Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới cho thấy tôm tít sử dụng tích hợp đường dẫn để tìm đường quay trở lại hang của chúng sau khi rời đi để tìm kiếm thức ăn hoặc bạn tình. Điều đó có nghĩa là chúng có thể theo dõi khoảng cách và hướng từ điểm xuất phát ban đầu. Một loạt các thí nghiệm sáng tạo tiết lộ rằng để làm điều đó, tôm tít đã dựa vào một hệ thống các tín hiệu từ mặt trời, các mẫu ánh sáng phân cực và các giác quan bên trong của chúng.
Tôm tít đã nổi tiếng nhờ tứ chi mạnh mẽ, đôi mắt vô cùng khác thường và bộ xương sống động. Và hóa ra, chúng cũng thực sự giỏi trong việc tìm đường về nhà. Thông qua một loạt các thí nghiệm miệt mài với những sinh vật thường không “hợp tác” này, Rickesh Patel đã tạo ra những phát hiện mới về điều hướng tôm tít, được công bố trong tuần này trên tờ Sinh học hiện tại .
Patel, một tiến sĩ ứng cử viên khoa học sinh học tại UMBC phát hiện ra rằng loài tôm tít mà ông điều tra dựa vào mặt trời, hoa văn trong ánh sáng phân cực và tín hiệu bên trong – theo thứ tự đó – để điều hướng trực tiếp trở lại hang của chúng. Những đường thẳng này thường đi theo các nhánh rẽ quanh co và ngoằn ngoèo khi tôm tìm kiếm một bữa ăn hoặc một người bạn đời. Khả năng về nhà nhanh chóng trở nên hữu ích khi tìm nơi trú ẩn trước sự hiện diện của động vật săn mồi hoặc một loài nhận thức, như Patel lưu ý trong chuyến thám hiểm nghiên cứu thực địa đầu tiên của mình.
Sau năm đầu tiên tại UMBC, Patel đã đi cùng phòng thí nghiệm của Tom Cronin đến Đảo Lizard trong Rạn san hô Great Barrier để thu thập tôm tít để nghiên cứu. “Ngay khi chúng nhận thấy bạn, chúng sẽ quay lại và kéo thẳng đến một nơi trú ẩn nào đó”, Patel nói. Giống như một nhà khoa học thực thụ, “Điều đó khiến tôi tự hỏi làm thế nào mà chúng đi tìm đường về nhà nhanh như vậy?”
Điểm khởi đầu quan trọng
Các nhà khoa học đã viết rất nhiều về điều hướng ở các loài khác – chủ yếu là ong, kiến và chuột – nhưng Patel là công trình đầu tiên về điều hướng trong tôm tít.
Đầu tiên, Patel phải tìm một hành vi mà anh ta có thể làm việc để kiểm tra ý tưởng về cách tôm tít điều hướng. Vì vậy, ông đã tạo ra một đấu trường nhỏ với một hang tôm nhân tạo được chôn trong cát. Anh ta đặt con tôm vào đấu trường, và rất vui mừng, con tôm rất vui khi chiếm phần nhỏ của ống nhựa PVC. Sau đó, anh ta đặt một miếng thức ăn ở một khoảng cách từ hang. Anh nhìn con tôm rời khỏi hang của nó, uốn khúc cho đến khi nó tìm thấy thức ăn, và sau đó quay trở lại hang của nó theo một đường thẳng.
Từ những quan sát ban đầu, Patel đã đưa ra giả thuyết rằng tôm tít sử dụng một quá trình gọi là tích hợp đường dẫn để tìm đường về nhà. Nói cách khác, bằng cách nào đó chúng có thể theo dõi cả khoảng cách và hướng từ hang của chúng.
“Đó có lẽ là phần thú vị nhất trong các thí nghiệm đối với tôi, bởi vì tôi biết tôi có một hành vi thực sự mạnh mẽ mà tôi có thể làm việc cùng,” Patel nói. “Tất cả mọi thứ tôi đã làm thực sự mở rộng từ điểm ban đầu.”
Ánh nắng bất ngờ
Sau khám phá đầu tiên đó, công việc đầy thách thức bắt đầu để tìm ra những tín hiệu mà động vật đang sử dụng để xác định đường về nhà.
Patel đã xây dựng tám đấu trường lớn hơn nhiều, mỗi đường kính khoảng 1,5 mét, để chạy thử nghiệm của mình. Câu hỏi đầu tiên anh hỏi là liệu con tôm đang sử dụng tín hiệu bên trong hay bên ngoài để về nhà.
Để kiểm tra điều đó, Patel đã tạo ra một thiết lập xoay con vật 180 độ khi nó lấy thức ăn. Nếu con tôm đang sử dụng các tín hiệu bên ngoài để ghi nhớ khoảng cách và hướng từ nhà, nó vẫn đi đúng hướng. Nếu nó sử dụng các tín hiệu bên trong dựa trên sự định hướng của cơ thể của chính nó, nó sẽ đi theo hướng ngược lại. Trong vòng thử nghiệm đầu tiên, các con vật luôn đi theo hướng ngược lại chính xác.
