Từ trường là một trong những khái niệm khoa học phổ biến trong các cộng đồng không thực hành khoa học. Chẳng hạn như những lời nhận xét về “từ trường” quanh một căn phòng, một người có ảnh hưởng đến người khác trong vùng không gian ấy. Khi nghe, mình hay bối rối và thắc mắc, ủa, bạn có thể cảm nhận được từ trường hở? Vì mình chịu, không thấy gì, dù thừa biết là Trái Đất có từ trường, chỉ là vô hình thôi.
Loài người nói chung khó “cảm” được từ trường một cách trực tiếp vì có thể từ trường mang năng lượng thấp (1). Năng lượng từ trường thấp hơn năng lượng của photon ánh sáng, của sóng âm, hay của cú nhéo bằng hai đầu ngón tay đứa bạn cứ nhằm vào chỗ nhiều da thịt nhất trên người bạn.
Động vật thì khác. Rùa, bướm vua, hay một số loài di cư hàng năm tới đúng địa chỉ được là nhờ từ trường Trái Đất. Bò hay hươu cũng nhạy với từ trường khi được chăn thả hoặc nghỉ ngơi. Từ xưa, con người đã tận dụng khả năng xác định phương hướng trên một quãng đường dài của chim bồ câu. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy khoảng 50 loài đã được chứng nhận là có kĩ năng “cảm nhận từ trường”, không chỉ các loài di cư (2).
Biết vậy nhưng ta chưa hiểu đầy đủ về cách cơ thể chúng xử lý và phát hiện từ trường bên ngoài. Một lý thuyết kinh điển giải thích cơ chế này là từ trường Trái Đất tạo ra phản ứng hóa học gì đó bên trong cơ thể động vật, và các hành vi của chúng từ đấy mà nảy sinh.
Cụ thể hơn, bên trong tế bào, ở protein CRYPTOCHROME (CRY) diễn ra phản ứng trao đổi electron khi được kích hoạt bởi ánh sáng xanh. Như tình yêu đầu đời được giác ngộ, ánh sáng chiếu vào protein này khiến vài phân tử đang liên kết … vỡ ra, mỗi đứa bỗng dư một electron tự do và chờ được ghép đôi. Khoa học gọi cặp phân tử có dư electron này là radical pairs. Chính cách cặp đôi diễn tiến sau khi tan vỡ này là thứ nhạy với từ trường Trái Đất yếu xìu đây (3,4).
Protein CRY “nổi tiếng” vì tham gia điều chỉnh đồng hồ sinh học ở động vật có vú hay cảm nhận ánh sáng xanh ở ruồi.
Cách đây vài ngày, một nghiên cứu được công bố về cơ chế này ở loài ruồi giấm nới thêm hiểu biết của ta về “giác quan thứ sáu” của nhiều loài khác (6). Các nhà khoa học lai giống hai loại ruồi giấm rồi nuôi ấu trùng trong bóng tối để cắt ngắn bớt protein CRY. Loại ruồi mới, lớn lên, được cho bay trong nhiều môi trường: bóng tối, ánh sáng xanh, có hoặc không có từ trường điều khiển. Kết quả là chúng cảm nhận được từ trường dù với CRY không đầy đủ.
Chà, vậy là ruồi giấm có thể cảm nhận từ trường thông qua những cách khác.
Ở phần CRY bị cắt đi có những vị trí là chỗ gắn những phân tử tên FAD (flavin adenine dinucleotide), tác nhân nhạy với ánh sáng giúp thúc đẩy trao đổi electron (5). Các nhà khoa học phát hiện có thể FAD tự do trong tế bào cũng tiếp nhận tín hiệu TỪ chứ không chỉ mỗi CRY. Và có vẻ CRY được thiên nhiên tiến hóa để hoàn thiện hơn cho chức năng thu và phát tín hiệu TỪ bên trong cơ thể động vật.
Ruồi giấm trông … hơi khác người mà lại là “hình mẫu” trong vô số nghiên cứu để ta hiểu về giống loài mình do chúng có một hệ thần kinh hoạt động tương tự người. CRY lẫn FAD lại rất phổ biến trong thế giới động vật và ở người. Khi biết chúng có khả năng tiếp nhận tín hiệu từ thì rất có thể nhiều loài khác, lớn hơn con số 50, cũng có thể, dù có là loài di cư hay không (6).
Phát minh này giúp ích gì cơ chứ?
Có thể dựa vào đây để phát triển các công cụ mới kích thích chọn lọc bên trong cơ thể động vật bằng từ trường. Nghiên cứu cũng nhắc ta cẩn thận với máy móc thông tin liên lạc vì có thể ảnh hưởng đến việc định hướng và sinh tồn của các loài khác.
(1) – (Foley và cộng sự, 2011)
(2) – (Schneider và cộng sự, 2023)
(3) – (Rogers và Hore, 2009)
(4) – YouTube Channel Up and Atom
(5) – Wikipedia FAD
(6) – (Bradlaugh và cộng sự, 2023)
(7) – Đại học Manchester, 2023