Rắn

Phân bố

Có khoảng 3.500 loài rắn phân bố từ vùng phía bắc tới vòng Bắc Cực tại Scandinavie cho tới phía nam tại Australia. Rắn có thể được thấy trên gần như mọi châu lục (trừ châu Nam Cực), trong lòng đại dương, cũng như cao tới cao độ 4.900 m (16.000 ft) trong khu vực dãy núi Himalaya ở châu Á. Có nhiều hòn đảo không có rắn, như Ireland, Iceland và New Zealand (mặc dù vùng biển ven New Zealand thỉnh thoảng vẫn thấy có rắn đẻn sọc dưa (Pelamis platura) và rắn cạp nia biển (Laticauda colubrina)

Phân loại

Tất cả các loài rắn hiện đại được gộp nhóm trong phân bộ Serpentes trong phân loại học Linnaeus, một phần của bộ Squamata (bò sát có vảy), mặc dù vị trí chính xác của chúng trong phạm vi bò sát có vảy vẫn là điều gây mâu thuẫn.
Người ta thường chia phân bộ này thành 2 cận bộ là Alethinophidia và Scolecophidia. Sự chia tách này dựa theo các đặc trưng hình thái học và sự tương đồng trình tự ADN ti thể. Alethinophidia đôi khi được chia tách tiếp thành Henophidia và Caenophidia, với nhóm thứ hai bao gồm các loài rắn dạng "rắn nước" (Colubridae, Viperidae, Elapidae, Hydrophiidae và Attractaspididae) và Acrochordidae, trong khi các họ rắn dạng Alethinophidia còn lại tạo thành Henophidia. Trong khi không còn loài nào sinh tồn ngày nay nhưng Madtsoiidae, một họ bao gồm các loài rắn khổng lồ; nguyên thủy; giống như trăn, đã từng sinh sống cho tới khoảng 50.000 năm trước tại Australia, với các chi như Wonambi.
Có nhiều tranh luận liên quan tới hệ thống học trong phạm vi nhóm này. Chẳng hạn, nhiều nguồn coi Boidae và Pythonidae chỉ là một họ trong khi quan hệ họ hàng của chúng không thực sự gần, trong khi lại coi Elapidae (rắn hổ) và Hydrophiidae (rắn biển) là các họ tách biệt vì các lý do thực tiễn trong khi quan hệ của chúng là rất gần gũi.
Các nghiên cứu phân tử gần đây hỗ trợ cho tính đơn ngành của nhánh chứa các loài rắn hiện đại, cũng như của hai nhánh Scolecophidia (Anomalepididae + (Leptotyphlopidae + (Gerrhopilidae + (Xenotyphlopidae + Typhlopidae)))) và Alethinophidia (Anilius + Alethinophidia phần lõi (Uropeltidae (Cylindrophis + Anomochilus + Uropeltinae) + Macrostomata (Tropidophiinae + Pythonidae + Caenophidia + Booidea (Boidae + Ungaliophiinae))).

