Cá heo ngủ bằng cách cho một nửa bộ não nghỉ sóng chậm trong khi nửa kia vẫn thức, rồi đổi phiên. Hiện tượng này gọi là ngủ sóng chậm một bán cầu (unihemispheric slow-wave sleep). Nhờ vậy con vật vẫn bơi, vẫn ngoi lên thở và vẫn để ý xung quanh, trong khi não được nghỉ từng nửa một.
Ngủ một nửa não nghĩa là gì
Ở người, khi ta chìm vào giấc ngủ sâu, điện não đồ ở cả hai bán cầu cùng chuyển sang sóng chậm, biên độ lớn. Hai nửa não ngủ gần như đồng bộ. Ở cá heo mũi chai, khi gắn điện cực lên hai bên đầu, các nhà khoa học thấy một cảnh khác hẳn: một bên não hiện sóng chậm của giấc ngủ sâu, bên kia vẫn là sóng nhanh, nhỏ của trạng thái thức.
Sau một lúc, hai bên đổi vai. Bên vừa ngủ thức dậy, bên vừa canh gác được nghỉ. Cộng dồn trong một ngày, mỗi bán cầu đều có phần ngủ sâu của riêng nó, chỉ là hai phần ấy không chồng lên nhau.
Đi kèm là một chi tiết dễ thấy bằng mắt thường: cá heo thường nhắm một mắt. Vì đường thị giác của mỗi mắt chủ yếu đi sang bán cầu phía đối diện, con mắt còn mở thường là mắt nối với nửa não đang thức. Nói gọn: nửa não thức thì "trông" bằng con mắt đang mở.
Ai đã phát hiện ra
Người đặt nền cho hiểu biết này là các nhà sinh lý học Liên Xô cũ, trong đó nổi bật là Lev Mukhametov và về sau là Oleg Lyamin. Từ thập niên 1970, nhóm của Mukhametov ghi điện não cá heo mũi chai và công bố hiện tượng một bán cầu ngủ trong khi bán cầu kia thức. Lyamin tiếp tục nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, mở rộng sang cá voi trắng, hải cẩu lông mao và sư tử biển, cùng các đồng nghiệp như Jerome Siegel ở Mỹ.
Những nghiên cứu này phần lớn làm trên cá heo nuôi trong bể, nơi có thể gắn điện cực và quan sát liên tục. Ngoài biển khơi, ghi điện não một con cá heo hoang dã gần như không làm được, nên những gì ta biết về giấc ngủ của cá heo tự do chủ yếu suy ra từ hành vi.
Vì sao cá heo phải ngủ kiểu này
Các nhà khoa học thường nêu ba lý do, và có lẽ cả ba cùng góp phần.
Thở là việc phải chủ động
Người thở được trong lúc ngủ vì nhịp thở do thân não điều khiển tự động. Cá heo là thú biển, thở bằng phổi qua lỗ phun trên đỉnh đầu, và mỗi lần thở là một hành động có chủ đích: ngoi lên, mở lỗ phun, hít, đóng lại, lặn xuống. Nếu cả não cùng ngủ say, con vật có nguy cơ không ngoi lên đúng lúc. Giả thuyết này phổ biến, nhưng nên hiểu là giả thuyết, vì vẫn có loài thú biển khác ngủ hai bán cầu khi nổi trên mặt nước.
Phải để ý kẻ săn mồi và bầy đàn
Cá mập là mối đe doạ thật với cá heo, nhất là cá heo con. Một nửa não thức, một mắt mở, giúp con vật vẫn phản ứng được khi có gì bất thường. Cá heo cũng sống theo đàn, và giữ liên lạc với đàn khi di chuyển là chuyện sống còn.
Giữ ấm trong nước
Nước lấy nhiệt nhanh hơn không khí rất nhiều. Một số nhà nghiên cứu cho rằng việc duy trì vận động nhẹ liên tục giúp thú biển nhỏ giữ thân nhiệt, và ngủ một nửa não cho phép vừa nghỉ vừa cử động.
