Khi chạy nhanh, báo săn và chó săn uốn cột sống như một chiếc lò xo: lưng cong vồng lên khi bốn chân gom dưới bụng, rồi duỗi dài khi chân vươn ra trước và sau, nhờ đó mỗi sải chạy dài thêm đáng kể. Ngựa thì ngược lại, giữ lưng tương đối cứng và để đôi chân dài làm phần lớn công việc. Con người chạy bằng hai chân, cột sống không gập lên xuống nhiều mà xoay vặn nhẹ: vai xoay ngược chiều hông ở mỗi bước, giúp thân giữ thẳng hướng và tiết kiệm sức.
Từ uốn ngang sang uốn dọc
Cá bơi bằng cách uốn thân sang hai bên. Thằn lằn, kỳ nhông chạy ngoằn ngoèo, thân vẫn uốn ngang theo từng bước. Đến thú, chân dịch xuống dưới thân và cột sống chuyển sang uốn tốt theo chiều lên xuống. Bài về cá heo trong cùng danh mục đã kể hệ quả của thay đổi này dưới nước: đuôi cá voi nằm ngang và vẫy lên xuống. Trên cạn, hệ quả thấy rõ nhất ở kiểu chạy phi nước đại của thú bốn chân.
Báo săn: cột sống làm chân thứ năm
Báo săn (cheetah) là thú trên cạn chạy nhanh nhất ở cự li ngắn. Năm 2013, nhóm của Alan Wilson (Royal Veterinary College, Anh) gắn vòng cổ có GPS và cảm biến chuyển động cho báo săn hoang dã ở Botswana và ghi được tốc độ tối đa khoảng 93 km/h trong các pha săn mồi. Điều họ ngạc nhiên hơn là báo săn ít khi chạy hết tốc lực; tài năng thật của nó nằm ở khả năng tăng tốc, phanh và đổi hướng gấp.
Quay chậm một con báo săn đang chạy, ta thấy mỗi sải gồm hai pha bay, khi cả bốn chân đều rời đất:
- Pha gom: bốn chân gập lại sát dưới bụng, chân sau vượt lên trước chân trước, lưng cong vồng lên như cánh cung.
- Pha duỗi: lưng duỗi thẳng, thậm chí hơi võng xuống, chân trước vươn xa về phía trước, chân sau đạp dài về phía sau, thân dài ra tối đa.
Cột sống dẻo dai cộng thêm đôi vai không có xương đòn gắn chặt (xương bả vai trượt tự do trên lồng ngực) cho phép mỗi sải chạy dài hơn rất nhiều so với chiều dài thân. Cái đuôi dài, nặng thì hoạt động như mái chèo đối trọng khi báo ngoặt gấp.
Cách chạy với hai pha bay này gọi là phi hai pha bay. Chó săn thỏ greyhound, chó săn whippet cũng chạy như vậy, và đó là lý do chúng là những con chó nhanh nhất.
Ngựa: lưng cứng, chân như lò xo
Ngựa chạy nhanh và bền theo một cách khác hẳn. Lưng ngựa khá cứng, gập lên xuống ít hơn nhiều so với báo săn, vì thế người cưỡi ngồi được trên lưng. Ngựa phi nước đại chỉ có một pha bay mỗi sải. Sức mạnh dồn vào đôi chân dài, nhẹ ở phần dưới, với gân và dây chằng dài đàn hồi như lò xo, tích năng lượng khi chân chạm đất và trả lại khi bật lên.
Có một chi tiết thú vị: khi phi nước đại, ngựa thở đúng một hơi cho mỗi sải. Khi chân trước chạm đất, khối nội tạng trượt về trước đẩy vào cơ hoành giúp thở ra; khi thân bay lên, nội tạng trượt về sau, hít vào. Nghiên cứu của Dennis Bramble và David Carrier đầu những năm 1980 cho thấy nhiều thú bốn chân có sự khớp nhịp thở – bước chạy như vậy. Ngựa không thể thở chậm lại khi đang phi nhanh, khác với người.
Bảng so sánh
| Con vật | Cột sống khi chạy nhanh | Pha bay mỗi sải | Mạnh nhất ở |
|---|---|---|---|
| Báo săn | Gập – duỗi rất mạnh | Hai | Tăng tốc, nước rút ngắn, đổi hướng gấp |
| Chó săn greyhound | Gập – duỗi mạnh | Hai | Nước rút vài trăm mét |
| Ngựa | Tương đối cứng | Một | Tốc độ cao duy trì được lâu, chở nặng |
| Người | Xoay vặn nhẹ, ít gập | Một pha bay ngắn mỗi bước | Chạy bền cự li dài, nhất là trời nóng |
Con người: xoay chứ không gập
Ở người, cột sống có bốn đường cong sinh lý ở cổ, ngực, thắt lưng và vùng cùng, làm việc như lò xo giảm chấn khi chân chạm đất. Khi chạy, ta không gập lưng lên xuống như báo. Thay vào đó, vai và hông xoay ngược chiều nhau: chân phải bước tới thì vai phải lùi lại, tay trái vung tới. Cú xoay vặn nhẹ của cột sống ngực và thắt lưng ấy cân bằng mô-men xoay của chân, giữ cho thân và đầu hướng thẳng về phía trước.
