Tại sao cá thường có xu hướng nhìn xuống dưới khi đang bơi?

Bằng cách phân tích mô hình này, các nhà nghiên cứu đưa đến kết luận rằng, đặc điểm nhìn xuống khi bơi về phía trước là một hành vi thích ứng tiến hóa để giúp cá tự ổn định hay trong khi bơi ngược dòng.

Tại sao cá nhìn xuống khi bơi? 

Mô phỏng cho thấy hành vi kỳ quặc giúp cá ước tính hướng và tốc độ bơi. Giống như việc chúng ta có xu hướng nhìn xuống vỉa hè trong lúc đi bộ, tương tự cá cũng nhìn xuống khi bơi. Một nghiên cứu mới của nhóm các chuyên gia hợp tác quốc tế do Đại học Northwestern, Mỹ thực hiện đã xác nhận điều này.

Khi dòng nước di chuyển, cá không ngừng cố gắng tự ổn định để giữ nguyên vị trí (thay vì bị cuốn theo dòng nước). Việc tập trung vào những con cá, thực vật hoặc mảnh vụn khác có thể khiến cá có cảm giác sai lầm rằng chúng đang di chuyển. Tuy nhiên, lòng sông ổn định bên dưới mang lại cho cá thông tin đáng tin cậy hơn về định hướng và tốc độ bơi của chúng.

Nhận định từ người dẫn đầu nghiên cứu – Alexander, cảm giác này giống như việc ngồi trên một toa tàu không chuyển động. Nếu con tàu bên cạnh bắt đầu di chuyển, điều này có thể khiến chúng ta lầm tưởng rằng bản thân cũng đang di chuyển theo. Dấu hiệu thị giác từ chuyến tàu kia mạnh đến mức có thể lấn át sự thật rằng tất cả các giác quan khác của bản thân đều đang mách bảo rằng chúng ta đang ngồi yên. Đó chính xác là hiện tượng mà các chuyên gia đang nghiên cứu ở loài cá. Có rất nhiều tín hiệu chuyển động sai lệch phía trên chúng, nhưng tín hiệu phong phú và đáng tin cậy nhất là từ đáy sông.

Đặc điểm nhìn xuống khi bơi của cá về phía trước là một hành vi thích ứng tiến hóa để giúp cá tự ổn định hơn

Quá trình nghiên cứu

Các nhà khoa học tiến hành thí nghiệm dựa trên việc phân tích hành vi của cá ngựa vằn, một sinh vật mẫu được nghiên cứu kỹ lưỡng. Mặc dù có thể sử dụng bể chứa trong điều kiện môi trường phòng thí nghiệm, nhưng nhóm nghiên cứu vẫn muốn tập trung vào môi trường tự nhiên của loài cá này ở Ấn Độ hơn.

Chuyên gia cho rằng, nhiều loài cá ngựa vằn mà họ nghiên cứu lớn lên trong bể thí nghiệm, nhưng môi trường sống tự nhiên của chúng đã định hình sự tiến hóa của não bộ và hành vi của chúng, do đó họ cần quay lại nguồn bản địa để điều tra bối cảnh nơi sinh vật phát triển.

Được trang bị thiết bị camera, nhóm nghiên cứu đã đến thăm bảy địa điểm trên khắp Ấn Độ để thu thập dữ liệu video về những con sông, nơi cá ngựa vằn sinh sống. Nhóm nghiên cứu sử dụng cánh tay robot để nhúng máy ảnh xuống nước và di chuyển nó xung quanh. Từ dữ liệu thu được, họ có thể mô hình hóa các tình huống giả định.

Trở lại phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu cũng theo dõi chuyển động của cá ngựa vằn bên trong một quả cầu đèn LED. Vì cá có tầm nhìn rộng nên chúng không cần phải di chuyển mắt để quan sát xung quanh như con người. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã phát các kích thích chuyển động qua ánh sáng và theo dõi phản ứng của cá. Khi các hình mẫu xuất hiện ở đáy bể, cá bơi theo các hình mẫu chuyển động (thêm bằng chứng cho thấy cá đang nhận tín hiệu thị giác từ việc nhìn xuống). Nếu phát một video có các sọc chuyển động, con cá sẽ di chuyển theo các sọc đó. Trong thí nghiệm hành vi, họ tiến hành đếm nhịp đập đuôi của chúng. Càng vẫy đuôi, chúng càng muốn theo kịp những sọc chuyển động.

Sau đó, nhóm đã trừu tượng hóa dữ liệu từ các video và kết hợp nó với dữ liệu về cách mã hóa tín hiệu chuyển động vào não cá. Họ đưa các tập dữ liệu vào hai thuật toán có sẵn dùng để nghiên cứu dòng quang học (hoặc chuyển động của thế giới qua mắt con người hoặc ống kính máy ảnh).

Cuối cùng, họ phát hiện ra rằng trong cả hai tình huống (trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm) cá ngựa vằn đều nhìn xuống khi bơi về phía trước. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng cá nhìn xuống để hiểu chuyển động của môi trường và sau đó bơi để chống lại chuyển động đó để tránh bị cuốn trôi.

Sau đó, các chuyên gia tiến hành phân tích, gắn kết mọi thứ lại với nhau thành một mô phỏng cho thấy rằng trên thực tế, đây là một hành vi thích ứng. Thông tin này không chỉ cung cấp một số hiểu biết sâu sắc về hành vi của cá mà còn có thể cung cấp thông tin cho các thiết kế cho hệ thống thị giác nhân tạo và robot tinh vi lấy cảm hứng từ sinh học.