Bộ xương

Bộ xương của phần lớn các loài rắn chỉ bao gồm sọ, xương móng, cột sống và các xương sườn, mặc dù các loài rắn thuộc nhánh Henophidia vẫn còn các vết tích của khung chậu và các chi sau. Sọ của rắn bao gồm một hộp sọ đặc và hoàn hảo, và nhiều xương khác chỉ gắn vào nó một cách lỏng lẻo, cụ thể là các xương hàm có độ linh động cao, tạo thuận lợi cho việc bắt giữ và nuốt các con mồi to lớn. Các bên trái và phải của hàm dưới chỉ được nối bằng một dây chằng dễ uốn vào các chóp trước, cho phép chúng tách rộng ra, trong khi các chóp sau của các xương hàm dưới nối khớp với xương vuông, tạo thêm tính cơ động. Các xương của hàm dưới và xương vuông cũng có thể thu nhận các rung động phát sinh từ mặt đất. Do các bên của xương hàm có thể di chuyển độc lập với nhau nên khi rắn đặt các quai hàm của nó trên một bề mặt thì nó có thính giác lập thể nhạy cảm giúp nó có thể phát hiện vị trí của con mồi. Lộ trình quai hàm-xương vuông-xương bàn đạp có khả năng phát hiện các rung động ở cấp độ angstrom, mặc cho sự thiếu vắng tai ngoài và cơ chế xương nhỏ thính giác của khớp trở kháng được sử dụng ở các động vật có xương sống khác để thu nhận các rung động từ không trung. Xương móng là một xương nhỏ nằm ở phía sau và trên mặt bụng của sọ, trong khu vực 'cổ', có tác dụng như một bộ phận gắn kết cho các cơ của lưỡi rắn, cũng giống như ở tất cả các động vật bốn chân khác.
Cột sống của rắn bao gồm khoảng 200 tới 400 (hoặc hơn) đốt sống. Các đốt sống đuôi là tương đối ít về số lượng (thường không quá 20% tổng số đốt sống) và không có xương sườn, trong khi các đốt sống phần thân đều có 2 xương sườn nối khớp với chúng. Các đốt sống đều có các phần lồi ra cho phép có sự kết nối với các cơ khỏe giúp cho việc di chuyển không cần tới chân. Sự tự đứt đuôi, một đặc trưng ở một số loài thằn lằn nói chung lại không có ở phần lớn các loài rắn. Sự tự đứt đuôi ở rắn là hiếm thấy và là liên đốt sống, không giống như ở thằn lằn là cơ chế nội đốt sống—nghĩa là sự ngắt đuôi xảy ra dọc theo một mặt phẳng đứt gãy được xác định trước và có sẵn trên đốt sống.
Ở một số loài rắn, đáng chú ý là các họ Boidae và Pythonidae, có các vết tích của các chi sau dưới dạng một cặp cựa khung chậu. Các phần thò ra nhỏ và giống như vuốt này ở mỗi bên của lỗ huyệt là phần bên ngoài của phần xương chi sau dạng vết tích, bao gồm các phần sót lại của xương chậu và xương đùi.

Nội tạng

Tim rắn được bao bọc trong một túi, gọi là màng ngoài tim, nằm ở chỗ rẽ đôi của phế quản. Tuy nhiên tim rắn có thể di chuyển vòng quanh do không có cơ hoành. Sự điều chỉnh này bảo vệ tim khỏi bị tổn thương khi con mồi nuốt vào là to lớn và trượt dọc theo thực quản. Lá lách gắn với túi mật và tụy, giúp lọc máu. Tuyến ức nằm trong mô mỡ phía trên tim, chịu trách nhiệm sản sinh các tế bào miễn dịch trong máu. Hệ tim mạch của rắn cũng là độc đáo ở chỗ có một hệ thống cổng thận, trong đó máu từ đuôi rắn di chuyển qua thận trước khi trở về tim.
Phổi trái dạng vết tích thường là nhỏ hoặc không có, do cơ thể hình ống của rắn đòi hỏi mọi cơ quanphải dài và mỏng. Ở phần lớn các loài rắn chỉ phổi phải là hoạt động. Phổi phải này bao gồm hai phần: phần trước có mạch máu dẫn tới, còn phần sau không có tác dụng trong trao đổi khí. 'Phổi dạng túi' này được sử dụng cho các mục đích thủy tĩnh để điều chỉnh sức nổi ở một số loài rắn thủy sinh và chức năng của nó đối với các loài rắn sống trên cạn thì vẫn chưa rõ. Nhiều cơ quan có cặp đôi, như thận hay cơ quan sinh dục, được sắp xếp xen kẽ trong cơ thể, với một bộ phận (‘trái’ hay ‘phải’) của cơ quan này nằm ngay phía trước bộ phận còn lại (‘phải’ hay ‘trái’) của chính cơ quan đó. Rắn không có hạch bạch huyết.

