Rắn không có chân nhưng có tới bốn cách di chuyển chính: uốn sóng ngang (cách quen thuộc nhất, thân lượn hình chữ S), kiểu đàn xếp (co lại rồi duỗi ra từng đoạn), bò thẳng (dùng vảy bụng như bánh xích) và đi ngang (kiểu của rắn sa mạc trên cát nóng). Bí quyết nằm ở hai thứ: một cột sống có vài trăm đốt rất linh hoạt, và lớp vảy bụng trượt dễ về phía trước nhưng "níu" lại khi bị kéo ngang hay kéo lùi.
Cơ thể rắn được "thiết kế" để uốn
Người có 33 đốt sống. Rắn thường có vài trăm đốt, nhiều loài trên hai trăm, và gần như mỗi đốt mang một đôi xương sườn. Các đốt khớp với nhau bằng những mặt khớp phụ, cho phép thân uốn sang hai bên rất rộng nhưng hạn chế xoắn vặn quá mức. Nhờ vậy cả thân rắn giống một chuỗi khớp dài, mỗi khớp chỉ gập một chút, cộng lại thành những đường cong mềm mại.
Dọc thân là nhiều lớp cơ nối từ đốt này sang đốt khác, có bó chỉ vượt qua vài đốt. Khi cơ một bên co lần lượt từ đầu tới đuôi, một làn sóng uốn chạy dọc thân. Toàn bộ cách bò của rắn là chuyện điều khiển làn sóng đó: lan đi nhanh hay chậm, uốn mạnh hay nhẹ, chạm đất ở đâu.
Thứ thứ hai là vảy bụng. Ở phần lớn rắn sống trên cạn, mặt bụng phủ những tấm vảy rộng, xếp chồng như ngói lợp, mép tự do hướng về phía đuôi. Vuốt từ đầu xuống đuôi thì trơn, vuốt ngược lại thì vướng. Đây chính là chìa khoá mà các nhà cơ học mới đo đạc kỹ trong vài chục năm gần đây.
Kiểu 1: uốn sóng ngang — đường chữ S quen thuộc
Khi nghĩ tới rắn bò, ta thường hình dung thân rắn uốn thành những chữ S nối nhau, và mọi điểm trên thân đều đi theo đúng một con đường như toa tàu đi trên ray. Đó là kiểu uốn sóng ngang (lateral undulation), dùng ở hầu hết các loài rắn, cả khi bò lẫn khi bơi.
Rắn đẩy vào đâu?
Năm 1946, nhà động vật học người Anh James Gray công bố một nghiên cứu kinh điển về cơ chế bò của rắn. Ông cho rắn bò qua một tấm ván có cắm các chốt đứng và thấy rằng rắn tì mặt bên của các khúc uốn vào chốt, đẩy ngược về phía sau. Phản lực từ những điểm tì ấy cộng lại thành lực đẩy rắn tiến lên. Ngoài tự nhiên, "chốt" là hòn sỏi, gốc cỏ, bụi cây, gờ đất. Đặt rắn trên mặt kính thật trơn, không có gì để tì, kiểu bò này gần như vô dụng: thân uốn liên tục mà chẳng đi được bao xa.
Trên mặt phẳng không có chốt thì sao?
Thế nhưng rắn vẫn bò được trên nền đất tương đối phẳng. Năm 2009, nhóm của David Hu và Michael Shelley (Đại học New York) đo ma sát của vảy bụng rắn theo nhiều hướng và thấy ma sát theo chiều ngang và chiều lùi lớn hơn rõ rệt so với chiều tiến. Sự chênh lệch đó, gọi là ma sát bất đẳng hướng, đủ để biến làn sóng uốn thành chuyển động tiến. Họ còn quan sát thấy rắn hơi nhấc những khúc cong lên khỏi mặt đất, dồn trọng lượng vào những chỗ có lợi nhất cho lực đẩy. Khi phủ lên bụng rắn một lớp vải mềm làm mất tác dụng của vảy, rắn bò kém hẳn.
Kiểu 2: đàn xếp — co lại, níu chặt, duỗi ra
Trong một đường hầm hẹp, một khe đá hay khi leo lên thân cây, rắn không có chỗ để uốn những chữ S rộng. Lúc đó nó dùng kiểu đàn xếp (concertina), giống cách kéo giãn chiếc đàn phong cầm. Phần sau thân gập thành mấy khúc chặt, ép vào thành hang hoặc ôm lấy cành để làm điểm neo. Phần trước duỗi thẳng ra phía trước. Rồi phần trước lại gập lại để neo, kéo phần sau lên. Cứ thế từng nhịp một.
Kiểu này tốn sức và chậm hơn nhiều so với uốn sóng ngang, vì rắn liên tục phải dừng một phần thân và ép mạnh vào bề mặt. Bù lại, nó cho phép rắn đi ở những chỗ mà kiểu khác bó tay. Năm 2021, nhóm của Julie Savidge và Bruce Jayne còn mô tả một biến thể lạ ở loài rắn cây nâu Boiga irregularis: rắn quấn một vòng như chiếc thòng lọng quanh cột trơn hình trụ rồi nhích dần lên trên, một cách leo chưa từng được ghi nhận trước đó.
Kiểu 3: bò thẳng — vảy bụng như bánh xích
Quan sát một con trăn to đang bò chậm, ta có thể thấy thân nó gần như thẳng mà vẫn trườn tới, êm và lặng lẽ. Đó là kiểu bò thẳng (rectilinear). Lớp da bụng của rắn lỏng so với khung xương bên trong. Cơ kéo da bụng ra phía trước một đoạn, các vảy bám xuống đất, rồi cơ khác kéo khung xương trượt lên theo. Những làn sóng co – duỗi ấy chạy dọc bụng từ đầu tới đuôi, nhiều làn cùng lúc, giống bánh xích của xe ủi đất.
Kiểu bò này hay gặp ở các loài thân nặng như trăn, một số loài rắn lục to. Nó chậm nhưng tiết kiệm và kín đáo: thân không quẫy sang hai bên nên ít làm động cỏ lá, hợp với lối rình mồi. Rắn cũng dùng nó khi trườn dọc một bờ tường hoặc một cành cây thẳng.
Kiểu 4: đi ngang — lời giải cho cát nóng
Trên đồi cát, cả ba cách trên đều gặp khó: cát trôi tuột dưới thân, không có "chốt" để tì, và mặt cát giữa trưa rất nóng. Một số loài rắn sa mạc giải quyết bằng kiểu đi ngang (sidewinding). Rắn nhấc một phần thân lên, đặt xuống một chỗ cạnh đó, rồi các khúc khác lần lượt lăn theo. Chỉ có hai, ba đoạn thân chạm đất mỗi lúc, và những đoạn chạm đất ấy đứng yên chứ không trượt. Kết quả là con rắn tiến xéo về một bên, để lại trên cát những vệt song song có móc ở đầu, nhìn như một dãy chữ J.
Đại diện nổi tiếng là rắn đuôi chuông sừng Crotalus cerastes ở sa mạc Bắc Mỹ, và loài rắn lục Bitis peringueyi ở sa mạc Namib (châu Phi). Năm 2014, một nhóm nghiên cứu ở Viện Công nghệ Georgia (Hoa Kỳ) cho rắn đuôi chuông sừng bò trên một máng cát có thể nâng nghiêng, và thấy rắn tăng chiều dài đoạn thân áp xuống cát khi dốc tăng, để không bị tụt. Họ dùng chính quan sát này để cải tiến một robot dạng rắn leo dốc cát.
Bảng so sánh bốn kiểu
| Kiểu | Cách làm | Hay dùng khi | Tốc độ, chi phí |
|---|---|---|---|
| Uốn sóng ngang | Sóng chữ S chạy dọc thân, tì mặt bên vào vật cản | Đất cỏ, sỏi đá, bơi trong nước | Nhanh, tiết kiệm nhất |
| Đàn xếp | Neo một đoạn, duỗi đoạn khác, luân phiên | Hang hẹp, khe đá, leo cây | Chậm, tốn sức |
| Bò thẳng | Sóng co – duỗi của da bụng, thân gần thẳng | Rắn thân nặng, rình mồi, bò dọc vật thẳng | Chậm, êm, kín đáo |
| Đi ngang | Nhấc thân lên, chỉ vài đoạn chạm đất, tiến xéo | Cát lỏng, mặt nền nóng | Khá nhanh trên cát |
Các kiểu này không tách bạch như trong sách. Một con rắn thật thường đổi kiểu liên tục, thậm chí phần đầu bò kiểu này còn phần đuôi bò kiểu khác, tuỳ mặt nền dưới từng khúc thân.
Còn khi bơi và khi trèo?
Gần như mọi loài rắn đều bơi được bằng kiểu uốn sóng ngang: nước đóng vai "chốt" ở khắp nơi, vì thân đẩy vào đâu cũng có nước cản lại. Các loài rắn biển còn có đuôi dẹt như mái chèo, làm tăng diện tích đẩy nước. Đây cũng là cách bơi của lươn và nhiều loài cá thân dài; bài về bốn kiểu bơi của cá trong cùng danh mục sẽ kể kỹ hơn.
