Một thí nghiệm của các chuyên gia thần kinh học kiểm chứng định vị hướng ở cá khác với số đông động vật có vú có lẽ do sử dụng mạch não khác với số đông thông thường.
Chiếc mũ bắt mắt trông không khác gì những món đồ thời trang thủ công nổi bật ở lễ hội đua ngựa lừng danh Kentucky Derby. Nhưng còn hơn cả thế, chiếc mũ chính là một phần của chú cá vàng "cyborg".
Cá "cyborg" là thuật ngữ để chỉ việc cường hóa cơ năng của cá vàng bằng giải pháp công nghệ.
Các nhà khoa học tiến hành phẫu thuật não cá vàng để đặt các điện cực luồn qua các lỗ nhỏ trên hộp sọ cá, tới một thiết bị ghi âm gắn trên đầu có thể theo dõi hoạt động của tế bào thần kinh. (Ảnh: New York Times).
Mổ não và đặt các điện cực vào bên trong
Các nhà khoa học không gắn thiết bị này cho vui: Họ nghiên cứu về cách não cá định vị hướng và các cơ chế liên quan đến nguồn gốc phát triển định vị hướng của tất cả sinh vật có mạch não.
Ronen Segev, một chuyên gia thần kinh học tại Đại học Ben-Gurion của Negev ở Israel, thành viên của nghiên cứu được công bố vào ngày 25/4 trên tạp chí PLOS Biology, về việc cấy ghép lên đầu 15 con cá những chiếc mũ thí nghiệm, cho biết: “Định vị hướng là một khả năng cực kỳ quan trọng trong đời sống của một số loài động vật vì chúng giúp định vị để tìm thức ăn, tìm nơi trú ẩn, trốn tránh những kẻ săn mồi”.
Cấy ghép thiết bị vào cá vàng để nghiên cứu cách các tế bào thần kinh trong não chúng hoạt động khi định hướng không hề dễ dàng.
Cần phải cẩn thận vì não của cá vàng, trông hơi giống một chùm đậu lăng nhỏ, chỉ dài hơn 1cm.
Lear Cohen, chuyên gia thần kinh học và đang nghiên cứu tiến sĩ tại Ben-Gurion, đã thực hiện ca phẫu thuật để gắn các thiết bị, cho biết: “Dưới kính hiển vi, chúng tôi mổ não và đặt các điện cực vào bên trong. Mỗi điện cực đó có đường kính chỉ bằng một sợi tóc người”.
Khó có thể thí nghiệm cấy ghép trên cá do "cá cần nước và bạn cần nó không di chuyển". (Ảnh: Fishkeeping World).
Cũng rất khó để thực hiện quy trình này ở khu vực khô ráo mà không gây hại cho đối tượng thử nghiệm. “Cá cần nước và bạn cần nó không di chuyển”, ông nói. Ông và các đồng nghiệp đã giải quyết cả hai vấn đề bằng cách bơm cả nước và thuốc mê vào miệng cá.
Khi các điện cực đã ở trong não, chúng được kết nối với một thiết bị ghi âm nhỏ, có thể theo dõi hoạt động của tế bào thần kinh và được niêm phong trong hộp chống nước, gắn trên trán của cá. Để thiết bị không đè nặng cá và cản trở khả năng bơi của nó, các nhà nghiên cứu đã gắn thêm phần bọt nhựa nổi.
Phát hiện thú vị
Sau khi hồi phục, con cá ra mắt diện mạo mới nhất với một chiếc mũ đội đầu. Thí nghiệm cho phép con cá vàng bơi trong bể dài 60 cm, rộng 15 cm. Cá bơi càng gần mép bể, các tế bào định hướng trong não của chúng càng sáng lên.
Thiết bị trong não cá đã tiết lộ rằng, cá vàng sử dụng một hệ thống định hướng khác hẳn với những gì các nhà khoa học đã tìm thấy ở động vật có vú. Đối với con người (và các loài cùng lớp khác), các tế bào định hướng thường xác định vị trí chính xác của chúng ta trong môi trường và tự xây dựng bản đồ xung quanh vị trí đó. Động vật có vú có các tế bào thần kinh chuyên biệt tạo ra các ghim định vị “bạn đang ở đây” trên bản đồ mô phỏng trong tiềm thức của chúng, nhưng các nhà nghiên cứu không tìm thấy những tế bào đó ở cá.
Thay vào đó, cá vàng dựa vào một loại tế bào thần kinh kích hoạt để chúng biết mình đang tiến đến ranh giới hoặc gặp chướng ngại vật. Bằng cách kết hợp thông tin về khoảng cách từ các rào cản khác nhau, con cá có thể tự định hướng trong không gian.
Cách các tế bào định hướng của cá hoạt động có phần khác thông thường. (Ảnh: The Spruce Pets).
Tiến sĩ Segev cho hay hệ thống định vị của động vật có vú bao gồm các tế bào cho phép một con vật xác định rằng “Mình ở đây, mình ở đây, mình ở đây”. Ông nói, ở cá vàng, các tế bào hoạt động để truyền đạt luồng tin khác: “Tôi ở vị trí này dọc theo trục này, và vị trí này dọc theo một trục khác”.
Ông Cohen suy đoán rằng các biến thể thần kinh định hướng của động vật có thể là kết quả cho quá trình thích ứng khác nhau mà chúng phải đối mặt khi di chuyển xung quanh môi trường sống của mình. Ví dụ, ông nói, trong một khu vực đầy nước, dòng chảy luôn thay đổi, cá sẽ “dễ dàng nhận biết khoảng cách từ một điểm đặc thù trong môi trường hơn là từ một vị trí chính xác”.
Tất cả các thí nghiệm đều được ủy ban phúc lợi động vật của trường đại học phê duyệt nên các nhà nghiên cứu đã làm chết cá sau khi bơi để có thể kiểm tra thêm bộ não của chúng. Nhóm hy vọng sẽ có thể tìm hiểu thêm cách thức và lý do tại sao hệ thống định hướng của cá khác với hệ thống của chúng ta.
Adelaide Sibeaux, một nhà sinh vật học tại Đại học Oxford, không tham gia nghiên cứu, nhưng cho biết cô thấy dự án “khá tuyệt vời” và quan trọng.
Tiến sĩ Sibeaux chia sẻ: “Chúng ta đang thay đổi môi trường của rất nhiều loài động vật và nếu bạn hiểu cách một loài động vật định hướng, bạn sẽ biết liệu chúng có thể đối phó với những thay đổi đang diễn ra trên thế giới vào lúc này hay không. Chẳng hạn đối với cá, điều này giải thích chúng có thể thích ứng với tầm nhìn bị vẩn đục do ô nhiễm nguồn nước hay không”.