Sự trở về nguồn của cá hồi, rùa biển và bướm chúa

Nhiều động vật có năng khiếu kỳ lạ giúp nó trở lại nơi chốn cũ dù đã đi xa cả đời, thí dụ như cá hồi hay rùa biển. Bướm chúa (monarch butterfly) còn có khả năng đặc biệt hơn nữa, nó có thể trở về đúng chỗ mà cụ cố mấy đời trước đã dừng chân để trốn lạnh, mặc dù nó chưa bao giờ tới đó.

Những động vật đó dựa vào địa từ trường để di chuyển đường xa. Trong bài này tôi xin nói về địa từ trường và những động vật di cư.

Địa từ trường 

Trái đất là một cái nam châm khổng lồ và sinh ra một từ trường chung quanh nó, gọi là địa từ trường (geomagnetic field). Địa từ trường có hai cực: Bắc cực từ và Nam cực từ (North anh South Magnetic Pole). Hai cực này không phải là Bắc và Nam cực địa dư (Geographic North and South Pole).

Từ xưa người ta đã biết lợi dụng địa từ trường để làm ra la bàn và dùng nó để di chuyển. Tuy nhiên địa từ trường còn có nhiều đặc tính khác nữa. Địa từ trường giao diện với mặt trái đất với những góc khác nhau tùy theo vị trí. Độ nghiêng này được gọi là độ từ khuynh (magnetic inclination). Cường độ của địa từ trường cũng thay đổi tùy theo vị trí, cường độ yếu nhất là ở xích đạo và mạnh nhất là ở hai cực. Các động vật biết dùng những đặc tính này của địa từ trường để di cư.

Trước đây người ta nghĩ là động vật dựa vào dấu hiệu ngoại cảnh, mặt trời, trăng sao và ngày giờ để di chuyển. Nhưng vào năm 1957 một nhà khoa học gia người Đức ở thành phố Frankfurt tên là Hans Fromme nhận thấy là con chim cổ đỏ (robin) ông ta nuôi trong lồng trở nên bồn chồn và muốn bay về phía tây nam của cái lồng. Khi ấy là mùa Thu. Ông ta lấy làm lạ, chim ở Đức thì mùa Thu di cư về Tây Ban Nha hướng Tây Nam để tránh lạnh là đúng rồi. Nhưng con chim của ông ta nhốt trong lồng ở trong nhà, không biết đang mùa Thu và cũng không thấy mặt trời mà tại sao nó lại biết mà cố bay về phương Tây Nam. Ông ta nghĩ chắc là nó dùng địa từ để nhắm hướng.

Kể từ thời ông Fromme đến nay nhiều thí nghiệm đã khẳng định là nhiều loại động vật có khả năng cảm nhận được cường độ của địa từ trường cũng như là độ từ khuynh và dùng sự kiện đó để di cư.

Các nhà khoa học nghĩ là các động vật đó có một bộ phận như là một cái la bàn để định hướng. Nhưng bộ phận ấy ở đâu trong cơ thể? Bộ phận cảm nhận được địa từ trường được gọi là bộ nhận từ (magnetoreceptor).

Mới đây, các khoa học gia tại đại học Lund University bên Thụy Sĩ và Carl von Ossietzky University Oldenburg bên Đức trong hai cuộc khảo cứu đã khám phá ra rằng chim có thể cảm nhận địa từ trường là nhờ một chất đạm đặc biệt trong mắt của chim.

Hai bài nghiên cứu về chim cổ đỏ Âu Châu và một loại chim sẻ đã tìm thấy bằng chứng về một chất đạm trong mắt gọi là Cry4. Chất đạm Cry4 nhạy cảm với ánh sáng xanh và làm cho chim có thể cảm nhận được địa từ trường. Các nhà khoa học vẫn chưa hiểu tại sao như vậy và còn đang tiếp tục nghiên cứu thêm.

Hành trình của cá hồi 

Cá hồi là một loại cá đẻ ở thượng nguồn sông, nhưng sinh sống phần lớn ở biển. Đến khi sinh đẻ thì trở lại đúng con sông thuở bé. Cá mẹ từ đại dương trở lại sông cũ bơi ngược trở lên nguồn để đẻ trứng.

