Rượt đuổi trong thế giới côn trùng và vi sinh vật: nhỏ mà nhanh nhất

Những cuộc rượt đuổi nhanh nhất trong tự nhiên, nếu tính theo chiều dài cơ thể, diễn ra ở thế giới côn trùng và vi sinh vật. Bọ hổ chạy nhanh đến mức tạm thời "mù" giữa đường, hàm kiến bẫy đóng lại trong chưa đến một phần nghìn giây, và một con vi khuẩn săn mồi lao đi hàng chục lần chiều dài thân mỗi giây. Ở kích thước ấy, luật vật lý khác hẳn thế giới của báo săn và chim cắt.

Đo tốc độ theo chiều dài cơ thể

So km/h giữa con kiến và con báo thì kiến luôn thua. Nhưng nếu đo bằng số lần chiều dài thân đi được mỗi giây, bảng xếp hạng đảo ngược.

Các con số này chỉ để hình dung. Chiều dài thân không phải thước đo hoàn hảo: vật càng nhỏ thì đi một quãng bằng thân mình càng dễ. Nhưng nó cho thấy những cuộc săn nhỏ bé ấy dữ dội đến mức nào.

Bọ hổ: chạy nhanh đến mức không nhìn thấy gì

Bọ hổ (họ Cicindelidae) là bọ cánh cứng săn mồi trên bãi cát, bờ sông, đường đất, có ở Việt Nam. Chúng chạy rất nhanh để bắt kiến, ruồi, côn trùng nhỏ.

Năm 1997, nhà côn trùng học Cole Gilbert (Đại học Cornell) quay phim bọ hổ và nhận thấy chúng chạy theo kiểu "chạy – dừng – chạy". Ông giải thích rằng khi chạy quá nhanh, mắt bọ không thu đủ ánh sáng để tạo hình ảnh rõ — bọ tạm thời "mù". Nên nó phải dừng lại một tích tắc để nhìn xem con mồi đang ở đâu, rồi lao tiếp. Nghiên cứu sau đó còn cho thấy bọ hổ giữ râu chĩa thẳng về phía trước khi chạy để dò vật cản bằng xúc giác — giống người đi trong bóng tối đưa tay ra trước.

Những vũ khí nhanh nhất thế giới côn trùng

Hàm kiến bẫy

Kiến hàm bẫy (chi Odontomachus) giữ hai hàm mở rộng 180 độ, khoá bằng một cơ chế chốt. Khi lông cảm giác trên hàm chạm con mồi, chốt bật ra. Nghiên cứu của nhóm Sheila Patek năm 2006 đo được hàm đóng với tốc độ khoảng 35–64 m/giây, toàn bộ cú đóng mất chưa tới một phần nghìn giây. Kiến còn đập hàm xuống đất để bật cả thân lên không, thoát khỏi kẻ thù.

Bọ ngựa

Bọ ngựa đứng yên rình, rồi phóng đôi chân trước gai góc ra chộp con mồi trong khoảng vài chục mili giây — nhanh hơn một cái chớp mắt của người. Đây là kiểu rượt đuổi "không rượt": toàn bộ cuộc săn dồn vào một cú đánh.

Ruồi cướp

Ruồi họ Asilidae, tiếng Anh gọi là robber fly, đậu trên cành rồi phóng lên chặn đầu côn trùng đang bay. Các nghiên cứu cho thấy chúng tính đường chặn giống chuồn chuồn, rồi đổi chiến thuật ở pha cuối để áp sát.

Kiến sư tử và chiếc bẫy cát

Ấu trùng kiến sư tử (antlion) đào hố hình phễu trong cát khô, nằm dưới đáy. Kiến trượt vào, cố bò lên; ấu trùng hất cát làm nó trượt xuống. Đây là cuộc rượt đuổi ngược: con mồi phải chạy lên dốc, kẻ săn chỉ cần làm sập con dốc.

Con mồi cũng nhanh

• Gián. Gián có hai cọng "râu đuôi" (cerci) phủ lông cảm nhận luồng gió nhỏ. Một cú vồ làm không khí dịch chuyển; gián cảm nhận được và quay đầu chạy theo hướng ngược lại trong vài chục mili giây. Đó là lý do đập gián khó đến vậy.
• Ruồi nhà. Ruồi tính hướng cú đập đến từ đâu và chuẩn bị tư thế chân để bật ngược lại, tất cả trong khoảng một đến hai phần mười giây — đủ nhanh để thoát bàn tay người.
• Bọ nhảy đuôi bật. Bọ đuôi bật (springtail), sống trong đất và lá mục, gập một "chiếc lò xo" dưới bụng và bật cả thân bay xa gấp nhiều lần chiều dài cơ thể khi bị đe doạ.

