Nhiều loài vật rất khác nhau như chim chóc, ba ba, dơi, và ong có thể cảm nhận được từ trường của Trái Đất và dùng nó như một công cụ giúp định hướng khi di chuyển. Một công trình nghiên cứu do các nhà khoa học Mỹ thực hiện đã xác nhận được phân tử có thể giúp giải thích khả năng đặc biệt này. Trong câu chuyện 'Khoa học và Đời sống' hôm nay, Nguyễn Lê sẽ trình bày với quý thính giả một số chi tiết liên quan đến cuộc nghiện cứu này - dựa trên tường trình của TTV đài VOA Veronique LaCapra.
 

Nhiều loài vật khác nhau có thể cảm nhận được từ trường của Trái Đất

Sự di chuyển của cái lõi sắt của Trái Đất tạo ra một từ trường chung quanh hành tinh của chúng ta. Con người có thể dùng cây kim được từ hóa của một la bàn để định hướng và định vị khi đi lại. Nhưng một số loài vật có thể cảm nhận được từ trường này một cách trực tiếp để tự định hướng đối với môi trường chung quanh chúng.

Tuy nhiên, cho đến nay chưa ai biết chắc bộ phận nào trong cơ thể của những giống vật này giúp cho chúng có được sự nhạy cảm rất đặc biệt đó đối với từ trường.

Để tìm hiểu hiện tượng này, các nhà khoa học cần có một giống vật để thử nghiệm.

Bác sĩ Steven Reppert là một nhà sinh học thần kinh tại Trường Y học thuộc Đại học Massachusetts. Ông cho biết: “Chúng tôi muốn thử nghiệm với một con vật mà chúng tôi có thể biến đổi một số bộ phận có liên quan đến các chức năng hóa học trong cơ thể của nó. Một trong số những giống vật tốt nhất mà chúng tôi có thể dùng là con ruồi giấm, vì chúng tôi có thể biến đổi gen của một số mặt khác nhau trong cấu trúc sinh học của nó.”

Bước đầu tiên là phải xác nhận rằng ruồi giấm có thể cảm nhận được một từ trường. Các nhà nghiên cứu chế ra được một thiết bị thử nghiệm rất đơn giản nhưng có hiệu quả: đó là một mê cung có hình chữ T hoa. Chúng ta hãy tưởng tượng ra một thiết bị có hình chữ T hoa làm bằng một thứ ống rỗng có gắn một cuộn dây kim loại ở đầu mỗi cánh tay của chữ T. Bằng cách cho một dòng điện chạy qua các cuộn dây vừa kể, các nhà khoa học có thể tạo ra một từ trường trong mỗi cánh tay của chữ T này.

Để tiến hành thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đặt một số ruồi giấm vào mê cung, bắt đầu từ dưới đáy của nó. Bác sĩ Reppert nói: “Khi chúng đã vào trong thiết bị này, các con ruồi có thể lựa chọn đi theo hướng nào. Chúng có thể đi về phía trái hay phía phải. Trong một lần, chúng đi về hướng có từ trường; trong một lần khác, chúng có thể đi về hướng không có từ trường.”

Kế đó, các nhà khoa học huấn luyện cho các con ruồi bằng cách đặt một số dường vào cuối cánh tay được từ hóa của mê cung hình chữ T hoa. Rồi họ lấy số đường đó đi, và thử xem các con ruồi có tiếp tục tiến về hướng có từ trường để chờ đợi được ăn đường hay không. Bác sĩ Reppert giải thích: “Điều chúng tôi muốn làm là thử xem mấy con ruồi này có liên kết phần thưởng dành cho chúng - tức là cục đường - với từ trường hay không. Và sự thật là chúng đã có liên kết như thế, và điều này cung cấp cho chúng tôi một khái niệm rõ rệt hơn về phản ứng của các con ruồi đối với từ trường.”