“Điều đó thật tuyệt, nhưng nó không có nhiều ý nghĩa”, Patel nói, “bởi vì một la bàn bên trong sẽ kém chính xác hơn nhiều so với thứ gắn liền với môi trường.” Sau đó, nó tấn công Patel như một hình thức bảo vệ mình: “Chúng tôi tình cờ có một tuần thực sự u ám khi tôi thực hiện những thí nghiệm này, vì vậy tôi đã đợi cho đến khi chúng tôi có một ngày rõ ràng, và sau đó mỗi lần, chúng trở về nhà ngay.”
Ghép lại câu đố
Patel nhận ra rằng thí nghiệm của mình đã thể hiện hoàn hảo hệ thống phân cấp tín hiệu được sử dụng bởi các loài động vật. Chúng đã sử dụng các tín hiệu bên ngoài trước tiên nhưng khi không có sẵn, chúng đã sử dụng các tín hiệu bên trong.
Đó là khởi đầu của một loạt các thí nghiệm sáng tạo dài trêu chọc cách thức những con vật này điều hướng. Khi Patel dùng một chiếc gương để lừa những con vật nghĩ rằng mặt trời đến từ hướng ngược lại, chúng đã đi sai đường. Điều này cho thấy chúng sử dụng mặt trời như một tín hiệu chính. Khi trời nhiều mây nhưng không hoàn toàn tối, chúng đã sử dụng các mẫu phân cực trong ánh sáng vẫn có thể phát hiện được khi trời u ám. Và khi bầu trời bị che phủ hoàn toàn, chúng trở lại hệ thống định vị nội bộ của mình.
Một bộ kỹ năng đa dạng
Đối với Patel, việc tạo ra các đấu trường thử nghiệm – về cơ bản, quá trình vượt chướng ngại vật của tôm – gần như thú vị như nhận được kết quả. “Đó là điều tôi thực sự thích – xây dựng mọi thứ, tạo ra mọi thứ”, anh chia sẻ. Patel học nghệ thuật và sinh học như một đại học tại Đại học bang California, Long Beach. “Tôi nghĩ những kỹ năng đó đã giúp tôi thiết kế các thí nghiệm của mình.”
Các kỹ năng khác mà Patel cần là sự kiên nhẫn và kiên trì. Những con vật sẽ chỉ cư xử có thể một lần một ngày, vì vậy nếu bạn sợ con vật, bạn đã mất ngày hôm đó.
Ví dụ, một trong những thí nghiệm liên quan đến việc đưa các con vật vào một đường đua kéo chúng đến một vị trí mới và xem chúng đi từ đâu đến đó. Patel chia sẻ: “Nếu bản nhạc quá giật hoặc đi quá nhanh, chúng sẽ sợ và chỉ không hành xử. Vì vậy, tôi đã phải thiết kế thí nghiệm sao cho thật nhẹ nhàng đến nỗi chúng không nhận ra chúng đang bị di chuyển.”
Câu hỏi mới
Tất cả sự kiên nhẫn của Patel đã được đền đáp bằng những phát hiện mới mở ra một loạt các câu hỏi trong tương lai để trả lời. Trong khi tích hợp đường dẫn được ghi nhận tốt ở các loài khác, tôm tít là loài đầu tiên thể hiện kỹ thuật dưới nước. Nhìn lên bầu trời qua nước là một góc nhìn rất khác so với thực hiện trong không khí, vì vậy Patel tò mò về quá trình của các loài động vật khác với các loài khác như thế nào.
Patel cuối cùng cũng quan tâm đến nền tảng thần kinh của hành vi điều hướng nhưng “trước khi bạn có thể điều tra những gì đang xảy ra trong não, bạn phải hiểu những gì con vật đang làm”. Vì vậy, đó là lý do tại sao Patel thực sự tập trung vào công việc hành vi để tìm hiểu xem con vật đang làm gì và loại kích thích nào phù hợp để chỉ cho con vật mà chúng ta có thể sử dụng để điều tra thần kinh của nó.
Cho đến nay, các công trình khác đã chứng minh rằng một vùng não gọi là phức hợp trung tâm có sự tương đồng kỳ lạ giữa côn trùng và tôm tít. Điều này đặc biệt thú vị khi xem xét cách xa những con ong và tôm trên cây sự sống. Khu phức hợp trung tâm được biết là góp phần điều hướng trong ong, vì vậy Patel rất muốn tìm hiểu thêm về chức năng của nó trong tôm tít. Alice Chou, một sinh viên tốt nghiệp khác trong phòng thí nghiệm Cronin cũng đang điều tra cấu trúc não của tôm tít.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Maryland County County . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :