Thằn lằn basilisk chạy trên mặt nước: vật lý của cú thoát thân thần kỳ

Thằn lằn basilisk chạy được trên mặt nước nhờ đạp chân xuống rất nhanh và mạnh, tạo một hốc khí dưới bàn chân rồi rút chân ra trước khi hốc khí kịp sập. Đó là cách nó thoát khỏi rắn, chim và thú săn ở rừng nhiệt đới Trung và Nam Mỹ: lao từ cành cây xuống suối và chạy băng qua mặt nước. Con non nhẹ nên chạy được xa hơn; con trưởng thành nặng hơn thường chỉ chạy được một quãng ngắn rồi chìm xuống bơi tiếp.

Con vật có biệt danh "thằn lằn Jesus"

Basilisk là tên chung của vài loài thằn lằn chi Basiliscus, sống ven sông suối trong rừng nhiệt đới từ Mexico xuống tới vùng tây bắc Nam Mỹ. Con đực có mào lớn trên đầu, lưng và đuôi. Tên "basilisk" lấy từ một con quái vật trong truyền thuyết châu Âu; còn người dân Trung Mỹ và giới du lịch quen gọi chúng là "thằn lằn Jesus Christ", ám chỉ câu chuyện đi trên mặt nước trong Kinh Thánh.

Basilisk thường phơi nắng trên cành cây chìa ra sông. Khi bị đe doạ, nó không chạy vào rừng mà nhảy xuống nước. Chiến lược thoát thân bằng cách đổi sang môi trường khác này rất phổ biến ở bò sát sống ven nước.

Vật lý của cú chạy trên mặt nước

Năm 1996, James Glasheen và Thomas McMahon ở Đại học Harvard công bố trên tạp chí Nature phân tích chi tiết bước chạy của basilisk. Họ chia mỗi bước thành ba pha:

Mấu chốt là tốc độ. Nếu chân rút ra chậm, hốc khí sập và nước bám lấy chân, kéo con vật chìm. Các ngón chân sau của basilisk có viền vảy mềm xoè ra khi đạp xuống, làm tăng diện tích tiếp xúc như một mái chèo, và cụp lại khi rút lên.

Về sau, các nghiên cứu khác ở Đại học Harvard dùng camera tốc độ cao và kỹ thuật đo dòng chảy để xem kỹ hơn, ghi nhận basilisk còn phải liên tục giữ thăng bằng hai bên vì mỗi cú đạp đẩy thân lệch sang một phía.

Vì sao con non giỏi hơn con trưởng thành

Lực mà một bàn chân có thể tạo ra trên mặt nước tăng chậm hơn trọng lượng cơ thể khi con vật lớn lên. Con non nhẹ, chân to so với thân, nên dễ "đỡ" được mình hơn. Con trưởng thành nặng gấp nhiều lần, phải đạp mạnh và nhanh hơn rất nhiều, nên thường chỉ chạy được một quãng ngắn trước khi chìm.

Chìm xuống cũng không sao: basilisk bơi giỏi và có thể lặn trốn dưới nước một lúc. Chạy trên mặt nước chỉ là pha đầu của chuỗi thoát thân — chạy, rồi lặn, rồi bơi sang bờ khác.

Con người có chạy trên mặt nước được không?

Không, ở trọng lực Trái Đất. Theo cách tính của Glasheen và McMahon, một người muốn làm như basilisk sẽ phải đạp chân xuống nước với tốc độ và lực vượt xa khả năng cơ bắp con người.

Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Alberto Minetti (Đại học Milan) công bố trên PLoS ONE một thí nghiệm vui: họ treo người tham gia bằng hệ dây để giảm trọng lượng, cho đeo chân nhái, rồi để họ chạy tại chỗ trong một bể nước nông. Ở mức trọng lực giảm xuống khoảng bằng trên Mặt Trăng, người ta giữ được mình trên mặt nước trong thời gian ngắn. Ở trọng lực cao hơn thì không. Kết luận: trên Trái Đất, chạy trên mặt nước vẫn là chuyện của thằn lằn.

Robot học cách chạy của basilisk

Cách chạy của basilisk không chỉ là chuyện tò mò. Giữa thập niên 2000, nhóm nghiên cứu của Metin Sitti ở Đại học Carnegie Mellon (Mỹ) chế tạo những robot nhỏ chạy trên mặt nước dựa đúng trên ba pha đập, đạp, rút mà Glasheen và McMahon mô tả. Bàn chân robot là những tấm phẳng gắn trên cơ cấu quay, đập xuống nước theo nhịp rất nhanh.

Những thí nghiệm như vậy giúp kiểm tra lại lý thuyết: nếu robot chạy được khi chép đúng nhịp và kích thước chân, thì cách giải thích vật lý là đúng. Robot cũng gặp đúng khó khăn của con vật thật — mất thăng bằng hai bên, chìm khi nặng thêm. Ngành "robot mô phỏng sinh học" học từ basilisk, gián, tắc kè, cá với hy vọng làm ra máy móc di chuyển được ở những địa hình khó như bùn lầy, đống đổ nát, mặt nước sau lũ.

Ở đây có một bài học cho cách đọc tin khoa học: khi thấy một hành vi "thần kỳ" của động vật, câu hỏi đáng đặt là "người ta đã đo nó thế nào, đã kiểm lại bằng cách nào?". Chạy trên mặt nước của basilisk đã qua cả đo đạc, mô hình toán và robot — đó là lý do ta có thể tin nó.

Những loài "chạy trên nước" khác

• Côn trùng nước như con gọng vó đứng được trên mặt nước nhờ sức căng bề mặt — cơ chế khác hẳn basilisk, vì chúng rất nhẹ.
• Một số loài chim lặn như chim lặn mào ở Bắc Mỹ chạy trên mặt nước trong màn tán tỉnh, đạp chân rất nhanh.
• Rồng nước (Physignathus cocincinus), loài thằn lằn lớn có ở Việt Nam, không chạy trên mặt nước nhưng dùng cùng ý tưởng: từ cành cây ven suối nhảy ùm xuống nước và lặn trốn khi bị đe doạ.

Cái chung của các loài này là tận dụng mặt nước — nơi nhiều kẻ săn trên cạn không theo được — như một con đường thoát.

Bài học cho người: mặt nước không phải lối thoát của ta

Basilisk và rồng nước nhảy xuống nước để thoát thân. Người thì ngược lại: khi bị đuổi, bị hoảng, nhảy xuống sông, hồ là quyết định có thể chết người, nhất là khi không biết bơi, nước lạnh, có dòng chảy. Các khuyến cáo về đuối nước đều nhấn mạnh: không nhảy xuống nước để cứu người khi chưa có kỹ năng cứu hộ; nếu lỡ rơi xuống nước thì nổi ngửa, thả lỏng và gọi giúp đỡ. Những tình huống này được viết kỹ ở danh mục "Thoát thân dưới nước" của wiki.

Góc nhìn hôm nay: xem ở đâu, làm gì được ngay

• Phim tài liệu rừng nhiệt đới Trung Mỹ thường có cảnh basilisk chạy trên mặt nước quay chậm — xem để thấy rõ ba pha đập, đạp, rút.
• Ở Việt Nam, rồng nước sống ven suối ở nhiều vườn quốc gia. Đi cùng kiểm lâm hoặc hướng dẫn viên, quan sát từ xa, không bắt, không mua bán.
• Thử nghiệm nhỏ với con: thả nhẹ một chiếc kẹp giấy lên mặt nước để thấy sức căng bề mặt đỡ côn trùng nước — rồi giải thích vì sao basilisk nặng hơn nhiều nên phải dùng cách khác.
• Đọc thêm: bài của Glasheen và McMahon năm 1996 trên Nature là tài liệu gốc, có hình vẽ rất rõ.