Thằn lằn quỷ gai uống nước bằng da: mạng rãnh mao dẫn giữa các vảy

Thằn lằn quỷ gai (Moloch horridus) là loài thằn lằn nhỏ phủ đầy gai sống ở vùng khô nội địa nước Úc, nổi tiếng vì uống nước qua da. Giữa các vảy trên da nó có những rãnh cực nhỏ; khi con vật chạm vào cát ẩm hoặc nước đọng, nước bị lực mao dẫn kéo dọc các rãnh này tới khoé miệng, rồi nó nuốt vào. Nói cách khác, cả bề mặt cơ thể là một hệ thống ống dẫn nước thụ động.

Con vật có bề ngoài đáng sợ nhưng vô hại

Quỷ gai dài tối đa khoảng 20 cm tính cả đuôi, toàn thân phủ gai nhọn hình nón, màu vàng cát pha nâu đỏ. Nhà động vật học John Edward Gray đặt tên khoa học năm 1841. Chữ Moloch lấy từ tên một vị thần trong các văn bản cổ vùng Cận Đông, còn horridus trong tiếng Latinh nghĩa là "xù xì", "dựng đứng". Cái tên nghe hung dữ, nhưng con vật thì chậm chạp, không độc và chỉ ăn kiến.

Loài này sống rải rác khắp vùng bán khô hạn và sa mạc của Tây Úc, Nam Úc và Lãnh thổ Bắc Úc, nhất là nơi có cát và cỏ spinifex. Chúng hoạt động ban ngày, chủ yếu vào buổi sáng và chiều mát, những ngày quá nóng hay quá lạnh thì vùi mình hoặc nằm yên.

Uống nước bằng da: cơ chế mao dẫn

Sa mạc nội địa Úc mưa ít và thất thường. Nước mở như vũng, suối gần như không có. Những gì một sinh vật nhỏ có thể gặp là sương đọng buổi sáng, vài trận mưa ngắn, và cát còn ẩm sau mưa. Quỷ gai tận dụng tất cả những nguồn đó nhờ cấu trúc da đặc biệt.

Mạng rãnh giữa các vảy

Vảy của quỷ gai không xếp khít nhau. Giữa chúng là những rãnh nhỏ, rộng chỉ cỡ phần mười milimét hoặc nhỏ hơn, nối thành một mạng lưới phủ khắp cơ thể. Bên trong rãnh còn có những cấu trúc nhỏ hơn nữa giúp tăng lực hút. Các nhóm nghiên cứu soi da dưới kính hiển vi điện tử đã mô tả mạng này khá chi tiết.

Lực mao dẫn là thứ làm nước leo lên trong ống hẹp, giống như nước thấm lên mép khăn giấy khi nhúng một góc vào cốc. Ống càng hẹp, lực càng mạnh so với trọng lượng cột nước. Vì vậy chỉ cần chân hoặc bụng quỷ gai chạm vào nguồn ẩm, nước sẽ tự lan vào mạng rãnh, kể cả lan ngược lên trên.

Từ rãnh vào miệng

Các rãnh đổ về hai khoé miệng. Khi rãnh đầy, con vật thực hiện những cử động nhai nuốt lặp đi lặp lại. Các nghiên cứu ghi hình cho thấy những cử động này hút nước từ mạng rãnh vào miệng, giống như ta hút nước qua ống hút. Nước đi vào đường tiêu hoá chứ da không hấp thụ nước vào máu. Đây là điểm hay bị hiểu nhầm: "uống bằng da" nghĩa là da dẫn nước tới miệng, không phải da thấm nước vào người.

Sương hay cát ẩm: nguồn nước nào thật sự quan trọng

Trong một thời gian dài, sách phổ biến khoa học thường viết rằng quỷ gai sống nhờ sương đọng trên da mỗi sáng. Các thí nghiệm về sau làm câu chuyện phức tạp hơn. Khi tính toán lượng sương có thể đọng trên cơ thể một con quỷ gai, các nhà nghiên cứu thấy con số này thường không đủ lấp đầy mạng rãnh để bắt đầu uống được.

Ngược lại, cát ẩm sau mưa lại là nguồn rất hiệu quả. Quan sát cho thấy quỷ gai có những hành vi như đứng trên cát ướt, cào cát ẩm hắt lên lưng, hoặc vùi một phần thân vào cát. Những động tác đó giúp da tiếp xúc nhiều hơn với nước, đổ đầy mạng rãnh rồi uống.

Kết luận hiện được nhiều người chấp nhận là quỷ gai có thể lấy nước từ nhiều nguồn: vũng nhỏ, giọt mưa rơi lên người, cát ẩm. Vai trò của sương thì còn được bàn; có lẽ nó bổ sung trong những điều kiện nhất định chứ không phải nguồn chính. Đây là ví dụ tốt về việc một câu chuyện hấp dẫn đã được lặp lại nhiều năm trước khi có số đo cụ thể.

