Vì sao rắn có thể trèo leo lên cây mà không bị trượt?

Rắn là loài bò sát mang vẻ đẹp chết người và luôn thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trên khắp thế giới.

Rắn có thể di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau, từ bò dưới mặt đất, bơi dưới nước cho đến quấn thân mình trên những cành cây cao hay thậm chí là những bức tường thẳng đứng. Tuy nhiên, nếu rắn không dùng chân để bám thì tại sao nó có thể bò trên thân cây mà không bị trượt? Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cincinnati và cao đẳng Siena đã khám phá ra bí ẩn nói trên.

Rắn có thể di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau

So với việc di chuyển trên mặt đất bằng phẳng, leo trèo trên các bề mặt thẳng đứng hoặc thân cây là một hành động khá khó khăn đối với động vật. Chìa khóa để thực hiện điều này là tìm cách ngăn không cho cơ thể bị trượt xuống do tác động của lực hấp dẫn. Và mỗi loài động vật khác nhau đều đã tìm được cách riêng của chúng để giải quyết được bài toán này.

Điển hình như một số loài động vật có vú đã sử dụng móng vuốt để bám víu vào thân cây. Trong khi đó thì các loài thằn lằn hoặc ếch đã chọn cách dùng lớp đệm đặc biệt trên bàn chân có vô số những sợi lông nhỏ nhằm tạo ta lực Van der Waals để dính chặt vào thân cây. Và loài rắn cũng chọn một cách riêng để có thể bám víu và di chuyển dễ dàng trên các bề mặt khó khăn.

Theo đó, loài rắn đã sử dụng lực ma sát để có thể bò trên các bề mặt dốc nghiên hoặc thẳng đứng. Nhưng rắn không thể nào bám dính như cách mà côn trùng, ếch hoặc thằn lằn làm mà dùng chuyển động của cơ thể để tạo lực bám. Cụ thể hơn, chúng liên tục co giãn cơ thể trong một chuyển động gọi là chuyển động concertina (đặt tên theo đàn phong cầm, đàn accordeon, một loại nhạc cụ dùng phương pháp bơm hơi từ hộp xếp, thổi hơi qua các van điều khiển bằng phím bấm đến các lưỡi gà kim loại để phát ra tiếng nhạc).

Do đó, rắn chỉ có thể bò lên các bề mặt nghiên và có nhiều chỗ bám víu như thân cây, nơi mà có có thể quấn quanh và hình thành nên những chiếc móc bằng cơ thể để bám vào. Trường hợp leo lên những bức tường thẳng đứng thì bề mặt phải gồ ghề hoặc có rãnh nhỏ để làm điểm tựa như tường gạch,... Khi đó, các cơ trên cơ thể rắn như bụng, lưng và mặt bên đều được huy động để tạo nên lực giúp rắn bám víu vào.

​
Một phần cơ thể rắn sẽ được giữ cố định trong khi các phần khác của cơ thể sẽ giãn ra về phía trước

Greg Byrnes, nhà sinh vật học tại trường cao đẳng Siena, New York cho biết: "Về cơ bản thì một phần cơ thể rắn sẽ được giữ cố định trong khi các phần khác của cơ thể sẽ giãn ra về phía trước. Hành động này tương tự như đang chơi một chiếc đàn accordion vậy. Cho đến nay, người ta vẫn chưa biết được rắn đã dùng bao nhiêu lực từ cơ bắp để thực hiện các chuyển động concertina khi leo trèo trên các bề mặt dốc đứng".

