Vì sao chim cánh cụt không bị lạnh cóng khi đứng trên băng?

Chim cánh cụt là một trong những loài động vật có khả năng thích nghi đáng kinh ngạc với môi trường khắc nghiệt. Tại Nam Cực, nơi nhiệt độ có thể xuống tới hàng chục độ âm, chúng vẫn sinh sống, kiếm ăn, sinh sản và chăm sóc con non.

Điều khiến nhiều người tò mò là tại sao loài chim này có thể đứng trên băng tuyết trong thời gian dài mà không bị cóng chân hay hạ thân nhiệt? Trong khi con người chỉ cần tiếp xúc trực tiếp với bề mặt băng giá một thời gian ngắn đã cảm thấy tê buốt, chim cánh cụt lại có những cơ chế sinh học đặc biệt để bảo vệ cơ thể.

Lớp lông dày như chiếc áo khoác cách nhiệt

Theo trang Penguin Place, một trong những yếu tố quan trọng giúp chim cánh cụt chống chọi với giá rét là bộ lông có cấu tạo đặc biệt. Khác với nhiều loài chim thông thường, lông của chim cánh cụt mọc rất dày và xếp khít nhau, tạo thành một lớp bảo vệ gần như bao phủ toàn bộ cơ thể.

Lớp lông này có hai nhiệm vụ chính: giữ nhiệt và hạn chế nước lạnh tiếp xúc với da. Các sợi lông nhỏ, dày đặc giúp giữ lại những lớp không khí bên trong, tạo thành hàng rào cách nhiệt tự nhiên.

Bên cạnh đó, chim cánh cụt thường xuyên dùng mỏ để chải chuốt, sắp xếp và làm sạch bộ lông. Hoạt động này giúp các sợi lông duy trì cấu trúc, tăng khả năng chống thấm nước và giữ nhiệt. Khi xuống nước, bộ lông dày kết hợp với lớp không khí được giữ bên trong giúp chim cánh cụt hạn chế mất nhiệt.

Theo các nhà nghiên cứu tại Viện Hải dương học Scripps và Đại học UC Irvine (Mỹ), bộ lông của chim cánh cụt có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với vẻ ngoài tưởng chừng chỉ gồm một lớp lông cứng. Mỗi chiếc lông cứng đều có các chùm lông tơ thứ cấp, gọi là lông phụ.

Bên dưới lớp lông này, sát da là một lớp lông tơ riêng biệt, có cấu trúc đan xen và khá dày đặc, được gọi là lông tơ nhỏ. Theo các nghiên cứu kiểm đếm năm 2015, mật độ lông tơ nhỏ cao gấp khoảng 4 lần so với tổng số lông cứng và lông phụ đi kèm.

Đáng chú ý, các nhà nghiên cứu còn phát hiện những sợi lông rất mảnh, giống như sợi tóc, vốn từng được cho là không tồn tại ở chim cánh cụt.

Sự kết hợp của nhiều lớp lông tạo nên cơ chế cách nhiệt hiệu quả. Trong đó, lớp lông cứng xếp chồng lên nhau tạo thành lớp vỏ bên ngoài, giúp ngăn gió và hạn chế nước thấm vào cơ thể. Các lớp lông tơ nhỏ và lông phụ bên dưới giữ lại những túi không khí tĩnh, đóng vai trò như lớp đệm cách nhiệt tự nhiên, giúp hạn chế thất thoát nhiệt và duy trì thân nhiệt ổn định ngay cả trong môi trường băng giá.

Chân không đóng băng nhờ trao đổi nhiệt ngược dòng

Nếu quan sát kỹ, có thể thấy chân chim cánh cụt gần như không có lông bao phủ. Đây là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bề mặt băng tuyết, đồng thời cũng là nơi cơ thể dễ thất thoát nhiệt nhất. Tuy nhiên, bàn chân của chim cánh cụt không bị đông cứng dù đứng trên băng giá nhờ cơ chế trao đổi nhiệt ngược dòng.

Theo đó, các động mạch đưa máu ấm từ cơ thể xuống chân nằm sát những tĩnh mạch đưa máu lạnh từ chân trở về tim. Trong quá trình lưu thông, nhiệt lượng từ dòng máu động mạch được truyền sang dòng máu tĩnh mạch. Nhờ vậy, máu đi xuống chân được làm nguội bớt trước khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài, trong khi máu lạnh từ chân được làm ấm trước khi chảy ngược về tim.

Cơ chế này giúp hạn chế lượng nhiệt thất thoát qua bàn chân, đồng thời duy trì nhiệt độ các mô ở mức phù hợp để chúng không bị tổn thương do lạnh.

Ngoài ra, lớp mỡ ở bàn chân chim cánh cụt chứa nhiều axit béo không bão hòa đặc biệt, giữ cho chất béo ở dạng lỏng hoặc mềm dẻo ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, ngăn chặn hiện tượng mỡ bị đông cứng làm tắc nghẽn mạch máu.

Tập quán đứng thành đàn giúp chống rét

Một hình ảnh quen thuộc trong các bộ phim tài liệu về Nam Cực là hàng trăm, thậm chí hàng nghìn con chim cánh cụt đứng sát nhau thành một cụm lớn giữa bão tuyết.

Đây không đơn thuần là hành vi sinh hoạt theo đàn mà còn là chiến lược sinh tồn hiệu quả. Hiện tượng này được gọi là huddling, tức tụ tập sát nhau để giữ ấm.

Khi đứng thành cụm, những con chim ở phía ngoài giúp chắn gió cho các cá thể bên trong. Diện tích bề mặt cơ thể tiếp xúc trực tiếp với không khí lạnh của từng cá thể cũng giảm xuống, nhờ đó hạn chế thất thoát nhiệt.

Đặc biệt, chim cánh cụt hoàng đế có cách tổ chức đàn khá thú vị. Cả đàn luôn di chuyển với những bước đi cực nhỏ, chậm rãi và phối hợp nhịp nhàng. Những cá thể ở rìa ngoài phải chịu gió lạnh trực tiếp, sẽ dần di chuyển vào phía trong để sưởi ấm. Ngược lại, những con ở khu vực trung tâm ấm hơn sẽ dịch chuyển ra ngoài. Sự luân phiên này giúp các cá thể có cơ hội tiếp cận vị trí thuận lợi, tránh để một nhóm phải chịu lạnh liên tục.