Bạch tuộc đổi màu khi ngủ: giấc ngủ hai pha của loài thân mềm

Bạch tuộc có hai kiểu ngủ: ngủ yên, da nhạt màu và nằm im, xen với những đợt ngủ động ngắn chừng một phút, khi da chuyển màu liên tục, mắt và xúc tu giật nhẹ. Nghiên cứu của Medeiros và cộng sự (2021) và của Pophale và cộng sự (2023) cho thấy kiểu ngủ hai pha này có phần giống cách người luân phiên NREM và REM. Còn bạch tuộc "mơ" hay không thì chưa ai biết.

Đoạn phim khiến cả thế giới tò mò

Năm 2019, một phim tài liệu của đài PBS (Mỹ) có tên Octopus: Making Contact chiếu cảnh một con bạch tuộc tên Heidi đang ngủ trong bể của nhà sinh vật học biển David Scheel. Trong vài chục giây, da nó chuyển từ trắng nhạt sang vàng sẫm, rồi loang lổ, rồi trở lại nhạt. Scheel nói trong phim rằng nếu nó đang mơ thì có thể đó là "giấc mơ" về việc săn một con cua.

Đoạn phim lan truyền rất nhanh. Nhưng chính Scheel và các nhà khoa học khác đều nhấn mạnh đó là một cách diễn đạt gợi hình, không phải kết luận khoa học. Từ đó, nhiều phòng thí nghiệm bắt đầu nghiên cứu nghiêm túc hơn câu hỏi: bạch tuộc ngủ như thế nào?

Bạch tuộc có thật sự ngủ không

Để nói một con vật "ngủ" chứ không chỉ "nằm nghỉ", các nhà khoa học thường dùng vài tiêu chí hành vi:

• Có giai đoạn bất động, tư thế đặc trưng, lặp lại theo chu kỳ ngày đêm.
• Trong giai đoạn đó, phản ứng với kích thích bên ngoài chậm hơn lúc thức.
• Trạng thái đảo ngược nhanh khi bị đánh thức đủ mạnh (khác với hôn mê).
• Nếu bị ngăn không cho ngủ, con vật sẽ ngủ bù sau đó.

Bạch tuộc đáp ứng các tiêu chí này. Chúng có giai đoạn nằm im trong hang, đồng tử thu hẹp thành khe, da nhạt màu, và phản ứng chậm với kích thích. Nghiên cứu năm 2023 còn cho thấy khi bị ngăn giấc ngủ động, bạch tuộc vào lại giai đoạn này nhiều hơn sau đó, đúng như dấu hiệu ngủ bù.

Nghiên cứu ở Brazil: hai kiểu ngủ

Năm 2021, nhóm của Sylvia Medeiros cùng nhà thần kinh học Sidarta Ribeiro (Đại học Liên bang Rio Grande do Norte, Brazil) công bố trên tạp chí iScience kết quả quay phim bạch tuộc loài Octopus insularis trong phòng thí nghiệm.

Họ mô tả hai trạng thái:

• Ngủ yên (quiet sleep): da nhạt, cơ thể bất động, đồng tử co lại. Đây là phần lớn thời gian ngủ.
• Ngủ động (active sleep): những đợt ngắn, khoảng dưới một phút, xen kẽ trong ngủ yên. Da đổi màu và hoa văn, mắt chuyển động, xúc tu và các cơ giật.

Nhóm kiểm tra phản ứng bằng kích thích thị giác và kích thích cơ học: trong cả hai trạng thái ngủ, bạch tuộc phản ứng chậm hơn rõ so với lúc thức. Như vậy ngủ động không phải là thức giấc ngắn, mà là một trạng thái ngủ khác.

Nghiên cứu ở Nhật Bản: da "phát lại" hoa văn ban ngày

Năm 2023, nhóm của Sam Reiter tại Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (Nhật Bản), với tác giả chính Aditi Pophale, công bố trên tạp chí Nature nghiên cứu trên loài Octopus laqueus. Họ ghi được cả hoạt động não lẫn hoa văn da.

