Tắc kè và thạch sùng bò được trên tường, trên trần nhà nhờ bàn chân phủ hàng trăm nghìn sợi lông cực nhỏ, mỗi sợi lại chẻ thành hàng trăm đầu tí hon chỉ cỡ vài trăm phần triệu milimét. Ở khoảng cách gần như vậy, giữa đầu lông và bề mặt tường xuất hiện lực hút yếu giữa các phân tử gọi là lực van der Waals. Từng lực một cực nhỏ, nhưng cộng hàng tỷ điểm tiếp xúc lại thì đủ giữ cả con vật lộn ngược trên trần.
Bàn chân tắc kè không có keo, không có giác hút, cũng không cần ướt. Điều làm các nhà khoa học thích thú hơn cả là chúng bám rất chắc mà lại gỡ ra cực nhanh, hàng chục lần mỗi giây khi chạy, và tự sạch dần sau vài bước đi. Bài này giải thích cơ chế đó, những hiểu lầm hay gặp, và chuyện con thạch sùng đứt đuôi quen thuộc trong mọi nhà Việt.
Cấu trúc bàn chân tắc kè, từ to đến nhỏ
Bí mật nằm ở cấu trúc phân tầng: mỗi tầng nhỏ hơn tầng trước hàng trăm lần. Các con số dưới đây là ước tính cho loài tắc kè lớn (Gekko gecko), loài đã được nghiên cứu nhiều nhất:
| Tầng | Kích thước | Vai trò |
|---|---|---|
| Ngón chân có các nếp gấp ngang | Vài milimét | Chia mặt dưới ngón thành nhiều dải mềm, áp sát bề mặt gồ ghề |
| Sợi lông (seta) | Dài khoảng một phần mười milimét, mỗi bàn chân hàng trăm nghìn sợi | Uốn cong theo bề mặt, tăng số điểm chạm |
| Nhánh chẻ ở đầu sợi | Mỗi sợi chẻ ra hàng trăm nhánh | Len vào các chỗ lồi lõm rất nhỏ |
| Đầu dẹt hình thìa (spatula) | Rộng khoảng 0,2 micromét | Tiếp xúc ở khoảng cách phân tử, tạo lực van der Waals |
Mặt tường trông nhẵn với mắt người nhưng thật ra gồ ghề ở mức hiển vi. Nếu chỉ có một tấm đệm phẳng, phần lớn diện tích sẽ không chạm được vào tường. Nhờ hàng tỷ đầu thìa mềm, chân tắc kè "ôm" được gần như mọi chỗ lồi lõm, nên tổng lực bám rất lớn.
Lực van der Waals: lực hút giữa những thứ chạm sát nhau
Lực van der Waals là lực hút yếu xuất hiện giữa mọi phân tử khi chúng ở rất gần nhau, chỉ vài phần tỷ mét. Nó sinh ra do các điện tích trong phân tử dao động liên tục, tạo ra những cực điện tạm thời hút lẫn nhau. Bình thường ta không cảm nhận được lực này, vì hai vật rắn gần như không bao giờ chạm sát nhau trên diện tích lớn ở khoảng cách đó.
Năm 2000, nhóm của nhà sinh học Kellar Autumn ở Mỹ lần đầu đo được lực bám của một sợi lông tắc kè duy nhất. Hai năm sau, họ chứng minh lực bám chủ yếu đến từ van der Waals bằng một thí nghiệm khéo: tắc kè bám tốt cả trên bề mặt kỵ nước lẫn ưa nước, nghĩa là cơ chế không phụ thuộc vào màng nước hay keo. Những năm sau đó, một số nghiên cứu cho thấy độ ẩm và lực mao dẫn cũng góp một phần, nên bức tranh đầy đủ là van der Waals đóng góp chính, độ ẩm hỗ trợ thêm.
Từ số liệu đo được, nhóm nghiên cứu ước tính nếu mọi sợi lông trên bốn bàn chân cùng bám tối đa, một con tắc kè lớn có thể chịu được lực tương đương hơn một trăm ký. Thực tế chúng chỉ dùng một phần rất nhỏ khả năng này. Lượng dư thừa khổng lồ là để đảm bảo vẫn bám được trên bề mặt bẩn, gồ ghề, hay khi chỉ còn một chân trụ lại.
