Vén màn bí mật 1 thế kỷ: Cơ thể mèo rơi tự do, không có điểm tựa bên ngoài vẫn có thể tự xoay mình tiếp đất

Vì sao mèo có thể xoay người giữa không trung?

Trong nhiều đoạn phim quay chậm, một con mèo khi bị rơi ở tư thế ngửa bụng vẫn có thể nhanh chóng đổi chiều cơ thể. Chỉ trong tích tắc, phần đầu và hai chân trước của nó quay xuống trước, thân mình uốn lại, sau đó nửa thân sau xoay theo để đưa cả bốn chân về tư thế sẵn sàng tiếp đất.

Khả năng này quen thuộc đến mức nhiều người xem đó là bản năng tự nhiên của mèo. Tuy nhiên, với các nhà khoa học, đây từng là một câu hỏi rất khó: Làm sao một cơ thể đang rơi tự do, không có điểm tựa bên ngoài, vẫn có thể tự xoay mình?.

Về mặt vật lý, khi một vật thể rơi trong không trung mà không chịu lực xoắn từ bên ngoài, tổng mô-men động lượng phải được bảo toàn. Điều này khiến cú lật người của mèo trở thành một bài toán kéo dài hơn 100 năm, từ thời các nhà khoa học bắt đầu dùng ảnh chụp liên tiếp để quan sát chuyển động của loài vật này.

Lời giải mới đến từ cột sống của mèo

Một nghiên cứu do nhà khoa học Yasuo Higurashi tại Đại học Yamaguchi, Nhật Bản, dẫn đầu đã đưa ra góc nhìn mới về bí ẩn này. Thay vì chỉ xem mèo như một mô hình cơ học gồm các khối xoay, nhóm nghiên cứu tập trung vào chính cấu tạo thật của cơ thể mèo, đặc biệt là cột sống.

Các nhà khoa học phân tích mẫu cột sống mèo được hiến tặng phục vụ nghiên cứu bệnh lý. Để mẫu vật gần với trạng thái tự nhiên, các mô mềm như dây chằng và đĩa đệm vẫn được giữ lại. Sau đó, nhóm nghiên cứu đo mức độ cản trở khi từng đoạn cột sống bị xoắn.

Kết quả cho thấy cột sống mèo không linh hoạt đều từ trên xuống dưới như nhiều người vẫn nghĩ. Phần cột sống ngực, nằm ở vùng lưng trên và lưng giữa, có khả năng vặn xoắn rất tốt. Khu vực này có một khoảng chuyển động tương đối rộng, nơi cột sống có thể xoay dễ dàng trước khi gặp lực cản rõ rệt.

Ngược lại, phần cột sống thắt lưng ở lưng dưới lại cứng hơn. Vùng này ít có khoảng xoay tự do và nhanh chóng tạo lực kháng khi bị vặn.

Nói dễ hiểu, nửa thân trước của mèo giống như phần linh hoạt giúp cơ thể xoay nhanh, còn nửa thân sau đóng vai trò giữ ổn định để cú lật người không bị mất kiểm soát.

Cơ thể mèo vận dụng vật lý như thế nào?

Phát hiện này giúp giải thích rõ hơn những gì máy quay tốc độ cao từng ghi lại. Khi rơi, mèo thường xoay phần đầu, vai và hai chân trước về đúng hướng trước. Sau đó, phần thân sau mới tiếp tục xoay theo, đưa toàn bộ cơ thể về tư thế tiếp đất thuận lợi.

Nếu toàn bộ cơ thể mèo quá mềm, cú xoay có thể trở nên rối loạn. Nhưng nếu cột sống quá cứng, mèo lại không đủ độ linh hoạt để lật người trong khoảng thời gian rất ngắn. Điểm đặc biệt nằm ở sự kết hợp giữa hai yếu tố: phần trước đủ mềm để xoay, phần sau đủ cứng để giữ trục chuyển động.

Điều này không hề phủ nhận các định luật vật lý. Trái lại, nó cho thấy cơ thể mèo đã tận dụng vật lý thông qua một cấu trúc sinh học rất tinh vi.

Trước đây, các mô hình vật lý thường mô tả mèo như hai nửa thân có thể xoay ngược chiều nhau, hoặc so sánh với vận động viên trượt băng thay đổi tốc độ xoay bằng cách co duỗi tay. Những cách giải thích này có giá trị, nhưng vẫn đơn giản hóa cơ thể mèo quá mức.

Nghiên cứu mới cho thấy “bản lề” giữa các phần cơ thể mèo không đồng nhất. Cột sống của chúng có vùng rất linh hoạt để tạo chuyển động xoay, đồng thời có vùng cứng hơn để duy trì sự ổn định.

Phát hiện có ý nghĩa gì với robot và y học thú y?

Lời giải mới về cú ngã của loài mèo không chỉ giúp thỏa mãn sự tò mò khoa học. Với y học thú y, việc hiểu đoạn nào của cột sống mèo linh hoạt, đoạn nào có vai trò chịu lực và ổn định có thể hỗ trợ việc đánh giá, chẩn đoán và điều trị các chấn thương vận động.

Trong lĩnh vực robot, phát hiện này cũng mở ra nhiều gợi ý đáng chú ý. Các kỹ sư từ lâu đã muốn tạo ra những robot có khả năng giữ thăng bằng, xoay người khi rơi hoặc tự phục hồi tư thế sau va chạm. Cơ thể mèo, với sự phối hợp giữa mềm dẻo và ổn định, có thể trở thành một mẫu tham khảo sinh học quan trọng cho các thiết kế trong tương lai.

Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng nhấn mạnh rằng khả năng tiếp đất bằng bốn chân không có nghĩa mèo luôn an toàn khi rơi. Phản xạ xoay người chỉ giúp chúng tăng cơ hội chạm đất ở tư thế thuận lợi hơn. Độ cao, bề mặt tiếp xúc, tuổi tác, sức khỏe và chấn thương sẵn có vẫn có thể ảnh hưởng lớn đến mức độ nguy hiểm của cú ngã.

Vì vậy, điều đáng kinh ngạc ở loài mèo không phải là chúng “vượt qua” vật lý, mà là cơ thể chúng đã tiến hóa để sử dụng vật lý một cách khéo léo. Sau hơn 100 năm, bí ẩn về cú rơi của mèo đang được nhìn rõ hơn, không chỉ qua phương trình, mà qua chính cấu trúc sống động của cơ thể loài vật này.