Loài nhạn biển Bắc Cực có lẽ là ví dụ phi thường nhất: trong suốt cuộc đời của mình, quãng đường bay tích lũy của nó đủ để đi đến Mặt Trăng và quay trở lại. Và bằng một cách nào đó, nó không hề bị lạc.

Điều tương tự cũng xảy ra với hàng tỷ loài chim di cư mỗi năm, khi chúng quay về đúng nơi sinh sản, đúng vùng trú đông, thậm chí đôi khi là cùng một cái cây quen thuộc.

Các loài chim định hướng bằng sự kết hợp của nhiều hệ thống cảm giác khác nhau — một số quen thuộc, một số thực sự kỳ lạ. Tùy điều kiện môi trường, chúng có thể thay đổi cách sử dụng các tín hiệu này, và không có hệ thống đơn lẻ nào đảm nhiệm toàn bộ hành trình.

Thị giác và khứu giác: Những công cụ quen thuộc

Đối với các loài chim di cư qua đất liền vào ban ngày, các mốc địa hình là công cụ dẫn đường trực quan nhất. Những con chim có kinh nghiệm từ các chuyến đi trước có thể ghi nhớ sông ngòi, đường bờ biển, dãy núi và nhiều đặc điểm địa lý lớn khác bên dưới. Các điểm mốc này giúp điều chỉnh chính xác lộ trình vốn có thể dễ dàng lệch hướng.

Khi không còn gì đặc biệt để quan sát, chẳng hạn trong lúc băng qua đại dương rộng lớn, khứu giác trở nên vô cùng quan trọng. Chim có thể sử dụng các tín hiệu hóa học do gió mang theo trên khoảng cách lớn để xác định phương hướng. Khi những tín hiệu mùi hương này bị cản trở hoặc biến mất trên vùng biển rộng, chim thường trở nên mất phương hướng, cho thấy khứu giác đóng vai trò thiết yếu khi kết hợp cùng thị giác.

Mặt Trời và các vì sao như chiếc la bàn tự nhiên

Nhiều loài chim di cư vào ban ngày sử dụng “la bàn Mặt Trời” để giữ đúng hướng. Điều này không đơn giản chỉ là bay theo vị trí của Mặt Trời, bởi Mặt Trời di chuyển trên bầu trời suốt cả ngày. Chim kết hợp vị trí của Mặt Trời với đồng hồ sinh học bên trong cơ thể, hoạt động giống như một chiếc đồng hồ mặt trời sống. Nếu đồng hồ sinh học này bị rối loạn, khả năng định hướng của chúng cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Phần lớn các loài chim lại di cư vào ban đêm. Khi đó, Mặt Trời không còn hữu ích, và chúng chuyển sang định hướng bằng các vì sao — cụ thể là bằng cách học cấu trúc hình học của các chòm sao xoay quanh cực thiên thể. Chim không phụ thuộc vào một ngôi sao đơn lẻ mà nhận biết điểm xoay ổn định của toàn bộ bầu trời, sử dụng “la bàn sao” này để duy trì lộ trình.

Giác quan thứ sáu từ trường

Khi mây che kín bầu trời khiến cả Mặt Trời lẫn các vì sao đều không thể quan sát, chim vẫn có thể tiếp tục định hướng — điều này cho thấy sự tồn tại của một khả năng đặc biệt hơn: cảm nhận từ trường, tức khả năng nhận biết từ trường Trái Đất.

Các thí nghiệm cho thấy việc thay đổi điều kiện từ trường có thể làm rối loạn khả năng định hướng của chim, chứng minh đây là một phần cốt lõi trong bộ công cụ dẫn đường của chúng.

Nhiều khả năng chim phát hiện từ trường theo nhiều cách khác nhau. Một cơ chế liên quan đến phân tử cryptochrome trong mắt, phản ứng với ánh sáng để cung cấp thông tin về hướng từ trường. Một cơ chế khác liên quan đến các tinh thể magnetite siêu nhỏ — một khoáng chất chứa sắt trong mỏ chim giúp cảm nhận cường độ từ trường.

Ngoài ra, chim còn có thể phát hiện ánh sáng phân cực — ánh sáng Mặt Trời bị tán xạ trong khí quyển theo những mô hình có thể dự đoán. Ngay cả trong những ngày nhiều mây, các mô hình phân cực này vẫn cung cấp thông tin gián tiếp về vị trí của Mặt Trời, bổ sung thêm một lớp định hướng khi tín hiệu thiên thể trực tiếp không khả dụng.

Bản năng kết hợp cùng kinh nghiệm

Nền tảng của tất cả các hệ thống cảm giác này là yếu tố di truyền. Chim được thừa hưởng không chỉ thôi thúc phải di cư mà còn cả những thông số cơ bản về nơi cần đến — khoảng cách và hướng đi phần lớn đã được mã hóa trong gen.

Những con chim non trong lần di cư đầu tiên gần như đang bay hoàn toàn bằng bản năng, sau đó dần hoàn thiện lộ trình qua kinh nghiệm tích lũy trong các năm tiếp theo. Độ chính xác đáng kinh ngạc này vừa là kỳ tích sinh học, vừa tạo ra thách thức cho công tác bảo tồn. Những loài chim được di dời trong các chương trình tái hoang dã thường đơn giản bay trở về nơi xuất phát, bởi hệ thống định hướng di truyền của chúng quá mạnh mẽ.

Việc hiểu chính xác cách các hệ thống cảm giác và di truyền phối hợp với nhau vẫn là một câu hỏi nghiên cứu mở, nhưng đây cũng là vấn đề ngày càng có ý nghĩa thực tiễn trong bối cảnh môi trường biến đổi nhanh chóng. Khả năng di cư của chim là sự kết hợp đáng kinh ngạc giữa bản năng, kinh nghiệm và khả năng định hướng đa giác quan.

Từ việc sử dụng địa hình, mùi hương cho đến đọc vị Mặt Trời, các vì sao và từ trường Trái Đất, những sinh vật nhỏ bé này thể hiện một trình độ “kỹ thuật tự nhiên” vô cùng chính xác. Những nghiên cứu tiếp tục về gen và hệ thống cảm giác đứng sau khả năng di cư không chỉ thỏa mãn trí tò mò khoa học mà còn có thể đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các loài chim trước một thế giới đang thay đổi nhanh chóng.