Chim ruồi bay lùi thế nào: cú bay treo và cỗ máy đốt năng lượng

Chim ruồi bay lùi được vì khớp vai của nó xoay gần như tròn, cho phép cánh quét theo hình số 8 nằm ngang và tạo lực nâng ở cả nhịp vỗ tới lẫn nhịp vỗ về. Chỉ cần nghiêng mặt phẳng vỗ cánh ra sau một chút là lực đẩy đổi chiều, chim lùi lại khỏi bông hoa. Chim ruồi là nhóm chim duy nhất bay treo lâu và bay lùi có kiểm soát; chúng chỉ sống ở châu Mỹ, Việt Nam không có loài nào.

Chim ruồi là ai

Họ Chim ruồi (Trochilidae) có khoảng 360–370 loài, phân bố từ Alaska tới mỏm cực nam Nam Mỹ, đông nhất ở vùng núi Andes thuộc Colombia, Ecuador, Peru. Loài nhỏ nhất là chim ruồi ong (Mellisuga helenae) ở Cuba, dài chừng 5–6 cm, nặng khoảng 2 gram, nhẹ hơn một đồng xu: đây là loài chim nhỏ nhất thế giới. Loài lớn nhất là chim ruồi khổng lồ ở Andes, dài khoảng 20 cm, nặng chừng 18–24 gram.

Tên tiếng Anh hummingbird đến từ tiếng vo vo mà đôi cánh tạo ra, giống tiếng côn trùng. Ở chim ruồi, cánh đập khoảng 10–80 lần mỗi giây tuỳ loài: loài to vỗ chậm, loài bé vỗ nhanh. Mắt người chỉ thấy một vệt mờ.

Hoá thạch ở châu Âu

Ngày nay chim ruồi chỉ có ở châu Mỹ, nhưng năm 2004, nhà cổ sinh vật Gerald Mayr công bố hoá thạch Eurotrochilus inexpectatus tìm thấy ở miền nam nước Đức, có tuổi khoảng 30–34 triệu năm, đã mang mỏ dài và xương cánh kiểu chim ruồi hiện đại. Tổ tiên chim ruồi từng sống ở Cựu Thế giới rồi biến mất ở đó; vì sao thì vẫn chưa rõ.

Bí mật của cú bay treo

Cánh gần như toàn là "bàn tay"

So với chim khác, xương cánh tay và cẳng tay của chim ruồi rất ngắn, còn xương bàn tay và ngón lại dài. Cánh của nó vì thế cứng như một mái chèo, gập ở cổ tay rất ít. Toàn bộ chuyển động đến từ khớp vai, nơi cánh xoay được gần 180 độ quanh trục dọc.

Khi bay treo, thân chim gần thẳng đứng. Cánh quét tới, rồi lật ngửa lại và quét về, vẽ hình số 8 nằm ngang trong không khí. Ở chim khác, nhịp nhấc cánh lên gần như không sinh lực nâng. Ở chim ruồi, cả hai nhịp đều sinh lực.

Không giống hệt côn trùng

Từ lâu người ta nghĩ chim ruồi bay treo y như côn trùng: hai nhịp vỗ chia đều lực nâng. Năm 2005, nhóm của Douglas Warrick đo luồng khí quanh chim ruồi hung bằng tia laser và khói, công bố trên tạp chí Nature: nhịp quét tới tạo khoảng 75% lực nâng, nhịp quét về chỉ khoảng 25%. Nghĩa là chim ruồi nằm giữa hai thế giới: đã tiến gần côn trùng, nhưng vẫn mang dấu vết cách bay của chim.

Bay lùi, bay ngang, xoay tại chỗ

Từ tư thế bay treo, chim ruồi chỉ cần nghiêng mặt phẳng vỗ cánh: nghiêng ra trước thì tiến, nghiêng ra sau thì lùi, nghiêng sang bên thì trượt ngang. Nó có thể rút mỏ khỏi bông hoa, lùi lại vài phân, xoay người rồi lao sang bông bên cạnh trong chưa tới một giây. Một số loài chim khác như chim bói cá, cắt lưng hung cũng đứng được trên không trong chốc lát, nhưng chủ yếu nhờ bay ngược gió; không loài nào bay lùi kéo dài như chim ruồi.

Động cơ đốt nhiều năng lượng nhất giới chim

Bay treo là kiểu bay tốn năng lượng nhất. Để chịu được, chim ruồi có thứ chuyển hoá nhanh nhất trong các động vật có xương sống, tính theo mỗi gram cơ thể.

