Sự khác biệt này có liên quan đến quá trình trao đổi oxy và quá trình tiến hóa của các loài.
Các sắc tố của máu
Bà Stephen Palumbi, nhà sinh vật biển tại Trường Đại học Stanford, Mỹ, cho biết một số loài giáp xác, mực và bạch tuộc có máu màu xanh lam do trong máu chứa protein hemocyanin. Hemocyanin chứa 2 nguyên tử đồng (Cu) liên kết nghịch với một phân tử oxy đơn (O2). Sự oxy hóa làm thay đổi màu sắc từ Cu (I) không màu khi chưa tiếp xúc với oxy sang Cu (II) màu xanh khi nhận oxy.
Còn ở người, máu chứa protein hemoglobin, còn gọi là huyết sắc tố, nằm trong tế bào hồng cầu. Protein này có nhiệm vụ vận chuyển oxy trong máu theo vòng tuần hoàn đem oxy từ phổi đi khắp các mô và cơ quan trong cơ thể. Hemocyanin hay Hemoglobin chỉ là hai trong nhiều cách thức tiến hóa cho cùng một mục đích là duy trì sự sống.
Ông Christopher Coates, nhà nghiên cứu miễn dịch học tại Trường Đại học Swansea, Anh, giải thích: Protein hemocyanin đã phát triển từ gần 2,5 tỷ năm trước đây. Nó cung cấp một nguồn oxy ổn định cho các sinh vật nguyên thủy sống trong môi trường kỵ khí hoặc ít oxy trên Trái đất. Sau đó, khi bầu khí quyển giàu oxy hơn, protein lại tiến hóa để cung cấp oxy đi khắp cơ thể.
Hemoglobin xuất hiện sau đó rất lâu, có thể từ khoảng 400 triệu năm trước. Theo ông Coates, giả thuyết cho rằng vì động vật có xương sống sở hữu hệ thống hô hấp phức tạp hơn các sinh vật khác nên hemoglobin được hình thành. Nghiên cứu cũng cho thấy, hầu hết máu của động vật có vú, cá, bò sát, lưỡng cư và chim có màu đỏ hình thành từ huyết sắc tố hemoglobin chứa sắc tố đỏ (heme) và các phân tử chứa sắt kết hợp với oxy.
Hemerhythrin lại là một sắc tố chứa sắt khác trong máu của động vật thân mềm như mực biển. Khi hemerhythrin tiếp xúc với oxy, máu có màu hồng tím. Trong khi đó, loài cá băng Nam cực hoàn toàn không có huyết sắc tố nhờ đột biến gen đã loại bỏ hemoglobin khỏi cơ thể chúng. Cá băng sống trong điều kiện lạnh giá nhưng nguồn oxy rất dồi dào. Khí oxy trực tiếp thấm qua mang và da của cá nên nó không cần protein vận chuyển oxy.
Côn trùng không có máu. Thay vào đó chúng sở hữu một chất lỏng gần giống máu, gọi là hemolymph để vận chuyển
hormone. Côn trùng hấp thụ oxy trực tiếp qua các lỗ mở dọc theo thân bên hoặc thân sau của chúng như thể chúng có những lỗ mũi dọc cơ thể. Xuất phát từ chế độ ăn thực vật của côn trùng, hemolymph có sắc tố vàng hoặc xanh vàng.
Máu là vũ khí
Một số động vật sử dụng máu như cơ chế bảo vệ tính mạng, được gọi là chảy máu do phản xạ hoặc tự chảy máu. Theo cơ chế này, động vật sẽ tự động chảy rất nhiều máu để xua đuổi kẻ săn mồi.
Đơn cử, thằn lằn có sừng ở phía Tây Nam Mỹ và Mexico bắn những tia máu từ mắt khi chúng cảm thấy bị đe dọa bởi các loài động vật khác như sói. Kẻ săn mồi tưởng đã giết chết được con mồi nhưng thằn lằn đã kịp thời bỏ chạy và tiếp tục sống sót.
Máu của một số loài côn trùng, như bọ rùa châu Á, trộn lẫn với chất lỏng độc, có mùi tanh. Khi bị đe dọa, chúng sẽ phun loại máu này từ mắt hoặc khớp chân. Bọ cánh cứng cũng phun máu từ miệng với mục đích tương tự.
Trong khi đó, để tránh ký sinh trùng, loài thằn lằn da xanh New Guinea tích tụ một lượng bilirubin, sản phẩm dị hóa của quá trình phân hủy tế bào hồng cầu. Bilirubin chứa sắc tố xanh nên máu, xương, miệng, lưỡi… của loài bò sát này đều mang màu xanh.
Nếu con người sở hữu lượng bilirubin tương tự thằn lằn da xanh trong máu, họ sẽ tử vong. Nhưng cơ thể loài sinh vật này đã tiến hóa để thu nạp bilirubin thành chất giúp tiêu diệt ký sinh trùng trong máu, đặc biệt là ký sinh trùng gây bệnh sốt rét.
Với nhiều loài sinh vật sống, máu là vũ khí chống lại kẻ thù. Nhưng trong một số trường hợp, máu của chúng lại hữu ích với con người. Ví dụ, máu có màu xanh sữa, giàu hemocyanin của cua móng ngựa Đại Tây Dương được điều chế thành thuốc, đặc biệt là vắc-xin vì tính an toàn, không chứa chất gây ô nhiễm.
Tuy nhiên, quá trình săn bắt và lấy máu cua đang khiến số lượng loài này giảm ở khu vực Đại Tây Dương trong những năm gần đây. Vì vậy, các nhà khoa học đang gấp rút nghiên cứu tìm ra giải pháp thay thế làm giảm nhu cầu săn bắt động vật hoang dã.
Ngược lại, một số loài động vật không có máu hoặc hệ thống tuần hoàn đơn giản vì không cần chúng. Ví dụ, giun dẹp không cần hệ thống tuần hoàn vì việc trao đổi khí diễn ra trực tiếp qua da của chúng. Oxy thẩm thấu qua da và đi vào các mô của giun dẹp trong khi dinh dưỡng được khuếch tán từ ruột.
Sứa và bọt biển cũng thu nạp oxy thông qua quá trình khuếch tán. Đối với sao biển và hải sâm, nước là một chất tương đương với máu, vận chuyển chất dinh dưỡng và khí qua hệ thống mạch nước, thay vì mạch máu.
