Bí ẩn của những đàn châu chấu khổng lồ

Những cánh đồng rợp trời châu chấu, những đàn cá đông cả triệu con lao vun vút mà không hề va vào nhau... Vì sao chúng làm được điều đó? Một nhà khoa học Anh đã kỳ công tìm hiểu lý do.

Cho đến nay, anh Iain Couzin, 34 tuổi, gương mặt đỏ hồng với cặp kính cận mạ kền, vẫn còn rùng mình khi nghĩ lại chuyến đi nghiên cứu thực tiễn tại Mauritania.

"Chúng tôi muốn biết dịch châu chấu tại châu Phi phát sinh như thế nào", nhà sinh vật học người Anh, làm việc tại Đại học Princeton, nói.

"Châu chấu sa mạc là những con vật sống đơn độc nhút nhát, luôn tránh xa nhau nếu có thể", anh Couzin giải thích. "Nhưng khi đạt đến một mật độ tới hạn chúng bất thình lình lại cùng nhau đi thành hàng lối và tạo thành những bầy châu chấu khổng lồ có thể tàn phá nhiều vùng rộng lớn". Tại sao?

Couzin khám phá một điều kỳ lạ qua thí nghiệm: Ngay sau khi những con vật thí nghiệm bắt đầu đi thành hàng chúng cắn rứt thịt nhau từng mảng một ở phía sau đuôi. Anh cắt đứt dây thần kinh giữa ngực và bụng để chúng không còn cảm giác gì từ phần đuôi. "Sau đấy chúng không đi thành hàng nữa. Cả bầy tan rã".

Nhà nghiên cứu chợt có ý nghĩ táo bạo: Có phải chăng chính việc ăn thịt đồng loại đã thúc đẩy loài côn trùng đi thành hàng?

Để trả lời cho câu hỏi này anh đã làm một chuyến đi đến Bắc Phi: "Chuyến đấy là cả một thảm bại".

Các nhà nghiên cứu ngày càng đi sâu vào sa mạc Sahara - nhưng chỉ có châu chấu là họ không tìm thấy. Đến lúc họ sắp cạn lương thực và nước uống. "May mắn là có người Bedouin đi ngang qua và bán cho chúng tôi thịt lạc đà sống", anh Couzin nhăn mặt.

Sau nhiều tuần cuối cùng các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy vài con châu chấu lạc lõng trong cát sa mạc. Nhưng họ vui mừng không được bao lâu. "Vừa sờ vào chúng thì chẳng bao lâu sau hai bàn tay tôi biến thành hai hình thù đầy những vết phồng rộp", anh than thở và đưa cho xem một tấm ảnh chụp anh đang nhìn vào sa mạc với hai bàn tay quấn đầy băng. Trên da của các con châu chấu là một chất hóa học có hoạt tính cao.

Đàn cá bơi theo hình chiếc bánh vòng. (Ảnh: National Geographic)

Thế nhưng không bắt buộc phải là châu chấu sa mạc da độc này. Họ đã tìm ra lời giải từ những quan sát trên các loài khác, những loài có hành vi tập thể như kiến, cá trích, chim sáo đá hay cho cả con người. Đối với Couzin đó là câu đố của trí thông minh tập thể: Hành động của từng cá thể đã kết hợp với nhau trở thành động thái phức tạp của một nhóm như thế nào?

Thí dụ như làm sao một đàn cá có thể thay đổi hướng nhanh như chớp khi một con cá mập xuất hiện? Chim di trú thỏa thuận với nhau như thế nào để tạo thành đội hình bay tốt nhất? Ai quyết định bao nhiêu con kiến phải rời tổ để tìm thức ăn?

"Không cần một con đầu đàn cho những quyết định đó", anh Couzin nói. Một cá thể không cần phải thông minh, chúng không cần phải hiểu hay nhìn được tổng thể là cả nhóm đang làm gì - thế nhưng khi ở trong đàn chúng lại tinh khôn hơn.

Ấn tượng nhiều nhất cho Couzin là bài học từ những đàn kiến hằng trăm nghìn con mà anh đã quan sát trong rừng nguyên thủy của Panama cách đây vài năm.

"Chúng trên thực tế là mù nhưng lại di chuyển nhanh không tưởng được mà lại rất chính xác, còn xây cả cầu bằng thân hình để vượt qua được lỗ hổng dưới đất." Ở lối vào tổ kiến anh khám phá một dạng giống như "đường cao tốc" 3 làn: Ở giữa là các con kiến tha mồi về tổ và hai bên là đàn kiến chạy ra ngoài. Đám đông chuyển động rất có trật tự này kéo dài đến 140 mét xuyên qua cánh rừng.

Các con kiến tìm làn đi như thế nào, tại sao lại không va vào nhau và đặc biệt là: Tại sao không bao giờ chúng bị tắc nghẽn như trong giao thông của con người? "Con người chúng ta cũng cần một hệ thống giao thông có hiệu quả như vậy", anh Couzin nói và mỉm cười. "Kiến có lợi thế của sự tiến hóa. Vì thế mà chúng tôi đang cố học từ chúng."

Anh phát triển một mô hình trên máy tính dựa trên cơ sở sinh học về kiến: Trong đó việc trao đổi thông tin chỉ dựa vào tiếp xúc và hương thơm. Vì đó chính là những kênh mà kiến thông hiểu nhau: Kiến trong tổ có mùi khác hơn những con từ ngoài vào. Hương thơm của những con kiến tìm mồi trở về chính là động cơ thúc dục đồng loại rời tổ. Càng tìm được nhiều thức ăn chúng trở về càng nhanh và để lại càng nhiều hương thơm, báo hiệu cho những con khác rằng chúng cần trợ giúp.

