Gân chân đà điểu hoạt động như lò xo: khi bàn chân chạm đất, gân bị kéo căng và tích năng lượng đàn hồi; khi bàn chân bật lên, gân co lại và trả phần lớn năng lượng ấy cho bước chạy tiếp theo. Nhờ vậy cơ không phải làm lại từ đầu ở mỗi bước, và đà điểu chạy xa, chạy nhanh mà tốn ít sức so với cân nặng của mình.
Lò xo sinh học là gì
Hãy hình dung một quả bóng cao su rơi xuống sàn. Khi chạm sàn, quả bóng bị nén, tích năng lượng, rồi nảy lên. Chân động vật chạy giỏi cũng làm điều tương tự, chỉ khác là "chất cao su" ở đây là gân — dải mô liên kết dai, đàn hồi, nối cơ với xương.
Khi một con vật chạy, ở pha chân chạm đất, thân đè xuống làm các khớp gập lại; gân bị kéo dài. Ở pha đẩy, gân trở về độ dài cũ, giải phóng năng lượng giúp đẩy thân lên và về trước. Cơ vẫn làm việc, nhưng phần nhiều là giữ cho "lò xo" ở đúng độ căng, thay vì tự mình tạo ra toàn bộ lực mỗi bước.
Cấu trúc chân đà điểu: cơ ở trên, gân ở dưới
Nhìn chân đà điểu, bạn sẽ thấy sự phân chia rất rõ:
- Đùi và phần trên cẳng: nơi tập trung khối cơ lớn, nằm sát thân.
- Đoạn cẳng dưới và xương cổ-bàn chân: dài, mảnh, gần như chỉ có xương và gân chạy dọc.
- Ngón chân: hai ngón, nối với các gân gấp ngón chạy dài từ trên xuống.
Các gân dài này có hai lợi ích. Một là làm lò xo như đã nói. Hai là cho phép cơ nằm cao, gần thân, giữ đầu mút chân nhẹ. Vung một cái chân nhẹ ở đầu mút tốn ít năng lượng hơn nhiều, đặc biệt khi phải vung hàng trăm lần mỗi phút.
So với người và các loài chạy giỏi khác
| Loài | "Lò xo" chính | Ghi chú |
|---|---|---|
| Đà điểu | gân gấp ngón và gân ở cẳng | cơ dồn lên đùi, đầu mút chân rất nhẹ |
| Người | gân Achilles, vòm bàn chân | gân Achilles là gân to và khoẻ nhất cơ thể người |
| Chuột túi | gân ở chân sau và đuôi | nhảy càng nhanh có khi lại không tốn thêm nhiều năng lượng |
| Ngựa | gân và dây chằng ở cẳng | bộ máy giữ thế đứng giúp ngựa ngủ đứng |
Điểm chung: các loài chạy hoặc nhảy giỏi đều có gân dài ở phần dưới chân, cơ dồn về gần thân. Đây là ví dụ của tiến hoá hội tụ — những dòng động vật rất xa nhau tìm ra cùng một lời giải cơ học.
Những gì nghiên cứu cho thấy
Các phòng thí nghiệm cơ sinh học ở châu Âu, Mỹ và Úc đã nghiên cứu đà điểu nuôi chạy trên đường có tấm đo lực, quay bằng camera tốc độ cao và gắn điểm đánh dấu trên khớp. Những kết quả được trích dẫn nhiều có thể tóm lại như sau, ở mức phổ thông:
- Đà điểu tốn ít năng lượng cho mỗi kilôgam cơ thể trên mỗi mét đường so với nhiều loài hai chân khác, kể cả người ở cùng tốc độ tương đối.
- Chúng chuyển từ đi sang chạy một cách liền mạch, không có bước "nhảy" năng lượng rõ rệt như người.
- Phần lớn công cơ học khi chạy nhanh được lấy lại nhờ đàn hồi của gân, chứ không phải do cơ tạo ra từ đầu.
Các con số chính xác phụ thuộc vào cách đo và từng nghiên cứu, nên ở đây không đưa phần trăm cụ thể. Nếu muốn đọc gốc, hãy tìm các bài về ostrich locomotion trên các tạp chí như Journal of Experimental Biology.