Cá heo trông như thế nào khi đang ngủ
Người quan sát ở thuỷ cung và ngoài biển mô tả vài kiểu nghỉ quen thuộc:
- Nằm nổi như khúc gỗ (tiếng Anh gọi là logging): con vật nổi gần mặt nước, gần như bất động, lưng lộ lên, thỉnh thoảng thở.
- Bơi chậm theo vòng: trong bể, cá heo hay bơi lượn chậm theo một hướng cố định, thường cùng con khác, một mắt nhắm.
- Nghỉ sát đáy: một số cá heo nuôi được thấy nằm yên gần đáy bể vài phút rồi ngoi lên thở.
Nếu đứng trên bờ, bạn có thể thấy một nhóm cá heo trôi chậm, đều nhau, ít nhảy nhót. Đó có thể là lúc cả nhóm đang nghỉ.
Cá heo con và cá heo mẹ: tháng đầu gần như không ngủ
Một phát hiện gây chú ý nhiều nhất là bài của Lyamin và cộng sự trên tạp chí Nature năm 2005. Theo dõi cá heo mũi chai và cá voi sát thủ (orca) mới sinh trong bể, nhóm thấy rằng trong khoảng tháng đầu đời, cả con non lẫn mẹ gần như không có hành vi nghỉ ngơi kiểu thường thấy: con non bơi liên tục, mẹ bơi kèm, hầu như không thấy cảnh nằm nổi bất động hay nhắm mắt kéo dài.
Điều này ngược hẳn với thú trên cạn, nơi con non ngủ rất nhiều. Các nhà khoa học vẫn đang bàn cách hiểu: có thể con non và mẹ ngủ dưới dạng rất ngắn, rất nhẹ mà phương pháp quan sát hành vi không bắt được; cũng có thể đây là cách thích nghi để con non giữ ấm, tránh kẻ săn mồi và luôn theo sát mẹ. Câu hỏi chưa đóng lại.
Có REM không, và có mơ không
Ở người, giấc ngủ chia thành ngủ không chuyển động mắt nhanh (NREM) và ngủ REM, giai đoạn hay có giấc mơ sống động. Ở cá heo và các loài cá voi khác, các nghiên cứu điện não hầu như không ghi được giai đoạn REM rõ ràng như ở thú trên cạn. Đôi khi có những cử động giật nhẹ, nhưng không đủ để khẳng định.
Vì vậy câu hỏi "cá heo có mơ không" hiện chưa có câu trả lời. Nếu giấc mơ sống động ở người gắn chặt với REM, thì cá heo, với lượng REM rất ít hoặc không đo được, có thể có đời sống trong mơ rất khác ta, hoặc không có. Không ai biết chắc.
Không chỉ cá heo: những loài ngủ một nửa não
| Loài | Ngủ một nửa não khi nào | Ghi chú |
|---|---|---|
| Cá heo mũi chai, cá voi trắng | Hầu như luôn luôn khi ngủ sóng chậm | Nghiên cứu của Mukhametov, Lyamin; REM rất ít hoặc không đo được |
| Hải cẩu lông mao | Khi ở dưới nước | Lên cạn thì ngủ cả hai bán cầu và có REM như thú cạn (Lyamin và cs.) |
| Vịt trời | Khi nằm ở rìa đàn | Rattenborg và cs., Nature 1999: con ở rìa mở mắt hướng ra ngoài nhiều hơn |
| Chim cốc biển (frigatebird) | Khi bay trên biển | Rattenborg và cs., 2016; có cả lúc ngủ hai bán cầu khi bay |
| Người | Không ngủ một nửa não đúng nghĩa | Nhưng đêm đầu ở chỗ lạ, một bán cầu ngủ "nông" hơn để canh gác (Tamaki và cs., 2016) |
Hàng cuối đáng để ý. Khi bạn ngủ ở khách sạn đêm đầu và trằn trọc, não bạn cũng đang làm một phiên bản rất nhẹ của việc canh gác mà cá heo làm cả đời.
