Ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử của răng nanh của hai loài rắn khác nhau. Răng nanh của rắn sọc vằn (trái) có một rãnh lớn để giúp phân phối chất độc. Ảnh bên phải cho thấy răng nanh của rắn đước một phần cắn ngập trong thịt. Mũi tên màu vàng ở phía dưới chỉ rõ tuyến ống hình thành khi răng nanh bị ngập trong thịt. (Ảnh: Bruce Young/Hội Vật lí Hoa Kì)
Nếu bạn từng xui xẻo đến mức bị rắn cứa răng nanh của nó vào chân bạn, thì có lẽ bạn đã từng mất một giây đồng hồ bỡ ngỡ trước cơ chế khéo léo ẩn sau sự phân bố nọc độc của nó. Thật vậy, theo các nhà sinh lí học ở Đức và ở Mĩ, nhiều loài bò sát có độc không tiêm chất độc của chúng, như có lẽ bạn đã nghĩ như thế. Thay vào đó, chúng hoạt động dựa trên một hỗn hợp độc gồm sức căng bề mặt và cơ sở vật lí “nước sốt cà chua”. “Cho đến lúc chúng tôi nghiên cứu, chưa có ai từng quan tâm đến câu hỏi xem vì sao sự nhiễm độc do rắn cắn lại xảy ra như vậy”, phát biểu của thành viên đội nghiên cứu Leo van Hemmen thuộc trường Đại học Kĩ thuật Munich.
Một vài loài rắn thật sự tiêm chất độc của chúng, loài rắn chuông là một thí dụ nổi tiếng. Răng nọc của rắn chuông giống như những mũi tiêm dưới da, bơm chất độc vào con mồi ở áp suất cao từ tuyến độc nằm trên đầu rắn. Nhưng nhiều loài rắn và loài bò sát có độc khác không có các tuyến ống trong răng nọc của chúng, và vì thế không thể phân phối chất độc kiểu áp lực được. Thường thì răng nọc của chúng có một cái đường rãnh, chạy từ trên xuống dưới.
Thủy động lực học
Van Hemmen và các đồng nghiệp của ông tại Munich, cùng Bruce Young tại trường Đại học Massachusetts muốn tìm hiểu xem những cái rãnh này đã giúp phân phối độc chất như thế nào. Để tiến hành, các nhà nghiên cứu đã vắt một số nọc độc từ một cặp rắn, sau đó trộn nó với những phần nước bọt bằng nhau, như hiện tượng vẫn thường xảy ra. Tiếp theo, họ đo độ nhớt của hỗn hợp nọc độc-nước bọt với những giá trị khác nhau của tốc độ cứa – nghĩa là độ nhớt của chất độc khi nó nằm giữa hai bề mặt đang chuyển động tương đối so với nhau ở một tốc độ nhất định.
Quá trình này làm sáng tỏ một thực tế thú vị về nọc rắn: nó hơi giống với nước sốt cà chua. Không giống như nước, chất chảy đi bất kể lực tác dụng lên nó, nước sốt có độ nhớt kém hơn – hay dễ chảy đi hơn – khi lực kéo tác dụng lên nó tăng lên. Đặc điểm này biến nước sốt thành một chất lỏng “phi Newton tính”.
Nhóm của van Hemmen tin rằng hành trạng phi Newton tính của nọc rắn là cái thiết yếu đối với sự phân phối của nó. Khi chất độc ở trong rãnh răng nanh, chỉ lộ ra trước không khí, sự thiếu lực kéo có nghĩa là nó có độ nhớt cao. Tuy nhiên, khi răng nanh cắn xuyên qua da, thì lực kéo tăng lên, độ nhớt giảm đi, và chất độc có thể chảy tự do.
Sức căng bề mặt giải phóng chất độc
Nhưng không chỉ có thế. Nhóm của van Hemmen còn đo được sức căng bề mặt của hỗn hợp chất độc, một tính chất có tác dụng làm giảm thiểu diện tích và năng lượng bề mặt – bằng cách tạo chất lỏng thành giọt chẳng hạn. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần mềm máy tính để phân tích năng lượng bề mặt sẽ giảm thiểu như thế nào với những hình dạng răng nọc khác nhau. Nói chung, các nhà nghiên cứu nhận thấy khi răng nọc ở trong không khí, thì sức căng bề mặt giữ chất độc ở trong rãnh. Tuy nhiên, khi răng nọc cắn xuyên qua da thịt, thì các rãnh và mô hình thành nên một dạng hình ống làm tăng diện tích bề mặt và giảm thiểu năng lượng bề mặt, do đó làm giải phóng chất độc.
“Tôi thấy đây là một nghiên cứu rất thú vị”, phát biểu của Wolfgang Wüster thuộc trường Đại học Bangor ở Wales, ông là nhà sinh vật học và là chuyên gia về rắn độc. “Trong nhiều năm qua, các nhà sinh học đã thắc mắc trước chức năng của răng nanh sau có rãnh của nhiều loài rắn. Là một hệ thống phân phối, nó thường bị xem là không hiệu quả... Nghiên cứu mới này cho thấy rằng một cái răng nanh có rãnh thật ra là một hệ thống phân phối chất độc hiệu quả có thể đưa vào chất độc vào vết cắn một cách khá nhanh và hiệu quả”.
Tuy nhiên, Kenneth Kardong, một nhà sinh học người loài bò sát tại trường Đại học Bang Washington ở Pullman, Mĩ, thì không bị thuyết phục rằng các rãnh là nơi phân phối chất độc. Ông cho biết chất bài tiết của loài bò sát là “hỗn hợp hóa chất” có chức năng đa dạng, trong đó có sự tiêu hóa nữa. Mặc dù “cơ sở vật lí trên là thú vị”, ông nói, nhưng các răng nanh có rãnh có lẽ chỉ làm dịch chất lỏng đó đến da của con mồi, và không đưa nó xuống thêm, trực tiếp vào dòng máu trong cơ thể con mồi, nơi nó sẽ phát huy độc tính mạnh mẽ nhất. “Mọi con đường đều dẫn tới La Mã, nhưng không phải mọi chất bài tiết của loài bò sát đều là chất độc”, ông nói.
Cho dù các răng nanh có rãnh có là một hệ phân phối độc chất hiệu quả đi nữa, thì sự tiến hóa cho thấy chúng có lẽ không hiệu quả bằng các răng nanh có tuyến ống của rắn chuông. Hans Sues, một nhà cổ sinh vật học tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên quốc gia Smithsonian ở thủ đô Washington, đã tiến hành những nghiên cứu cho thấy những tuyến ống khép kín đã phát triển từ những răng nanh rãnh hở ở loài bò sát trong kỉ Triass cách đây 200 triệu năm trước. “Một sự chuyển tiếp như vậy đã được nêu giả thuyết từ lâu là những chiếc răng nanh có tuyến ống ở loài rắn phát triển bởi sự gấp nếp trong sự phát triển phôi”, ông nói. “Như vậy, bất kể tính hiệu quả của những rãnh hở, vẫn có sự phát triển những tuyến ống khép kính hoàn toàn”.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Phys. Rev. Lett. 106 198103.
Nguồn: physicsworld.com
