Cá mập vây đen định vị nguồn âm thanh từ xa như thế nào?

Trong môi trường đại dương rộng lớn, nơi tầm nhìn bị hạn chế bởi độ đục của nước và sự suy giảm ánh sáng theo độ sâu, thính giác đóng vai trò quan trọng giúp các loài sinh vật nhận biết không gian xung quanh. Nghiên cứu công bố năm 2026 trên tạp chí Integrative Organismal Biology bởi nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Florida Atlantic đã mang lại những bằng chứng thực địa rõ ràng về khả năng nghe của loài cá mập vây đen (Carcharhinus limbatus). Kết quả thử nghiệm cho thấy loài này không chỉ phát hiện ra các dải âm thanh tần số thấp ở khoảng cách lên tới gần 74 mét (tương đương 243 feet), mà còn có thể định vị chính xác hướng phát ra âm thanh và lập tức bơi đổi hướng để rời xa nguồn phát. [1]

Thử nghiệm trực tiếp ngoài môi trường đại dương

Phần lớn các thử nghiệm thính giác trên cá trước đây thường gặp rào cản khi thực hiện trong các bể nuôi nhân tạo. Không gian hẹp và các bức tường bể tạo ra hiện tượng dồn dập phản xạ âm thanh, gây nhiễu tín hiệu và làm phức tạp hành vi của động vật. Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Stephen Kajiura và học viên cao học Caroline Sullivan dẫn đầu đã chọn phương pháp quan sát trực tiếp ngoài tự nhiên tại vùng biển nông thuộc hạt Palm Beach, bang Florida. [1]

Vào mùa đông, hàng loạt cá thể cá mập vây đen thường tập trung với số lượng lớn dọc bờ biển hạt Palm Beach, trong khi các nhóm nhỏ hơn vẫn xuất hiện tại đây suốt thời gian còn lại trong năm. Làn nước nông và trong lành tạo điều kiện lý tưởng để quan sát chuyển động của cá thể từ trên cao. Nhóm nghiên cứu tiến hành thả neo tàu thử nghiệm, sau đó thả một loa phát âm thanh dưới nước trôi theo dòng chảy ra xa tàu tới 19 mét. Thiết kế này giúp giảm tối đa nguy cơ tiếng ồn hoặc sự xuất hiện của con tàu làm ảnh hưởng đến phản ứng tự nhiên của đàn cá. [1]

Ghi nhận phản ứng từ camera trên không và thiết bị đo âm thanh

Trong quá trình thực nghiệm, một thiết bị bay không người lái (flycam) được duy trì độ cao từ 40 đến 50 mét phía trên mặt nước để ghi hình toàn bộ chuyển động của các cá thể bơi tự do. Nhóm nghiên cứu phát ra ba dải âm thanh tần số thấp gồm 100–200 Hertz, 200–400 Hertz và 400–800 Hertz. Đồng thời, một tín hiệu kiểm soát ở tần số 10 kiloHertz – ngưỡng vượt quá khả năng cảm nhận thính giác đã biết của cá mập – cũng được sử dụng để so sánh. [1]

Cùng lúc đó, các thiết bị đo âm thanh dưới nước chuyên dụng (hydrophone) đã được hiệu chuẩn để đo đạc chính xác áp suất và mức độ âm thanh ở các khoảng cách khác nhau. Việc phân tích từng khung hình từ video quay từ trên cao cho phép các nhà khoa học xác định khoảng cách chính xác từ cá mập đến loa phát tại thời điểm chúng bắt đầu phản ứng, cũng như đo lường góc độ chuyển hướng bơi của từng cá thể. [1]

Khả năng nhận biết và định vị trong vùng trường âm xa

Phân tích dữ liệu thu được cho thấy cá mập vây đen phản ứng rõ rệt với cả ba dải âm thanh tần số thấp, nhưng hoàn toàn không đáp ứng với tín hiệu kiểm soát 10 kiloHertz. Khoảng cách xa nhất ghi nhận được phản ứng của cá mập lên tới 74 mét. Thêm vào đó, hơn 70% các phản ứng được ghi nhận xảy ra trong khu vực gọi là vùng trường âm xa (acoustic far field) – nơi các đặc tính chuyển động hạt và áp suất của sóng âm lan truyền khác biệt đáng kể so với khu vực gần nguồn phát. [1]

Đáng chú ý, khi âm thanh tần số thấp vang lên với âm lượng đủ gây giật mình, nhiều cá thể cá mập vây đen không chỉ đứng khựng lại mà lập tức thực hiện những cú rẽ ngoặt nhanh chóng để bơi lệch hoặc rời xa vị trí chiếc loa. Hành vi chuyển hướng rõ rệt này chứng minh cá mập không chỉ đơn thuần nghe thấy tiếng động, mà còn xác định được phương hướng chính xác nơi tín hiệu khởi phát. [1]

Cơ chế thính giác của loài cá sụn không có bóng khí

Khả năng phát hiện sóng âm ở khoảng cách xa của cá mập gây chú ý đặc biệt vì cơ cấu sinh học của chúng khác biệt với đa số cá xương. Nhiều loài cá xương sở hữu bóng khí chứa đầy khí, một cơ quan giúp biến đổi biến động áp suất âm thanh thành rung động cơ học truyền tới tai. Cá mập thuộc lớp cá sụn và hoàn toàn không có bóng khí. [1]

Thay vào đó, cá mập phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống tai trong và một cấu trúc cảm giác chuyên biệt mang tên macula neglecta. Cấu trúc này giúp chúng cảm nhận trực tiếp chuyển động hạt và những rung động cực nhỏ sinh ra khi sóng âm lan truyền qua môi trường nước. Nhờ cơ chế này, thính giác trở thành giác quan tầm xa hiệu quả, cung cấp thông tin về chuyển động của con mồi, kẻ thù hoặc các biến động môi trường từ khoảng cách hàng chục mét trước khi đối tượng xuất hiện trong tầm nhìn trực quan. [1]

Ý nghĩa đối với nghiên cứu sinh học biển

Kết quả từ thử nghiệm của Đại học Florida Atlantic, với sự hỗ trợ từ Quỹ Colgan và Quỹ Bảo tồn Rùa biển Quốc gia (National Save the Sea Turtle Foundation), đã cung cấp dữ liệu định lượng đầu tiên về khả năng định hướng âm thanh trong vùng trường âm xa của cá mập bơi tự do ngoài đại dương. Phát hiện này khẳng định môi trường dưới nước là một không gian âm thanh giàu thông tin và loài săn mồi đỉnh bảng như cá mập vây đen được trang bị hệ thính giác nhạy bén để khai thác hiệu quả các tín hiệu đó. [1]

Từ những kết quả ban đầu này, các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục tìm hiểu sâu hơn về cách thức hệ thần kinh của cá mập tiếp nhận, xử lý và phân tích các tín hiệu âm thanh phức tạp từ xa, góp phần giải mã bức tranh toàn diện về thế giới cảm giác của các loài sinh vật biển. [1]