Năm 2004, Dennis Bramble và Daniel Lieberman công bố trên tạp chí Nature một bài phân tích cho rằng cơ thể người mang nhiều đặc điểm thích nghi với chạy bền: dây chằng gáy giữ đầu ổn định, gân gót dài, cơ mông lớn, vai tách khỏi đầu để xoay tự do, và khả năng toát mồ hôi để toả nhiệt. Họ đưa ra giả thuyết rằng tổ tiên người từng săn mồi bằng cách đuổi bền trong nắng nóng cho tới khi con mồi kiệt sức. Giả thuyết này vẫn đang được bàn luận, nhưng các đặc điểm giải phẫu kể trên là có thật.
Tự quan sát
- Tìm video quay chậm một con báo săn hoặc chó greyhound đang chạy (nhiều phim tài liệu thiên nhiên có cảnh này). Dừng hình ở pha bốn chân gom dưới bụng và pha thân duỗi dài nhất. Đo tỉ lệ chiều dài thân giữa hai pha trên màn hình bằng thước.
- Làm tương tự với video ngựa đua phi nước đại. Lưng ngựa thay đổi nhiều hay ít?
- Nhờ bạn quay video chính mình chạy chậm từ phía trước. Xem lại: vai và hông có xoay ngược chiều nhau không? Thử chạy vài bước với hai tay chắp sau lưng, cảm nhận thân bị lắc nhiều hơn thế nào.
Chạy thử ở sân trường hoặc nơi bằng phẳng, khởi động trước, chạy nhẹ nhàng vừa sức. Nếu đau lưng, đau gối kéo dài hoặc tê chân, nên đi khám thay vì tự chữa.
Góc nhìn hôm nay
Hiểu cột sống khi chạy giúp ta nhìn thú chạy với con mắt khác: dáng lưng nói lên lối sống. Thú săn mồi rình rập rồi bứt tốc có lưng dẻo; thú cần chạy bền để thoát khỏi kẻ săn hay di cư xa có lưng cứng, chân dài. Các kỹ sư robot cũng đã thử thêm "cột sống" có khớp cho robot bốn chân và thấy robot chạy nhanh hơn. Muốn tìm hiểu thêm, có thể xem bộ xương báo, chó, ngựa ở các bảo tàng thiên nhiên, hoặc so sánh hình bộ xương trong sách sinh học. Với người tập chạy, hãy hỏi huấn luyện viên hoặc bác sĩ thể thao về tư thế phù hợp với cơ thể mình.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao báo săn chạy nhanh?
Báo săn có cột sống rất dẻo gập duỗi như lò xo, xương bả vai trượt tự do, chân dài và đuôi làm đối trọng. Mỗi sải có hai pha bay nên sải chạy rất dài. Vòng cổ GPS năm 2013 ghi được tốc độ khoảng 93 km/h ở báo hoang dã.
Ngựa chạy khác báo thế nào?
Ngựa giữ lưng tương đối cứng và dựa vào đôi chân dài với gân đàn hồi, mỗi sải chỉ một pha bay. Báo săn gập duỗi lưng mạnh, có hai pha bay. Ngựa duy trì tốc độ lâu hơn, báo bứt tốc tốt hơn.
Phi nước đại là gì?
Phi nước đại là dáng chạy nhanh nhất của thú bốn chân, trong đó bốn chân chạm đất lần lượt và có ít nhất một khoảnh khắc cả bốn chân cùng rời đất. Báo và chó săn có hai pha bay mỗi sải, ngựa có một.
Khi chạy, cột sống người làm gì?
Cột sống người giảm chấn nhờ bốn đường cong sinh lý và xoay vặn nhẹ để vai xoay ngược chiều hông ở mỗi bước. Cú xoay này cân bằng cử động của chân, giữ thân thẳng hướng.
Con người có phải sinh ra để chạy bền?
Năm 2004, Bramble và Lieberman cho rằng nhiều đặc điểm cơ thể người như gân gót dài, dây chằng gáy, cơ mông lớn, khả năng toát mồ hôi là thích nghi cho chạy bền. Đây là giả thuyết có nhiều ủng hộ nhưng vẫn còn tranh luận.
