Dưới đại dương sâu thẳm, những con cá voi khổng lồ di chuyển trong môi trường nước tối và sử dụng tiếng hát bí ẩn để giao tiếp với nhau. Mặc dù tiếng hát của cá voi đã được hải quân phát hiện từ những năm 1960 và các thủy thủ từ lâu đã nghe thấy tiếng kêu kỳ lạ của chúng qua thân tàu, nhưng cho đến gần đây, cách thức cá voi tạo ra âm thanh vẫn còn là một bí ẩn.
Khác với các loài động vật có vú trên cạn như vượn, có thị lực tinh tế và nhạy cảm với màu sắc sặc sỡ, con người sống trong nền văn minh được thúc đẩy bởi giao tiếp bằng mắt. Cá voi, những sinh vật biển khổng lồ, không có khả năng này. Đôi mắt hình cầu của chúng đóng vai trò thứ yếu trong thế giới âm thanh.
Dưới nước, âm thanh truyền đi nhanh hơn năm lần so với trên cạn. Âm thanh về cơ bản là sự rung động của các phần tử, tạo ra sóng truyền qua không khí hoặc nước và được tai biến đổi thành âm thanh. Mật độ các phân tử nước cao hơn nhiều, nghĩa là chúng tiếp xúc gần nhau hơn, do đó, khoảng cách truyền rung động giữa các phân tử ngắn hơn, dẫn đến tốc độ truyền âm thanh nhanh hơn. Các loài động vật có vú ở biển đã tận dụng lợi thế của môi trường vô hình này để sinh tồn.
Cá voi đã thích nghi với môi trường biển sâu bằng cách sử dụng âm thanh để "nhìn" và giao tiếp dưới nước. Kể từ khi Hải quân cung cấp bản ghi âm đầu tiên về tiếng hát của cá voi vào năm 1967, các nhà khoa học đã khám phá ra cách cá voi nghe được âm thanh này: tai của chúng được trang bị một túi khí đặc biệt. Tuy nhiên, cách thức cá voi tạo ra tiếng hát du dương vẫn còn là một bí ẩn. Hải quân vẫn đang tiếp tục nghiên cứu khả năng đặc biệt này của cá voi và họ đang cố gắng áp dụng nó để phát triển công nghệ sonar.
Gần đây, một nghiên cứu mới đã giải phẫu họng của những con cá voi chết sau khi bị mắc cạn. Nhóm nghiên cứu đã tính toán tạo mô hình mô phỏng để giải mã bí ẩn về cấu tạo thanh quản của chúng.
Nghiên cứu này tập trung vào họ cá voi tấm sừng hàm, là loài động vật có vú lớn nhất trên Trái đất, bao gồm các loài cá voi lưng gù, cá voi xanh và cá voi xám. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện nghiên cứu này và công bố trên tạp chí Nature danh tiếng. Nhóm nghiên cứu cũng được dẫn dắt bởi Giáo sư Coen Elemans thuộc Khoa Sinh học, Đại học Nam Đan Mạch và Giáo sư Tecumseh Fitch thuộc Khoa Sinh học Hành vi và Nhận thức, Đại học Vienna.
Bằng cách giải phẫu họng của cá voi lưng gù, các nhà khoa học đã phát hiện ra những điểm tương đồng và khác biệt giữa thanh quản của cá voi và động vật có vú trên cạn. Thanh quản của họ cá voi tấm sừng hàm đóng vai trò quan trọng vì nó giúp phát ra âm dưới nước.
Mặc dù có những điểm tương đồng, nhưng thanh quản của họ cá voi tấm sừng hàm cũng có những điểm khác biệt rõ rệt so với động vật có vú trên cạn. Các nhà khoa học đã khám phá ra cơ chế tạo ra tiếng hát của cá voi, bao gồm các bộ phận sau:
Bộ phận hình chữ U: Cá voi có một bộ phận hình chữ U dài và mỏng được gọi là sụn phễu (arytenoid). Cấu tạo này được hình thành bởi hai sụn nằm ngang và có chức năng thay đổi vị trí dây thanh âm của cá voi.
"Miếng đệm" dạng sợi: Nằm trên phần cơ sụn phễu (arytenoid) là một "miếng đệm" dạng sợi. Ở cá voi, "miếng đệm" này có thể hoạt động khi cá voi thở, thổi khí qua lỗ phun nước hoặc gây ra rung động ở vị trí phát ra âm thanh, tạo ra tiếng hát.
Ở vị trí phát ra âm thanh, không khí từ phổi sẽ được giữ lại trong túi khí ở thanh quản và cá voi có thể tái sử dụng không khí này trong quá trình phát ra tiếng hát, đây là giả thuyết mà các nhà khoa học đưa ra.
Cá voi có một đặc điểm độc đáo mà động vật có vú trên cạn không có: một bộ "đệm nút" nằm ẩn ở mũi và miệng giúp bảo vệ đường thở ngăn nước chảy vào.
Trong vùng này, các miếng "đệm nút" sẽ va chạm với sụn phễu hình chữ U tạo ra những rung động giúp cho cá voi cất tiếng hát. Lực của tiếng hát sẽ đến từ lá phổi mạnh mẽ của cá voi, và khi ở vị trí phát ra âm thanh, "miếng đệm" sẽ rung động theo do khí động học gây ra.
Sau khi làm các thử nghiệm chuyên sâu hơn, các nhà khoa học đã có thể so sánh tần số âm thanh do bộ phận giải phẫu họng tạo ra với tần số âm thanh tiếng hát của cá voi lưng gù. Việc so sánh này được thực hiện thành công nhờ việc tính toán tạo mô hình mô phỏng thanh quản của cá voi, giúp mô phỏng sự rung động khí động học và các hiệu ứng âm thanh.
Bà Weili Jiang, nhà nghiên cứu hợp tác từ Viện Công nghệ Rochester, chia sẻ với Đại học Nam Đan Mạch: "Mô hình này đã dự đoán chính xác kết quả thí nghiệm và nó cũng có thể tính toán các đặc điểm âm thanh mà không thể đo trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như dải tần số."
Kết quả mô phỏng bằng máy tính khớp với tiếng hát tự nhiên của cá voi lưng gù, giúp khẳng định tính chính xác và hiệu quả của mô hình trong việc mô phỏng cơ chế tạo ra tiếng hát của cá voi.
Năm 1970, ông Roger Payne và bà Katy Payne đã ghi lại bản thu âm đầu tiên tiếng hát của cá voi lưng gù. Âm thanh du dương này đã khơi gợi sự đồng cảm sâu sắc cho nhiều người nghe, thúc đẩy phát triển ngành âm thanh sinh học biển và làm dấy lên mối quan tâm của người dân toàn cầu đến công tác bảo tồn đại dương. Ông Coen Elemans, nhà nghiên cứu từ Đại học Nam Đan Mạch, cho biết: "Những bản thu âm này rất quan trọng về mặt chính trị, đến nỗi chúng đã được mang theo trong sứ mệnh không gian Voyager."
Theo Michael Wing - The Epoch Times
Khả Vy biên dịch
