Nhện nước là loài sinh vật duy nhất có thể tồn tại được trên ranh giới mỏng manh giữa khí quyển và lòng đại dương. Đối mặt với sóng gió, mưa bão, cá săn mồi và cả những con chim trên không trung, chúng là loài sinh vật đến thần thánh cũng không thể nhấn chìm.
Ngày bé, có lẽ tất cả chúng ta đều đã từng tròn mắt nhìn những con nhện nước như một sinh vật kỳ diệu. Chúng có thể đứng và lướt đi trên mặt nước giống như những vận động viên trượt băng nghệ thuật chuyên nghiệp.
Và giống mọi đứa trẻ khác từng tò mò muốn bắt một con nhện nước, có thể bạn cũng đã vồ hụt chúng... Đó là bởi những con nhện nước có tốc độ di chuyển nhanh đến khủng khiếp. Bạn nhìn thấy chúng đứng yên, nhưng thoắt một cái đã chạy ra xa cả mét.
Nhện nước có thể lưới đi với vận tốc gấp hàng trăm lần chiều dài cơ thể chúng mỗi giây.
Để bạn có thể tưởng tượng tốc độ đó kinh khủng đến nhường nào, thì nó giống với một vận động viên điền kinh cao 1m8 nhưng phải chạy với vận tốc 640 km/h, gần gấp rưỡi vận tốc tối đa của Bugatti Chiron, chiếc siêu xe nhanh nhất thế giới hiện nay.
Nhện nước có thể lưới đi với vận tốc gấp hàng trăm lần chiều dài cơ thể chúng mỗi giây.
Bây giờ hãy thử cử ra một điện tiêu biểu của chúng ta để so sánh với nhện nước. Usain Bolt, vận động người Jamaica đang giữ kỷ 2 kỷ lục cá nhân thế giới. Anh ấy có thể chạy qua quãng đường 100 mét mà chỉ mất 9,58 giây, và 200 mét với 19,19 giây.
Gia tốc tối đa mà Usain Bolt đạt được trên quãng đường đó là khoảng 3m/s2. Thế còn một con nhện nước thì sao? Chúng có thể đạt gia tốc lên tới hơn 400 m/s2 chỉ trong một cú nhảy.
Vậy rốt cuộc, loài sinh vật bé nhỏ này có những bí quyết gì để làm được những điều không tưởng ấy, hãy cùng tìm hiểu:
Tại sao nhện nước không thể bị nhấn chìm?
Nhện nước đi trên mặt nước bằng cách lợi dụng sức căng bề mặt của nước. Tại giao diện giữa nước và không khí, các phân tử nước trên bề mặt sẽ bị các phân tử nước bên trong nó hút vào mạnh hơn các phân tử khí hút chúng ta ngoài. Do đó, mặt nước có xu hướng co cụm lại sao cho diện tích bề mặt nước nhỏ nhất có thể.
Lực căng bề mặt sẽ khiến nước nhỏ được thành từng giọt mà không trôi tuột đi như một sợi dây. Nếu không có lực căng bề mặt, trong từ điển sẽ không bao giờ có từ "giọt nước". Một giọt nước ở trong môi trường không trọng lực sẽ có hình cầu hoàn hảo. Và bạn cũng có thể quan sát thấy những giọt nước gần cầu bên trong một chiếc chảo chống dính.
Trở lại với những con nhện nước. Yếu tố tiên quyết giúp chúng có thể đứng được trên nước là trọng lượng nhẹ. Một con nhện nước nặng chỉ khoảng vài cho đến vài chục miligram. Chúng phân bổ đều trọng lượng này lên 6 chân của mình, mà chủ yếu là 2 chân trước và chân sau. Những chiếc chân vươn ra rất dài và phần được coi là "bàn chân" có diện tích tiếp xúc rất lớn giúp giảm áp lực xuống mặt nước.
