Tôm tít: cú đấm nhanh nhất biển và bọt khí sủi đánh thêm một lần

Tôm tít công (Odontodactylus scyllarus) tung cú đấm bằng đôi càng hình búa nhanh tới khoảng 23 m/s, gia tốc hơn 10.000 lần trọng trường, theo đo đạc của Sheila Patek và cộng sự công bố trên Nature năm 2004. Cú đấm nhanh đến mức nước phía trước sôi thành bọt khí, và bọt khí vỡ ra tạo thêm một cú va thứ hai. Bí quyết không nằm ở cơ bắp mà ở một chiếc lò xo có chốt khoá.

Tôm tít là ai

Tôm tít (bộ Stomatopoda), ở Việt Nam còn gọi là bề bề, không phải tôm thật mà là một nhánh giáp xác riêng, sống ở biển nhiệt đới và cận nhiệt. Có hàng trăm loài. Chúng sống trong hang dưới đáy cát, khe đá, rạn san hô và săn mồi bằng đôi chân trước biến đổi thành vũ khí.

Dựa vào hình dạng vũ khí, người ta chia tôm tít thành hai nhóm lớn:

• Nhóm "đâm": chân trước có hàng gai sắc như lưỡi cưa gập lại, dùng để quắp cá, tôm đang bơi. Nhiều loài bề bề bán ở chợ ven biển Việt Nam thuộc kiểu này.
• Nhóm "đập": chân trước có khối cứng như cái búa, dùng đập vỡ vỏ ốc, cua, sò. Tôm tít công thuộc nhóm này và là loài được nghiên cứu kỹ nhất.

Cả hai nhóm đều nhanh, nhưng cú đập của nhóm búa mới là thứ làm các nhà vật lý sửng sốt.

Những con số đã được đo

Năm 2004, Sheila Patek (khi đó ở Đại học California, Berkeley), W. L. Korff và Roy Caldwell quay tôm tít công bằng camera tốc độ cao hàng chục nghìn khung hình mỗi giây. Kết quả đăng trên tạp chí Nature:

Năm 2005, Patek và Caldwell đo tiếp lực va chạm (công bố trên Journal of Experimental Biology): lực đỉnh của một cú đánh vào vật cứng có thể lên tới hàng trăm đến hơn một nghìn niu-tơn, gấp hàng nghìn lần trọng lượng của chính con vật.

Những con số này đo trên một số cá thể trong phòng thí nghiệm, dao động theo kích cỡ con vật và điều kiện đo. Đừng hiểu là mọi con tôm tít đều đánh đúng bằng ấy.

Lò xo, chốt khoá và đòn bẩy

Không cơ bắp nào co nhanh tới mức đẩy càng đi 23 m/s trong nước. Tôm tít dùng nguyên lý mà các nhà sinh học gọi là khuếch đại công suất: tích năng lượng từ từ, rồi xả ra trong khoảnh khắc.

1. Tích năng lượng: cơ lớn co từ từ, nén một cấu trúc đàn hồi hình yên ngựa ở khớp chân, giống kéo căng dây ná.
2. Khoá chốt: trong lúc nén, một chốt (latch) giữ càng ở tư thế gập, không cho bật ra.
3. Nhả chốt: một cơ khác mở chốt. Năng lượng tích trong lò xo xả ra gần như tức thì, qua hệ đòn bẩy, đẩy càng búa văng ra.

Nguyên lý "lò xo – chốt – đòn bẩy" này gặp ở nhiều sinh vật nhanh nhất thế giới: kiến hàm bẫy, bọ chét, lưỡi tắc kè hoa. Kỹ sư làm robot nhỏ học theo chính mô hình đó.

Bọt khí sủi: cú đánh thứ hai

Khi càng búa lao qua nước quá nhanh, áp suất phía sau nó tụt mạnh tới mức nước "sôi" ở nhiệt độ thường, tạo thành bọt hơi. Hiện tượng này gọi là xâm thực (cavitation), cũng là thứ làm rỗ cánh chân vịt tàu thuỷ.

Bọt xâm thực tồn tại rất ngắn rồi xẹp lại đột ngột. Lúc xẹp, nó giải phóng năng lượng thành sóng va đập, kèm theo tiếng tách và đôi khi một chớp sáng yếu, nóng tức thời ở điểm xẹp. Patek và Caldwell đo được: lực từ bọt khí xẹp có thể đạt tới một phần đáng kể lực của chính cú va. Con mồi vì vậy hứng hai cú gần như liền nhau — một từ càng, một từ bọt khí.

Cái búa không vỡ

Đập hàng nghìn lần vào vỏ ốc mà càng không nứt? Năm 2012, nhóm của James Weaver và David Kisailus công bố trên Science rằng đầu búa của tôm tít công có cấu trúc nhiều lớp: lớp ngoài cứng giàu khoáng, lớp trong là các sợi xếp xoắn ốc lệch nhau từng chút (cấu trúc xoắn kiểu Bouligand). Vết nứt đi vào phải xoay vòng theo các lớp nên tiêu hao năng lượng thay vì xuyên thẳng.

Cấu trúc này đang được nghiên cứu để làm vật liệu composite nhẹ mà chịu va đập, như mũ bảo hiểm, vỏ thiết bị. Và tôm tít còn thay vỏ định kỳ, nên đầu búa mòn sẽ được thay mới sau mỗi lần lột xác.

Họ hàng xa có tiếng nổ dưới biển

Tôm tít không phải loài duy nhất dùng bọt xâm thực. Tôm gõ mõ (tôm pháo, họ Alpheidae) có một càng to bất thường, khi đóng lại thì phụt ra tia nước nhanh tới mức tạo bọt xâm thực. Bọt xẹp phát ra tiếng nổ lớn, đủ làm choáng con mồi nhỏ. Đàn tôm gõ mõ ở rạn san hô tạo ra tiếng lách tách liên tục mà thiết bị thu âm dưới nước nghe rất rõ. Hai nhóm giáp xác không gần nhau, nhưng cùng tìm ra một vũ khí vật lý.

Đôi mắt nổi tiếng không kém

Tôm tít còn nổi tiếng vì mắt có tới 12 loại tế bào cảm nhận màu, nhiều hơn hẳn 3 loại của người. Từng có giả thuyết rằng chúng thấy màu "phong phú hơn". Nhưng năm 2014, nhóm Hanne Thoen và Justin Marshall (Đại học Queensland, Úc) công bố trên Science rằng tôm tít phân biệt các màu gần nhau còn kém hơn người. Có lẽ chúng nhận màu theo kiểu "nhìn là biết ngay" chứ không so sánh tinh tế — một lối nhận diện nhanh, hợp với lối sống phục kích.

Góc nhìn hôm nay: gặp tôm tít ở đâu và cần lưu ý gì

• Ngoài chợ: bề bề tươi còn sống có thể cắn hoặc quắp tay bằng gai sắc. Cầm từ phía lưng, tránh phần chân trước.
• Thuỷ cung: nhiều thuỷ cung có bể tôm tít công màu sặc sỡ. Người nuôi cảnh truyền nhau chuyện tôm tít lớn làm nứt kính bể nhỏ; dù sao, nuôi loại "búa" cần bể chắc và hiểu biết.
• Lặn biển: đừng thò tay vào hang dưới đáy. Thợ lặn gọi tôm tít là "kẻ tách ngón tay" không phải không có lý.
• Đọc thêm: các video tốc độ cao của phòng thí nghiệm Patek (nay ở Đại học Duke) được đăng công khai, xem chậm từng khung rất thú vị.