Bọ cánh cứng hứng sương ở sa mạc Namib: uống nước từ sương mù thế nào

Bọ cánh cứng hứng sương ở sa mạc Namib là vài loài bọ thuộc họ Tenebrionidae biết lấy nước từ sương mù thay vì từ mưa. Nổi tiếng nhất là Onymacris unguicularis: những sáng có sương, nó bò lên đỉnh cồn cát, chúc đầu xuống, chổng phần đuôi lên đón gió, để hơi nước đọng thành giọt trên lưng rồi lăn xuống miệng. Đây là một trong những ví dụ rõ nhất về chuyện sinh vật đổi cả tư thế và giờ giấc để sống ở nơi gần như không có mưa.

Sa mạc Namib: khô vì mưa, ẩm vì sương

Namib chạy dọc bờ biển Tây Nam châu Phi, phần lớn nằm trên đất Namibia. Nhiều vùng ở đây mỗi năm chỉ nhận vài chục milimét mưa, có năm gần như không có. Nhưng Namib có một nguồn ẩm mà các sa mạc nội địa không có: dòng biển lạnh Benguela chảy ngay sát bờ.

Không khí trên mặt biển lạnh nguội đi, hơi nước ngưng thành sương mù. Về đêm và gần sáng, gió từ biển đẩy lớp sương ấy vào sâu trong đất liền, có khi vài chục kilômét. Khi mặt trời lên cao, sương tan. Như vậy cả hệ sinh thái ven biển Namib sống nhờ một "cơn mưa" kéo dài vài giờ mỗi sáng, chỉ có điều nước không rơi xuống mà lơ lửng trong không khí. Sinh vật nào biết chặn giọt sương lại thì có nước uống.

Khí hậu sa mạc ven biển có dòng nước lạnh không phải chỉ Namib mới có. Atacama ở Chile cũng khô và cũng có sương từ biển, người ở đó gọi là camanchaca. Hai nơi cách nhau nửa vòng Trái Đất nhưng chung một cơ chế: biển lạnh làm không khí bên trên ổn định, khó tạo mây mưa, nhưng lại sinh sương.

Họ Tenebrionidae: những con bọ đen của sa mạc

Họ Tenebrionidae, thường gọi là bọ đen hay bọ tối, có hàng chục nghìn loài trên khắp thế giới. Người nuôi chim, nuôi bò sát ở Việt Nam quen với một thành viên của họ này mà không để ý: sâu gạo (sâu quy) bán làm mồi chính là ấu trùng của loài Tenebrio molitor.

Ở các sa mạc, bọ thuộc họ này rất đông và rất đa dạng. Chúng có vài đặc điểm chung giúp giữ nước:

• Cánh cứng dính liền: ở nhiều loài sa mạc, hai cánh cứng gắn chặt vào nhau và mất khả năng bay. Bên dưới có một khoang khí kín, lỗ thở mở vào khoang này nên hơi nước thoát ra ít hơn.
• Lớp sáp trên vỏ: lớp biểu bì phủ sáp hạn chế nước bốc hơi qua vỏ.
• Chân dài: một số loài có chân rất dài, nâng thân cao hơn mặt cát vốn nóng hơn không khí nhiều vào buổi trưa.
• Sống theo giờ: chúng ra ngoài vào lúc mát, trưa thì vùi vào cát, nơi chỉ sâu vài phân là nhiệt độ đã dịu hẳn.

Những đặc điểm trên giúp giảm mất nước. Còn chuyện lấy thêm nước thì một vài loài ở Namib làm theo cách riêng.

Tư thế "tắm sương" của Onymacris unguicularis

Hành vi này được hai nhà nghiên cứu William Hamilton III và Mary Seely mô tả trên tạp chí Nature năm 1976, từ quan sát ở vùng cồn cát quanh trạm nghiên cứu Gobabeb của Namibia. Người ta gọi nó là fog-basking, tạm dịch là "tắm sương".

1. Những đêm có sương, bọ rời chỗ vùi trong cát và leo lên sườn đón gió, thường là gần đỉnh cồn. Đỉnh cồn là nơi gió thổi mạnh nhất nên lượng sương đi qua nhiều nhất.
2. Bọ quay mặt về phía ngược gió, hạ đầu xuống, nâng phần thân sau lên, tạo thành một mặt nghiêng chéo đón luồng sương.
3. Lưng bọ ban đêm nguội đi, sương chạm vào đó đọng thành giọt. Giọt lớn dần, theo độ dốc chảy dọc thân về phía đầu.
4. Bọ uống nước ở miệng. Khi sương tan, nó xuống lại và vùi mình vào cát.

Điều đáng chú ý là con bọ phải chịu một cái giá: đứng trên đỉnh cồn lúc trời mờ sáng, trong gió lạnh, là phơi mình ra cho chim và thằn lằn nhìn thấy, đồng thời tốn sức và mất nhiệt. Một hành vi tốn kém như vậy chỉ được giữ lại qua chọn lọc tự nhiên nếu lượng nước thu về đáng giá. Các phép cân trước và sau một buổi sương cho thấy bọ tăng cân rõ rệt vì nước uống vào, đủ để bù cho nhiều ngày khô.

Bọ đào rãnh: một cách hứng sương khác

Cũng trong thập niên 1970, Seely và Hamilton ghi nhận một kiểu khác ở chi Lepidochora. Loài bọ này không đứng chờ sương đọng trên lưng. Nó đào những rãnh nông cắt ngang hướng gió trên mặt cát. Hai bờ rãnh chặn luồng sương, cát ở đó ẩm hơn, và bọ đi dọc rãnh hút nước đọng.

