Hàng tỷ cá thể chim thực hiện những chuyến di cư vĩ đại mỗi năm, bay hàng ngàn dặm để đến đích. Thậm chí, một số loài như chim nhạn Bắc Cực (Sterna paradisaea) còn bay quãng đường tương đương từ Trái Đất đến Mặt Trăng và trở lại trong suốt cuộc đời của chúng.
Câu hỏi đặt ra là, làm thế nào những sinh vật nhỏ bé này lại có thể định hướng chính xác trên những hành trình vĩ đại đó?
Các nhà khoa học đã khám phá ra rằng chim sở hữu một loạt giác quan phức tạp để định hướng, một số đã được biết đến, nhưng nhiều điều vẫn còn là bí ẩn đối với con người.
Các giác quan định hướng
Thị giác và khứu giác là hai tín hiệu cơ bản mà các loài chim sử dụng để tìm đường. Đối với những loài chim đã di cư một lần, chúng có thể ghi nhớ các điểm mốc quen thuộc như sông và dãy núi.
Ngược lại, các loài chim di cư trên mặt nước lại có ít điểm mốc hơn để dẫn đường. Trong những trường hợp này, chúng dựa nhiều hơn vào khứu giác của mình. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi khứu giác bị ảnh hưởng, chim biển Scopoli (Calonectris diomedea) vẫn có thể bay trên đất liền nhưng lại mất phương hướng khi bay trên mặt nước.
Chim cũng có thể sử dụng mặt trời và các vì sao làm "hướng dẫn viên". Những chú chim bay vào ban ngày sử dụng "la bàn mặt trời", kết hợp góc nhìn về vị trí của Mặt Trời trên bầu trời với nhận thức bên trong cơ thể về thời điểm trong ngày dựa trên nhịp sinh học của chúng.
Bằng cách kết hợp hai thông tin này, chim có thể xác định hướng mà chúng đang nhắm đến, giống như một chiếc đồng hồ mặt trời sống.
Nghiên cứu cho thấy việc phá vỡ nhịp sinh học của chim bằng ánh sáng nhân tạo sẽ ngăn cản chúng định hướng chính xác, chứng tỏ tầm quan trọng của la bàn mặt trời đối với những loài chim di cư ban ngày.
Tuy nhiên, hầu hết các loài chim di cư vào ban đêm, nghĩa là vị trí của Mặt Trời không có nhiều tác dụng. Trong trường hợp này, chúng dựa vào vị trí và sự quay của các ngôi sao để tìm đường. Chúng sử dụng la bàn sao này bằng cách học vị trí của các ngôi sao xung quanh cực thiên thể, hay chính là sao Bắc Cực – ngôi sao mà con người đã sử dụng để định hướng trong hàng nghìn năm.
Từ trường Trái Đất: Giác quan bí ẩn
Nhưng nếu bầu trời nhiều mây và chim không thể nhìn thấy Mặt Trời, các vì sao hay bất kỳ điểm mốc nào thì sao? Đó là lúc các giác quan kỳ diệu của chim phát huy tác dụng.
Chim có thể tìm đường ngay cả khi không có Mặt Trời hay các vì sao, một phần là nhờ vào giác quan gọi là cảm ứng từ trường. Nhờ có giác quan này, chúng cảm nhận được từ trường của Trái Đất.
Khả năng đặc biệt này nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, nhưng nghiên cứu cho thấy việc can thiệp vào từ trường có tác động lớn đến chim; ví dụ, một nghiên cứu phát hiện ra rằng việc thay đổi từ trường xung quanh chim bồ câu đã phá vỡ khả năng tìm đường về nhà của chúng.
Mặc dù rõ ràng là chim có khả năng cảm ứng từ trường, nhưng cách thức chúng thực hiện điều đó vẫn là bí ẩn đối với các nhà khoa học. Giáo sư Peter Hore ở Trường đại học Oxford, Anh, cho biết chim phải sử dụng một số loại phản ứng hóa học mà kết quả phụ thuộc vào cường độ và hướng của từ trường Trái Đất.
Có một vài giả thuyết về cách phản ứng hóa học này xảy ra, nhưng Giáo sư Hore cho rằng đó chính là do một phân tử gọi là cryptochrome, có trong võng mạc của chim. Các nhà nghiên cứu đã xác nhận trong phòng thí nghiệm rằng cryptochrome cô lập phản ứng với từ trường và phản ứng này đòi hỏi ánh sáng xanh, thứ ánh sáng đã được chứng minh là cần thiết cho khả năng cảm nhận từ trường của chim.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn chính xác cryptochrome đủ nhạy để nhận ra những biến đổi nhỏ trong từ trường của Trái Đất hay không. Giáo sư Hore nói rằng: "Chúng ta biết rất ít về chi tiết cách la bàn này hoạt động. Thậm chí chúng ta còn không biết có bao nhiêu phân tử cryptochrome trong võng mạc của loài chim".
Một số nghiên cứu cũng chỉ ra cơ chế cảm ứng từ bên trong mỏ chim. Phần trên của mỏ chim có các thụ thể tương tác với magnetite, một khoáng chất gốc sắt. Các thụ thể này kết nối với não thông qua các đường dẫn thần kinh quan trọng, cho thấy chúng có thể là một kỹ thuật khác mà chim sử dụng để đo cường độ của từ trường.
Ngoài khả năng cảm nhận từ trường, chim có thể thu thập thông tin về phương hướng bằng cách phát hiện ánh sáng phân cực, một loại ánh sáng mà sóng dao động trong một mặt phẳng thẳng hàng cụ thể.
Ánh sáng mặt trời trở nên phân cực theo những cách có thể dự đoán được khi tán xạ qua bầu khí quyển Trái Đất. Sử dụng các tế bào đặc biệt trong võng mạc, chim có thể cảm nhận các mô hình này, thu nhận thông tin về vị trí của Mặt Trời, ngay cả khi trời u ám.
Ghép các mảnh ghép lại với nhau
Giống như chúng ta dùng mắt khi có ánh sáng ban ngày nhưng có thể dùng tay để định hướng trong căn phòng thiếu sáng vào ban đêm, loài chim cũng sử dụng các giác quan khác nhau vào những thời điểm khác nhau.
Các loài chim có thể tích hợp các tín hiệu la bàn của chúng để định hướng. Mỗi tín hiệu lại có tầm quan trọng khác nhau trong suốt hành trình; ví dụ, khả năng cảm nhận từ trường ít hữu ích hơn trong các cơn giông bão hoặc giai đoạn cực đại mặt trời vì cả hai điều kiện này đều có thể phá vỡ từ trường của Trái Đất.
Và tất cả các chiến lược này đều được hỗ trợ đắc lực bởi tính di truyền của loài chim. Chim thừa hưởng khuynh hướng di cư từ cha mẹ của chúng. Khoảng cách và hướng bay của mỗi loài chủ yếu dựa trên di truyền.
Công tác bảo tồn bao gồm cả việc di dời chúng đến nơi trú ngụ khác, nhưng nỗ lực này của con người không mấy thành công, bởi chúng có khả năng định hướng giỏi đến mức sau khi bị di dời, chúng vẫn bay trở lại nơi ở cũ.
Vì thế, các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm hiểu xem chính xác gen nào chịu trách nhiệm về tập quán di cư của chim, bởi việc hiểu các hệ thống này sẽ rất cần thiết cho tương lai của hoạt động bảo tồn chim.