Kích thước

Loài trăn đã tuyệt chủng Titanoboa cerrejonensis dài tới 12–15 m (39–49 ft). Trong khi đó, trong số loài rắn còn sinh tồn thì loài được coi là dài nhất là trăn gấm (Python reticulatus) với chiều dài lên tới khoảng 9 m (30 ft), còn loài được coi là nặng nhất là trăn anaconda xanh (Eunectes murinus) dài khoảng 7,5 m (25 ft) và nặng tới 97,5 kg.
Ngược lại, ở đầu kia của dải kích thước, loài rắn nhỏ nhất còn sinh tồn là rắn giun Barbados (Leptotyphlops carlae), với chiều dài chỉ khoảng 10 cm (4 inch). Phần lớn các loài rắn là động vật tương đối nhỏ, dài khoảng 1 m (3 ft).

Da

Da rắn được che phủ trong một lớp vảy sừng. Trái với ý niệm phổ biến cho rằng da rắn nhớt, có lẽ là do sự nhầm lẫn rắn với giun, trên thực tế da rắn nhẵn nhụi và khô. Phần lớn các loài rắn sử dụng các vảy bụng chuyên biệt hóa để di chuyển, bám lấy các bề mặt. Các vảy trên cơ thể rắn có thể là nhẵn nhụi, có gờ hay dạng hạt. Các mí mắt của rắn là các vảy sừng trong suốt, giống như "đeo kính", và các vảy này luôn luôn đóng kín, vì thế mà có thành ngữ "Thao láo như mắt rắn ráo".
Sự lột bỏ lớp vảy ở rắn gọi là lột xác. Trong trường hợp lột da ở rắn thì nguyên lớp da ngoài cùng bị lột bỏ. Các vảy của rắn không phải là rời rạc mà là sự mở rộng của lớp biểu bì—vì thế chúng không bị lột tách biệt mà như là một lớp ngoài cùng hoàn hảo trong mỗi lần lột xác, giống như việc người ta lột mặt trong của cái tất ra bên ngoài.
Hình dáng và số lượng vảy trên đầu, lưng và bụng thường là đặc trưng và được sử dụng vào mục đích phân loại. Các vảy được đặt tên chủ yếu theo vị trí của chúng trên cơ thể. Trong nhóm rắn "bậc cao" (Caenophidia), các vảy bụng rộng bản và các hàng vảy lưng tương ứng với các đốt sống, cho phép các nhà khoa học có thể đếm số lượng đốt sống mà không cần phải mổ xẻ.
Mắt rắn được che phủ bằng vảy trong suốt chứ không phải mí mắt có thể chuyển động. Vì thế mắt rắn luôn luôn mở, còn để ngủ thì võng mạc có thể khép lại hoặc rắn giấu đầu vào phần thân đã cuộn tròn.

Lột xác

Sự lột xác (hay lột da) ở rắn phục vụ cho một loạt các chức năng. Trước hết,lớp da ngoài cũ kỹ và đã bị mòn được thay thế; thứ hai, nó giúp loại bỏ các động vật ký sinh như ve hay bét. Việc làm mới lớp da nhờ lột xác được cho là giúp đỡ cho quá trình phát triển ở một số động vật như côn trùng; tuy nhiên điều này có đúng như vậy hay không ở rắn thì vẫn là điều còn gây tranh cãi
Sự lột da xảy ra theo chu kỳ trong suốt cuộc đời rắn. Trước khi lột, rắn ngừng ăn uống và thường di chuyển tới hay ẩn nấp tại nơi an toàn. Ngay trước khi lột, lớp da ngoài trở nên xỉn màu và khô và hai mắt thì mờ đục hay xám xỉn. Mặt trong của lớp da cũ hóa lỏng làm cho lớp da cũ tách ra khỏi lớp da mới nằm ngay dưới nó. Sau vài ngày thì mắt trong trở lại và con rắn "trườn" ra khỏi lớp da cũ của nó. Lớp da cũ đứt ở phần gần miệng và rắn lách ra ngoài, hỗ trợ quá trình lột bỏ bằng cách cọ xát vào các bề mặt thô nhám. Trong nhiều trường hợp thì lớp da cũ bị lột ngược dọc theo thân từ đàu tới đuôi thành một tấm, giống như sự lột tất ngược từ trong ra ngoài. Lớp da mới, lớn hơn và sáng màu hơn đã được hình thành ngay phía dưới.
Những con rắn già chỉ lột da 1 tới 2 lần mỗi năm, nhưng những con rắn non còn đang lớn thì có thể lột da tới 4 lần mỗi năm. Lớp da bị loại bỏ giữ nguyên vẹn dấu vết của kiểu vảy, và thường thì có thể dùng nó để nhận dạng loài rắn đó nếu như lớp da bị loại bỏ này còn giữ được khá nguyên vẹn. Sự lột da theo chu kỳ này là lý do chính để biến rắn thành một biểu tượng của điều trị bệnh tật và y học, như trong biểu tượng gậy Asclepius (xà trượng)

