Rắn lục sừng đi ngang trên cát: vì sao kiểu bò sidewinding không trượt

Rắn lục sừng sa mạc Bắc Mỹ (Crotalus cerastes, tên tiếng Anh là sidewinder) di chuyển trên cát bằng cách đi ngang: nó nâng phần lớn thân khỏi mặt đất, chỉ để hai đoạn ngắn chạm cát, rồi "lăn" cơ thể sang một bên theo đường chéo. Kiểu bò này giúp rắn không trượt trên cát lún, leo được sườn cồn, và giảm thời gian tiếp xúc với mặt cát nóng. Dấu vết để lại là những vạch song song hình chữ J nằm chéo so với hướng đi.

Con rắn nhỏ có "sừng" trên mắt

Rắn lục sừng là một loài rắn đuôi chuông cỡ nhỏ, thường chỉ dài khoảng 50–80 cm. Chúng sống ở sa mạc Mojave và Sonora, thuộc vùng tây nam nước Mỹ và tây bắc Mexico, nhất là nơi có cát mềm và cồn cát. Màu thân nhạt như cát, có đốm mờ.

Đặc điểm dễ nhận ra là hai vảy nhô cao phía trên mắt, trông như hai cái sừng nhỏ. Chức năng của "sừng" này vẫn còn bàn cãi. Có ý kiến cho rằng nó che bóng cho mắt dưới nắng gắt, có ý kiến cho rằng nó giúp gạt cát khi rắn vùi mình. Chưa có nghiên cứu nào đưa ra câu trả lời dứt khoát.

Như mọi rắn lục hố, nó có hai hố cảm nhiệt giữa mắt và mũi, giúp "thấy" hơi ấm của con mồi trong đêm. Rắn có nọc độc, nhưng tính cách nhút nhát, thường bỏ đi hoặc vùi mình khi gặp người.

Vì sao cát là mặt đường khó đi

Hầu hết rắn bò theo kiểu uốn lượn: thân uốn thành hình sóng, các khúc uốn tì vào đá, rễ cây, chỗ gồ ghề để đẩy cơ thể về phía trước. Trên nền đất cứng có vật cản, cách này rất hiệu quả.

Cát mềm thì khác. Cát là vật liệu hạt: khi bị đẩy mạnh, nó chảy ra như chất lỏng. Một con rắn uốn lượn trên cát khô sẽ thấy mặt cát lùi dần dưới thân, tốn sức mà không tiến được bao nhiêu. Trên sườn cồn dốc thì còn tệ hơn, rắn trượt xuống theo dòng cát.

Thêm vào đó, mặt cát sa mạc giữa ngày có thể nóng hơn không khí rất nhiều. Bò sát hấp thụ nhiệt từ mặt đất, nên tiếp xúc càng lâu càng nguy hiểm.

Đi ngang hoạt động thế nào

Đi ngang (sidewinding) là một chuỗi động tác lặp lại khá phức tạp. Có thể hình dung như sau:

1. Rắn đặt đầu và cổ xuống cát ở một điểm, tạo thành điểm tựa thứ nhất.
2. Phần thân phía sau được nâng lên, vươn ngang sang bên rồi hạ xuống ở một điểm mới, tạo thành điểm tựa thứ hai.
3. Trong lúc đó đầu đã nhấc lên và vươn tiếp sang vị trí kế tiếp.
4. Các đoạn thân lần lượt nhấc lên và đặt xuống, như một chiếc lò xo lăn theo đường chéo.

Mỗi thời điểm, chỉ có hai đoạn ngắn của thân chạm đất, và những đoạn đó đứng yên chứ không trượt. Rắn không đẩy cát ra sau mà ấn thẳng xuống, nên cát ít bị chảy. Kết quả là con rắn tiến theo hướng chéo so với trục thân, để lại những vết song song tách rời nhau, mỗi vết có một đầu móc như chữ J, chỗ đầu rắn đặt xuống.

Lợi ích có thể tóm gọn:

• Ít trượt: điểm tiếp xúc đứng yên, không trôi theo cát.
• Ít nóng: phần lớn thân ở trên không, diện tích chạm cát nóng nhỏ.
• Tiết kiệm sức: các đo đạc trên rắn đi ngang cho thấy chi phí năng lượng mỗi đoạn đường thấp hơn so với kiểu bò khác trên cùng nền cát.

