Vật lý đằng sau dáng đi ì ạch của con gấu nước

Bụ bẫm và vụng về, các sinh vật ngành Tardigrada hay được gọi là “gấu nước” kể từ thế kỷ 18, khi các nhà khoa học quan sát được “những con vật có chiều dài 0,02 inch có đặc điểm dễ phân biệt là dáng đi ì ạch. Bước đi chậm chạp nhưng chắc nịch cúa chúng làm dấy lên câu hỏi tại sao tardigrade lại được tiến hóa để đi theo cách đó.

Các động vật thường nhỏ và mềm như những con tardigrade hiếm khi phiền muộn về việc đi bộ. Ví dụ, các loài sâu cuốn có kích thước và kiểu cơ thể tương tự hay vùng vẫy, trượt đi theo những hình dạng siêu mềm mại của chúng trên các mặt nền không thể đoán trước. Còn loài gấu nước, một sinh vật ở kích cỡ vi mô lại khác biệt đến mức các nhà khoa học buộc phải xếp chúng vào ngành khác, sử dụng tám cái chân ngắn để tự đẩy mình đi qua vùng trầm tích biển và nước ngọt, qua sa mạc và dưới lớp đất.

Giờ đây, một nghiên cứu mới trên PNAS phân tích tướng đi của tardigrade và phát hiện ra gấu nước đi theo một kiểu vô cùng gần gũi với các loài côn trùng có kích thước gấp 500.000 lần kích thước của chúng 1. Khám phá này gợi ý về sự tồn tại của một tổ tiên chung hoặc một sự tiên tiến trong tiến hóa nào đó có thể giải thích tại sao một trong những tạo vật nhỏ nhất và mềm mại nhất hành tinh lại tiến hóa để đi giống như những con côn trùng có cơ thể lớn hơn và cứng cáp hơn.

“Các con tardigrade có một cách chuyển động rất khỏe khoắn và dứt khoát – chúng không hề trượt chân một cách vụng về khi di chuyển trong sa mạc hoặc trên một đống lá cây”, Jasmine Nirody, một nhà nghiên cứu ở Trung tâm nghiên cứu vật lý và sinh học Rockefeller, nhận xét. “Những điểm tương đồng giữa chiến lược di chuyển của chúng với những con côn trùng và loài chân đốt có kích thước lớn hơn mở ra rất nhiều câu hỏi vô cùng thú vị về tiến hóa”.

Những vận động viên đầy kỹ thuật

Nirody và đồng nghiệp đầu tiên xác định cách những con gấu nước đi và chạy. “Nếu anh theo dõi các con tardigrade dưới một kính hiển vi điện tử trong thời gian đủ dài, anh có thể bắt được một phạm vi rất rộng trong hành vi của chúng”, Nirody nói. “Chúng tôi không buộc chúng phải làm gì cả. thi thoảng chúng có thể muốn thư giãn và chỉ tản bộ xung quanh. Có lúc thì chúng lại muốn thấy thứ mà chúng thích và chạy hướng về phía đó”.

Nirody tìm ra là tại thời điểm thong dong nhất của chúng, các con gấu nước đủng đỉnh mỗi giây lết được một quãng đường bằng nửa chiều dài cơ thể. Tại thời điểm cần kíp, các đôi chân ngắn của chúng đưa chúng đi trên quãng đường gấp đôi chiều dài cơ thể trong cùng thời gian. Nhưng ngạc nhiên nhất khi cô quan sát cách bàn chân một con gấu nước tiếp xúc với nền như thể được tiếp thêm động năng. Không giống như các động vật có xương sống, vốn có dáng đi khác biệt cho mỗi tốc độ – chụp ảnh những móng guốc của một con ngựa trong những bước chuyển từ đi thong thả sang phi nước kiệu – các con  tardigrade chạy giống hệt côn trùng, chạy gấp với vận tốc ngày càng tăng mà không cần thay đổi các mẫu hình bước cơ bản.

Có sự gián đoạn nhất định khi các động vật xương sống chuyển từ đi thong thả sang chạy”, Nirody nói. “Với động vật chân đốt, tất cả các mẫu hình bước đều cùng tồn tại trong một miền liên tục”.

Bức ảnh hiển thị trạng thái chuyển động của con Milnesium tardigradum trên kính hiển vi điện tử SEM. Nguồn: PLoS ONE 7(9): e45682. doi:10.1371/journal.pone.0045682

Sự phối hợp từ thời cổ đại

Tại sao những con tardigrade lại có chung một chiến lược di chuyển với những loài côn trùng có cơ thể lớn hơn và cứng cáp hơn?

Một cách giải thích có thể là vì những con tardigrade, được giả định từ lâu là không hề phù hợp với cách phân loại đang có, có thể cùng chung tổ tiên – và thậm chí là một mạch thần kinh chung – với những con côn trùng như ruồi giấm, kiến và những tạo vật chân đốt khác. Trên thực tế, một số nhà khoa học đã ủng hộ việc phân loại những con tardigrade trong ngành động vật Panarthropoda, một nhóm động vật được ấn định chung không gian chung cho các côn trùng, loài giáp xác, giun nhung và gấu nước.

Một khả năng khác là không có sự kết nối tổ tiên giữa các con tardigrade và động vật chân đốt nhưng các nhóm không liên quan của các sinh vật sống một cách độc lập tại cùng chiến lược đi và chạy bởi chúng có sự tiên tiến về mặt tiến hóa.

Nirody bị cả hai khả năng có thể này thu hút. “Nếu đó là một hệ thần kinh chung kiểm soát bước đi của tất cả các con panarthropod, chúng ta sẽ có nhiều điều để học hỏi”, cô nói. “Nói cách khác thì nếu loài chân đốt và tardigrade hội tụ về chiến lược này một cách độc lập thì chúng ta có thể nói điều gì về thứ khiến chiến lược đó trở nên có thể chấp nhận được cho nhiều loài trong những môi trường khác nhau?”.

Vượt ra ngoài những gợi ý về sinh học tiến hóa và nghiên cứu về chuyển động của loài vật, phát hiện này có thể có những đóng góp cho các lĩnh vực đang không ngừng phát triển như vi robot và robot mềm.

Bằng việc nghiên cứu về những động vật nhỏ tiến hóa như thế nào để di chuyển trong những môi trường bất lợi, các nhà khoa học có thể có khả năng thiết kế được các robot có thể nén hiệu quả hơn trong những không gian nhỏ hoặc vận hành tại kích cỡ nano. “Chúng ta không biết nhiều về điều gi xảy ra tại những cực biên của chuyển động – cách để các sinh vật nhỏ nhỏ di chuyển một cách hiệu quả hay cách những thứ như vật thể mềm phải chuyển động”, Nirody nói.

“Những con tardigrade là một điểm cực quan trọng để chúng ta tìm hiểu chuyển động của vật thể mềm ở cấp độ nano”.

Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2021-08-physics-lumbering-gait.html

https://www.sciencealert.com/scientists-take-videos-of-tardigrades-lumbering-to-work-out-why-they-walk-funny

——————————

1. https://www.pnas.org/content/118/35/e2107289118

Tìm địa điểm Trường
Gọi trực tiếp
Chat Facebook
Chat Zalo

[flipbook id="1"]