Mật hoa chủ yếu là đường, đốt nhanh như xăng. Chim ruồi bổ sung đạm bằng cách bắt ruồi muỗi nhỏ, kể cả bắt ngay trên không. Một con chim ruồi phải ghé hàng trăm bông hoa mỗi ngày, và thường nhớ khá rõ bông nào đã hút, bao lâu thì mật đầy lại.

Lịm đi mỗi đêm để sống sót

Ban đêm không có hoa để ăn, chim ruồi có thể rơi vào trạng thái lịm (torpor): thân nhiệt hạ sâu, nhịp tim chậm hẳn, năng lượng tiêu hao giảm mạnh. Năm 2020, một nghiên cứu trên chim ruồi vùng núi cao Andes ghi được thân nhiệt hạ xuống chỉ khoảng 3,3°C, thấp nhất từng đo ở một loài chim. Sáng ra, chim cần vài chục phút run cơ để ấm trở lại trước khi bay được.

Những kỳ tích khác của chim ruồi

• Vượt vịnh Mexico: chim ruồi họng đỏ, nặng chỉ khoảng 3 gram, bay một mạch khoảng 800 km qua vịnh Mexico trong mùa di cư. Trước đó nó phải tích mỡ gần gấp đôi trọng lượng bình thường.
• Di cư dài so với thân: chim ruồi hung bay hàng nghìn km giữa Alaska và Mexico. Nếu tính quãng đường chia cho chiều dài cơ thể, đây là một trong những chuyến di cư dài nhất giới chim.
• Cú bổ nhào tán tỉnh: chim ruồi Anna trống bay lên cao rồi lao xuống trước mặt con mái. Christopher Clark (2009) đo được tốc độ khoảng 385 lần chiều dài cơ thể mỗi giây, gia tốc lúc bẻ lái gần 9 lần trọng lực, mức có thể làm phi công mất ý thức. Tiếng rít ở cuối cú bổ nhào phát ra từ lông đuôi rung trong gió, không phải từ họng.
• Mỏ dài hơn thân: chim ruồi mỏ kiếm ở Andes có mỏ dài hơn cả thân mình, cùng tiến hoá với những loài hoa có ống tràng rất sâu mà chim khác không với tới.

Ở Việt Nam: "chim ruồi" thật ra là ai

Nhiều người kể đã thấy chim ruồi ở vườn nhà. Thực tế Việt Nam không có chim ruồi hoang dã. Có hai "người đóng thế" thường bị nhầm:

• Chim hút mật (họ Nectariniidae), như hút mật họng nâu, hút mật ngực vàng: nhỏ, mỏ cong, lông óng ánh, hay hút mật hoa dâm bụt, hoa chuối. Khác chim ruồi ở chỗ chúng thường đậu lên cành để hút, chỉ bay treo chớp nhoáng. Hai nhóm không họ hàng gần; giống nhau vì cùng ăn mật hoa.
• Bướm đêm chim ruồi (chi Macroglossum): một loại ngài bay ban ngày, bay treo trước hoa và thò vòi dài hút mật y hệt chim ruồi, có cả "đuôi" xoè. Nhìn kỹ sẽ thấy râu và sáu chân của côn trùng.

Ở châu Mỹ, chim ruồi gắn với văn hoá bản địa. Người Aztec liên hệ vị thần chiến tranh và Mặt Trời Huitzilopochtli với chim ruồi; tên vị thần thường được dịch là "chim ruồi phương nam" hoặc "chim ruồi bên trái". Chim ruồi cũng là một trong những hình vẽ nổi tiếng của các đường Nazca trên sa mạc Peru.

Góc nhìn hôm nay: chim ruồi và máy bay trực thăng

Chim ruồi thường được so với trực thăng, nhưng hai bên giải bài toán bay treo theo cách khác nhau. Trực thăng dùng cánh quạt quay liên tục một chiều; chim ruồi dùng cánh vỗ qua lại và lật mặt cánh ở cuối mỗi nhịp. Các phòng thí nghiệm khí động học đặt chim ruồi trong hầm gió, đo bằng camera tốc độ cao để hiểu cách tạo lực ở tốc độ thấp và kích thước nhỏ, một vùng mà công thức cho máy bay cỡ lớn không còn chính xác.

Muốn tận mắt thấy chim ruồi, người Việt có thể đến các vườn bách thú lớn ở nước ngoài có chuồng chim nhiệt đới, hoặc đến Costa Rica, Ecuador, Colombia, nơi những "trạm chim ruồi" đặt bình mật cho du khách xem ở khoảng cách vài mét. Ở nhà, trồng các loài hoa ống như dâm bụt, ngũ sắc, hoa chuối pháo sẽ thu hút chim hút mật, đủ để quan sát cách một con chim nhỏ ăn mật hoa.