Mô hình toán học giúp phát hiện cơ chế nhảy mới của loài gọng vó lớn 

Hai nhà nghiên cứu Trần Anh Đức (ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN), Phạm Hồng Thái (Bảo tàng Thiên nhiên, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) và các đồng nghiệp quốc tế mới có công bố về cơ chế nhảy của các con gọng vó Gigantometra gigas.


Những con gọng vó sống trên mặt nước và các chân dài của chúng trải rộng từ vài milimét đến hơn 100 millimét. Từ lâu, chúng ta đã biết là chúng sử dụng những cái chân dài kỵ nước nâng đỡ cơ thể lướt trên mặt nước. Dưới mỗi cái chân, mặt nước bị lõm xuống tạo thành gợn sóng. Những con gọng vó nặng hơn thì tạo ra những gợn sóng sâu hơn, và tạo ra lực hướng lên trên mạnh hơn từ mặt nước bị kéo dãn dài ra để nâng đỡ cơ thể chúng.

Khi gọng vó muốn thoát khỏi các loài săn mồi tấn công mình dưới mặt nước, chúng nhảy bật lên. Cú nhảy của chúng có thể đạt tới tốc độ 1 m/s trong vòng một phần nhỏ của giây (10 đến 20 milli giây) mà không làm phá vỡ mặt nước. Người ta tạo ra các con robot có thể bắt chước được hành vi này.

Để tạo ra được những cú nhảy, những con gọng vó di chuyển những cái chân dài của mình về phía sau với một tốc độ đủ nhanh nhưng không nhanh quá để tránh phá vỡ mặt nước. Trong trường hợp này, mỗi gợn sóng đóng vai trò như một cái lò xo mi ni: lực ấn xuống càng sâu thì lực hướng lên càng mạnh để có thể tạo ra cú nhảy nhanh hơn.

Cho đến hiện nay, người ta vẫn nghĩ là mọi loài gọng vó đều có thể nhảy được theo cách này. Tuy nhiên, chỉ có một số loài có kích thước nhỏ mới được nghiên cứu bởi nhà khoa học có thể dễ dàng tiếp cận chúng.

Gần đây, một nghiên cứu về loài gọng vó lớn nhất thế giới sống ở rừng quốc gia Pù Mát, Nghệ An, kết hợp với mô hình toán học đã phát hiện ra một cơ chế mới về cú nhảy của loài gọng vó khổng lồ Gigantometra gigas và một số loài gọng vó lớn vượt quá kích thước cơ thể, 80 mg. 

Nghiên cứu cho thấy một cơ chế nhảy mới của các con gọng vó khổng lồ, nặng hơn gấp 10 lần so với những loài đã được nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu đã có được những video tốc độ cao về cú nhảy của chúng ở môi trường tự nhiên và trong những chậu nước trong suốt đặt gần dòng chảy mà chúng cư ngụ.

Họ đã quan sát sự khác biệt chủ yếu trong hành xử nhảy giữa những con gọng vó lớn và các loài nhỏ hơn. Không giống những loài nhỏ, chúng trên thực tế phá vỡ mặt nước khi những cái chân của chúng đạp xuống trong suốt quá trình nhảy. Sau khi những cái chân xuyên qua mặt nước, chân chúng nhanh chóng chuyển động xuống, xung quanh được bao bọc bởi lớp không khí bị mắc kẹt lại, bám quanh những cái lông chân.

Khi một cái chân với lớp không khí này bao bọc chuyển động qua mặt nước, nó phải chịu một lực cản ngược chiều với chuyển động, tương tự như cách một mái chèo được sử dụng để đẩy một cái thuyền lướt trên mặt nước. Lực này đẩy gọng vó bắn lên trong pha thứ hai của cú nhảy. Khoảng 40 milli giây, nó đạt được tốc độ 1m/s hoặc lớn hơn. 

Nhóm nghiên cứu sau đó đã phát triển một mô hình toán học về cú nhảy để khám phá nguyên nhân đằng sau hành vi nhảy độc đáo của gọng vó khổng lồ. Họ đã khám phá ra chúng quá nặng để sử dụng cùng cơ chế không phá vỡ mặt nước của những loài nhỏ hơn. Việc nhảy chậm hơn có thể khiến chúng bị những loài săn mồi như cá tóm được.

Tuy nhiên, bằng việc di chuyển cặp chân đủ nhanh để phá vỡ mặt nước và tạo ra chỗ lõm trên bề mặt, những con côn trùng này đã có thể nhảy nhanh một cách thích hợp để thoát khỏi sự tấn công. Mô hình toán học dự đoán gọng vó nặng hơn 80mg phải sử dụng cơ chế nhảy này để đạt được tốc độ cần thiết để bảo vệ mình. Điều này cho thấy tầm quan trọng của chọn lọc tự nhiên trong tiến hóa của cơ chế nhảy mới trong loài gọng vó lớn.

Phát hiện này cho thấy gọng vó sử dụng các cơ chế nhảy khác nhau dựa trên kích thước cơ thể, và “điều đó liên quan mật thiết đến các loài sử dụng các cơ chế vật lý khác nhau, dựa trên kích thước cơ thể chúng, bất chấp việc thực hiện cùng một hành vi (nhảy), bởi cùng một chức năng (trốn thoát kẻ săn mồi)”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Công trình “Two different jumping mechanisms of water striders are determined by body size” được xuất bản trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences. □ 

Tác giả