So sánh hai cách cho thấy một điều thú vị: cùng một nguồn nước, cùng một họ bọ, nhưng chọn lọc tự nhiên đã dẫn tới hai lời giải khác nhau. Một bên dùng cơ thể làm tấm hứng, bên kia biến mặt đất thành bẫy sương.

Nhiều sinh vật Namib cùng sống nhờ sương

Câu chuyện "lưng có vết u hút nước" và chỗ còn tranh luận

Năm 2001, Andrew Parker và Chris Lawrence công bố trên Nature một bài về một loài bọ Namib mà họ xếp vào chi Stenocara. Theo bài báo, lưng con bọ có những u nhỏ mà đỉnh u ưa nước, còn phần rãnh xung quanh phủ sáp kỵ nước. Giọt sương bám vào đỉnh u, lớn dần, rồi khi đủ nặng thì lăn xuống theo các rãnh kỵ nước về phía miệng.

Bài báo này được trích dẫn rất nhiều, nhất là trong ngành mô phỏng sinh học: người ta làm các bề mặt có đốm ưa nước xen nền kỵ nước để hứng hơi ẩm. Tuy vậy về phía sinh học, câu chuyện không gọn như thường được kể:

• Một số nhà nghiên cứu sau này chỉ ra rằng loài bọ trong bài năm 2001 chưa được ghi nhận là có hành vi tắm sương như Onymacris unguicularis.
• Các phép đo về tính ưa nước ở đỉnh u trên lưng bọ không phải lúc nào cũng cho kết quả giống bài gốc.
• Nhiều bài phổ biến khoa học đã trộn hai loài làm một, gán cơ chế "u ưa nước" cho con bọ chổng đuôi trên đỉnh cồn.

Điều chắc chắn là hành vi tắm sương có thật và đã được quan sát lặp lại ở Onymacris unguicularis. Còn vai trò chính xác của vi cấu trúc trên lưng trong việc hứng sương thì vẫn đang được bàn. Người đọc nên giữ hai ý này tách rời nhau.

Vì sao đây là thích nghi chứ không chỉ là thói quen

Trong sinh học tiến hoá, một đặc điểm được gọi là thích nghi khi nó có nền tảng di truyền và giúp sinh vật sống sót hoặc sinh sản tốt hơn trong môi trường của nó. Với bọ tắm sương, có vài lý do để nghĩ hành vi này là sản phẩm của chọn lọc:

• Nó đi kèm một chuỗi động tác cố định, xuất hiện ở loài sống trong vùng sương nhiều, trong khi các loài bọ đen sống sâu trong nội địa không làm vậy.
• Thời điểm leo lên đỉnh cồn ăn khớp với lúc sương xuất hiện, không phải giờ ngẫu nhiên.
• Lượng nước thu được đủ lớn để tạo khác biệt về sống còn trong những thời kỳ dài không mưa.

Cũng cần nói rõ: không ai đã "nhìn thấy" hành vi này tiến hoá. Kết luận dựa trên so sánh giữa các loài, giữa các vùng có sương và không có sương, cùng với các phép đo sinh lý. Đó là cách các nhà sinh học thường suy luận về những thích nghi đã hình thành từ rất lâu.

Từ con bọ tới lưới hứng sương của con người

Con người hứng sương từ trước khi biết tới loài bọ Namib. Ở vùng ven biển Chile và Peru, các lưới nhựa dựng đứng đã được dùng từ nhiều thập niên để thu nước sương cho làng nhỏ. Nguyên lý giống hệt: đặt một mặt chắn vuông góc với gió mang sương, cho giọt nước đọng lại rồi chảy vào máng.

Sau bài báo năm 2001, các phòng thí nghiệm vật liệu thử bắt chước bề mặt lưng bọ để làm lưới hứng hiệu quả hơn, hoặc làm lớp phủ giúp nước đọng nhanh rồi trượt đi. Một số thiết kế cho kết quả tốt trong phòng thí nghiệm. Việc đưa ra dùng thực tế ở quy mô lớn thì phụ thuộc vào giá thành và độ bền, chưa phải câu chuyện đã khép lại.

Góc nhìn hôm nay: tìm hiểu thêm ở đâu

Trạm nghiên cứu Gobabeb nằm giữa sa mạc Namib, nơi ba kiểu cảnh quan gặp nhau: biển cát phía nam, đồng bằng sỏi phía bắc và lòng sông Kuiseb ở giữa. Trạm hoạt động từ thập niên 1960 và là nơi ra đời phần lớn hiểu biết về sinh vật sống nhờ sương. Mary Seely gắn bó với nơi này trong nhiều thập kỷ.

Với người ở Việt Nam, có vài cách tiếp cận dễ hơn:

• Đọc các sách nhập môn về sinh thái sa mạc, phần nói về "fog desert" hay sa mạc sương.
• Xem phim tài liệu thiên nhiên về Namib; cảnh bọ đứng chúc đầu trên cồn cát xuất hiện khá thường xuyên trong các phim lớn về châu Phi.
• Quan sát sâu gạo ở nhà: đó là họ hàng gần, giúp hình dung cấu tạo cánh cứng dính liền và lớp vỏ dày của nhóm bọ này.
• Thử làm một tấm hứng sương đơn giản bằng lưới mịn đặt ngoài trời vào sáng sớm có sương, sẽ thấy nước đọng nhanh tới mức nào khi có gió.

Bài học đáng mang về là sa mạc không có nghĩa là không có nước. Nước có thể đến dưới dạng khác, vào giờ khác, và sinh vật nào điều chỉnh cơ thể cùng nếp sinh hoạt để bắt được nó thì sống được.