Thực đơn chỉ có kiến

Quỷ gai ăn gần như duy nhất một món: kiến, chủ yếu là vài loài kiến nhỏ. Nó đứng cạnh đường kiến đi, dùng lưỡi đớp từng con một, rất đều đặn. Các ước tính cho thấy một con có thể ăn hàng nghìn con kiến trong một ngày. Con số chính xác khác nhau giữa các quan sát, nhưng quy mô "hàng nghìn" thì nhất quán.

Chế độ ăn hẹp như vậy có lợi và có hại. Kiến ở sa mạc rất đông, ít loài khác cạnh tranh trực tiếp. Nhưng kiến nhỏ, nhiều vỏ cứng khó tiêu, nên quỷ gai phải ăn rất nhiều và có bụng to so với cơ thể. Một con thằn lằn bụng to thì chạy chậm, và đó là lý do nó cần tới lớp gai.

Gai, đầu giả và màu thay đổi

Không chạy nhanh được thì phải có cách khác để không bị ăn. Quỷ gai có một bộ phòng vệ nhiều lớp:

• Gai nhọn: làm con vật khó nuốt với chim săn mồi và thằn lằn lớn.
• Đầu giả: sau gáy có một bướu thịt phủ gai. Khi bị đe doạ, quỷ gai cúi đầu thật xuống giữa hai chân trước, để bướu này nhô lên thay chỗ đầu. Kẻ tấn công cắn vào bướu thì đầu thật vẫn an toàn.
• Đổi màu: quỷ gai có thể sẫm hoặc nhạt màu tuỳ nhiệt độ và tình trạng căng thẳng. Màu sậm hấp thụ nhiệt nhanh hơn vào buổi sáng lạnh, màu sáng giúp đỡ nóng.
• Bước đi lắc lư: con vật đi theo kiểu dừng rồi tiến, đung đưa người, khiến hình dáng của nó khó nhận ra trên nền cát và cỏ khô.
• Phồng người: nó có thể hít không khí để phồng to, khó bị lôi ra khỏi chỗ nấp.

Một lời giải đã được phát minh hai lần

Ở sa mạc Bắc Mỹ có nhóm thằn lằn sừng (chi Phrynosoma), ngoại hình dẹt, phủ gai, cũng ăn rất nhiều kiến. Một số loài trong nhóm này cũng có rãnh giữa vảy dẫn nước về miệng, và có hành vi cong lưng hứng mưa. Thằn lằn sừng và quỷ gai không có họ hàng gần; tổ tiên chung của chúng không có những đặc điểm này.

Hiện tượng hai dòng dõi xa nhau tự đi tới cùng một kiểu hình khi gặp cùng một áp lực môi trường gọi là tiến hoá hội tụ. Môi trường khô, thức ăn là kiến, kẻ thù là chim và thằn lằn lớn: hai châu lục, hai nhóm thằn lằn, cùng một bộ lời giải. Đây là một trong những bằng chứng thuyết phục nhất rằng chọn lọc tự nhiên có hướng, chứ không chỉ là may rủi.

Góc nhìn hôm nay

Quỷ gai hiện không bị coi là loài bị đe doạ ở mức toàn cầu, nhưng đời sống của chúng gắn chặt với cảnh quan sa mạc nguyên vẹn và các đàn kiến. Ở Úc, loài này được pháp luật bảo vệ, không được bắt từ tự nhiên.

Cơ chế dẫn nước của da quỷ gai được các kỹ sư vật liệu quan tâm. Người ta thử làm các bề mặt có rãnh nhỏ dẫn chất lỏng theo một hướng mà không cần bơm, dùng cho thiết bị thu nước hay vi lưu. Phần lớn vẫn ở giai đoạn nghiên cứu.

Với người đọc ở Việt Nam muốn tự quan sát lực mao dẫn, có một thí nghiệm đơn giản: đặt hai tấm kính ghép sát một cạnh, hé cạnh kia, rồi nhúng mép dưới vào nước có pha màu. Nước leo lên cao nhất ở chỗ khe hẹp nhất. Đó chính là nguyên lý mà con thằn lằn gai mang trên khắp lưng.

Ở Việt Nam không có quỷ gai, nhưng có nhiều loài thuộc cùng họ Agamidae, như nhông cát ở các bãi cát ven biển miền Trung. Quan sát nhông cát phơi nắng buổi sáng rồi vùi mình khi trưa nóng là cách gần gũi để hiểu nhịp sống của bò sát nơi khô nóng.