Bám chắc mà gỡ nhanh: bí quyết nằm ở góc nghiêng
Nếu chân bám chắc như vậy, sao tắc kè chạy được nhanh? Câu trả lời là lực van der Waals của sợi lông phụ thuộc mạnh vào góc. Mỗi bước chân diễn ra như sau:
- Đặt chân xuống, tắc kè kéo nhẹ bàn chân về phía thân, làm các sợi lông nghiêng đúng hướng và ép sát bề mặt. Lực bám bật lên.
- Khi chân đang chịu lực, các sợi lông giữ góc nghiêng nhỏ với bề mặt, lực bám mạnh nhất.
- Khi muốn nhấc chân, tắc kè cong ngón chân ngược lên từ đầu ngón, như ta bóc một miếng băng dính từ mép. Góc giữa sợi lông và bề mặt tăng lên quá khoảng 30 độ, lực bám gần như mất hẳn.
- Bàn chân rời tường mà gần như không tốn sức, sẵn sàng cho bước tiếp theo.
Cách gỡ "bóc từ đầu ngón" này là lý do tắc kè có kiểu cuộn ngón chân rất đặc trưng khi quan sát chậm. Nó cũng là nguyên tắc các kỹ sư áp dụng khi thiết kế miếng dán và tay kẹp bắt chước tắc kè: bám theo một chiều, nhả theo chiều khác.
Tự làm sạch và những bề mặt tắc kè chịu thua
Một băng dính thông thường dùng vài lần là dính đầy bụi và hết dính. Chân tắc kè thì không có tuyến tiết keo, vậy mà bước qua bụi bặm một lúc vẫn bám tốt. Năm 2005, các nhà khoa học chứng minh chân tắc kè có khả năng tự làm sạch: hạt bụi bám vào đầu lông hút với tường mạnh hơn với lông, nên sau vài bước, bụi bị "đặt lại" lên tường. Các nghiên cứu sau còn cho thấy cử động cuộn ngón chân giúp hất bụi đi nhanh hơn.
Dù vậy, tắc kè không phải bám được mọi nơi. Bề mặt chống dính như nhựa PTFE, loại dùng phủ chảo chống dính, gần như làm chúng trượt vì lực van der Waals trên vật liệu này rất yếu. Mặt kính ướt sũng nước cũng khiến lực bám giảm rõ rệt, vì lớp nước ngăn đầu lông tiếp xúc sát với kính. Tắc kè sống ở rừng mưa có những cách điều chỉnh, nhưng khi chân bị ướt hoàn toàn chúng vẫn bám kém đi.
Thạch sùng trong nhà cũng ít khi bò trên mặt gạch men đọng nước ở nhà tắm, mà hay chọn tường sơn khô, trần nhà, khung cửa. Lần tới thấy thạch sùng trượt chân, có thể bề mặt đó vừa ẩm vừa bóng.
Con thạch sùng trong nhà Việt và chiếc đuôi đứt rời
Thạch sùng quen thuộc trên tường nhà ở Việt Nam phổ biến nhất là loài thạch sùng đuôi sần (Hemidactylus frenatus), dài chừng mười centimét kể cả đuôi. Chúng hoạt động về đêm, rình quanh bóng đèn để bắt muỗi, bướm đêm, kiến cánh. Tiếng "chặc chặc" ta hay nghe là tiếng gọi của chúng, dùng để đánh dấu lãnh thổ và giao tiếp.
Khi bị bắt hay bị kẹp đuôi, thạch sùng có thể tự cắt đuôi. Các đốt xương đuôi có sẵn những đường nứt yếu; cơ quanh đó co mạnh làm đuôi đứt rời đúng chỗ, mạch máu co lại để hạn chế chảy máu. Khúc đuôi đứt còn giãy giụa vài phút nhờ thần kinh tại chỗ, thu hút sự chú ý của kẻ săn mồi trong khi con thạch sùng chạy thoát.
Đuôi sẽ mọc lại sau vài tuần, nhưng không giống hệt đuôi cũ: thay cho các đốt xương là một trục sụn, màu sắc và vảy thường khác. Mọc đuôi tốn nhiều năng lượng, và đuôi là nơi dự trữ mỡ, nên thạch sùng không đứt đuôi tuỳ tiện mà chỉ khi bị đe doạ thật sự.
Tắc kè lớn: tiếng kêu đặt tên cho loài
Tắc kè (Gekko gecko) lớn hơn thạch sùng nhiều, có thể dài tới khoảng 30 centimét, da xám xanh điểm chấm cam đỏ. Tên gọi tiếng Việt, cũng như tên tiếng Anh "tokay", được cho là bắt chước tiếng kêu to, lặp lại của con đực vào ban đêm. Chúng sống trong hốc cây, khe đá, mái nhà cũ ở nhiều vùng Đông Nam Á và Nam Á.
