vàng được hình thành bởi sự kết hợp giữa cơ thể không ổn định về mặt khí động học và cách di chuyển của các vây. Hơn nữa, chúng không cần bơi quãng đường dài, đồng thời còn có nọc độc và "áo giáp". Do đó, từ bỏ tốc độ và lựa chọn sự nhanh nhẹn là một lựa chọn tiến hóa lâu dài.

Thấy vậy, một số người có thể hỏi, làm thế nào để loài cá này bình thường bơi với thân thể hình hộp? Nếu bạn đã từng quan sát cá di chuyển, bạn sẽ thấy rằng tất cả chúng đều di chuyển theo cùng một cách, là sự chuyển động đều đặn của đuôi, thân và sự phối hợp của các vây.

Vây ngực và vây bụng có thể duy trì sự cân bằng của cá trong nước, không giống như các loại vây khác, vây ngực không thẳng đứng mà nằm ngang, vì vậy vây ngực sẽ vẩy nước lên xuống trong quá trình vận động giúp cá tự kiểm soát lên xuống. Vây lưng và vây đuôi giữ cho cá đứng thẳng trong nước, giống như sống tàu (bộ phận dọc nối thân và các cọc ở giữa đáy thân tàu) ở đáy thuyền buồm.

Vây đuôi không chỉ có thể cung cấp thêm lực cho cá bơi mà còn giúp cá thay đổi hướng bơi. Khi vây đuôi vung sang trái, cá di chuyển sang trái, khi vây đuôi vung sang phải, cá di chuyển sang phải.

Tuy nhiên, do sự khác biệt về môi trường sống và tập tính, chức năng và hình dạng của các vây cũng trải qua những thay đổi tương ứng trong quá trình tiến hóa lâu dài.