Leo sườn cồn: nghiên cứu năm 2014

Năm 2014, nhóm của Hamid Marvi và Daniel Goldman, cùng các nhà sinh học ở Vườn thú Atlanta, công bố trên tạp chí Science kết quả nghiên cứu rắn lục sừng leo dốc cát. Họ đặt rắn vào một máng cát có thể chỉnh độ nghiêng và quay phim tốc độ cao.

Phát hiện chính: khi dốc tăng, rắn tăng chiều dài đoạn thân chạm cát. Diện tích tiếp xúc lớn hơn giúp lực ép xuống phân bố đều, cát không bị phá vỡ, nên rắn vẫn leo được những sườn dốc gần tới góc mà cát bắt đầu tự trượt. Theo nhóm nghiên cứu, một số loài rắn khác không chuyên sống trên cát thì khó leo được những dốc như vậy.

Nhóm nghiên cứu sau đó dùng quy tắc này để điều khiển một thiết bị dạng rắn nhiều khớp leo dốc cát. Đây là ví dụ về việc sinh học giúp kỹ thuật, và kỹ thuật cũng quay lại giúp kiểm chứng giả thuyết sinh học: nếu quy tắc đúng thì thiết bị áp dụng nó cũng phải leo được.

Một kiểu bò đã tiến hoá nhiều lần

Đi ngang không chỉ có ở rắn lục sừng Bắc Mỹ. Ở các sa mạc khác, có những loài rắn lục không họ hàng gần cũng làm như vậy.

Rắn lục sừng châu Mỹ thuộc phân họ rắn lục hố, còn hai loài châu Phi thuộc nhóm rắn lục không có hố. Tổ tiên chung của chúng sống ở nơi khác và không đi ngang. Vậy mà ba nhánh, ba sa mạc, cùng phát triển một kiểu bò, có loài còn có "sừng" trên mắt. Đây là ví dụ đẹp về tiến hoá hội tụ: môi trường cát mềm tạo áp lực chọn lọc giống nhau, và lời giải tốt nhất được tìm ra nhiều lần.

Ngoài các loài chuyên sống cát, nhiều loài rắn khác cũng biết đi ngang khi bị đặt lên nền trơn như bùn hoặc cát, nhưng làm vụng hơn. Điều này gợi ý rằng khả năng cơ bản có sẵn ở nhiều loài rắn, và ở rắn sa mạc nó được chọn lọc cho tới khi thành thạo.

Đời sống của rắn sa mạc

Rắn lục sừng hoạt động chủ yếu ban đêm vào mùa nóng, ban ngày thì vùi mình dưới cát hoặc nằm trong hang của gặm nhấm. Khi vùi, nó xoắn thân lại thành vòng và lắc nhẹ để cát lấp lên, chỉ để lộ phần đầu. Từ chỗ nấp đó, nó rình bắt chuột kangaroo, chuột túi nhỏ và thằn lằn đi qua.

Rắn đẻ con chứ không đẻ trứng, mỗi lứa vài con. Nước chủ yếu đến từ con mồi, cộng với chút sương hay mưa hiếm hoi. Rắn mất ít nước qua da nhờ lớp vảy, và thải chất thải dạng rắn như axit uric thay vì nước tiểu lỏng, một cách tiết kiệm nước chung của bò sát và chim.

Góc nhìn hôm nay

Rắn lục sừng hiện chưa bị coi là loài bị đe doạ toàn cầu, nhưng sống phụ thuộc vào cồn cát còn nguyên vẹn. Xe địa hình chạy trên cồn cát và việc mở rộng đô thị ở tây nam nước Mỹ là những mối lo được nhắc nhiều.

Với người đọc muốn tìm hiểu thêm:

• Tìm xem các đoạn phim quay chậm về rắn đi ngang; nhìn dấu chân trên cát sẽ hiểu ngay vì sao rắn không trượt.
• Đọc thêm về vật lý của vật liệu hạt (cát, hạt gạo) để hiểu vì sao cát vừa như chất rắn vừa như chất lỏng.
• Ở Việt Nam, trên các đồi cát ven biển miền Trung có thể quan sát dấu vết của thằn lằn, côn trùng trên cát vào sáng sớm. Mỗi kiểu vết là một cách di chuyển khác nhau, và việc đọc vết là kỹ năng cơ bản của người nghiên cứu động vật.

Rắn có nọc độc thì chỉ nên xem qua phim hoặc tại vườn thú, không tìm cách bắt hay chạm vào ngoài tự nhiên.