Dưới kính hiển vi: thế giới không có quán tính

Ở kích thước vi khuẩn, nước đặc như mật ong. Năm 1977, nhà vật lý Edward Purcell trình bày bài nói "Life at low Reynolds number", chỉ ra rằng nếu một vi khuẩn ngừng bơi, nó sẽ dừng lại gần như tức thì, trôi đi một quãng ngắn hơn cả kích thước một nguyên tử. Không có chuyện "lấy đà". Muốn đi phải liên tục đẩy.

Bạch cầu đuổi vi khuẩn

Một đoạn phim nổi tiếng quay từ thập niên 1950 tại Đại học Vanderbilt (Mỹ) cho thấy một bạch cầu trung tính len lỏi giữa các hồng cầu, bám theo một con vi khuẩn đang bò lẩn tránh, rồi nuốt chửng nó. Bạch cầu "đánh hơi" theo các phân tử do vi khuẩn tiết ra — một hiện tượng gọi là hoá hướng động. Đoạn phim vẫn được dùng trong giảng dạy miễn dịch học hơn nửa thế kỷ.

Vi khuẩn săn vi khuẩn

Bdellovibrio bacteriovorus là vi khuẩn săn các vi khuẩn khác. Nó bơi rất nhanh bằng một roi, va vào con mồi, khoan thủng vỏ, chui vào bên trong, ăn con mồi từ trong ra rồi sinh sôi và phá vỏ thoát ra. Các nhà khoa học đang nghiên cứu khả năng dùng nó như một "kháng sinh sống" chống vi khuẩn kháng thuốc; hướng này còn ở giai đoạn thử nghiệm.

Didinium và trùng đế giày

Trùng Didinium là sinh vật đơn bào chuyên săn trùng đế giày (Paramecium), con mồi to hơn nó. Năm 1934, nhà sinh thái học Liên Xô Georgy Gause nuôi hai loài này chung trong ống nghiệm để nghiên cứu quan hệ săn – bị săn. Thí nghiệm đơn giản ấy cho thấy nếu con mồi không có chỗ trốn, kẻ săn ăn hết con mồi rồi chính nó chết đói theo; thêm chỗ trốn hoặc bổ sung con mồi thì hai quần thể mới tồn tại lâu hơn. Đây là một trong những thí nghiệm nền tảng của sinh thái học quần thể.

Vi khuẩn chạy trốn bằng cách "lộn nhào"

Vi khuẩn E. coli bơi theo kiểu "chạy thẳng – lộn nhào": bơi thẳng một đoạn, rồi lộn nhào ngẫu nhiên để đổi hướng. Khi thấy môi trường đang tốt lên, nó lộn nhào ít hơn; khi xấu đi, nó lộn nhào nhiều hơn. Nhà vật lý sinh học Howard Berg nghiên cứu cơ chế này từ thập niên 1970. Không có não, nhưng nó vẫn "đi về phía thức ăn và tránh chỗ độc".

Góc nhìn hôm nay: một thế giới ngay dưới chân

• Bãi cát buổi trưa. Ra bờ sông, bãi đất trống buổi trưa nắng có thể gặp bọ hổ. Ngồi yên quan sát kiểu chạy – dừng của chúng.
• Hố kiến sư tử. Dưới mái hiên, gốc cây có cát khô thường có những hố phễu nhỏ. Thả một hạt cát lăn xuống để xem phản ứng — đừng đào bới làm chết ấu trùng.
• Kính hiển vi trường học. Một giọt nước ao dưới kính hiển vi quang học bình thường đã đủ thấy trùng đế giày và nhiều sinh vật đơn bào đang săn nhau.
• Đọc thêm. Sách Microcosmos của Lynn Margulis và Dorion Sagan giới thiệu thế giới vi sinh; bài nói "Life at low Reynolds number" của Purcell có bản đọc trực tuyến cho ai mê vật lý.
• Bài học. Ở thế giới nhỏ, phản xạ quan trọng hơn sức mạnh. Một cú đóng hàm một phần nghìn giây hay một lần quay đầu đúng hướng quyết định tất cả.