Kiếm ăn và thức ăn

Tất cả các loài rắn đều là động vật chỉ toàn ăn thịt, với thức ăn của chúng là các động vật nhỏ như thằn lằn, chim, thú nhỏ, cá, côn trùng, ốc, các loài rắn khác cũng như trứng của các loại con mồi này. Do rắn không thể cắn hay xé thức ăn ra thành từng miếng nên chúng phải nuốt chửng nguyên cả con mồi. Kích thước cơ thể rắn có ảnh hưởng lớn tới tập tính ăn uống của nó. Các loài rắn nhỏ hơn thì ăn các con mồi nhỏ hơn. Chẳng hạn, những con trăn non có thể khởi đầu công việc ăn uống chỉ với những con thằn lằn hay chuột và dần dần tiến tới việc ăn những con hươu hay linh dương nhỏ cũng như trưởng thành.
Quai hàm của rắn là một cấu trúc phức tạp. Trái với niềm tin thông thường rằng rắn có thể bị trật khớp các quai hàm của nó, trên thực tế rắn có hàm dưới rất linh hoạt, hai nửa của nó không bị gắn cứng nhắc, với một loạt các khớp nối khác trong sọ rắn, cho phép rắn có thể há miệng đủ to để nuốt toàn bộ con mồi, ngay cả khi con mồi này có đường kính lớn hơn bề rộng cơ thể của rắn. Chẳng hạn, rắn ăn trứng châu Phi (Dasypeltis) có các quai hàm rất linh hoạt, thích nghi để ăn những quả trứng to hơn cả đường kính đầu nó. Các loài rắn này không có răng, nhưng có các chỗ lồi ra trên rìa trong của cột sống, được chúng sử dụng để bóp vỡ vỏ trứng khi nó được nuốt vào.
Trong khi phần lớn các loài rắn ăn đủ mọi loại con mồi động vật thì vẫn có những loài chỉ chuyên ăn một loại thức ăn nhất định. Rắn hổ mang chúa và rắn bandy-bandy (Vermicella annulata) ở Australia chỉ ăn thịt các loài rắn khác. Pareas iwesakii và các loài rắn ăn ốc khác trong phân họ Pareatinae của họ Colubridae có nhiều răng ở mé phải miệng chúng hơn ở mé trái do vỏ ốc mà chúng ăn thường xoắn theo chiều kim đồng hồ.
Một số loài rắn có cú cắn chứa nọc độc được chúng dùng để giết chết con mồi trước khi ăn thịt nó. Một số loài rắn khác lại giết con mồi bằng cách quấn và siết chặt, trong khi có những loài chỉ đơn giản là nuốt sống toàn bộ con mồi.
Sau khi ăn, rắn chuyển sang trạng thái nghỉ trong khi quá trình tiêu hóa diễn ra. Tiêu hóa là một hoạt động mãnh liệt, đặc biệt sau khi nuốt con mồi lớn. Ở những loài chỉ thỉnh thoảng mới ăn thì toàn bộ ruột co nhỏ lại giữa các bữa ăn để tiết kiệm năng lượng. Hệ tiêu hóa sau đó sẽ 'phình to' tới sức chứa tối đa trong vòng 48 giờ sau khi ăn con mồi. Là động vật ngoại nhiệt ("máu lạnh"), nhiệt độ môi trường xung quanh có vai trò lớn trong sự tiêu hóa của rắn. Nhiệt độ lý tưởng đối với rắn trong quá trình tiêu hóa là khoảng 30 °C (86 °F). Năng lượng trao đổi chất trong sự tiêu hóa của rắn nhiều tới mức như ở rắn đuôi chuông Mexico (Crotalus durissus) thì nhiệt độ bề mặt cơ thể tăng lên tới 1,2 °C (2,2 °F) trong quá trình tiêu hóa. Vì điều này, một con rắn bị quấy nhiễu ngay sau khi ăn thường sẽ nôn con mồi ra để có thể thoát khỏi mối đe dọa mà nó đã nhận thấy được. Khi không bị quấy nhiễu thì quá trình tiêu hóa có hiệu quả cao nhất, với các enzym tiêu hóa của rắn hòa tan và hấp thụ mọi thứ, ngoại trừ lông và móng vuốt của con mồi bị bài tiết ra ngoài dưới dạng chất thải.

