Đàn cá đồng loạt đổi hướng: đường bên và luật đơn giản của bầy đàn

Đàn cá đổi hướng đồng loạt vì mỗi con cảm nhận được chuyển động của những con sát bên bằng hai giác quan cùng lúc: mắt và đường bên, một dải cơ quan dọc thân cá cảm nhận dòng nước xao động. Mỗi con chỉ làm theo vài luật đơn giản với hàng xóm gần, nhưng phản ứng nhanh đến mức cả đàn trông như một cơ thể. Khi kẻ săn mồi lao tới, những luật ấy biến thành các thế thoát hiểm rất đẹp mắt.

Thấy ở đâu: từ bể cá đến lặn biển

Cảnh dễ gặp nhất ở Việt Nam là bể cá cảnh có một đàn cá neon, cá tam giác hay cá ngựa vằn: gõ nhẹ tay vào gần mặt kính, cả đàn cùng giật về một phía. Ra biển, người lặn ở Côn Đảo, Phú Quốc hay quanh Nha Trang thường gặp đàn cá cơm, cá trích, cá nục, cá đối dày đặc như bức màn bạc, xoay một vòng là cả màn đổi màu loá sáng. Ngư dân đánh cá cơm vùng biển miền Trung quen cảnh mặt nước "sôi" lên khi đàn cá nổi gần mặt bị cá lớn rượt.

Trong sinh học người ta tách hai khái niệm. Bầy cá tụ (tiếng Anh: shoal) là cá ở gần nhau vì lý do xã hội, mỗi con bơi một hướng. Đàn cá bơi đồng bộ (school) là khi chúng xếp cùng hướng, cùng tốc độ, giữ khoảng cách đều. Một nhóm cá có thể chuyển qua lại giữa hai trạng thái này trong vài giây, nhất là khi bị đe doạ.

Hai giác quan làm việc cùng lúc

Mắt

Phần lớn cá bơi đàn có mắt đặt hai bên đầu, nhìn rộng sang hai phía. Nhiều loài có vệt sáng, sọc tối hoặc chấm đen trên thân và đuôi, giống như "đèn hiệu" giúp con bên cạnh dễ thấy hướng và vị trí. Ban đêm hoặc trong nước đục, nhiều loài cá bơi đàn tách ra lỏng lẻo hơn, cho thấy mắt giữ vai trò lớn.

Đường bên

Chạy dọc hai bên thân cá là một dải mà khi nhìn kỹ có thể thấy như một đường chấm mảnh: đó là đường bên. Dưới đó là các cụm tế bào có lông cảm giác, ngập trong ống chứa dịch, cảm nhận được dòng nước nhích đi rất nhẹ và sóng áp suất ở gần. Khi con bên cạnh tăng tốc hay quẫy đuôi, nước quanh nó chuyển động, đường bên của con này "nghe" được ngay cả khi không nhìn thấy.

Các thí nghiệm kinh điển từ thập niên 1970 cho thấy: cá bị bịt mắt tạm thời vẫn bơi được trong đàn, còn cá bị làm tê liệt đường bên thì bơi sát và lệch khoảng cách hơn. Hai giác quan bổ sung cho nhau: mắt giúp giữ hướng, đường bên giúp giữ khoảng cách và phản ứng tức thì.

Ba vùng quanh mỗi con cá

Năm 2002, nhóm của nhà sinh học Iain Couzin công bố một mô hình máy tính rất hay được trích: mỗi con cá ảo chia không gian quanh mình thành ba vùng lồng nhau.

Chỉ cần thay đổi độ rộng của vùng giữa, đàn ảo chuyển từ một đám lộn xộn, sang một vòng xoáy cá bơi quanh một tâm rỗng, rồi sang một khối bơi thẳng cùng hướng. Cả ba hình dạng này đều có thật ngoài biển. Vòng xoáy cá (cá trích, cá nục, cá thu bơi quanh một trục) là cảnh người lặn hay chụp. Điều thú vị là cá thật không cần "quyết định" chuyển kiểu đàn: thay đổi nhỏ trong cách mỗi con phản ứng với hàng xóm là đủ để cả đàn đổi dạng.

