Tác giả: Black Cat Nino
Bài viết được trích từ tài khoản chính thức của Viện Hàn lâm Khoa học (ID: kexuedayuan)
——
Hàng năm, vào đêm giao thừa, cuộc di cư lớn nhất thế giới của con người diễn ra - cơn sốt di chuyển mừng Tết Nguyên đán. Dù xa nhà đến đâu, mọi người đều cố gắng hết sức để mua vé về nhà chỉ để được về ăn tối đoàn tụ. Trong thế giới dưới nước, cá hồi (bao gồm cá hồi Thái Bình Dương và cá hồi Đại Tây Dương, còn gọi là cá hồi) cũng giống như cá hồi Trung Quốc và có bản năng nhớ nhà mạnh mẽ.
Cá hồi được sinh ra ở vùng nước ngọt và di cư ra biển khi chúng phát triển đến một kích thước nhất định. Khi trưởng thành, chúng sẽ di cư để sinh sản. Chúng di chuyển theo từng đàn lớn, hàng ngàn dặm ngược dòng, thường phải vượt qua lực hấp dẫn để nhảy qua thác nước, từ đại dương trở về vùng nước ngọt để sinh sản. Điều đáng kinh ngạc là chúng có hệ thống định hướng chính xác và hầu hết chúng có thể quay trở lại những con sông nơi chúng sinh ra và lớn lên. Họ làm điều này bằng cách nào?
Trên thực tế, chúng "ngửi" được đường về nhà.
Cá hồi bơi ngược dòng (Nguồn ảnh: veer photo gallery)
Cá có định hướng bằng mùi không?
Vào những năm 1950, các nhà khoa học Hasler và Wisby phát hiện ra rằng sau khi được huấn luyện, cá hồi có thể phân biệt được liệu các nhà nghiên cứu có đặt thức ăn hay điện giật ở các con sông khác nhau hay không. Một khi cơ quan khứu giác của chúng bị phá hủy, chúng sẽ mất khả năng phân biệt. Sau đó, họ đưa ra giả thuyết rằng quá trình di cư của cá hồi dựa trên khứu giác của chúng: cá hồi non sống ở vùng nước ngọt phát triển dấu ấn khứu giác sâu sắc về một số hóa chất trong môi trường của chúng (cả môi trường nước nơi chúng phát triển và môi trường chúng di cư đến các con sông hạ lưu). Khi trưởng thành, chúng sử dụng những ký ức này để di cư và tìm kiếm ngôi nhà cũ của mình.
Đây là một ý tưởng điên rồ, làm sao chúng ta có thể chứng minh được?
Các nhà khoa học đã tiến hành một thí nghiệm khá thú vị bằng cách sử dụng cá hồi non được nuôi nhân tạo có cùng độ tuổi với đối tượng thí nghiệm. Họ nhóm những con cá hồi non lại, nuôi chúng trong các hồ chứa nhiều hợp chất hóa học khác nhau và đánh dấu chúng. Nhóm hồ bơi đầu tiên chứa morpholine ở nồng độ 5 x 10-5 mg/L, nhóm hồ bơi thứ hai chứa phenylethanol ở nồng độ 1 x 10-3 mg/L và nhóm hồ bơi thứ ba đóng vai trò kiểm soát mà không thêm bất kỳ hợp chất nào. Để tránh ảnh hưởng đến chất lượng nước, ba hồ bơi đều sử dụng chung nguồn nước suối. (Lưu ý: Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng cá hồi có thể phát hiện nồng độ morpholine và phenethyl alcohol thấp, và hai hợp chất này không có trong vùng nước tự nhiên.)
Khi những con cá hồi được gắn thẻ lớn lên, các nhà khoa học đã thả chúng trở lại Hồ Michigan.
