Một số loài rắn — rắn lục, rắn chuông (họ phụ Rắn lục hố) và nhiều loài trăn, mãng xà — có cơ quan hố cảm nhiệt trên mặt, cảm nhận được bức xạ hồng ngoại từ cơ thể ấm của con mồi. Tín hiệu nhiệt được đưa về cùng vùng não xử lý hình ảnh từ mắt, nên rắn có thể "thấy" hơi ấm của một con chuột trong đêm tối hoàn toàn và mổ trúng. Nó không phải mắt, cũng không có tế bào cảm quang, mà là một màng mỏng cực nhạy với nhiệt.
Cái hố nằm ở đâu
Rắn lục hố: một cặp hố giữa mắt và mũi
Nhìn kỹ đầu một con rắn lục, giữa mắt và lỗ mũi mỗi bên có một lỗ nhỏ — dễ tưởng là lỗ mũi thứ hai. Đó là hố má (loreal pit), đặc điểm nhận dạng của cả nhóm rắn lục hố (Crotalinae): rắn chuông ở châu Mỹ, rắn lục xanh và rắn chàm quạp ở Đông Nam Á.
Bên trong hố là một khoang được chia đôi bởi một màng rất mỏng, chỉ cỡ vài chục micromet, căng ngang như mặt trống. Phía sau màng là khoảng không khí, nên màng gần như cách nhiệt với phần mặt phía sau. Bức xạ hồng ngoại đi qua miệng hố chiếu lên màng làm nó ấm lên rất nhanh. Màng có mật độ đầu dây thần kinh dày đặc (thuộc dây thần kinh sinh ba, không phải dây thần kinh thị giác) và mạng mao mạch giúp làm nguội nhanh để sẵn sàng cho tín hiệu tiếp theo.
Trăn và mãng xà: một dãy hố dọc môi
Nhiều loài trăn (họ Pythonidae) và một số mãng xà (họ Boidae) có một dãy hố nằm giữa các vảy môi trên và dưới. Cấu tạo đơn giản hơn hố của rắn lục, độ nhạy thấp hơn. Điều đáng chú ý: cơ quan cảm nhiệt của trăn và rắn lục tiến hoá độc lập — hai nhóm tự "phát minh" ra cùng một giác quan, cho thấy lợi thế của việc săn bằng nhiệt lớn đến mức nào với loài săn đêm.
Phân tử "cảm nhận nóng"
Năm 2010, nhóm của David Julius (Đại học California, San Francisco) công bố trên Nature rằng đầu dây thần kinh trong hố của rắn chuông dùng một kênh ion tên TRPA1 để cảm nhận nhiệt. Ở người, TRPA1 chủ yếu tham gia cảm nhận chất kích thích như mù tạt, wasabi. Ở rắn lục hố, phiên bản kênh này trở nên cực nhạy với nhiệt độ. Khi màng hố ấm lên một chút, kênh mở ra, tế bào thần kinh phát xung. Trăn và mãng xà cũng dùng TRPA1, dù độ nhạy kém hơn.
David Julius về sau nhận Giải Nobel Sinh lý học – Y khoa năm 2021 (cùng Ardem Patapoutian) cho các phát hiện về thụ thể cảm nhận nhiệt và chạm — công trình trên rắn là một nhánh nhỏ trong đó.
Rắn "thấy" hơi ấm ra sao
Miệng hố hẹp hơn đáy, nên hố hoạt động giống một chiếc máy ảnh lỗ kim: bức xạ từ con mồi bên trái rơi vào phần bên phải của màng, và ngược lại. Màng có hàng nghìn đầu dây thần kinh, mỗi vùng ứng với một hướng. Kết quả là một "bức ảnh nhiệt" thô, mờ hơn nhiều so với ảnh từ mắt.
Đầu thập niên 1980, các nhà khoa học Peter Hartline và Eric Newman ghi tín hiệu điện trong não rắn chuông và phát hiện vùng mái thị giác (optic tectum) — vùng não định vị vật trong không gian — nhận tín hiệu từ cả mắt lẫn hố nhiệt. Nhiều tế bào thần kinh phản ứng với cả hai, một số chỉ phản ứng khi có cả hình ảnh và nhiệt. Nói cách khác, rắn không có hai giác quan tách biệt; não nó trộn hình ảnh và hơi ấm thành một bản đồ chung.
Các thí nghiệm che mắt rắn chuông cho thấy chúng vẫn mổ khá chính xác vào mục tiêu ấm. Ngược lại, khi che hố nhiệt, khả năng săn trong bóng tối giảm rõ.