Luật nhỏ, thế thoát hiểm lớn

Khi cá săn mồi lao tới, các luật ấy sinh ra những thế né mà người quan sát đặt tên riêng:

• Nổ tung (flash expansion): đàn cá toả ra mọi phía trong tích tắc như pháo hoa, để lại khoảng trống quanh kẻ săn. Phản xạ thoát hiểm của cá rất nhanh, nhiều loài khởi động chỉ sau vài phần trăm giây nhờ một cặp tế bào thần kinh lớn ở thân não chuyên cho phản xạ giật mình.
• Đài phun nước (fountain effect): đàn tách làm đôi trước mũi kẻ săn, vòng hai bên rồi nhập lại phía sau nó. Kẻ săn quay đầu lại thì đàn đã ở phía sau lưng.
• Dồn khối: đàn co lại thật chặt, khoảng cách giữa các con giảm hẳn, khiến kẻ săn khó tách riêng một con.
• Loé sáng: cá có vảy bạc nghiêng mình cùng lúc, ánh sáng phản chiếu loé lên rồi tắt, làm rối mắt kẻ săn. Đây cũng là lý do màn cá trong video lặn biển đổi màu từ bạc sang xanh sẫm khi cả đàn xoay.

Hiệu ứng "làm rối mắt" đã được kiểm chứng bằng thí nghiệm: động vật săn mồi tấn công một đàn càng đông thì tỉ lệ bắt trúng mỗi lần lao vào càng thấp, vì chúng mất thời gian chọn mục tiêu. Đó là lý do con cá nào lệch màu hay bơi khác đàn thường bị bắt trước: nó tự đánh dấu mình.

Bơi đàn còn được gì nữa

• Đỡ tốn sức. Một số nghiên cứu cho thấy cá bơi ở vị trí hợp lý trong đàn tận dụng được các xoáy nước do con phía trước tạo ra. Mức tiết kiệm năng lượng cụ thể vẫn còn bàn và khác nhau giữa các loài.
• Tìm thức ăn. Nhiều mắt cùng tìm thì dễ thấy đám sinh vật phù du hơn.
• Tìm đường. Thí nghiệm với cá cho thấy một nhóm nhỏ cá "biết đường" có thể kéo cả đàn đi đúng hướng mà không cần ra hiệu, chỉ vì những con còn lại bám theo hàng xóm.

Hiểu lầm thường gặp

• "Cá đầu đàn ra lệnh." Không có con chỉ huy cố định. Con ở rìa đàn thấy nguy hiểm trước thường khởi động cú né, và chuyển động lan ra.
• "Cá bơi đàn vì đi đẻ." Có loài tụ đàn khi sinh sản, nhưng nhiều loài bơi đàn suốt đời, kể cả cá con mới nở vài tuần.
• "Cá trong đàn đều giống hệt nhau nên không có cá tính." Nghiên cứu hành vi cho thấy cá cùng loài khác nhau về độ "dạn": con dạn hay ra rìa, con nhát thích ở giữa. Đàn là sự pha trộn các cá tính ấy.
• Nhầm với bài bầy chim. Luật cơ bản giống bầy sáo, nhưng cá có thêm đường bên nên phản ứng được với hàng xóm cả khi không nhìn thấy, điều chim không làm được.

Tự quan sát / tự thử an toàn

1. Bể cá ở nhà hay cửa hàng cá cảnh. Chọn bể có đàn từ mười con trở lên cùng loài. Đưa tay chậm lại gần kính, rồi đưa nhanh. Đếm xem đàn phản ứng khi tay còn cách bao xa. Đừng gõ mạnh vào kính: tiếng gõ truyền rất mạnh trong nước, làm cá hoảng.
2. Tìm đường bên. Lần tới đi chợ, nhìn kỹ thân một con cá thu, cá nục hay cá rô phi: bạn sẽ thấy đường chấm mảnh chạy từ sau mang tới đuôi. Ở cá rô phi đường này gãy làm hai đoạn.
3. Quay video từ trên xuống. Ở hồ cá cảnh trong công viên, đàn cá chép hay cá rô khi tranh mồi tụ lại rồi tách ra rất rõ. Quay từ trên cao, xem chậm để thấy con nào đổi hướng trước.
4. Thử "đàn ảo". Tìm mô phỏng đàn cá (fish schooling simulation) trên mạng, kéo thanh trượt độ rộng vùng đồng hướng để thấy đàn chuyển giữa đám lộn xộn, vòng xoáy và khối bơi thẳng.

Khi lặn ngắm cá ngoài biển, đi cùng người có kinh nghiệm và đơn vị được cấp phép, không đuổi theo đàn cá, không cho cá ăn, không chạm san hô.