(Nguồn ảnh: Tham khảo 1)
Một năm rưỡi sau, các nhà thí nghiệm đã thả morpholine và phenylethanol vào hơn một chục con sông chảy vào Hồ Michigan. Họ thiết lập các điểm quan sát và bắt cá hồi ở các con sông để xem liệu những con cá hồi trưởng thành di cư có quay trở lại những con sông có chứa các hợp chất cá hồi non cụ thể hay không. Kết quả thực nghiệm cho thấy phần lớn cá hồi (>90%) trong nhóm thứ nhất và thứ hai di cư đến các con sông có chứa các hợp chất tương ứng (morpholine được giải phóng ở nhóm 10#, và phenylethanol được giải phóng ở nhóm 7 và 8#, xem hình). Cá hồi trong nhóm đối chứng di cư đến nhiều con sông được quan sát trong năm đó và không quay trở lại con sông nơi các hợp chất được giải phóng. Thí nghiệm này cho thấy cá hồi có thể sử dụng khứu giác để tìm đường về nhà.
Các nghiên cứu sâu hơn phát hiện ra rằng nếu mũi của cá hồi trưởng thành bị chặn nhân tạo bằng Vaseline, bông, v.v., thì tỷ lệ chúng quay trở lại nơi sinh ban đầu thấp hơn đáng kể so với nhóm đối chứng, nghĩa là chúng khó có thể tìm thấy nơi sinh ban đầu của mình. Điều này minh họa thêm tầm quan trọng của khứu giác trong quá trình di cư sinh sản của cá hồi.
(Nguồn ảnh: veer photo gallery)
Ký ức về cá hồi: hương vị đặc biệt của nơi nó được sinh ra
Trong môi trường tự nhiên, có một hỗn hợp hóa chất rất phức tạp. Mùi gì dẫn lối cho cá hồi trở về nhà?
Các nhà khoa học đã tìm kiếm những chất đặc biệt có vai trò quan trọng trong quá trình di cư của cá hồi. Các chất mà họ nghiên cứu bao gồm axit mật, pheromone, vi sinh vật, axit amin, v.v.
Thông qua phương pháp ghi điện sinh lý và các phương pháp khác, người ta phát hiện ra rằng hệ thống khứu giác của cá hồi khá nhạy cảm với axit amin. Các nghiên cứu liên quan đến hành vi động vật cũng phát hiện ra rằng cá hồi non có sở thích và xu hướng rõ ràng đối với môi trường nước có nồng độ axit amin hòa tan trong nước cực thấp (10-6 mol/lít). Nếu cá hồi non tiếp xúc với một số loại axit amin nhất định, chúng sẽ thích môi trường có chứa các axit amin đó khi trưởng thành. Axit amin, là thành phần cơ bản của cấu trúc protein, được phân bố rộng rãi trong môi trường tự nhiên, do đó chúng cũng được coi là phân tử ghi nhớ ưa thích của cá hồi. Ngoài mùi của môi trường sinh trưởng, một số nhà khoa học tin rằng một số mùi do chính loài của chúng tiết ra cũng có thể dẫn đường cho cá hồi di cư.
Vậy, chính xác thì cá hồi nhớ những hương vị này khi nào?
Chúng tôi đã đề cập trước đó rằng cá hồi thường đi vào đại dương để sống sau khi trưởng thành. Vậy thì thời gian hình thành dấu ấn ký ức có khả năng cao nhất là trước khi chúng di cư xuống biển. Người ta suy đoán rằng thời kỳ phát triển của cá hồi khi còn nhỏ là giai đoạn quan trọng để chúng hình thành dấu ấn khứu giác. Trong thời gian này, các nhà nghiên cứu phát hiện mức độ hormone tuyến giáp tăng lên đáng kể. Sự gia tăng nồng độ hormone tuyến giáp được phát hiện có liên quan chặt chẽ đến sự tăng trưởng và phát triển của các tế bào khứu giác ở cá hồi non và độ nhạy của chúng trong việc phát hiện mùi. Do đó, các nhà nghiên cứu suy đoán rằng mức độ hormone tuyến giáp tăng cao có thể thúc đẩy khả năng học tập qua khứu giác và hình thành dấu ấn trí nhớ. Điều thú vị là nghiên cứu chức năng có liên quan cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho suy đoán này. Nghiên cứu phát hiện ra rằng việc tăng nồng độ thyroxine một cách nhân tạo ở cá hồi non trong khi cho chúng nếm thử giúp chúng duy trì trí nhớ dài hạn về hương vị đó.