Vận động

Không có chân không gây ra cản trở nào đối với sự vận động của rắn. Chúng đã phát triển một vài cách thức vận động khác nhau để giải quyết vấn đề trong từng môi trường cụ thể. Không giống như các dáng đi của các động vật có chân, là thứ tạo thành một thể liên tục, mỗi cách thức vận động của rắn là rời rạc và khác biệt với các cách thức còn lại; các chuyển tiếp giữa các cách thức là đột ngột.

Trên cạn

Chuyển động sóng ngang trên cạn là cách thức vận động trên cạn phổ biến nhất đối với phần lớn các loài rắn. Trong cách thức này, các sóng chuyển động về phía sau đẩy vào các tiếp điểm trong môi trường, như các hòn đá, các cành cây hay các chỗ mấp mô trên mặt đất v.v. Mỗi vật thể trong môi trường này tới lượt mình lại sinh ra một phản lực hướng về phía trước và về phía đường trung bình của con rắn, tạo ra lực đẩy về phía trước trong khi các thành phần ngang bị triệt tiêu. Vận tốc của di chuyển này phụ thuộc vào mật độ các điểm đẩy trong môi trường, trong khi mật độ trung bình khoảng 8 dọc theo chiều dài thân rắn là lý tưởng. Vận tốc truyền sóng chính xác bằng vận tốc của con rắn, và kết quả là mọi điểm trên thân rắn đi theo đường của điểm ngay trước nó, cho phép con rắn di chuyển qua thảm thực vật rất rậm rạp hay các khe hở nhỏ.

Khác

Sự vận động của các loài rắn trong các môi trường sống trên cây mới chỉ được nghiên cứu gần đây. Khi ở trên các cành cây, rắn sử dụng vài phương thức vận động, phụ thuộc vào kết cấu vỏ cây và tùy từng loài. Nói chung, rắn sẽ sử dụng dạng vận động concertina được biến đổi trên các cành cây nhẵn nhụi, nhưng sẽ sử dụng dạng chuyển động sóng ngang nếu có các tiếp điểm. Rắn di chuyển nhanh hơn trên các cành nhỏ và khi có các tiếp điểm, ngược lại với các động vật có chân, là những con vật di chuyển nhanh hơn trên các cành to với ít các ‘mấu’ hơn.
Các loài rắn cườm (Chrysopelea) ở Đông Nam Á phóng thân mình từ các đầu cành, trải rộng các xương sườn ra và chuyển động kiểu sóng ngang khi chúng lướt đi giữa các cây. Các loài rắn này có thể thực hiện sự lướt đi có kiểm soát tới hàng chục mét, phụ thuộc vào cao độ phóng và thậm chí có thể xoay mình trong không trung.