Cá heo có thể tỉnh táo bao lâu
Một thí nghiệm của Branstetter và cộng sự (2012) cho hai con cá heo mũi chai được huấn luyện liên tục dùng sóng định vị bằng tiếng vang để phát hiện mục tiêu trong bể. Hai con duy trì được nhiệm vụ này nhiều ngày liền, thí nghiệm dài nhất kéo dài khoảng 15 ngày, mà không thấy dấu hiệu suy giảm rõ. Cách giải thích hợp lý nhất là ngủ luân phiên từng bán cầu cho phép con vật vừa nghỉ vừa giữ cảnh giác.
Cần đọc kết quả này đúng mức: đây là hai con vật nuôi, được huấn luyện, trong điều kiện bể. Nó cho thấy khả năng, không phải mô tả một ngày bình thường của cá heo ngoài biển.
Góc nhìn hôm nay: ta học được gì từ cá heo
Giấc ngủ của cá heo nhắc rằng "ngủ" không có một khuôn duy nhất. Ở người, ta quen nghĩ ngủ là nhắm cả hai mắt, nằm yên, cả não tắt bớt. Ở biển, giấc ngủ được nặn lại theo nhu cầu thở, giữ ấm và tránh nguy hiểm. Điều không đổi là não vẫn cần sóng chậm, cần được nghỉ, chỉ là cách sắp xếp khác.
Với người, bài học thực tế là ngược lại: ta không có khả năng ngủ một nửa não. Người thiếu ngủ không thể "để một nửa não lái xe". Buồn ngủ khi đang lái là nguy hiểm, và cách đúng duy nhất là dừng xe ở chỗ an toàn để nghỉ.
Muốn tìm hiểu thêm, có thể tìm đọc các bài tổng quan của Oleg Lyamin và Jerome Siegel về giấc ngủ của thú biển (tiếng Anh, nhiều bài truy cập mở), hoặc quan sát cá heo nghỉ ở các thuỷ cung lớn vào cuối ngày, khi đàn bơi chậm theo vòng. Nếu đi biển và may mắn gặp đàn cá heo ngoài tự nhiên, hãy giữ khoảng cách, tắt bớt máy tàu và không đuổi theo chúng.
Câu hỏi thường gặp
Cá heo có ngủ không?
Có. Cá heo ngủ, nhưng thường chỉ một nửa não ngủ sóng chậm tại một thời điểm, nửa kia vẫn thức. Hai nửa luân phiên nhau, nên tính cả ngày mỗi bán cầu đều được nghỉ.
Vì sao cá heo ngủ một mắt mở?
Con mắt mở thường nối với bán cầu não đang thức. Nhờ vậy cá heo vẫn để ý kẻ săn mồi, giữ liên lạc với đàn và chủ động ngoi lên thở. Mắt còn lại nhắm khi bán cầu phía đối diện đang ngủ.
Cá heo ngủ bao nhiêu tiếng một ngày?
Con số chính xác khó đo vì giấc ngủ chia nhỏ theo từng bán cầu và phần lớn nghiên cứu làm trong bể nuôi. Có thể nói mỗi bán cầu ngủ vài giờ mỗi ngày, rải thành nhiều đoạn. Với cá heo hoang dã, chưa có số đo điện não đáng tin.
Cá heo có nằm mơ không?
Chưa ai biết. Các nghiên cứu điện não hầu như không ghi được giai đoạn REM rõ ràng ở cá heo, trong khi ở người giấc mơ sống động gắn nhiều với REM. Câu hỏi này vẫn để ngỏ.
Người có ngủ một nửa não được như cá heo không?
Không theo đúng nghĩa đó. Người chỉ có một dạng rất nhẹ: đêm đầu ngủ ở nơi lạ, một bán cầu ngủ nông hơn để "canh gác". Vì vậy người buồn ngủ không thể vừa ngủ vừa làm việc an toàn, nhất là lái xe.