Những con kiến ảo cũng để lại dấu vết tương tự. Thêm vào đó mỗi một mô hình kiến ảo có thể cử động ăng ten của nó. Nếu như chúng chạm vào đồng loại thì hoặc là đi lấn tới hoặc là giảm vận tốc và tránh sang một bên.

"Mô hình cho thấy rằng kiến có một không gian hoạt động rất hẹp", anh Couzin nói. Tránh sang quá xa chúng sẽ mất dấu vết hương thơm. Phản ứng quá chậm chúng sẽ cản trở những con đi sau - tắc ngẽn bắt đầu. Và thế là phương án kiến cho giao thông hình thành: Kiến tha mồi chen lấn không khoan nhượng để về tổ. Những con kiến rời tổ tránh sang bên mỗi khi chạm vào đồng loại. Và như thế trong mô hình máy tính cũng hình thành con đường cao tốc ba làn của kiến như đã thấy trong rừng Panama.

"Nguyên tắc giao thông của loài kiến rất đơn giản nhưng lại có thể giúp giải quyết những vấn đề phức tạp", Couzin nói. Các công ty viễn thông muốn tăng tốc độ kết nối đàm thoại trong mạng bằng cách sử dụng "hương điện tử" nhằm báo hiệu kết nối nhanh nhất. Chiến lược của xã hội kiến cũng có thể áp dụng cho các đội xe tải hay lập trình cho robot cứu hộ...

Cùng với nữ kỹ sư Naomi Leonard, cũng làm việc tại Đại học Priceton, Couzin đã tiến hành một thí nghiệm đưa cá giả vào một bầy cá - với mục đích lôi kéo đàn cá và học ở chúng.

"Càng quan sát nhiều loài tôi càng nhận thấy nhiều kiểu mẫu chung." Thí dụ như con người thường có cách ứng xử như cá.

Để chứng minh, anh Couzin cho nhiều điểm xanh chuyển động qua lại trên màn hình máy tính. "Đó là bầy cá", anh giải thích. Để cho bầy cá này hoạt động được, các con cá ảo chỉ cần tuân theo 3 quy tắc đơn giản: Cùng ở trong bầy, tránh va chạm nhau và bơi cùng hướng như láng giềng. Chỉ bao nhiêu đó là đủ để cho bầy cá đột ngột chuyển động: Những điểm xanh bất thình lình di động nối đuôi nhau thành vòng tròn đang xoay, giống như chiếc bánh vòng đang xoay tròn. "Khi nhìn thấy mẫu hình này lần đầu tiên tôi nghĩ chắc là phải có lỗi trong chương trình", nhà sinh học thú nhận. "Nhưng mà thật sự là cá thỉnh thoảng cũng bơi như thế."

Và con người cũng vậy. Couzin đã cùng với nhiều nhà nghiên cứu của Đại học Leeds khám phá ra điều này qua một thí nghiệm. Họ chỉ thị cho nhiều nhóm, mỗi nhóm bao gồm 8 người tham gia thí nghiệm, đồng loạt bước đi theo hiệu lệnh, ở gần với nhau, không đứng lại, không nói với nhau và không ra hiệu. Thời gian cho đến lúc hình thành kiểu mẫu giống hệt chiếc bánh vòng đang xoay tròn không bao giờ kéo dài quá lâu. "Đó chính là chiến lược tốt nhất để tiết kiệm năng lượng trong khi luôn luôn phải di động."

Ở bước thứ nhì, các nhà nghiên cứu thử nghiệm xem cả nhóm sẽ phản ứng như thế nào khi thành viên riêng lẻ lái họ về một hướng nhất định. "Chuyển động tương ứng phần lớn với mô hình của đàn cá", Couzin nói và suy ra: "Nếu như loại trừ những tương tác phức tạp như nói hay thỏa thuận với nhau, một nhóm người vẫn hoạt động theo những quy tắc giống hệt như bầy đàn khác."

Và nhà nghiên cứu cũng tin rằng hiện đã giải được câu đố của loài châu chấu - ngay như không phải tại Mauritania xa xôi. Anh đã phát hiện ra rằng loài dế mormon (Anaburs simplex) ở Mỹ tạo thành đàn theo những quy tắc tương tự như châu chấu sa mạc.

Để nghiên cứu chúng anh chỉ cần đi đến Idaho. "Ở đó, chỉ sau 5 ngày là chúng tôi có đầy đủ dữ liệu", anh Couzin nói đắc thắng. Phát hiện của anh: Những con dế mormon đi thành hàng trong lúc đói - chúng thiếu protein và muối. Càng có ít những chất này chúng càng hung dữ. "Chúng luôn tìm cách ăn con ở phía trước và trong lúc đó thì lại cố tránh các cuộc tấn công từ phía sau." Không những cái đói mà còn mối nguy hiểm bị ăn thịt từ phía sau đã khởi động đàn côn trùng. "Khám phá này thật sự làm cho chúng tôi choáng váng."

Hiện Couzin đang hướng về một nghiên cứu đầy lôi cuốn: Tế bào ung thư. "Chúng trao đổi thông tin qua chất dẫn truyền và cùng nhau đi qua mô", anh tuyên bố. Hiện anh muốn biết những tế bào ác tính này có động thái tương tự như kiến, châu chấu hay con người hay không.