Sau khi Bác sĩ Reppert và các đồng nghiệp của ông đã biết chắc rằng các con ruồi có thể phát hiện được một từ trường, họ muốn tìm hiểu xem làm sao chúng có thể làm thể làm được điều đó. Các công trình nghiên cứu trước đó đã gợi ý rằng loài vật có thể dùng những cơ quan đặc biệt để cảm nhận ánh sáng, gọi theo tên khoa học là cryptochrome. Bác sĩ Reppert nói: “Cryptochrome là những protein hoạt động như những cơ quan cảm nhận ánh sáng màu xanh trong cơ thể giống ruồi giấm.”
 
Trong điều kiện ánh sáng bình thường, các cryptochrome trong mắt và bộ não của một con ruồi giấm đón nhận toàn bộ quang phổ ánh sáng, từ màu xanh cho đến màu lục và màu đỏ.

Phần ánh sánh màu xanh của quang phổ kích hoạt các cryptochrome, làm chúng chịu tác động của những phản ứng hóa học cụ thể mà giống ruồi giấm cần có để đồng hồ sinh học của chúng có thể hoạt động.

Ruồi giấm cần ánh sáng màu xanh để phát hiện ra từ trường

Để thử nghiệm xem các cryptochrome này có còn đóng thêm một vai trò khác hay không trong khả năng của giống ruồi giấm cảm nhận được các từ trường, các nhà nghiên cứu gắn một cái lọc ánh sáng trên mê cung hình chữ T hoa. Bác sĩ Reppert giải thích: “Chúng tôi làm như thế để các con ruồi giấm vẫn có thể thấy được các ánh sáng màu đỏ và màu lục, nhưng ánh sáng màu xanh và các bước sóng cực tím ngắn hơn thì bị chận lại. Trong trường hợp này, khả năng cảm nhận từ trường của ruồi giấm hoàn toàn biết mất.”
 
Như thế, Bác sĩ Reppert và các đồng nghiệp của ông đã chứng minh được rằng ruồi giấm cần có ánh sáng màu xanh để phát hiện ra từ trường. Nhưng các nhà nghiên cứu vẫn còn phải thực hiện cho được một sự liên kết dứt khoát giữa tính nhạy cảm đối với từ trường và các cryptochrome.

Để làm được điếu đó, họ phải dùng những con ruồi giấm đã có những đột biến về gen có tác động làm tê liệt các cryptochrome. Bác sĩ Reppert nói: “Và rồi chúng tôi có thể nêu câu hỏi: Được rồi, vì các gen này không còn hoạt động được nữa, điều gì sẽ xảy cho khả năng cảm nhận từ trường? Chúng tôi tiên đoán là khả năng này sẽ biến mất, và quả thật là nó đã biến mất.”

Các loài chim di trú, ba ba, và các loài thú khác dùng từ trường của Trái Đất để định vị và định hướng khi di chuyển cũng có cryptochrome, mặc dù chúng khác với những cryptochrome được tìm thấy trong giống ruồi giấm.

Bác sĩ Reppert nói rằng thách thức kế tiếp sẽ là việc tìm hiểu xem các cryptochrome của các chủng loại khác có đóng một vai trò tương tự như vai trò của các cryptochrome của giống ruồi giấm trong việc cảm nhận các từ trường hay không. Sau đây vẫn là lời của Bác sĩ Reppert: “Với giống ruồi giấm, chúng tôi thật sự có được khả năng lấy cryptochrome của bất cứ loài vật nào và đặt nó vào cơ thể của các con ruồi giấm như một gen chuyển tiếp, rồi đặt câu hỏi: Trong con ruồi giấm, cryptochrome này có hoạt động được như một phân tử nhạy cảm với từ trường hay không? Chúng tôi rất thích thú về tiềm năng này. “

Những phát hiện của Bác sĩ Reppert đã được đăng tải trên tập san khoa học tự nhiên Nature của Mỹ.