Hãy đứng bên ngoài vào một đêm xuân ở đông nam nước Úc và bạn có thể chứng kiến một trong những cuộc di cư của côn trùng lớn nhất thế giới, khi hàng tỷ con bướm đêm Bogong nâu (Agrotis infusa) bay vút qua bầu trời.
Mỗi năm vào mùa xuân, những con bướm đêm di cư khoảng 620 dặm (1.000 km) về phía bắc đến dãy núi Alps của Úc, nơi chúng có thể tránh nóng bằng cách ẩn náu trong các hang động mát mẻ cho đến mùa thu, khi chúng trở về nơi sinh sản của mình. Mặc dù di cư không phải là hiện tượng hiếm gặp ở côn trùng, nhưng cuộc di cư của bướm đêm Bogong lại đặc biệt được các chuyên gia quan tâm - làm thế nào một con bướm đêm có thể di chuyển đến một nơi mà nó chưa từng đến trước đây?
Các nhà nghiên cứu tin rằng giờ đây họ đã có câu trả lời: định hướng của các vì sao. Điều này sẽ khiến bướm đêm Bogong trở thành loài côn trùng đầu tiên sử dụng các ngôi sao để định hướng đường dài khi thực hiện hành trình di cư kéo dài của mình.
Định hướng bằng sao có lịch sử lâu đời đối với cả con người và động vật, từ người Polynesia cổ đại đến chim di cư. Với sự thống trị của các ngôi sao trên bầu trời đêm, không có gì ngạc nhiên khi các chuyên gia nghĩ rằng các loài động vật khác, như côn trùng, cũng có thể sử dụng những ánh sáng nhấp nháy này để định hướng.
"Chúng tôi biết từ một nghiên cứu trước đây rằng loài bướm đêm có thể sử dụng từ trường địa từ để định hướng, nhưng chúng dường như chỉ có thể làm như vậy khi kết hợp với các điểm mốc trực quan, vì vậy chúng tôi đang nghĩ về loại điểm mốc này", Andrea Adden, một nhà nghiên cứu tại Viện Francis Crick ở Vương quốc Anh giải thích.
"Nếu bạn đến bụi rậm ở Úc, nơi những loài bướm đêm này sinh sống, và nhìn xung quanh bạn vào ban đêm, một trong những điểm mốc trực quan rõ ràng nhất là Dải Ngân hà, luôn có thể nhìn thấy ở một mức độ nào đó, không phụ thuộc vào thời gian ban đêm và mùa", Adden cho biết. "Chúng tôi biết rằng các loài côn trùng di cư vào ban ngày sử dụng mặt trời, vì vậy việc thử nghiệm bầu trời đầy sao có vẻ là điều hiển nhiên cần thử."
Theo Eric Warrant, một nhà nghiên cứu tại Đại học Lund ở Thụy Điển và là người đứng đầu dự án, "Một trong những [câu chuyện] đáng xấu hổ nhất là khi Lena Nordlund từ Đài phát thanh Thụy Điển (người đã ở cùng chúng tôi tại Úc để thực hiện một bộ phim tài liệu) hỏi tại sao tôi luôn gửi [những] con bướm đêm vào trong hang và tôi luôn ngồi bên ngoài. Tôi buộc phải thừa nhận rằng tôi bị chứng sợ không gian hẹp và sợ phải vào trong — điều mà tất nhiên cô ấy đã đưa vào bộ phim tài liệu."
Mặc dù Warrant không thoải mái khi vào hang, nhưng điều đó không ngăn cản cộng sự của ông, David Dreyer, cũng là một nhà nghiên cứu tại Đại học Lund, thách thức Warrant tham gia một cuộc thi nhỏ để xem ai có thể bắt được con bướm đêm Bogong đầu tiên của mùa di cư. Cuộc thi này kéo dài hơn một thập kỷ, với 20 cơ hội theo mùa khác nhau để tranh tài.
"[Tôi] đã thống trị cuộc thi này, [chiến thắng] 19 mùa di cư," Dreyer giải thích một cách đùa cợt. "[Tôi] đã không báo cáo 19 chiến thắng cho đến tận bây giờ. Cuối cùng thì công lý cũng đã được thực thi."