Những điểm chính:

• Giấc ngủ động xuất hiện khoảng mỗi giờ một lần, mỗi đợt kéo dài chừng một phút.
• Hoạt động điện não trong ngủ động khác với ngủ yên, có những dao động mang nét giống một số nhịp não ở người khi ngủ.
• Hoa văn da trong ngủ động giống những hoa văn bạch tuộc dùng lúc thức để nguỵ trang hay giao tiếp. Nhóm tác giả gợi ý đây có thể là não "phát lại" các mẫu đã học, giống hiện tượng phát lại ký ức ở thú.
• Khi bị ngăn giấc ngủ động, bạch tuộc vào ngủ động nhiều hơn sau đó.

Vì sao màu da lại "lộ" giấc ngủ

Da bạch tuộc chứa hàng triệu túi sắc tố gọi là tế bào sắc tố (chromatophore). Mỗi túi được bao bởi cơ nhỏ và nối trực tiếp với dây thần kinh từ não. Khi cơ co, túi sắc tố căng rộng, màu hiện ra; khi cơ giãn, màu co lại thành chấm nhỏ.

Vì màu da được não điều khiển gần như trực tiếp, da bạch tuộc giống một màn hình hiện ra một phần hoạt động thần kinh. Ở người, não làm gì khi ta ngủ phải đo bằng điện cực. Ở bạch tuộc, một phần câu trả lời hiện ngay trên da. Đây là lý do các nhà khoa học coi bạch tuộc là "cửa sổ" hiếm có để nghiên cứu giấc ngủ.

So sánh với giấc ngủ của người

Dòng cuối là điều thú vị nhất. Người và bạch tuộc tách nhánh từ rất xa, tổ tiên chung có lẽ chỉ là một sinh vật nhỏ như con giun. Não bạch tuộc phát triển theo đường riêng. Nếu cả hai cùng đi tới kiểu ngủ hai pha, có thể đó là một lời giải mà tiến hoá tìm ra hai lần cho cùng một bài toán. Các tác giả gọi đây là tiến hoá hội tụ, và nói rõ còn cần thêm bằng chứng.

Mực nang cũng có giấc ngủ giống REM

Bạch tuộc không đơn độc. Năm 2012, nhóm của Marcos Frank (Mỹ) báo cáo mực nang Sepia officinalis có trạng thái ngủ kèm những đợt chuyển động mắt nhanh, giật xúc tu và đổi màu, giống REM. Các nghiên cứu sau tiếp tục mô tả hoa văn da của mực nang trong giấc ngủ. Nhóm động vật thân mềm chân đầu này, với bộ não lớn và khả năng học tốt, có vẻ đều có giấc ngủ phức tạp.

Bạch tuộc có mơ không

Câu hỏi này cuốn hút nhưng chưa thể trả lời. Ta có: một trạng thái ngủ riêng, hoạt động não khác biệt, hoa văn da giống hoa văn lúc thức. Ta không có: lời kể. Như mọi động vật khác, bạch tuộc không nói được điều nó trải qua.

Các nhà khoa học trong lĩnh vực này thường dùng cụm từ thận trọng: "có thể là một dạng giống giấc mơ" hoặc "phát lại trải nghiệm". Khi đọc báo giật tít "bạch tuộc mơ thấy săn cua", bạn biết đó là cách diễn đạt, không phải kết quả đo.

Góc nhìn hôm nay

Bạch tuộc đang trở thành một trong những con vật quan trọng nhất của khoa học giấc ngủ, vì chúng cho phép so sánh giấc ngủ ở hai bộ não tiến hoá độc lập. Nếu những đặc điểm chung giữa người và bạch tuộc là thật, chúng có thể là phần cốt lõi nhất của giấc ngủ, thứ mà mọi bộ não phức tạp đều cần.

Muốn xem bạch tuộc ngoài đời, các thuỷ cung lớn thường có bể bạch tuộc; hãy để ý những lúc nó nằm im trong hốc đá, da nhạt màu. Đó có thể là lúc nó ngủ, đừng gõ vào kính. Phim tài liệu My Octopus Teacher (2020) không nói về giấc ngủ nhưng cho thấy đời sống bạch tuộc ngoài tự nhiên rất sống động.