Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Zhao Longhui và Cui Jianguo (Viện Sinh học Thành Đô, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc)
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Trong bộ phim "Kung Fu" của đạo diễn Châu Tinh Trì, hai vợ chồng chủ nhà trọ đã sử dụng võ thuật Sư Tử Hống để có một trận chiến kinh điển với Hỏa Vân Tà Thần. Trong hình, tiếng gầm của Sư Tử nhanh như sấm, âm thanh có thể vang xa hàng dặm, uy lực vô cùng khủng bố.
Thật trùng hợp, những con ếch sống gần những dòng suối ồn ào cũng đã thành thạo kỹ năng "Hòa Đông Sư Tử Hống".
Nguồn hình ảnh: Ảnh chụp màn hình từ bộ phim Kung Fu
Mọi người đều biết rằng môi trường sẽ tác động đến sự phát triển của con người. Trên thực tế, điều này cũng đúng với động vật.
Nhóm dự án hành vi động vật và kỹ thuật sinh học của Viện Sinh học Thành Đô, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phát hiện ra rằng tiếng kêu của những con ếch sống ở các dòng suối ồn ào đã trải qua quá trình tiến hóa thích nghi!
So với những loài ếch sống trong môi trường nước yên tĩnh (ao, hồ, v.v.), ếch suối có tiếng kêu đơn giản hơn, tần số cao hơn, giúp chúng giao tiếp trong môi trường ồn ào.
Bên trái: Môi trường sống của loài ếch nước tĩnh tiêu biểu, ếch rừng cao nguyên; Phải: Môi trường sống của loài ếch suối tiêu biểu, ếch suối nhỏ (Nguồn ảnh: do tác giả cung cấp)
Để thích nghi với môi trường, tiếng kêu của con ếch trở nên to hơn
Giả thuyết về sự thích nghi âm thanh cho rằng các tín hiệu âm thanh của động vật sẽ phát triển theo hướng có lợi cho việc truyền tải hiệu quả trong môi trường của chúng. Mặc dù giả thuyết này đã được đưa ra hơn 40 năm, nhưng các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào tác động của thảm thực vật đến tiếng gọi của động vật.
Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng trong những khu rừng kín, tiếng gọi có tần suất thấp và kéo dài có thể truyền đi xa hơn; trong khi ở những khu rừng rộng mở, những tiếng gọi có tỷ lệ lặp lại cao và tần số thay đổi rõ ràng có hiệu quả truyền bá tốt hơn, do đó những đặc điểm này sẽ được chọn lọc và liên tục được củng cố trong quá trình tiến hóa. Hiện nay, các yếu tố tác động môi trường chủ yếu tập trung vào thảm thực vật, trong khi các yếu tố như tiếng ồn và sa mạc hóa ít được quan tâm.
Tiếng ồn hiện diện ở khắp mọi nơi trong môi trường. Những tiếng ồn phổ biến bao gồm tiếng ồn phi sinh học (tiếng ồn do gió, mưa, nước chảy, v.v.) và tiếng ồn sinh học (tiếng đồng thanh của cùng một loài và các loài khác, v.v.). Trong quá trình giao tiếp bằng giọng nói, động vật dễ bị làm phiền bởi nhiều tiếng ồn từ môi trường xung quanh.
Tiếng nước (Nguồn ảnh: Veer Gallery)
Tuy nhiên, nghiên cứu về giả thuyết thích ứng âm thanh theo góc độ tiếng ồn hiện nay còn rất hạn chế. Đối với động vật sống gần nguồn nước chảy, tiếng ồn của nước có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng giao tiếp bằng giọng nói của chúng. Việc tiết lộ tác động của tiếng nước chảy đến quá trình tiến hóa của tiếng kêu ở động vật sẽ giúp lấp đầy những khoảng trống trong nghiên cứu hiện có trong lĩnh vực này.
Ngoài ra còn có một quy tắc cho việc "lắng nghe tiếng ếch kêu": tiếng ồn càng lớn thì tần số càng cao
Theo giả thuyết về khả năng thích ứng âm thanh, hầu hết tiếng ồn môi trường đều có tần số tương đối thấp, trong khi tiếng kêu có tần số cao có thể dễ dàng tránh được nhiễu từ tiếng ồn môi trường, và tiếng kêu có đặc điểm tần số đơn giản giúp duy trì tính toàn vẹn của việc truyền thông tin trong tiếng ồn.
Anurans (ếch và cóc) có thể sống trong cả môi trường ồn ào như suối và thác nước, và môi trường yên tĩnh như ao và hồ, vì vậy chúng là mô hình lý tưởng để nghiên cứu mối quan hệ tiến hóa giữa tiếng ồn và tiếng hát. Nghiên cứu này sử dụng các loài thuộc họ Ranidae và Bufonidae để kiểm tra xem tần suất tiếng kêu của động vật có tiến triển theo hướng được dự đoán bởi giả thuyết thích nghi âm thanh hay không.
Ngoài tiếng ồn từ môi trường, tiếng kêu của loài lưỡng cư còn bị ảnh hưởng bởi kích thước cơ thể, nhiệt độ và lịch sử tiến hóa. Là những yếu tố gây nhiễu, chúng mang đến những thách thức cho việc nghiên cứu tác động của tiếng ồn đến tiếng kêu của động vật. Nghiên cứu đã thu thập đặc điểm tần số âm thanh của 105 loài, cũng như kích thước cơ thể, nhiệt độ tại thời điểm ghi âm và dữ liệu trình tự phân tử.