Gân không chỉ để chạy: đứng yên mà không mỏi
Đà điểu có thể đứng hàng giờ liền. Ở nhiều loài chim, cấu trúc gân và khớp chân cho phép giữ tư thế đứng mà cơ không phải gồng liên tục. Đà điểu đứng trên các ngón, gót nhấc cao, với một hệ gân gấp ngón chịu phần lớn tải trọng. Ở gà, chim đậu cành, cơ chế khoá gân giúp chân bám chặt cành mà không tốn sức là ví dụ dễ quan sát hơn.
Gân cũng có điểm yếu
Lò xo nào cũng có giới hạn. Ở đà điểu nuôi, chấn thương gân và khớp chân là vấn đề thực tế, nhất là ở chim non lớn quá nhanh, đi trên nền trơn, hoặc bị hoảng chạy va hàng rào. Gân bị trật khỏi rãnh ở khớp cổ chân hay ngón bị xoắn là những tật người nuôi cần nhận ra sớm và gọi bác sĩ thú y. Đây là lý do bãi chạy đủ rộng, nền có độ bám và chế độ ăn cân đối quan trọng như vậy.
Bài học cho người chạy bộ
Người không có chân đà điểu, nhưng nguyên lý lò xo vẫn áp dụng. Gân Achilles và vòm bàn chân của ta cũng tích và trả năng lượng. Đó là lý do huấn luyện viên chạy bộ hay nói về "chạy nhẹ chân", nhịp bước đều và tăng khối lượng tập từ từ để gân kịp thích nghi. Gân thích nghi chậm hơn cơ; tăng tốc độ tập quá nhanh là cách phổ biến để bị viêm gân.
Đây chỉ là kiến thức phổ thông. Đau gân kéo dài nên đi khám bác sĩ hoặc chuyên gia vật lý trị liệu.
Góc nhìn hôm nay: thấy lò xo bằng mắt
- Xem video quay chậm đà điểu chạy: để ý khớp cổ chân gập sâu khi chạm đất rồi bật thẳng — đó là lúc gân căng và trả năng lượng.
- Thử tự cảm nhận: nhảy tại chỗ liên tục bằng mũi chân, rồi nhảy bằng cả bàn chân. Bạn sẽ thấy nhảy bằng mũi chân "nảy" và đỡ mệt hơn — đó là gân Achilles làm việc.
- Ở bảo tàng tự nhiên, nhìn bộ xương đà điểu: phần cẳng dưới dài, mảnh, gần như không có chỗ bám cơ lớn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao đà điểu chạy lâu mà không mệt?
Nhờ gân chân hoạt động như lò xo, tích năng lượng khi chạm đất và trả lại khi bật lên. Cơ dồn lên đùi, đầu mút chân nhẹ nên vung chân tốn ít sức. Kết quả là đà điểu tốn ít năng lượng cho mỗi mét đường.
Gân đàn hồi là gì?
Gân là mô liên kết nối cơ với xương, có khả năng giãn ra và co lại như dây chun. Khi bị kéo căng, gân tích năng lượng đàn hồi; khi trở về độ dài cũ, nó trả năng lượng ấy để đẩy cơ thể đi.
Đà điểu có chạy tiết kiệm hơn người không?
Các nghiên cứu cơ sinh học cho thấy đà điểu tốn ít năng lượng cho mỗi kilôgam cơ thể trên mỗi mét đường so với người ở tốc độ tương đương. Lý do chính là chân dài, đầu mút nhẹ và gân đàn hồi hiệu quả.
Con vật nào khác dùng gân như lò xo?
Chuột túi, ngựa, linh dương và cả con người đều dùng gân ở chân như lò xo. Gân Achilles của người là ví dụ dễ hiểu nhất. Đây là lời giải chung của nhiều loài chạy và nhảy giỏi.
Đà điểu nuôi có hay bị chấn thương gân không?
Có. Chim non lớn nhanh, nền chuồng trơn hoặc hoảng chạy va hàng rào dễ gây chấn thương gân và khớp chân. Người nuôi nên phát hiện sớm dáng đi bất thường và gọi bác sĩ thú y.