Để nghiên cứu sâu hơn về vấn đề trên, Byrnes đã hợp tác cùng với một đồng nghiệp của ông là Bruce Jayne tại Đại học Cincinnati, bang Ohio. 2 nhà nghiên cứu đã xây dựng một cột hình trụ được đặt thẳng đứng, trên bề mặt có được khắc một số vân có thể thay đổi được để tạo và điều chỉnh độ ma sát cần thiết. Đồng thời, trên bề mặt cũng được trang bị các dải cảm biến áp lực phục vụ công tác đo lường trong thí nghiệm.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu cho 10 cá thể rắn thuộc 5 loài khác nhau bò lên trụ thẳng đứng nói trên và đo lường độ lớn của áp lực tác động lên thân trụ. Mỗi con rắn sẽ được cho leo lên trong 10 lần và các kết quả đo đạc sẽ được ghi nhận lại. Sau mỗi lần rắn bò lên trụ, độ ma sát trên thân trụ được giảm xuống cho tới khi nào rắn không còn khả năng bám vào được nữa. Cuối cùng, nhóm sẽ tính toán nhằm xác định độ lớn của lực tối thiểu cần thiết, đủ để giúp thân rắn không thể bị trượt xuống khi đang trèo lên và đặt tên lực là "nhân tố an toàn".

Rắn luôn sử dụng nhiều lực hơn mức cần thiết để đảm bảo tính an toàn

Trong quá trình tính toán, nhóm nghiên cứu đã kết hợp độ lớn của lực với góc nghiên nhằm xác định "hệ số ma sát" giữa rắn và bề mặt. Hệ số này cho phép tính được rắn cần tạo ra bao nhiêu lực để đỡ được cơ thể của nó. Đồng thời, nhóm cũng tìm hiểu độ lớn của lực kéo xuống và phản lực tác động trở lại thân rắn trong quá trình bò lên thanh trụ. Ban đầu, nhóm nghiên cứu nghĩ rằng rắn là loại động vật luôn biết sử dụng lực cơ bắp một cách hợp lý nhất và lực dùng để giữ cho cơ thể không bị trượt khi leo trèo cũng tương tự như khi đang siết chặt con mồi. Tuy nhiên, kết quả tính toán lại khác so với các suy nghĩ ban đầu.

​
Việc sử dụng nhiều lực hơn mức cần thiết sẽ giúp loài rắn luôn đảm bảo rằng chúng sẽ an toàn hơn khi đang trèo leo trên cao

Trong một số trường hợp, độ lớn "nhân tố an toàn" gần như bằng 1, tương ứng với việc sử dụng lực ít nhất có thể để bám chặt vào trụ và không bị trượt. Trong khi đó, ở những trường hợp khác thì độ lớn của lực lên tới 20, gần bằng với lực siết con mồi và gấp 20 lần so với lực cần thiết để chống trượt. Đôi khi, con rắn cũng sử dụng lực có độ lớn gấp 2,5 cho tới 5 lần lực tối thiểu. Vậy tại sao việc phân bổ lực lại không đồng nhất và có chênh lệch lớn như vậy? Việc dùng lực lớn hơn có tác dụng gì?

Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng đây việc sử dụng nhiều lực hơn mức cần thiết sẽ giúp loài rắn luôn đảm bảo rằng chúng sẽ an toàn hơn khi đang trèo leo trên cao. Trên thực tế, việc đặt vấn đề an toàn lên hàng đầu cũng khá phổ biến trong thế giới động vật. Thay vì chọn cách tiết kiệm nhất để thực hiện các hành vi, động vật có xu hướng luôn đảm bảo độ an toàn cho mình nhiều hơn.

• Điển hình như các loài thằn lằn hay một số loài bò sát khác luôn sử dụng lực có độ lớn gấp 10 lần so với lực giữ cơ thể tối thiểu để giữ cơ thể không bị trượt. Thậm chí, ngay cả con người cũng luôn sử dụng lực co độ lớn gấp từ 2 đến 4 lần để bám chặt khi leo bằng dây thừng hoặc trên các vách núi. Vấn đề trên cũng tương tự như khi bị kẻ săn mồi rượt đuổi, các loài sinh vật sẽ luôn chạy ở tốc độ tối đa, đây là tốc độ mà chỉ khi nào lâm vào tình huống nguy hiểm mới có cơ hội bộc phát.
• Phát hiện chấn động ở nơi sâu nhất đại dương
• Căn bệnh kì lạ khiến hàng triệu người buồn ngủ, bị mắc kẹt trong cơ thể của chính mình và tử vong
• Những chất độc từ thức ăn thực vật