Sau khi xây dựng mối quan hệ phát sinh loài của các loài này dựa trên các gen 12S, 16S, CXCR4 và RAG-1, các mối quan hệ tiến hóa, nhiệt độ môi trường và kích thước cơ thể đã được đưa vào phân tích toàn diện. Sau đó, sự khác biệt về đặc điểm tần số của tiếng gọi của lưỡng cư trong môi trường có tiếng ồn cao (môi trường nước chảy) và tiếng ồn thấp (môi trường nước tĩnh) đã được so sánh.
Ếch nước nhỏ (Nhiếp ảnh gia: Triệu Long Huy)
Kết quả cho thấy trong môi trường nhiều tiếng ồn, tiếng kêu của loài lưỡng cư tiến hóa theo tần số cao hơn và sự thay đổi tần số âm thanh theo thời gian và không gian cũng đơn giản hơn. Ngược lại, trong môi trường có tiếng ồn thấp, tần số tiếng kêu của động vật lưỡng cư tương đối thấp và sự thay đổi tần số âm thanh theo thời gian và không gian tương đối phức tạp.
Vì tiếng ồn môi trường chủ yếu tập trung ở dải tần số thấp nên âm thanh tần số cao giúp tránh nhiễu từ dòng nước chảy. Ngoài ra, việc giảm sự thay đổi tần số theo thời gian và không gian giúp âm thanh ríu rít truyền đi xa hơn trong tiếng ồn. Do đó, những kết quả trên phù hợp với dự đoán của giả thuyết thích ứng âm thanh.
Bên trái: Phổ tiếng kêu của loài ếch nước tĩnh tiêu biểu, Rana sylvatica (bên dưới); Bên phải: Phổ tiếng kêu của loài ếch suối đại diện, Rana sylvatica (Nguồn ảnh: do tác giả cung cấp)
Trong quá trình nghiên cứu, những đổi mới nào gặp phải những khó khăn nào?
Nghiên cứu này tích hợp các phương pháp hệ thống, hành vi và sinh học âm học, đồng thời khám phá tác động của tiếng ồn từ dòng nước chảy đến quá trình tiến hóa của đặc điểm âm thanh ở động vật, đồng thời tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng. Nó có một số cải tiến nhất định về cả hình thức và nội dung nghiên cứu. Nghiên cứu này liên quan đến dữ liệu từ 105 loài, đòi hỏi phải tham khảo một lượng lớn tài liệu và sử dụng cùng một tiêu chuẩn để sàng lọc thông tin của từng loài, do đó việc thu thập dữ liệu là khó khăn lớn nhất phải đối mặt. Do thời gian dài và khối lượng công việc lớn, bạn cần phải thận trọng và kiên nhẫn.
Sự tiến hóa của tiếng ếch kêu từ tiếng nước chảy róc rách, điều này cho chúng ta biết điều gì về mối quan hệ giữa động vật và môi trường?
Các hoạt động của con người đã làm tăng tiếng ồn trong môi trường và ô nhiễm tiếng ồn đã trở thành vấn đề sinh thái toàn cầu.
Nhiều nghiên cứu đã phát hiện ra rằng tiếng ồn do con người gây ra không chỉ có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người mà còn làm giảm hiệu quả giao tiếp của động vật và thậm chí ảnh hưởng đến sự sống còn và sinh sản của chúng. Cả tiếng ồn tự nhiên của nước và tiếng ồn do con người tạo ra chủ yếu đều có tần số thấp. Việc tiết lộ sự thích nghi và tiến hóa của tiếng kêu động vật trong tiếng nước sẽ giúp dự đoán tác động lâu dài của tiếng ồn do con người gây ra sẽ định hình tiếng kêu của động vật như thế nào, đồng thời cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc bảo tồn sự đa dạng của động vật.
Ví dụ, đối với các loài quan trọng có tần số tiếng kêu bị tiếng ồn làm phiền nghiêm trọng, các công trình xây dựng của con người có thể tránh xa các khu vực lõi nơi chúng sinh sống để đảm bảo sự sinh sản bình thường của loài.
Loài chim họa mi nâu lớn (Turdus fuscater) sống trong thành phố đang phải chịu đựng tình trạng ô nhiễm tiếng ồn nghiêm trọng.
(Nguồn ảnh: Brumm và Zollinger, 2013)
Khi môi trường bên ngoài thay đổi, động vật sẽ phản ứng đầu tiên bằng hành vi. Tiến hành nghiên cứu hành vi động vật giúp chúng ta hiểu được mối quan hệ giữa động vật và môi trường. Ngoài ra, chúng ta còn có sự tò mò tự nhiên về thiên nhiên và chính con người. Nghiên cứu về hành vi động vật không chỉ khám phá ra nhiều hiện tượng thú vị mà còn cho phép chúng ta thường xuyên nhìn thấy cái bóng của chính mình ở động vật.
Nghiên cứu chuyên sâu về hành vi động vật đôi khi có thể truyền cảm hứng cho chúng ta tạo ra những thứ có giá trị theo góc nhìn sinh học.
Tiến hành nghiên cứu hành vi động vật và công nghệ sinh học là cách để khám phá những bí ẩn của sự sống và cũng là cách để khám phá chính bản thân chúng ta; thật vui và thú vị.
Tài liệu tham khảo:
[1] Zhao, L., Santos, JC, Wang, J., Ran, J., Tang, Y., & Cui, J. (2021). Tiếng ồn hạn chế sự tiến hóa của đường viền tần số tiếng kêu ở ếch nước chảy: phân tích so sánh giữa hai nhánh. Biên giới trong động vật học, 18(1), 1-10.
[2] Brumm, H., & Zollinger, SA (2013). Phát ra tiếng kêu của loài chim trong tiếng ồn. Trong Giao tiếp động vật và tiếng ồn (trang 187-227). Springer, Berlin, Heidelberg.