Sinh sản

Mặc dù các loài rắn sử dụng một loạt các phương thức sinh sản, nhưng tất cả đều là thụ tinh trong. Điều này được thực hiện với sự hỗ trợ của một cơ quan có chạc đôi, gọi là bán dương vật, có thể thò ra thụt vào, nằm ở phần đuôi rắn đực. Các bán dương vật thường xẻ khía, có móc hay có gai để kẹp vào vách lỗ huyệt của rắn cái.
Phần lớn các loài rắn đẻ trứng và nói chung chúng sẽ bỏ rơi trứng ngay sau khi đẻ. Tuy nhiên, một số loài (như rắn hổ mang chúa) lại thực sự làm tổ và vẫn ở gần các con rắn con sau khi ấp. Phần lớn các loài trăn họ Pythonidae cuộn tròn xung quanh ổ trứng của chúng và ở đó cho tới khi trứng nở. Một con trăn cái sẽ không rời ổ trứng, ngoại trừ thỉnh thoảng phải bò ra tắm nắng hay uống nước. Nó thậm chí còn "rùng mình" để sinh nhiệt nhằm ấp trứng.
Một số loài rắn là sinh noãn thai và giữ các quả trứng trong cơ thể cho tới khi chúng gần như đã sẵn sàng để nở. Gần đây người ta đã xác nhận rằng một vài loài rắn là động vật đẻ con thật sự, như Boa constrictor và trăn anaconda xanh (Eunectes murinus), nuôi con non của chúng thông qua nhau thai cũng như túi noãn hoàng, và điều này là rất bất thường ở các loài bò sát, cũng như ở bất cứ loài động vật nào khác không phải là cá mập trong họ Carcharhinidae hay thú có nhau thai (Eutheria). Sự cầm giữ lại trứng và sinh con non thường gắn với các môi trường lạnh hơn, cũng giống như sự cầm giữ con non trong cơ thể con mẹ.

Bắt rắn

Bộ lạc Irulas ở Andhra Pradesh và Tamil Nadu thuộc Ấn Độ hành nghề bắt rắn trong nhiều thế hệ. Họ có nhiều kiến thức và kinh nghiệm về rắn trên thực địa. Nói chung họ bắt rắn với sự hỗ trợ của một cây sào. Trước đây, người Irulas đã bắt hàng nghìn con rắn để lấy da. Sau khi ngành công nghiệp da rắn bị cấm triệt để và sự bảo vệ rắn theo Luật bảo vệ động vật hoang dã năm 1972 tại Ấn Độ thì họ đã lập ra Hội hợp tác bắt rắn Irula và chuyển sang bắt rắn để lấy nọc và thả chúng ra sau 4 lần lấy nọc. Nọc rắn thu thập theo cách này được dùng để sản xuất huyết thanh kháng nọc rắn cũng như phục vụ cho nghiên cứu y sinh học và sản xuất các dược phẩm khác.
Bên cạnh đó còn có những người bắt rắn chuyên nghiệp khác. Hành nghề bắt rắn ngày nay còn có các nhà bò sát học với công cụ là các cây sào dài với đầu sào hình chữ V. Một vài người dẫn chưng trình truyền hình về động vật hoang dã, như Bill Haast, Austin Stevens, Steve Irwin, Jeff Corwin v.v. còn bắt rắn trực tiếp bằng tay không.

Động vật cảnh

Tại phương Tây, một vài loài rắn (đặc biệt là các loài dễ thuần hóa như trăn hoàng gia (Python regius) và rắn săn chuột đỏ (Pantherophis guttatus) được nuôi làm động vật cảnh. Để đáp ứng nhu cầu này một ngành công nghiệp nuôi nhốt động vật bò sát đã phát triển. Các loại rắn sinh đẻ nuôi nhốt có xu hướng dễ nuôi làm động vật cảnh hơn so với các loại rắn bắt được trong tự nhiên. Rắn cảnh dễ nuôi hơn so với nhiều loại động vật cảnh truyền thống khác do chúng không cần nhiều không gian (do phần lớn rắn cảnh không dài quá 1,5 m và chúng cũng không cần phải cho ăn uống quá thường xuyên (thường chỉ một lần trong vòng 5-14 ngày). Một vài loại rắn cảnh có thể sống trên 40 năm nếu được chăm sóc chu đáo.