Tắc kè bị săn bắt và buôn bán với số lượng rất lớn trong khu vực để làm thuốc truyền thống và làm vật nuôi. Vì lo ngại cho quần thể hoang dã, năm 2019 loài này được đưa vào Phụ lục II của Công ước CITES, nghĩa là buôn bán quốc tế phải có giấy phép và được kiểm soát. Không có bằng chứng khoa học nào cho thấy tắc kè ngâm rượu hay sấy khô chữa được bệnh như lời đồn.
Việt Nam là một trong những nơi có nhiều loài thằn lằn họ tắc kè nhất khu vực. Những năm gần đây, các nhà khoa học trong và ngoài nước liên tục mô tả loài mới, nhất là nhóm thạch sùng ngón ở vùng núi đá vôi. Rất nhiều loài chỉ sống trên một vài ngọn núi, nên dễ bị đe doạ khi núi đá bị khai thác.
Từ chân tắc kè đến băng dính khô và tay kẹp robot
Miếng dán khô bắt chước tắc kè. Từ đầu những năm 2000, nhiều phòng thí nghiệm chế tạo vật liệu có hàng triệu cột siêu nhỏ mô phỏng sợi lông tắc kè. Một số sản phẩm có thể giữ vật nặng trên tường kính phẳng, gỡ ra không để lại vết và dùng lại nhiều lần.
Tay kẹp trong không gian. Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã thử nghiệm tay kẹp dùng miếng dán kiểu tắc kè trong môi trường mô phỏng không trọng lực, hướng tới việc tóm các vật trôi nổi như mảnh vỡ vệ tinh. Ưu điểm là lực bám không cần không khí hay keo, nên hoạt động được trong chân không.
Robot leo tường. Những robot nhỏ dùng chân dán khô có thể leo trên kính, kim loại phẳng, phục vụ kiểm tra công trình hay quan sát.
Giới hạn hiện nay. Vật liệu nhân tạo vẫn kém chân tắc kè ở khả năng tự làm sạch và độ bền sau hàng nghìn lần dán gỡ. Chân tắc kè còn được thay mới khi da lột, điều vật liệu nhân tạo chưa làm được.
Câu hỏi thường gặp
Thạch sùng có độc không?
Thạch sùng trong nhà ở Việt Nam không có nọc độc và không cắn người khi không bị bắt. Lời đồn thạch sùng rơi vào nồi canh làm canh độc không có cơ sở khoa học về chất độc, nhưng thức ăn bị bất kỳ con vật nào rơi vào đều có thể nhiễm vi khuẩn, nên vẫn nên bỏ đi cho an toàn.
Vì sao thạch sùng hay đậu gần bóng đèn?
Ánh sáng thu hút côn trùng bay về đêm như muỗi, bướm đêm, kiến cánh. Thạch sùng học được rằng chỗ đó dễ kiếm ăn nên thường chiếm một vị trí gần đèn và đuổi con khác đi. Nhà ít côn trùng thì cũng ít thạch sùng hơn.
Tắc kè có leo được trên kính không?
Có, kính khô và sạch là bề mặt tắc kè bám khá tốt. Chúng chỉ gặp khó trên bề mặt chống dính như PTFE, bề mặt phủ bụi mịn dày, hoặc kính bị phủ một lớp nước dày làm đầu lông không chạm sát được kính.
Mọi loài tắc kè đều bám được tường à?
Không. Khoảng sáu phần mười số loài trong họ tắc kè có đệm ngón dính. Một số loài sống trên mặt đất, ở sa mạc, không có đệm ngón dính, và khả năng này được cho là đã xuất hiện, mất đi rồi lại xuất hiện nhiều lần trong lịch sử tiến hoá của nhóm.
Thạch sùng đứt đuôi bao lâu thì mọc lại?
Thường mất vài tuần tới vài tháng tuỳ loài, nhiệt độ và lượng thức ăn. Đuôi mới có trục sụn thay vì các đốt xương, thường ngắn hơn và màu khác. Nếu đuôi mới lại bị đứt, nó khó đứt gọn ở chỗ mong muốn như đuôi gốc.
Băng dính tắc kè có bán ngoài thị trường không?
Đã có một số sản phẩm thương mại dùng nguyên lý mô phỏng chân tắc kè, chủ yếu cho móc treo, tay kẹp công nghiệp và nghiên cứu. Chúng đắt hơn băng dính thường và chưa thay thế được keo dán trong đời sống hằng ngày.