Khi trèo cây, rắn kết hợp đàn xếp, quấn quanh cành và tì vào các mấu gồ ghề của vỏ cây. Một số loài rắn sống trên cây ở Đông Nam Á còn "liều" hơn nữa: phóng mình khỏi cành, dẹt thân lại và lượn trong không trung. Đó là câu chuyện của nhóm rắn bay Chrysopelea.
Góc nhìn hôm nay: từ rắn tới robot
Hiểu cách rắn bò không chỉ là chuyện tò mò. Robot dạng rắn đang được nghiên cứu để chui vào đống đổ nát tìm người sau động đất, luồn vào đường ống, bồn chứa, động cơ để kiểm tra. Những robot này mượn đúng các kiểu của rắn thật: uốn sóng để đi nhanh trên nền thoáng, đàn xếp để chui ống hẹp, đi ngang để vượt dốc cát. Trong y học, nhiều thiết kế dụng cụ nội soi mềm cũng học cách các đoạn thân rắn uốn nối tiếp nhau.
Quan sát an toàn
- Muốn thấy tận mắt, cách tốt nhất là xem rắn ở vườn thú, trại nghiên cứu hoặc trung tâm cứu hộ có hướng dẫn viên. Nhiều phim tài liệu có cảnh quay chậm rất rõ các kiểu bò.
- Khi đi bộ ở đồi cát ven biển, có thể để ý dấu vết bò của bò sát và côn trùng trên cát buổi sáng sớm: vệt uốn chữ S liền mạch khác hẳn dãy vệt rời rạc.
- Gặp rắn ngoài tự nhiên: đứng yên, lùi ra từ từ, để nó đi. Không dùng tay hay que để bắt, chọc, ép rắn bò cho xem. Rắn không chủ động đuổi người; phần lớn vết cắn xảy ra khi người cố bắt hoặc vô tình giẫm phải.
- Nếu bị rắn cắn: giữ bình tĩnh, hạn chế cử động chi bị cắn, gọi 115 và đến cơ sở y tế gần nhất càng sớm càng tốt. Không rạch, không hút nọc, không đắp lá.
Sách nên đọc cho học sinh muốn đi xa hơn: các giáo trình động vật có xương sống phần bò sát, và những bài phổ biến khoa học về cơ sinh học (biomechanics) của rắn dựa trên công trình của James Gray, David Hu, Bruce Jayne.
Câu hỏi thường gặp
Rắn không có chân thì bò bằng gì?
Rắn bò bằng cơ thân và vảy bụng. Cột sống vài trăm đốt cho phép thân uốn thành sóng, còn vảy bụng xếp như ngói giúp thân trượt dễ về phía trước nhưng níu lại khi bị đẩy ngang hoặc lùi. Kết hợp hai thứ này, rắn biến chuyển động uốn thành chuyển động tiến.
Rắn có mấy kiểu bò?
Các nhà sinh học thường chia thành bốn kiểu chính: uốn sóng ngang, đàn xếp, bò thẳng và đi ngang. Ngoài ra còn những biến thể đặc biệt như kiểu thòng lọng của rắn cây nâu khi leo cột trơn. Một con rắn có thể đổi kiểu liên tục tuỳ mặt nền.
Vì sao rắn bò trên kính rất khó khăn?
Kiểu uốn sóng ngang cần những điểm để tì vào hoặc cần ma sát đủ khác nhau giữa các hướng. Mặt kính trơn không cho cả hai, nên rắn uốn mạnh mà thân vẫn trượt tại chỗ. Thí nghiệm của James Gray năm 1946 đã cho thấy rõ điều này.
Rắn đi ngang trên cát là loài nào?
Nổi tiếng nhất là rắn đuôi chuông sừng ở sa mạc Bắc Mỹ và loài rắn lục Bitis peringueyi ở sa mạc Namib. Kiểu đi ngang giúp chúng không bị cát trôi và giảm thời gian thân tiếp xúc với mặt cát nóng.
Rắn bò nhanh không, có đuổi kịp người không?
Phần lớn rắn bò chậm hơn tốc độ đi bộ nhanh của người lớn khi tính quãng dài. Rắn cũng không có thói quen đuổi người; chúng bỏ đi nếu có lối thoát. Gặp rắn thì nên đứng yên rồi lùi lại từ từ, không tìm cách bắt.