Cá con bắt đầu từ trứng ở thượng nguồn của dòng sông. Tùy theo giống cá, có loại cá con sống ở sông nước ngọt từ vài tháng đến một hai năm rồi mới đi theo nước sông ra biển. Cá sống ở cửa sông, vùng nước lợ, một thời gian để cơ thể thay đổi cho thích nghi với nước mặn rồi mới ra biển. Cá sống ở ngoài biển vài năm, đi cả ngàn dặm. Rồi sau đó mới trở lại nơi chốn mình lớn lên để đẻ và tiếp nối thể hệ sau. Sau khi đẻ thì cá chết.

Làm sao cá hồi có thể trở về đúng dòng sông hồi nhỏ sau khi đã bơi lội hàng ngàn dặm ngoài biển lớn? Một lý thuyết cho rằng cá hồi trở về chốn cũ được là nhờ địa từ trường. Theo lý thuyết này thì khi còn nhỏ cá hồi đã ghi nhớ sâu đậm mô hình từ trường của trái đất ở cửa sông trước khi ra biển. Vài năm sau, khi muốn trở về thì cá hồi tìm theo mô hình địa từ mà về. Trong một công trình khảo cứu đăng trên tờ báo khoa học Current Biology vào năm 2013 thì mấy nhà khoa học tuyên bố là họ đã có chứng cớ kiểm nhận lý thuyết trên.

Khi về đến cửa sông thì cá theo mùi đặc trưng của chỗ mình sống hồi nhỏ mà mò về đến đúng nhánh sông cũ. Sự kiện này cũng đã được kiểm chứng bằng một vài thí nghiệm khoa học.

Rùa biển 

Rùa biển là một loại động vật sống rất lâu, có khi tới trên 200 năm. Rùa biển cũng là một loài động vật khi đẻ trứng đã trở về đúng bờ biển mình sinh ra. Ngay khi vừa nở ra rùa con đã có khả năng đặc biệt là biết biển phía nào để bò ra. Khi ra tới biển thì biết đâu là biển khơi để bơi ra ngoài xa.

Theo mạng savetheseaturtle.org thì rùa con dựa vào ba bộ tín hiệu khác nhau để tiến ra biển. Khi vừa nở ra thì theo mắt nhìn thấy biển. Khi ra tới biển chỗ cạn thì tín hiệu là sóng, rùa con bơi thẳng và ngược chiều cúa sóng. Khi ra ngoài khơi thì theo địa từ trường mà bơi.

Một khảo cứu dùng dữ kiện về rùa lên bờ đẻ trứng ở vùng bờ biển miền Đông tiểu bang Florida thâu thập được trong 19 năm để khẳng định là rùa biển dùng địa từ trường để trở về chốn cũ để đẻ.

Bí mật về bướm chúa (monarch butterfly) 

Bướm chúa (còn gọi là bướm vua) là loại bướm có nhiều ở Hoa Kỳ và cũng là loại động vật di cư từ vùng lạnh xuống vùng ấm để tránh lạnh rồi bay ngược lại khi mùa Xuân đến. Theo những lý thuyết về di cư của cá hồi hay rùa biển thì lúc nhỏ đã in sâu vào trong óc vị trí của chỗ sinh ra, khi muốn trở về thì đã biết muốn về đâu rồi. Nhưng lý thuyết đó không thể áp dụng cho bướm chúa được vì không phải một con bướm làm một chu kỳ di cư mà bốn đời bướm mới làm thành một chu kỳ di cư trong vòng một năm.

Vào đầu mùa Xuân bướm từ chỗ trú ẩn mùa Đông (thường là Mễ Tây Cơ hay miền Nam California) bay lên phía Bắc rồi đẻ trứng trên cây cỏ sữa (milkweed). Trứng nở ra sâu rồi sâu trở thành nhộng và cuốn vào trong một cái kén. Sau khoảng 10 ngày bướm con thoát ra từ kén. Đây là thế hệ thứ nhất. Bướm sống chỉ vài tuần. Bướm tiếp tục đi lên phía Bắc và nối tiếp mấy thể hệ nữa. Đến thế hệ sinh ra vào cuối mùa Hè mới bắt đầu di cư xuống miền Nam. Đặc biệt là thế hệ này sống lâu từ 6 đến 8 tháng để có thời gian bay xuống vùng nắng ấm và bắt đầu một chu kỳ mới.

Làm sao thế hệ chắt chít biết được mà đi xuống đúng chỗ mà thế hệ cụ tổ đã trú lạnh? Đây là một bí mật chưa ai giải thích được. (Hà Dương Cự)

Nguồn tài liệu: www.decodedscience.org, http://savetheseaturtle.org, www.monarch-butterfly.com