Why fish are better at breathing than you are - Dan Kwartler

Translator: Da My Tran Ngoc Reviewer: Trần Thái Hưng

In 2019, Eliud Kipchoge finished a Vienna marathon

Năm 2019, Eliud Kipchoge đã hoàn thành cuộc thi marathon tại Vienna

in one hour, 59 minutes, and 40 seconds.

trong thời gian 1 giờ 59 phút và 40 giây.

This staggering time broke the two-hour barrier

Thành tích đáng kinh ngạc này đã phá vỡ rào cản hai giờ

that most runners previously deemed impossible.

điều mà trước đây hầu hết các vận động viên

đều cho là không thể.

However, some researchers weren't as surprised.

Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại không ngạc nhiên đến vậy.

Recent studies investigating if humans could maintain such a high pace

Các nghiên cứu gần đây nghiên cứu xem

liệu con người có thể duy trì tốc độ cao như vậy

for the length of a marathon had found that elite runners

suốt thời gian của cuộc đua marathon phát hiện ra rằng các vận động viên ưu tú

can take in twice as much oxygen as non-runners.

có thể hấp thụ lượng oxy gấp đôi so với những người không chạy.

And it’s likely that this superhuman ability played a role in Eliud’s victory.

Và chính khả năng siêu phàm này đóng một vai trò trong chiến thắng của Eliud.

But when it comes to breathing efficiently,

Tuy nhiên, khi nói về việc hít thở hiệu quả,

not even the best runners in the world can compete with the average fish.

ngay cả những vận động viên giỏi nhất thế giới

cũng không thể so sánh với một con cá bình thường.

That’s right— you’re looking at some of the best breathers on Earth;

Đúng vậy - bạn đang chứng kiến một trong những bậc thầy về hô hấp trên Trái đất;

which actually makes sense when you consider how little oxygen there is

điều này thực sự hợp lý khi xem xét lượng oxy ít ỏi

in their aquatic environments.

trong môi trường sống dưới nước của chúng.

Fish can breathe in a variety of ways,

Cá có thể thở theo nhiều cách khác nhau,

but the most common is through the use of gills.

nhưng phổ biến nhất là thông qua việc sử dụng mang.

These branching organs typically come in four pairs,

Các cơ quan phân nhánh này thường có bốn cặp,

all enclosed in gill chambers.

tất cả đều được bao bọc trong các buồng mang.

These chambers are protected by opercle, or gill covers,

Những buồng này được bảo vệ bởi nắp mang, hoặc vỏ mang,

which are just as essential to underwater breathing as the gills themselves.

một bộ phận quan trọng không kém mang trong việc giúp cá hô hấp dưới nước.

When most fish take a breath,

Khi hầu hết các loài cá hít một hơi,

they first close these covers and take a gulp of water.

đầu tiên chúng đóng nắp mang và nuốt một ngụm nước

Then, they open their opercle,

Sau đó, chúng mở nắp mang,

creating a pressure differential that pulls water through the gills,

tạo ra sự chênh lệch áp suất để kéo nước qua mang,

which are composed of thread-like filaments spaced evenly along a gill arch.

được cấu tạo bởi các sợi mảnh như sợi chỉ,

được sắp xếp đều dọc theo một cung mang.

These filaments are covered in countless small blood vessels called capillaries,

Những sợi này được bao phủ bởi vô số mạch máu nhỏ

gọi là mao mạch,

in addition to tiny extensions known as gill lamellae

cùng với các phần mở rộng nhỏ hơn được gọi là lá mang

which further increase the gill’s surface area.

giúp tăng thêm diện tích bề mặt của mang.

When water passes over these capillaries,

Khi nước đi qua các mao mạch này,

the membrane is thin enough for the fish’s red blood cells

màng mỏng đến mức các tế bào hồng cầu của cá

to pull dissolved oxygen from the water into the bloodstream.

có thể hút oxy hòa tan từ nước vào máu.

And just like when we breathe with our lungs,

Tương tự như khi chúng ta thở bằng phổi,

this process releases carbon dioxide,

quá trình này giải phóng carbon dioxide,

which passes out into the water through the open gill cover.

chất này thoát ra ngoài qua nắp mang mở.

This technique only works underwater—

Kỹ thuật này chỉ hoạt động được dưới nước-

on the surface, the pressure differential created by opening and closing gill covers

trên mặt nước, sự chênh lệch áp suất tạo ra khi mở và đóng nắp mang

isn’t strong enough to pull in sufficient air.

không đủ mạnh để hút không khí.