So sánh với mắt và camera nhiệt
| Mắt người | Hố nhiệt rắn lục | Camera ảnh nhiệt | |
|---|---|---|---|
| Cảm nhận gì | Ánh sáng nhìn thấy | Hồng ngoại, dưới dạng nhiệt làm ấm màng | Hồng ngoại bước sóng dài |
| Bộ phận nhận | Sắc tố trong tế bào que, nón | Kênh TRPA1 ở đầu dây thần kinh | Lưới vi nhiệt kế điện trở |
| Tạo hình bằng | Giác mạc, thuỷ tinh thể | Nguyên lý lỗ kim | Ống kính germani |
| Độ nét | Cao | Thấp | Trung bình |
| Hoạt động trong tối hoàn toàn | Không | Có | Có |
Ở một khía cạnh, rắn còn vượt camera: hố nhiệt không cần pin, không cần làm mát, nặng chưa tới một gam, và tự "ghép" ảnh nhiệt với ảnh mắt trong não.
Những loài khác cũng cảm được hồng ngoại
- Dơi quỷ hút máu ở châu Mỹ: có các hố cảm nhiệt quanh mũi, giúp tìm chỗ mạch máu nằm sát da trên con vật đang ngủ. Năm 2011, nhóm David Julius cho thấy dơi dùng một biến thể của kênh TRPV1 — kênh cảm nhận nóng và vị cay của ớt — được "chỉnh" cho nhạy ở nhiệt độ thấp hơn.
- Bọ cánh cứng Melanophila: có cơ quan cảm hồng ngoại trên ngực, bay về phía cháy rừng để đẻ trứng vào gỗ vừa cháy, nơi cây không còn sức chống trả ấu trùng.
- Một số loài bọ xít hút máu cũng dùng nhiệt ở khoảng cách gần để tìm vật chủ.
Rắn hố ở Việt Nam và an toàn khi gặp rắn
Ở Việt Nam có nhiều loài rắn lục hố, như các loài rắn lục xanh sống trên cây và rắn chàm quạp ở vùng đồng bằng, đồi thấp phía Nam; cùng các loài trăn như trăn đất, trăn gấm. Rắn lục có nọc độc và hay nằm im trên cành cây, bụi rậm, vườn nhà, nên dễ bị chạm vào bất ngờ.
Biết rắn cảm nhận được hơi ấm giải thích vì sao chúng phản ứng nhanh khi tay người đến gần. Những điều nên nhớ:
- Đi vườn, đi rẫy ban đêm cần đèn pin, đi ủng, nhìn kỹ trước khi thò tay vào bụi rậm, đống củi.
- Gặp rắn thì lùi lại từ từ, không cố bắt hay đánh.
- Nếu bị rắn cắn: giữ bình tĩnh, hạn chế cử động chi bị cắn, tháo nhẫn vòng, và đưa ngay tới cơ sở y tế gần nhất; các trung tâm chống độc ở bệnh viện lớn có huyết thanh kháng nọc. Không rạch vết cắn, không hút nọc, không đắp lá, không garô quá chặt.
Góc nhìn hôm nay
Cơ quan hố cảm nhiệt là ví dụ hay để thấy "thứ mắt người không thấy" vẫn có thể được một sinh vật khác cảm nhận rất rõ. Nó cũng truyền cảm hứng cho kỹ thuật: các nhà nghiên cứu đã thử làm cảm biến hồng ngoại không cần làm lạnh dựa trên ý tưởng màng mỏng treo trên khoảng không khí. Người muốn đọc thêm có thể tìm bài năm 2010 của Gracheva và cộng sự trên Nature về TRPA1 ở rắn, hoặc ghé các vườn thú, trại rắn có khu bò sát được giới thiệu khoa học để quan sát hố má trên đầu rắn lục qua kính.
Câu hỏi thường gặp
Rắn có nhìn thấy tia hồng ngoại không?
Không phải bằng mắt. Rắn lục hố, trăn và một số mãng xà có cơ quan hố trên mặt cảm nhận bức xạ hồng ngoại dưới dạng nhiệt, và não chúng ghép tín hiệu này với hình ảnh từ mắt.
Hố má của rắn lục là gì?
Là lỗ nhỏ giữa mắt và mũi mỗi bên đầu rắn lục hố, chứa một màng mỏng nhiều đầu dây thần kinh. Màng ấm lên khi nhận hồng ngoại từ vật ấm, giúp rắn định vị con mồi trong bóng tối.
Rắn cảm nhận nhiệt bằng phân tử gì?
Bằng kênh ion TRPA1 ở đầu dây thần kinh, theo nghiên cứu năm 2010 của nhóm David Julius. Ở rắn lục hố, kênh này cực nhạy với nhiệt độ.
Trăn có cảm nhận nhiệt giống rắn lục không?
Có, nhưng bằng một dãy hố dọc môi, cấu tạo đơn giản và kém nhạy hơn. Cơ quan này tiến hoá độc lập với hố má của rắn lục.
Bị rắn lục cắn phải làm gì?
Giữ bình tĩnh, hạn chế cử động chi bị cắn, tháo nhẫn vòng và đưa ngay tới cơ sở y tế. Không rạch, không hút nọc, không đắp lá hay garô quá chặt.
