Lần đầu tiên tạo ra vật liệu nhân tạo… không thể cắt được

Ong xây tổ theo cấu trúc tinh thể?

Một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Royal Society Interface cho hay, các nhà nghiên cứu người Anh và Tây Ban Nha đã và đang tìm hiểu sâu hơn về tổ của loài ong Tetragonula.

Đây là một loài ong không có ngòi đốt, có nguồn gốc từ Đông Nam Á và Úc. Mục đích nghiên cứu để hiểu được làm cách nào mà loài côn trùng này có thể liên tục tạo ra những cấu trúc phức tạp đến như vậy khi không hề có trong tay bất kỳ bản kế hoạch xây dựng sơ lược nào.

Họ phát hiện ra rằng hình dạng xoắn ốc hoàn mỹ của tổ ong mà từ lâu đã làm cho các nhà khoa học phải bối rối, được xây dựng theo mô hình tương tự ở cấp độ phân tử với sự phát triển tinh thể. Sử dụng mô hình toán học, họ có thể mô phỏng cấu trúc của tổ và kết luận rằng những con ong chỉ cần lượm lặt thông tin từ môi trường xung quanh chúng để tạo ra cấu trúc tổng thể giống với sự phát triển của các phân tử trong tinh thể.

Những con ong Tetragonula xây dựng được những chiếc tổ vô cùng ấn tượng, gồm rất nhiều tầng xếp chồng lên nhau, xoắn ốc hướng ra ngoài theo một cấu trúc quá tinh tế mà côn trùng khó có thể thực hiện được. Rìa của mỗi tầng được xây dựng bởi những con ong thợ - chủ nhân tạo ra những khoang mới trong tổ ong, sau đó sẽ được lấp đầy bằng một quả trứng và bịt kín trước khi ong thợ tiếp tục lặp lại quy trình. Kết quả cuối cùng là một chiếc tổ ngoạn mục với các hình xoắn ốc, xoắn ốc kép và các hoa văn hình mắt bò.

Những thứ có hình dạng như cái vòng lắc eo này chính là những khoang mới đang chờ để được lấp đầy bởi trứng và được bịt kín.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy hình dạng tổ tương tự như sự phát triển tự nhiên của các tinh thể khi cũng được tạo thành từ các mô hình ba chiều với các hình xoắn ốc và mô hình đồng tâm. Mặc dù chúng ta đều biết rằng ong là động vật có tính xã hội cao và có khả năng truyền đạt thông điệp, nhưng vẫn thật khiên cưỡng khi tưởng tượng những sáng tạo to lớn này là kết quả của những con ong làm việc theo một kế hoạch chi tiết.

Họ đưa ra giả thuyết rằng các tín hiệu hóa học có thể là một cách khác để các ong thợ được dẫn dắt, nhưng vẫn muốn kiểm tra xem có xuất hiện hạn chế nào đối với sự tồn tại của cấu trúc hay không, hay nói cách khác, những thiết kế này có phải là tự nhiên xuất hiện trong loài ong mà không hề có sự hướng dẫn nào từ dây chuyền xây dựng cấp cao khác hay không.

Sử dụng một mô hình để điều tra sự phát triển của tổ, họ có thể xác định các giới hạn đối với sự ổn định cấu trúc của tổ, điều đó có nghĩa là ong thợ cần kết nối các khoang mới với ít nhất hai khoang hiện có và chúng không thể di chuyển dọc theo tổ được. Cách dò tìm các kết nối dựa trên thông tin nhận được xung quanh rất giống cách thức các phân tử hoạt động trong một tinh thể.

Các nhà nghiên cứu cho biết sự so sánh này cho thấy cách các mô hình tương tự có thể xuất hiện trong các hệ thống hoàn toàn riêng biệt khi các cấu trúc phức tạp được tạo thành từ các liên kết chỉ hoạt động nếu chúng tuân thủ các quy tắc phát triển đơn giản.

Những con ong quan sát tính toàn vẹn cấu trúc của các khoang hiện tại để tìm ra nơi đặt những khoang mới

Giới hạn cấu trúc của sự phát triển tổ này cho phép những con ong có thể hoàn thiện thiết kế tổng thể mà không cần có động lực hướng đến mục tiêu cuối cùng.

Quyết định tạo ra một khoang mới của ong không được đưa ra bởi mong muốn tạo ra một cấu trúc xoắn ốc rộng lớn mà chỉ đơn giản là biết nơi nào là nơi tốt nhất cho khoang đơn lẻ đó mà thôi. Tôi tự hỏi liệu chúng có bao giờ bay một vòng quanh chiếc tổ của mình để thấy được sự hoàn mỹ của kiến trúc mà chúng tạo ra không.