Bằng cách nào mà tự nhiên lại ban cho loài mực ống chiếc mỏ vô cùng khỏe và sắc để bắt giữ con mồi trong khi không hề làm hại đến cơ thể mảnh mai của chúng?

Câu hỏi này đã cuốn hút những người hứng thú với việc chế tạo những vật liệu mới mô phỏng các vật chất sinh học. Kết quả được đăng tải trên tờ Science.

Chiếc mỏ sắc nhọn của con mực Humboldt là một trong những vật liệu hữu cơ cứng nhất được biết đến. Các kỹ sư, các nhà sinh học và các nhà khoa học nghiên cứu sinh vật biển thuộc Đại học California (Santa Barbara) đã cộng tác với nhau nhằm nghiên cứu bằng cách nào mà con mực mảnh mai, mềm yếu có thể điều khiển khéo léo chiếc mỏ sắc như dao của nó để không cắt vụn cơ thể nó thành nhiều mảnh.

Đại học California tại Santa Barbara là một địa điểm lý tưởng để tiến hành những nghiên cứu đa ngành như thế này, lôi cuốn các nhà khoa học và các kĩ sư trên toàn thế giới tụ họp để tìm đáp án cho câu hỏi có liên quan đến nhiều ngành khoa học và kỹ thuật.

Mực ống Humboldt (Dosidicus gigas) (Ảnh: Image courtesy of NOAA/MBARI 2006)

Mấu chốt của chiếc mỏ loài mực ống chính là sự biến đổi độ cứng của nó. Đỉnh chiếc mỏ cứng vô cùng, còn phần gốc thì mềm dẻo hơn 100 lần giúp nó có thể phối hợp với các mô xung quanh. Tuy nhiên điều này chỉ xảy ra khi phần gốc được làm ướt. Còn khi nó khô đi, nó cũng cứng không khác gì phần ngọn.

Mực ống Humboldt hay còn có tên Dosidicus gigas, có bề ngang khoảng ba fit. Nó có thể tấn công con mồi chỉ với một cử động mau lẹ. Trong nghiên cứu về mực ống có viết: “con mực ống có thể cắt các dây thần kinh, làm tê liệt con mồi để ung dung thưởng thức về sau”.

Herb Waite – đồng tác giả của nghiên cứu đồng thời là giáo sư sinh học tại Đại học California (Santa Barbara) – cho biết: “Mực ống rất hung hăng, quái dị, khó lường và chúng lúc nào cũng đói. Bạn chắc hẳn sẽ không thích bơi lặn gần một con mực ống. Chỉ hơn chục con cũng đã có thể ăn thịt bạn hoặc làm bạn bị thương nặng”. Những sinh vật này cực kì nhanh nhẹn, chúng bơi nhờ vào chuyển động phản lực.

Ngoài con người ra, kẻ thù chính của mực ống là cá nhà táng. Dấu hiệu sau mỗi trận chiến giữa hai loài chính là những vết sẹo để lại trên mình con cá do những xúc tu sắc nhọn của mực ống gây ra. Thịt của mực ống cũng thường được dùng để làm bánh san-uych địa phương có tên san-uych thịt bò calamari.

Waite đã bị cuốn hút bởi chiếc mỏ uy lực của mực ống nên ông đã mời một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ cùng tác giả Ali Miserez hợp tác. Miserez cũng cộng tác với Khoa vật liệu Đại học California (Santa Barbara), Khoa phân tử tế bào và phát triển sinh học (MCDB) cùng với Viện khoa học nghiên cứu sinh vật biển.

Nghiên cứu còn có sự tham gia của đồng tác giả Frank Zok đồng thời là giảng viên và phó giáo sư Khoa vật liệu thuộc Đại học California (Santa Barbara). Ông cho biết: “Tôi luôn hồ nghi về chuyện ‘những vật liệu được xếp hạng theo chức năng’ liệu có đem lại những lợi ích thực sự, nhưng chiếc mỏ của loài mực ống đã khiến tôi phải tin tưởng”.

“Bạn đang có một dụng cụ cắt trong tay với độ cứng kinh ngạc tại phần ngọn, nó gắn với một loại vật chất – khối cơ khỏe mạnh vùng miệng của con mực ống – đông đặc như thạch. Bạn hãy tưởng tượng ra vấn đề có thể gặp phải khi bạn cắm một lưỡi dao vào khối thạch rồi cố dùng lưỡi dao đó để cắt thái. Chắc chắn lưỡi dao sẽ cắt đôi cả khối thạch lẫn thứ cần cắt. Đối với trường hợp của con mực ống, tự nhiên đã lưu tâm đến hiểm họa này nên đã biến đổi cấu trúc của chiếc mỏ theo từng nấc một chứ không biến đổi bất ngờ. Do đó phần ngọn có thể xuyên qua cơ thể con mồi mà không làm hại đến bản thân nó. Đây quả thực là một thiết kế thú vị”.

Zok giải thích rằng hầu hết các cấu trúc được tạo ra đều dựa trên sự kết hợp của các vật liệu khác nhau như gốm, kim loại và nhựa. Để cố định chúng với nhau cần phải có một số loại dụng cụ cơ khí như đinh tán, đai ốc, bu-lông hay chất dính như epoxy. Nhưng tất cả những phương thức này đều có hạn chế.

“Nếu chúng ta có thể tái tạo đặc tính của chiếc mỏ mực ống, thì một lọat những cách thức mới để gắn kết các vật liệu sẽ được tạo ra. Ví dụ, nếu bạn có được một loại chất dính có những đặc điểm phù hợp với vật liệu này ở một mặt và phù hợp cả với vật liệu kia ở mặt khác, có thể bạn sẽ tạo ra được một liên kết bền chắc hơn nhiều. Sáng tạo mới này có thể cách mạng hóa lối suy nghĩ của các kỹ sư về việc gắn kết các vật liệu với nhau”.

Theo Waite, các nhà nghiên cứu đã gặp thuận lợi khi những con mực ống di chuyển lên phí
a bắc từ những vùng mà chúng thường tập trung như các vùng biển sâu ngoài khơi tại Acapulco, Mexico. Tuy nhiên mới đây loài mực Humboldt được tìm thấy rất nhiều tại các vùng biển Nam California. Hàng chục con mực chết bị trôi dạt vào bãi biển nên nhóm nghiên cứu có thể thu nhặt để tìm hiểu.

Hai tác giả khác đều thuộc Đại học California (Santa Barbara). Đó là Todd Scheneberk – ông cộng tác với MCDB và tham gia vào các nghiên cứu vật liệu – và Chengjun Sun – cộng tác với MCDB và Viện khoa học nghiên cứu sinh vật biển.