Đó là lúc sức căng bề mặt hoạt động. Bí quyết hay điều kiện đủ để nhện nước có thể đứng được trên mặt nước nằm ở bàn chân, và cả bề mặt cơ thể của chúng. Rất nhiều côn trùng nhẹ hơn nhện nước, nhưng chúng cũng không thể lợi dụng được sức căng bề mặt của nước để đứng trên đó, là bởi vì chúng không có một lớp lông kỵ nước phủ khắp cơ thể.
Nếu soi chân của những con nhện nước hoặc cả cơ thể chúng dưới kính hiển vi, bạn sẽ thấy chúng được phủ bởi một lớp lông cứng mọc tua tủa ra phía bên ngoài. Những chiếc lông này có độ dài từ vài cho tới vài chục micromet, và mỗi milimet vuông trên cơ thể nhện nước phải có tới hàng ngàn sợi lông.
Những sợi lông tạo thành một lớp hàng rào, chúng bẫy không khí giữa kẽ hở của mình giống như một cái cốc úp ngược. Vì vậy, khi một con nhện nước đạp chân xuống, chân nó có thể lún tới 4 mm mà vẫn chưa xuyên thủng được vào lòng nước.
Không những vậy, mặt nước bị lõm xuống sẽ cố gắng lấy lại sức căng ban đầu của mình. Lực căng của các phân tử nước đẩy lên theo phương ngược so với trọng lượng của con nhện, nhờ đó, con nhện được nâng lên khỏi mặt nước mà không bao giờ chìm xuống.
Loài côn trùng duy nhất xâm chiếm được bề mặt viễn dương
Bây giờ, bạn nghĩ điều gì có thể nhấn chìm một con nhện nước? Dĩ nhiên không phải một đứa trẻ rồi. Bạn đã bao giờ cố gắng ấn một con nhện nước xuống dưới cái hồ gần nhà mình chỉ để thấy chúng nổi lên trở lại hay chưa?
Có lẽ đến thần thánh cũng không thể nhấn chìm được loài sinh vật này, bởi chúng còn xâm chiếm được tới cả những vùng biển xa xôi bên ngoài thềm lục địa, nơi chỉ có 0.0001% côn trùng có thể sống sót được.
Bạn không đọc nhầm đâu, tỷ lệ đó là 1 phần triệu. Ước tính trên thế giới có khoảng 5,5 triệu loài côn trùng, nhưng chỉ có 5 loài có thể sống giữa đại dương bao la, và cả 5 loài đó thực ra đều là phân loài của nhện nước.
Nhện nước là loài sinh vật duy nhất có thể tồn tại được trên ranh giới mỏng manh giữa khí quyển và lòng đại dương. Đối mặt với sóng gió, mưa bão, cá săn mồi và cả những con chim trên không trung, nhện nước vẫn là loài sinh vật không thể bị nhấn chìm.
Một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Science Reports đã nghiên cứu hai loài nhện nước có tên khoa học Halobates hayanus và Halobates Germanus, để tìm hiểu xem: Làm thế nào loài sinh vật nhỏ bé này có thể đi từ một cái ao lặng gió ra tận đại dương đầy bão tố?
Câu trả lời hóa ra nằm ở quá trình tiến hóa để thích nghi của chúng. Những con nhện nước đại dương đã giảm kích thước cơ thể của chúng xuống khoảng 4 lần, giảm trọng lượng tới 8 lần. Chúng cũng phát triển một cơ chế đặc biệt hơn để tăng cường khả năng kháng nước.
Theo đó, nhện nước đại dương có thể tiết ra một chất sáp, thứ mà chúng dùng những chiếc chân của mình để bôi lên một số vị trí nhạy cảm có thể dễ thấm nước trên người.
"Những con côn trùng này đã tiến hóa để tồn tại trong môi trường biển khắc nghiệt nơi những con côn trùng khác sẽ thất bại", Gauri Mahadik, tác giả nghiên cứu đến từ Trường Khoa học và Công nghệ Đại học Abdullad cho biết.
Nhện nước đại dương cũng biến những sợi lông của chúng thành một hình dạng giống như đầu gậy đánh golf. Hình dạng này có thể cho phép chúng bẫy được một lượng lớn không khí nếu chẳng may bị một cơn sóng lớn đánh chìm xuống dưới mặt nước.
