Nguồn gốc của lưỡi trong miệng

Một cơ quan trên cơ thể mà con người thường sử dụng rất nhiều nhưng ít khi để ý đến đang thu hút một nhóm các nhà nghiên cứu. Chúng ta hiếm khi nghĩ đến việc lưỡi của chúng ta cần phải linh hoạt như thế nào để tạo thành từ hoặc tránh bị cắn khi chúng ta nếm và nuốt thức ăn. Nhưng đó chỉ là sự khởi đầu của tính linh hoạt của lưỡi trong vương quốc động vật. Không có lưỡi, có lẽ sẽ không có bất kỳ động vật có xương sống trên cạn nào có thể tồn tại. Khoảng 400 triệu năm trước, tổ tiên của chúng ta lần đầu tiên rời mặt nước bò lên cạn đã phát hiện ra bữa tiệc buffet với nhiều loại thực phẩm mới, nhưng "họ" phải sử dụng lưỡi để nếm thử chúng. Khi lưỡi đa dạng hóa thành các dạng mới, chuyên biệt hóa—và cuối cùng đảm nhận các vai trò ngoài việc ăn uống—danh vi thức ăn của những loài tiên phong rời mặt nước lên cạn này được mở rộng.

Theo nhà sinh vật học tiến hóa Kurt Schwenk của Đại học Connecticut, "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 và tất cả đều cho thấy lưỡi đã giúp động vật có xương sống khai thác mọi ngóc ngách trên cạn như thế nào.

Lưỡi có nhiều công dụng hơn ở người. Theo Jessica Mark Welch, một nhà sinh thái học vi sinh vật tại Viện Forsyth, "Tôi ngạc nhiên trước mọi thứ chúng ta làm bằng lưỡi: ăn, nói, hôn... đó là một bộ phận trung tâm của con người."

Khả năng của não bộ đã được mở rộng nhờ quản lý các chức năng nói trên. Ian Whishaw, một nhà thần kinh học tại Đại học Lethbridge, giải thích: "Ý tưởng là nếu bạn có thể tiếp cận bằng lưỡi, tức là bạn có thể chạm vào bằng tay và bạn có thể suy nghĩ bằng suy nghĩ của mình." Whishaw bổ sung: "Theo trực giác, có lẽ chúng ta biết điều này, khi chúng ta sử dụng các từ như "đá lưỡi", "uốn lưỡi" hay "cắn lưỡi"...

Sam Van Wassenbergh, nhà hình thái chức năng học tại Đại học Antwerp, giải thích làm thế nào lưỡi xuất hiện "là một trong những bí ẩn lớn nhất trong lịch sử tiến hóa của chúng ta." Lưỡi hiếm khi được lưu lại trong hóa thạch, giống như các mô mềm khác. Quan sát lưỡi là một thách thức vì nó bị giấu bên trong miệng. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây trong công nghệ đã bắt đầu giúp phát hiện ra lưỡi hoạt động ở các nhóm động vật khác nhau. Công việc đó đang bắt đầu dẫn đến những hiểu biết mới về con đường tiến hóa của lưỡi và cách chuyên môn hóa lưỡi thúc đẩy sự đa dạng hóa hơn nữa. Theo Kory Evans, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Rice, các nhà sinh vật học càng tìm hiểu nhiều về lưỡi càng nghĩ rằng "lưỡi thực sự rất kỳ diệu."

Lưỡi là một thứ khó định nghĩa. Theo nhà sinh vật học tiến hóa Daniel Schwarz của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên bang Stuttgart (Đức), mặc dù thực tế là hầu hết các loài động vật có xương sống, từ cá mút đá đến động vật có vú, đều có cấu trúc giống như lưỡi, nhưng "Không có định nghĩa rõ ràng về thứ gì tạo nên "chiếc lưỡi thực sự". Chúng ta thường cho rằng lưỡi là thứ mềm mại, cơ bắp linh hoạt, giống như lưỡi của chúng ta. Lưỡi người là một bộ máy tĩnh cơ bắp, giống như quả bóng nước, duy trì cùng một thể tích tổng thể bất chấp hình dạng của nó thay đổi như thế nào. Do đó, khi lưỡi được thè ra, nhìn chung nó sẽ mỏng hơn so với khi nó được cắm lại trong miệng; điều này cũng đúng với chiếc lưỡi màu tím của hươu cao cổ, khi nó vươn dài 46 cm để cắn những lá từ cành cây có gai.

Tuy nhiên, vương quốc động vật cũng có những trường hợp bí ẩn hơn. 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. Theo Tiến sĩ Patricia Hernandez, nhà hình thái chức năng học tại Đại học George Washington, "lưỡi của những con cá này nằm trên cùng của miệng vì ở dưới cùng của miệng, lưỡi của chúng nằm ở trên cùng." Và mặc dù có nhiều ý kiến, nhưng không ai thực sự biết chức năng của cơ quan này.

Đó là bởi vì cá không cần lưỡi 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 giải thích rằng lực hút (từ miệng) trở nên vô dụng ngay khi động vật nhô đầu lên khỏi mặt nước. Khi những động vật đó bò lên cạn, "chúng cần thứ gì đó thay thế nước" để hút con mồi vào thực quản vì không khí không đủ đậm đặc để tạo ra một dòng hút mạnh như nước. Loài tiên phong lên cạn vẫn phải trở lại đại dương trong hàng triệu năm để nuốt chửng con mồi bị cạn theo cách truyền thống của loài cá. Sau đó, một số loài có thể đã ngẩng cao đầu để đưa thức ăn vào bụng, giống như nhiều loài chim ngày nay nuốt cá.

Tuy nhiên, một loạt các xương cong được gọi là vòm nhánh và các cơ hỗ trợ đã được tìm thấy trong cơ thể cá để tạo ra cấu trúc của hệ thống nuốt ăn mới. Ở cá, các cung nhánh tạo hàm, các hoyid (xương móng) tạo mặt sau của hàm và các bộ xương tạo thành cổ họng và các khe mang. Các cơ hỗ trợ cấu trúc này tạo ra lực hút khi cá ăn bằng cách chuyển động vòm họng và mở rộng các khe mang để hút nước vào. Đối với các chuyên gia về lưỡi, chuyển động đó có vẻ quen thuộc. Theo Schwenk, "Chuyển động của hyoid tạo lực hút rất giống với chuyển động của lưỡi qua lại để điều khiển con mồi trong vòm miệng."

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

Schwarz tin rằng một cấu trúc như vậy đã hoạt động ngay cả trước khi tổ tiên chúng ta chuyển lên sống trên cạn, dựa trên các thí nghiệm với sa giông (còn được gọi là cá cóc; tên khoa học: Pleurodelinae, là một phân họ của họ Kỳ giông. Sa giông sống dưới nước khi còn nhỏ, giống như các loài kỳ giông khác, nhưng chủ yếu sống trên cạn khi trưởng thành. Có khả năng là những thay đổi do sự biến đổi của chúng và những thay đổi do chiến lược kiếm ăn đi kèm với chúng đã trải qua hàng trăm triệu năm trước, giống như những thay đổi do sự thay đổi dưới nước lên cạn. Và điều đó tiết lộ manh mối về những thay đổi đó có thể đã xảy ra như thế nào.

Theo Schwarz và các cộng sự của ông, trước khi sa giông chính thức phát triển 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: Lưỡi đã thay đổi và tiến hóa như thế nào?

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống