Di cư thẳng đứng ngày đêm là cuộc di chuyển hằng ngày của vô số sinh vật biển: khi trời tối, chúng bơi từ độ sâu vài trăm mét lên gần mặt nước để ăn, khi trời sáng lại lặn xuống vùng tối để tránh kẻ săn mồi nhìn thấy. Xét theo tổng khối lượng sinh vật tham gia, đây được coi là cuộc di cư lớn nhất trên Trái Đất, diễn ra mỗi ngày. Để đi đúng giờ, sinh vật dựa vào ánh sáng, và ở một số loài còn có đồng hồ sinh học bên trong; còn ở đáy biển sâu không có ánh sáng, nhiều loài bắt nhịp theo thuỷ triều và các mùa thức ăn rơi xuống.
Lớp "đáy giả" trên màn hình sonar
Khoảng thập niên 1940, khi máy dò âm (sonar) được dùng rộng rãi trên tàu, người vận hành thấy một hiện tượng lạ: trên màn hình xuất hiện một lớp phản xạ âm dày ở độ sâu vài trăm mét, trông như đáy biển, dù đáy thật nằm sâu hơn hàng nghìn mét. Kỳ lạ hơn, lớp "đáy giả" này nâng lên gần mặt nước lúc chạng vạng và chìm xuống lúc bình minh.
Về sau các nhà hải dương học hiểu ra đây là lớp tán xạ sâu: những đàn dày đặc sinh vật nhỏ, nhất là cá đèn lồng có bóng hơi phản xạ âm rất mạnh, cùng với tôm, giáp xác chân chèo, mực nhỏ và sứa. Chúng không phải đáy biển, mà là cả một tầng sinh vật sống chuyển động theo nhịp ngày đêm.
Vì sao phải đi lên đi xuống mỗi ngày
Hành trình này tốn kém: một con giáp xác dài vài milimet có thể đi lên đi xuống vài trăm mét mỗi đêm, tương đương con người đi bộ hàng chục kilomet. Nó chỉ đáng làm nếu lợi ích lớn hơn chi phí. Lợi ích nằm ở một mâu thuẫn:
- Thức ăn ở trên: tảo và sinh vật phù du nhỏ tập trung ở tầng nước có ánh sáng, gần mặt biển.
- Nguy hiểm cũng ở trên: ban ngày, cá săn mồi dùng mắt nhìn rõ con mồi trong tầng nước sáng.
- An toàn ở dưới: vùng tối sâu vài trăm mét giúp con mồi khó bị phát hiện, và nước lạnh làm trao đổi chất chậm lại, tiết kiệm năng lượng khi nghỉ.
Giải pháp là chia ngày ra hai ca: lên ăn khi trời tối, xuống trốn khi trời sáng. Đây là ví dụ rõ về đánh đổi giữa kiếm ăn và an toàn, một chủ đề lớn trong sinh thái học hành vi.
Bằng chứng mạnh nhất cho lời giải thích này: ở những hồ hay vùng biển không có cá săn mồi dùng mắt, nhiều loài sinh vật phù du di cư ít hơn hoặc không di cư. Thí nghiệm thả hoá chất có mùi cá vào bể nuôi cũng khiến giáp xác nhỏ bắt đầu lặn sâu hơn vào ban ngày. Như vậy di cư thẳng đứng là thích nghi linh hoạt, có thể bật lên khi có nguy cơ.
Cuộc di cư lớn tới mức nào
Không ai biết chính xác tổng khối lượng sinh vật tham gia. Riêng các loài cá ở tầng nước giữa, độ sâu khoảng 200 đến 1.000 m, có những ước tính dao động từ khoảng một tỷ tấn tới gấp nhiều lần như vậy, tuỳ phương pháp đo. Dù là con số nào, nó vẫn vượt xa sản lượng toàn bộ nghề cá thế giới mỗi năm. Cộng thêm giáp xác, mực, sứa, đây chắc chắn là chuyển động sinh khối lớn nhất hành tinh.
Cuộc di cư này có tác dụng ngoài ý muốn: nó vận chuyển cacbon xuống sâu. Sinh vật ăn ở tầng mặt rồi xuống sâu tiêu hoá, thải phân, hô hấp và có khi chết ở đó. Nhờ vậy một phần cacbon do tảo hấp thụ từ khí quyển bị "chở" xuống tầng sâu nhanh hơn so với chỉ để tự chìm. Các nhà khoa học khí hậu gọi đây là một phần của bơm sinh học đại dương.
Sinh vật biết giờ bằng cách nào
Bám theo ánh sáng
Cách đơn giản nhất là bám theo cường độ ánh sáng. Nhiều sinh vật có vẻ cố gắng ở trong một mức sáng ưa thích. Khi Mặt Trời lặn, mức sáng đó dịch lên gần mặt nước, sinh vật đi lên theo. Khi trời sáng, chúng đi xuống. Ngay cả ngày nhiều mây hay lúc có nhật thực, các nhà khoa học cũng thấy lớp tán xạ dịch chuyển theo thay đổi ánh sáng.
Đồng hồ bên trong
Ánh sáng chưa phải toàn bộ câu chuyện. Ở loài nhuyễn thể Nam Cực (krill) và loài giáp xác chân chèo Calanus finmarchicus ở Bắc Đại Tây Dương, các nhà khoa học đã tìm thấy những gen đồng hồ sinh học giống với gen đồng hồ ở ruồi giấm và động vật có vú. Khi nuôi trong phòng tối liên tục, các sinh vật này vẫn giữ nhịp hoạt động gần 24 giờ một thời gian. Đồng hồ trong giúp chúng chuẩn bị trước: bắt đầu đi lên trước khi trời tối hẳn, đi xuống trước khi trời sáng hẳn.
Đêm vùng cực và ánh trăng
Ở Bắc Cực vào mùa đông, Mặt Trời không mọc trong nhiều tuần. Người ta từng nghĩ di cư thẳng đứng sẽ dừng lại. Nhưng các nghiên cứu công bố giữa thập niên 2010 cho thấy trong đêm vùng cực, sinh vật phù du chuyển sang di cư theo ánh trăng: khi trăng tròn sáng trên bầu trời, chúng lặn sâu hơn; khi trăng khuyết, chúng nổi lên gần hơn. Đây là một ví dụ đẹp về sự linh hoạt của hành vi khi tín hiệu quen thuộc biến mất.
Dưới 1.000 m: thời gian không có Mặt Trời
Dưới khoảng 1.000 m, ánh nắng hoàn toàn không còn, kể cả giữa trưa. Nhiệt độ gần như không đổi. Vậy sinh vật ở đáy biển sâu có cần biết giờ không, và biết bằng gì?
Câu trả lời đang dần rõ hơn nhờ các trạm quan sát đáy biển đặt camera và cảm biến liên tục nhiều năm. Một số tín hiệu sinh vật có thể dùng:
| Tín hiệu | Chu kỳ | Ví dụ ảnh hưởng |
|---|---|---|
| Dòng thuỷ triều | Khoảng 12,4 giờ | Thay đổi hoạt động của tôm, cá, vẹm ở đáy biển và miệng phun thuỷ nhiệt |
| Nhịp di cư của tầng trên | 24 giờ | Sinh vật tầng sâu săn đàn di cư khi chúng đi xuống |
| Mùa tuyết biển | 1 năm | Một số loài sao biển, hải sâm đáy sâu sinh sản theo mùa, trùng với đợt thức ăn rơi xuống |
Một nghiên cứu công bố năm 2020 trên loài vẹm sống ở miệng phun thuỷ nhiệt Đại Tây Dương cho thấy khi nuôi tại chỗ, nhịp hoạt động gen của chúng theo chu kỳ khoảng 12,4 giờ của thuỷ triều chứ không phải 24 giờ. Nói cách khác, ở nơi không có ngày đêm, đồng hồ sinh học của chúng đã chuyển sang "chạy theo giờ thuỷ triều". Điều này cho thấy đồng hồ sinh học không cố định mà có thể thích nghi với tín hiệu sẵn có của môi trường.
Còn mùa thì sao? Ở vùng biển ôn đới, tảo nở rộ vào mùa xuân. Vài tuần sau, xác tảo và phân sinh vật kết thành tuyết biển chìm xuống, phủ một lớp mỏng lên đáy biển sâu hàng nghìn mét. Với một số loài da gai đáy sâu, đó là tín hiệu để sinh sản, để ấu trùng có thức ăn khi ra đời. Mặt Trời không chiếu tới đáy biển, nhưng tác động của nó vẫn tới nơi theo đường vòng.
Góc nhìn hôm nay
Di cư thẳng đứng nhắc ta rằng đại dương không phải một khối nước tĩnh mà là một hệ thống chuyển động theo nhịp. Hiện nay có những đề xuất khai thác cá tầng giữa để làm bột cá, và các nhà khoa học lo ngại điều đó có thể ảnh hưởng tới vai trò chở cacbon của chúng, dù mức độ ảnh hưởng còn đang được đánh giá.
Ánh sáng nhân tạo cũng là một mối quan tâm mới. Các nghiên cứu ở vùng biển gần đô thị và cảng biển cho thấy đèn từ bờ và tàu có thể làm sinh vật phù du thay đổi độ sâu, như thể đêm chưa thật sự đến.
Muốn tìm hiểu thêm:
- Nếu có dịp đi tàu đánh cá đêm hay ra cảng cá ven biển miền Trung, để ý cách ngư dân dùng đèn để thu hút cá và mực vào ban đêm, một cách khai thác chính tập tính đi lên của sinh vật biển khi trời tối.
- Tìm đọc về Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2017 về gen đồng hồ sinh học, nền tảng để hiểu đồng hồ trong của cả sinh vật biển.
- Xem các dữ liệu, video do các trạm quan sát đáy biển công bố, cho thấy đáy biển sâu "thức dậy" theo thuỷ triều.
Câu hỏi thường gặp
Di cư thẳng đứng ngày đêm là gì?
Đó là việc sinh vật biển như cá đèn lồng, giáp xác nhỏ, mực bơi từ độ sâu vài trăm mét lên gần mặt nước vào ban đêm để ăn, rồi lặn xuống vùng tối vào ban ngày để tránh kẻ săn mồi. Xét theo khối lượng sinh vật, đây là cuộc di cư lớn nhất trên Trái Đất.
Vì sao sinh vật biển phải lặn sâu vào ban ngày?
Ban ngày, tầng nước gần mặt biển sáng nên cá săn mồi dễ nhìn thấy con mồi. Lặn xuống vùng tối giúp con mồi khó bị phát hiện, và nước lạnh ở dưới giúp tiết kiệm năng lượng. Khi trời tối, chúng lên lại để ăn.
Lớp tán xạ sâu là gì?
Lớp tán xạ sâu là tầng sinh vật dày đặc ở độ sâu vài trăm mét, phản xạ sóng âm mạnh nên hiện trên máy sonar như một "đáy giả". Lớp này nâng lên lúc chạng vạng và chìm xuống lúc bình minh.
Sinh vật ở đáy biển sâu có đồng hồ sinh học không?
Có bằng chứng cho thấy có. Nghiên cứu năm 2020 trên vẹm ở miệng phun thuỷ nhiệt cho thấy nhịp hoạt động gen của chúng theo chu kỳ thuỷ triều khoảng 12,4 giờ. Một số loài đáy sâu còn sinh sản theo mùa, trùng với đợt tuyết biển rơi xuống.
Di cư thẳng đứng có liên quan gì tới khí hậu?
Có. Sinh vật ăn ở tầng mặt rồi xuống sâu thải phân, hô hấp và có khi chết ở đó, nhờ vậy chở một phần cacbon xuống tầng sâu. Đây là một phần của bơm sinh học đại dương, giúp đại dương hấp thụ cacbon.