But under the surface, it’s remarkably efficient.

Nhưng dưới nước, phương pháp này hoạt động cực kỳ hiệu quả.

Inside the lamellae, blood flows in the opposite direction to the water,

Bên trong các lá mang, máu chảy ngược chiều với dòng nước,

creating a counter-current system that optimizes gas exchange.

tạo ra một hệ thống dòng chảy ngược, tối ưu hóa việc trao đổi khí.

In fact, gills can absorb roughly 75% of the oxygen passing through them;

Thực tế, mang cá có thể hấp thụ khoảng 75% lượng oxy đi qua chúng,

that’s twice the percentage of oxygen our lungs extract from a breath of air.

gấp đôi tỷ lệ oxy mà phổi con người chiết xuất từ một hơi thở.

Fish also breathe much more frequently than we do.

Cá cũng thở thường xuyên hơn nhiều so với chúng ta.

The average adult human breathes 12 to 18 times a minute,

Người trưởng thành trung bình thở từ 12 đến 18 lần mỗi phút,

while most fish pull water over their gills

trong khi hầu hết các loài cá kéo nước qua mang của chúng

anywhere from 20 to 80 times a minute.

từ 20 đến 80 lần mỗi phút.

Those numbers would raise even a marathoner’s eyebrows.

Những con số này sẽ khiến ngay cả vận động viên marathon

cũng phải ngạc nhiên.

Thanks to this fast, frequent, and efficient breathing

Nhờ cách thở nhanh, thường xuyên và hiệu quả này,

fish process far more oxygen than we do.

cá xử lý được lượng oxy lớn hơn nhiều so với chúng ta.

It's also why some species can live at great depths.

Đây cũng là lý do một số loài có thể sống ở độ sâu lớn.

Bodies of water get most of their oxygen from the surface,

Các vùng nước lấy phần lớn oxy từ bề mặt,

where O2 dissolves into the water and begins circulating.

nơi O2 hòa tan vào nước và bắt đầu lưu thông.

But further down, there are oxygen minimum zones,

Nhưng càng xuống sâu, càng có những vùng oxy tối thiểu,

with concentrations as low as 0.5 milligrams of oxygen per liter.

với nồng độ thấp đến 0,5 milligram oxy mỗi lít.

To get the oxygen they need,

Để có được lượng oxy cần thiết,

fish living at these depths rely on increased gill ventilation

cá sống ở những độ sâu này dựa vào việc tăng cường thông khí qua mang

and hearts that pump high volumes of oxygenated blood throughout the body.

và tim bơm lượng lớn máu đã được oxy hóa đi khắp cơ thể.

Even with these tricks, sometimes there's still not enough oxygen to go around,

Ngay cả với những cơ chế này, đôi khi vẫn không đủ oxy,

forcing fish to adapt more extreme solutions.

buộc cá phải thích nghi bằng các giải pháp cực đoan hơn.

For example, the Australian lungfish lives in a habitat

Ví dụ, cá phổi Úc sống trong môi trường sống

where the water level drops precipitously in August and September,

mà mực nước giảm mạnh vào tháng 8 và tháng 9,

making it almost impossible to survive with gills alone.

khiến việc sống sót chỉ với mang trở nên gần như không thể.

Fortunately, these fish have gills and lungs.

May mắn thay, loài cá này có cả mang và phổi.

Using their long, thin limbs,

Sử dụng các chi dài và mảnh của mình,

they can lift their mouths above the surface and take deep breaths of air,

chúng có thể nâng miệng lên khỏi mặt nước và hít những hơi thở sâu,

allowing them to survive out of the water for several days.

cho phép chúng sống sót ngoài nước trong vài ngày.

And other species of lungfish can survive above ground even longer

Một số loài cá phổi khác thậm chí có thể sống trên cạn lâu hơn,

in cocoons of mud and mucus.

trong các kén bùn và chất nhầy.

Fortunately, for most fish these extreme adaptations aren’t necessary.

May mắn thay, đối với hầu hết các loài cá,

những sự thích nghi cực đoan này là không cần thiết.

After all, 71% of Earth is covered in H2O,

Xét cho cùng, 71% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi H2O,

giving these aquatic animals plenty of room to flaunt their gills’ skills.

mang đến cho các loài động vật dưới nước rất nhiều không gian

để phô diễn kỹ năng sử dụng mang của mình.