Các nhà nghiên cứu cũng gắn các cảm biến điện tử vào bướm đêm để đo hoạt động não của chúng. Vì não của bướm đêm Bogong có kích thước bằng một hạt gạo nên việc gắn các cảm biến tốn rất nhiều thời gian.
"Nghiên cứu cơ sở thần kinh về cách những con bướm đêm này di chuyển cho thấy các cơ chế xử lý mới trong não côn trùng", Adden lưu ý. "Mặc dù não người và não côn trùng rõ ràng rất khác nhau, nhưng thường thì các nguyên tắc tính toán lại rất giống nhau, vì vậy có lẽ chúng ta thậm chí có thể học được điều gì đó từ bướm đêm, một ngày nào đó, giúp tiết lộ điều gì đó về não người".
Sau khi chuẩn bị xong những con bướm đêm, các nhà nghiên cứu đợi đến tối ở vùng hẻo lánh, rồi bắt đầu thử nghiệm những con bướm đêm bằng cách ghi lại đường bay ảo của chúng trong trình mô phỏng.
"Chúng tôi tiếp tục quá trình này cho đến khi sử dụng hết tất cả những con bướm đêm đã chuẩn bị", Dreyer cho biết. "Sáng hôm sau dành riêng cho việc phân tích dữ liệu. Thói quen này tiếp tục cho đến khi kiểm tra mọi con bướm đêm từ lần bắt trước — sau đó chúng tôi sẽ ra ngoài để bắt một đàn mới".
"Một đồng nghiệp và tôi vừa kết thúc mùa thực địa vào đầu năm 2020 khi Úc bước vào lệnh phong tỏa Covid-19 đầu tiên và hai chúng tôi đã bị phong tỏa tại trạm thực địa trong khoảng một tháng", cô nói. "Chuyện này không tệ như bạn nghĩ — vì không có người nào khác ở gần, chúng tôi dành thời gian để phân tích dữ liệu, quan sát động vật hoang dã địa phương và học cách may vá."
Adden thậm chí còn dành thời gian để thực hành các kỹ năng chụp ảnh thiên văn của mình, chụp ảnh bầu trời đêm mà các đối tượng nghiên cứu của cô tận dụng để định hướng.
"Các ngôi sao là một tín hiệu rất nhất quán. Mặc dù bầu trời đầy sao quay suốt đêm, nhưng phần sáng nhất của Ngân Hà luôn nằm ở phía Nam của bán cầu thiên thể Nam", Adden cho biết. "Điều đó khiến nó trở thành một tín hiệu la bàn rất ổn định, đáng tin cậy không chỉ qua đêm và mùa mà còn qua nhiều thế kỷ."
Từ hoạt động não của loài bướm đêm này, nhóm nghiên cứu cũng thấy những phản ứng cụ thể đối với một số vòng quay nhất định của bầu trời đêm trong máy bay mô phỏng và xác định rằng não của chúng hoạt động mạnh nhất khi chúng "bay" theo đúng hướng di cư của mình.
Mặc dù bướm đêm Bogong không phải là loài côn trùng duy nhất sử dụng các ngôi sao để định hướng, nhưng đây là loài đầu tiên làm như vậy trong những chuyến hành trình dài, các nhà khoa học cho biết.
“Một nghiên cứu trước đây đã xác định rằng dung "Bọ cánh cứng sử dụng các ngôi sao để hướng dẫn di chuyển cự ly ngắn, nhưng bọ cánh cứng chỉ di chuyển một khoảng cách ngắn (có thể là 5-20 mét) thay vì bay 1.000 km trong quá trình di cư", Ken Lohmann, một nhà nghiên cứu tại Đại học North Carolina, Chapel Hill, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với Space.com.
"Quần thể bướm đêm Bogong đã giảm mạnh sau đợt hạn hán gần đây và các vụ cháy rừng năm 2020", Adden giải thích. "Hiểu được cách thức di cư của chúng diễn ra như thế nào và chúng sử dụng tín hiệu nào để định hướng có thể giúp chúng ta bảo vệ những loài côn trùng này, từ đó giúp ích cho toàn bộ hệ sinh thái núi cao mà loài bướm đêm này là một phần không thể thiếu — ví dụ như thức ăn cho loài chồn túi lùn và nhiều loài chim khác trong những tháng mùa hè."
Một phần của công tác bảo tồn này là xem xét vai trò của quá trình đô thị hóa và cụ thể hơn là ô nhiễm ánh sáng trong việc ảnh hưởng đến đường di cư của loài bướm đêm.
"Ô nhiễm ánh sáng có thể là một vấn đề đối với loài bướm đêm Bogong trong quá trình di cư của chúng", Adden cho biết. "Trên đường từ Nam Queensland đến dãy Alps của Úc, chúng đi qua một số thành phố lớn, chẳng hạn như Canberra, nơi có thể khiến chúng mất phương hướng và mắc kẹt. Trên thực tế, điều này đã xảy ra cách đây vài năm, khi một đàn bướm đêm chiếm lấy Tòa nhà Quốc hội Úc trong một thời gian ngắn."
Mặc dù loài bướm đêm Bogong cho thấy sự khéo léo của động vật, nhưng đối với các nhà nghiên cứu và nhà bảo tồn, việc hiểu được toàn bộ quá trình định hướng của động vật là chìa khóa để hiểu được lối sống của chúng và do đó có thể bảo vệ chúng tốt hơn.
"Bài học cốt lõi về khả năng định hướng của động vật là các loài gần như luôn có nhiều cách để tự định hướng", Lohmann cho biết.
Nghiên cứu này được công bố trực tuyến ngày hôm nay (ngày 18 tháng 6) trên tạp chí Thiên nhiên.
Mỗi năm vào mùa xuân, những con bướm đêm di cư khoảng 620 dặm (1.000 km) về phía bắc đến dãy núi Alps của Úc, nơi chúng có thể tránh nóng bằng cách ẩn náu trong các hang động mát mẻ cho đến mùa thu, khi chúng trở về nơi sinh sản của mình. Mặc dù di cư không phải là hiện tượng hiếm gặp ở côn trùng, nhưng cuộc di cư của bướm đêm Bogong lại đặc biệt được các chuyên gia quan tâm - làm thế nào một con bướm đêm có thể di chuyển đến một nơi mà nó chưa từng đến trước đây?
Các nhà nghiên cứu tin rằng giờ đây họ đã có câu trả lời: định hướng của các vì sao. Điều này sẽ khiến bướm đêm Bogong trở thành loài côn trùng đầu tiên sử dụng các ngôi sao để định hướng đường dài khi thực hiện hành trình di cư kéo dài của mình.
Định hướng bằng sao có lịch sử lâu đời đối với cả con người và động vật, từ người Polynesia cổ đại đến chim di cư. Với sự thống trị của các ngôi sao trên bầu trời đêm, không có gì ngạc nhiên khi các chuyên gia nghĩ rằng các loài động vật khác, như côn trùng, cũng có thể sử dụng những ánh sáng nhấp nháy này để định hướng.
"Chúng tôi biết từ một nghiên cứu trước đây rằng loài bướm đêm có thể sử dụng từ trường địa từ để định hướng, nhưng chúng dường như chỉ có thể làm như vậy khi kết hợp với các điểm mốc trực quan, vì vậy chúng tôi đang nghĩ về loại điểm mốc này", Andrea Adden, một nhà nghiên cứu tại Viện Francis Crick ở Vương quốc Anh giải thích.
"Nếu bạn đến bụi rậm ở Úc, nơi những loài bướm đêm này sinh sống, và nhìn xung quanh bạn vào ban đêm, một trong những điểm mốc trực quan rõ ràng nhất là Dải Ngân hà, luôn có thể nhìn thấy ở một mức độ nào đó, không phụ thuộc vào thời gian ban đêm và mùa", Adden cho biết. "Chúng tôi biết rằng các loài côn trùng di cư vào ban ngày sử dụng mặt trời, vì vậy việc thử nghiệm bầu trời đầy sao có vẻ là điều hiển nhiên cần thử."
Leo vào hang động
Để kiểm tra xem những loài bướm đêm này có thực sự sử dụng các vì sao để định hướng hay không, các nhà nghiên cứu đã bắt được một số con bằng bẫy ánh sáng. Điều này đòi hỏi nhóm phải đi vào những hang động tối tăm, lạnh lẽo nơi những con bướm đêm đang nghỉ ngơi trong quá trình di cư, điều mà một số thành viên trong nhóm cho là quá khó khăn.Theo Eric Warrant, một nhà nghiên cứu tại Đại học Lund ở Thụy Điển và là người đứng đầu dự án, "Một trong những [câu chuyện] đáng xấu hổ nhất là khi Lena Nordlund từ Đài phát thanh Thụy Điển (người đã ở cùng chúng tôi tại Úc để thực hiện một bộ phim tài liệu) hỏi tại sao tôi luôn gửi [những] con bướm đêm vào trong hang và tôi luôn ngồi bên ngoài. Tôi buộc phải thừa nhận rằng tôi bị chứng sợ không gian hẹp và sợ phải vào trong — điều mà tất nhiên cô ấy đã đưa vào bộ phim tài liệu."
Mặc dù Warrant không thoải mái khi vào hang, nhưng điều đó không ngăn cản cộng sự của ông, David Dreyer, cũng là một nhà nghiên cứu tại Đại học Lund, thách thức Warrant tham gia một cuộc thi nhỏ để xem ai có thể bắt được con bướm đêm Bogong đầu tiên của mùa di cư. Cuộc thi này kéo dài hơn một thập kỷ, với 20 cơ hội theo mùa khác nhau để tranh tài.
"[Tôi] đã thống trị cuộc thi này, [chiến thắng] 19 mùa di cư," Dreyer giải thích một cách đùa cợt. "[Tôi] đã không báo cáo 19 chiến thắng cho đến tận bây giờ. Cuối cùng thì công lý cũng đã được thực thi."
Thử nghiệm chuyến bay của bướm đêm
Sau khi bắt được bướm đêm, nhóm nghiên cứu đã đặt chúng vào một máy mô phỏng bay giống như một cung thiên văn, trong đó có nhiều máy chiếu có thể được lập trình để cung cấp quang cảnh cụ thể. Máy mô phỏng cũng chặn từ trường của Trái đất, buộc những con bướm đêm phải cố gắng định hướng trong mô phỏng chỉ bằng thị lực của chúng.
Các nhà nghiên cứu cũng gắn các cảm biến điện tử vào bướm đêm để đo hoạt động não của chúng. Vì não của bướm đêm Bogong có kích thước bằng một hạt gạo nên việc gắn các cảm biến tốn rất nhiều thời gian.
"Nghiên cứu cơ sở thần kinh về cách những con bướm đêm này di chuyển cho thấy các cơ chế xử lý mới trong não côn trùng", Adden lưu ý. "Mặc dù não người và não côn trùng rõ ràng rất khác nhau, nhưng thường thì các nguyên tắc tính toán lại rất giống nhau, vì vậy có lẽ chúng ta thậm chí có thể học được điều gì đó từ bướm đêm, một ngày nào đó, giúp tiết lộ điều gì đó về não người".
Sau khi chuẩn bị xong những con bướm đêm, các nhà nghiên cứu đợi đến tối ở vùng hẻo lánh, rồi bắt đầu thử nghiệm những con bướm đêm bằng cách ghi lại đường bay ảo của chúng trong trình mô phỏng.
"Chúng tôi tiếp tục quá trình này cho đến khi sử dụng hết tất cả những con bướm đêm đã chuẩn bị", Dreyer cho biết. "Sáng hôm sau dành riêng cho việc phân tích dữ liệu. Thói quen này tiếp tục cho đến khi kiểm tra mọi con bướm đêm từ lần bắt trước — sau đó chúng tôi sẽ ra ngoài để bắt một đàn mới".
Bị kẹt ngoài đồng
Trong khi nghiên cứu bướm đêm Bogong, đại dịch COVID-19 đã tấn công Úc, buộc phải phong tỏa. Đối với Adden, điều này có nghĩa là bị kẹt ngoài thực địa."Một đồng nghiệp và tôi vừa kết thúc mùa thực địa vào đầu năm 2020 khi Úc bước vào lệnh phong tỏa Covid-19 đầu tiên và hai chúng tôi đã bị phong tỏa tại trạm thực địa trong khoảng một tháng", cô nói. "Chuyện này không tệ như bạn nghĩ — vì không có người nào khác ở gần, chúng tôi dành thời gian để phân tích dữ liệu, quan sát động vật hoang dã địa phương và học cách may vá."