Không khí hình thành một bong bóng, giúp những con nhện nước có thể tạm thời thở được trước khi tiếp tục trồi lên khỏi mặt biển. Lớp không khí cũng đóng vai trò giống như một chiếc đệm cho phép chúng lướt nhanh hơn trên mặt biển, để chạy trốn những kẻ săn mồi.
Sử dụng kính hiển vi điện tử để phóng to chân của những con nhện nước đại dương, các nhà khoa học thấy chỉ có chưa đến 5% diện tích chân của chúng thực sự tiếp xúc với mặt biển, phần còn lại là không khí chiếm giữ.
Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học cũng dùng một camera tốc độ cao để ghi lại hành vi của những con nhện nước đại dương, khi họ đưa chúng vào một môi trường giả lập cho một cơn mưa ngoài biển khơi.
Cảnh quay chậm cho thấy khi những hạt mưa rơi xuống, những con nhện nước đại dương ngay lập tức phản ứng bằng cách nhảy lên khỏi mặt nước. Trong cơn mưa, chúng liên tục lộn nhào để hất nước ra khỏi cơ thể mình.
Tốc độ của những cú nhảy này cũng rất đáng kinh ngạc. Một con nhện nước đại dương có thể phóng lên khỏi bề mặt với gia tốc 468 m/s2. Trong so sánh, Usain Bolt chỉ đạt được gia tốc khoảng 3 m/s2 nhưng vẫn đang nắm giữ được 2 kỷ lục thế giới trên đường đua 100 và 200 m.
Bí quyết của nhện nước, một lần nữa, đến từ việc chúng biết lợi dụng rất nhiều cơ chế vật lý của nước. Những con nhện này sử dụng hai chân trước và hai chân sau để nổi. Hai chân giữa hoạt động như những mái chèo đẩy chúng di chuyển.
Nhưng thực chất, hai chân giữa của chúng cũng không khua hẳn xuống dưới nước. Chúng chỉ đập trên mặt nước để tạo ra những gợn sóng. Sau đó, con nhện đẩy chân vào bờ sườn của sóng để tạo phản lực đẩy chúng đi.
Trong trường hợp thực hiện cú nhảy, con nhện sẽ lợi dụng chính sức đàn hồi của bề mặt nước như một tấm nệm lò xo để đẩy chúng nhảy với gia tốc lớn hơn. Và đó là cách mà nhện nước đại dương chiến thắng Usain Bolt một cách đầy thuyết phục.
Đến đây, bạn có thể tự hỏi: Liệu chúng ta có thể học được gì từ những con nhện nước, loài sinh vật bất khả chiến bại này?
Xuyên suốt trong lịch sử khoa học, chúng ta đã có không ít các công nghệ lấy cảm hứng từ các loài côn trùng. Nhện nước, một lần nữa không nằm ngoài danh sách các bậc thầy trong thế giới tự nhiên.
Năm 2015, một nhóm các nhà khoa học người Trung Quốc đã ấp ủ làm ra được những con robot có khả năng di chuyển và nhảy trên mặt nước. Những con robot này có thể được trang bị camera và các cảm biến để thực hiện các nhiệm vụ giám sát hoặc gián điệp trên mặt biển. Hoặc chúng cũng có thể được dùng để thu gom dầu tràn.
Trung Quốc ấp ủ chế tạo những con robot có khả năng di chuyển và nhảy trên mặt nước.
Một số nhà khoa học khác tin rằng họ có thể sử dụng cơ chế chống thấm của nhện nước để tạo ra các vật liệu siêu việt. Chẳng hạn như bằng cách chế tạo ra các đường ống phủ những sợi lông siêu nhỏ như của nhện nước, các nhà khoa học có thể giảm được sức cản của chất lỏng và vận chuyển chúng đi nhanh hơn.
Vật liệu chống thấm cũng có thể được ứng dụng cho các bề mặt như tàu biển, giúp chúng giảm lực cản của ma sát và tiết kiệm được nhiên liệu vận hành.