Tóm lại, có lẽ chính hương vị của hệ thực vật, động vật dưới sông và môi trường sinh thái hai bên bờ đã hòa quyện tạo nên hương vị đặc biệt của nơi sinh ra cá hồi. Đồng thời, quá trình sinh lý điều chỉnh chính xác mức độ hormone ở cá hồi có khả năng thúc đẩy dấu ấn khứu giác về mùi nơi sinh ở cá hồi non.
Cá hồi nhỏ (Nguồn ảnh: veer photo gallery)
Phần kết luận
Điều đáng chú ý là các nhà khoa học nhìn chung đều đồng ý rằng cá hồi sử dụng khứu giác để định hướng di cư sau khi chúng đến bờ biển và vào vùng nước ngọt. Tuy nhiên, cộng đồng khoa học vẫn chưa biết cá hồi di chuyển qua đại dương và di cư vào vùng nước ngọt như thế nào. Hiện nay người ta tin rằng cá hồi ở đại dương có thể sử dụng nhiều cơ quan cảm giác bao gồm thị giác và khứu giác để đưa ra phán đoán. Thông tin từ mặt trời, từ trường, nhiệt độ, dòng hải lưu, thức ăn, mùi trong nước và nhiều thứ khác đều có thể được cá hồi sử dụng để tìm đường về nhà.
Trong nửa thế kỷ qua, con người đã gây ra thiệt hại ngày càng nghiêm trọng cho môi trường tự nhiên. Việc xây dựng đập và các con sông bị ô nhiễm đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình di cư và sinh sản của cá hồi. Năm 2018, một nghiên cứu của Đại học Washington và Trung tâm Khoa học Nghề cá Tây Bắc của NOAA cho thấy tình trạng axit hóa đại dương do lượng khí thải carbon tăng cao có khả năng gây tổn hại đến khứu giác của cá hồi, do đó ảnh hưởng đến các hành vi chính phụ thuộc vào khứu giác như tránh động vật ăn thịt, định hướng và sinh sản. Ở đây, tác giả kêu gọi mọi người hãy bảo vệ môi trường trái đất và tạo không gian để động vật có thể sinh tồn.
Tài liệu tham khảo:
1. A, T, Scholz và cộng sự. Ghi nhớ các tín hiệu hóa học: cơ sở cho việc lựa chọn dòng suối quê hương ở cá hồi.[J]. Khoa học (New York, NY), 1976.
2. Shoji T, Yamamoto Y, Nishikawa D và cộng sự. Các axit amin trong nước suối rất cần thiết cho quá trình di cư về nhà của cá hồi[J]. Sinh lý và hóa sinh cá, 2003, 28(1-4):249-251.
3. Keefer ML, Caudill CC. Sự di cư và lạc đường của cá hồi di cư: tổng quan về các cơ chế và tốc độ[J]. Đánh giá trong Sinh học Cá và Nghề cá, 2014, 24(1):333-368.
4. Dittman A, Quinn T. Homing ở cá hồi Thái Bình Dương: cơ chế và cơ sở sinh thái[J]. Tạp chí Sinh học Thực nghiệm, 1996, 199(Phần 1):83-91.
5. Warren J. Wisby và Arthur D. Hasler. Tác động của sự che khuất khứu giác đối với cá hồi bạc di cư (O. kisutch)[J]. J Fish Res Board Can, 1954, 11(4):472-478.
6. Hasler AD, Wisby WJ. Phân biệt mùi của dòng suối của cá và mối quan hệ của nó với hành vi của dòng suối mẹ[J]. Nhà tự nhiên học Mỹ, 1951, 85(823):223-238.
7. Ngụy Khải, Thái Hồng Anh, Trần Xuân Sơn. Phản ứng hành vi khứu giác của Salmonella spheniscus đối với các axit amin hòa tan trong nước[J]. Thủy sản biển, 2018, 40(6).
8. Ngụy Khải, Trần Xuân Sơn, Trương Húc Quang. Tiến trình nghiên cứu về chức năng và sinh thái học hành vi của hệ thống khứu giác cá[J]. Thủy sản biển, 2017, 39(6).
9. http://www.bio1000.com/hangye/201812/205932.html