Adden thậm chí còn dành thời gian để thực hành các kỹ năng chụp ảnh thiên văn của mình, chụp ảnh bầu trời đêm mà các đối tượng nghiên cứu của cô tận dụng để định hướng.
Nhìn thấy định hướng đường dài
Sau nhiều năm phân tích, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng bướm đêm Bogong bay theo hướng phù hợp theo mùa (bắc hoặc nam) tùy thuộc vào các ngôi sao trên bầu trời đêm, cho thấy rằng trên thực tế chúng sử dụng các ngôi sao để dẫn đường."Các ngôi sao là một tín hiệu rất nhất quán. Mặc dù bầu trời đầy sao quay suốt đêm, nhưng phần sáng nhất của Ngân Hà luôn nằm ở phía Nam của bán cầu thiên thể Nam", Adden cho biết. "Điều đó khiến nó trở thành một tín hiệu la bàn rất ổn định, đáng tin cậy không chỉ qua đêm và mùa mà còn qua nhiều thế kỷ."
Từ hoạt động não của loài bướm đêm này, nhóm nghiên cứu cũng thấy những phản ứng cụ thể đối với một số vòng quay nhất định của bầu trời đêm trong máy bay mô phỏng và xác định rằng não của chúng hoạt động mạnh nhất khi chúng "bay" theo đúng hướng di cư của mình.
Mặc dù bướm đêm Bogong không phải là loài côn trùng duy nhất sử dụng các ngôi sao để định hướng, nhưng đây là loài đầu tiên làm như vậy trong những chuyến hành trình dài, các nhà khoa học cho biết.
“Một nghiên cứu trước đây đã xác định rằng dung "Bọ cánh cứng sử dụng các ngôi sao để hướng dẫn di chuyển cự ly ngắn, nhưng bọ cánh cứng chỉ di chuyển một khoảng cách ngắn (có thể là 5-20 mét) thay vì bay 1.000 km trong quá trình di cư", Ken Lohmann, một nhà nghiên cứu tại Đại học North Carolina, Chapel Hill, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với Space.com.
Bảo tồn một loài
Nghiên cứu cách các loài động vật như bướm đêm định hướng không chỉ hấp dẫn mà còn có thể giúp đảm bảo quần thể bướm đêm duy trì ở mức khỏe mạnh."Quần thể bướm đêm Bogong đã giảm mạnh sau đợt hạn hán gần đây và các vụ cháy rừng năm 2020", Adden giải thích. "Hiểu được cách thức di cư của chúng diễn ra như thế nào và chúng sử dụng tín hiệu nào để định hướng có thể giúp chúng ta bảo vệ những loài côn trùng này, từ đó giúp ích cho toàn bộ hệ sinh thái núi cao mà loài bướm đêm này là một phần không thể thiếu — ví dụ như thức ăn cho loài chồn túi lùn và nhiều loài chim khác trong những tháng mùa hè."
Một phần của công tác bảo tồn này là xem xét vai trò của quá trình đô thị hóa và cụ thể hơn là ô nhiễm ánh sáng trong việc ảnh hưởng đến đường di cư của loài bướm đêm.
"Ô nhiễm ánh sáng có thể là một vấn đề đối với loài bướm đêm Bogong trong quá trình di cư của chúng", Adden cho biết. "Trên đường từ Nam Queensland đến dãy Alps của Úc, chúng đi qua một số thành phố lớn, chẳng hạn như Canberra, nơi có thể khiến chúng mất phương hướng và mắc kẹt. Trên thực tế, điều này đã xảy ra cách đây vài năm, khi một đàn bướm đêm chiếm lấy Tòa nhà Quốc hội Úc trong một thời gian ngắn."
Mặc dù loài bướm đêm Bogong cho thấy sự khéo léo của động vật, nhưng đối với các nhà nghiên cứu và nhà bảo tồn, việc hiểu được toàn bộ quá trình định hướng của động vật là chìa khóa để hiểu được lối sống của chúng và do đó có thể bảo vệ chúng tốt hơn.
"Bài học cốt lõi về khả năng định hướng của động vật là các loài gần như luôn có nhiều cách để tự định hướng", Lohmann cho biết.
Nghiên cứu này được công bố trực tuyến ngày hôm nay (ngày 18 tháng 6) trên tạp chí Thiên nhiên.