Cá không ngốc, chúng có khả năng đếm

Cá thật sự làm tốt trong các bài kiểm tra số lượng – một kỹ năng đôi khi quyết định sự sống và cái chết.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các họ hàng gần và xa của loài thú có khả năng đếm tốt hoặc rất tốt. Đối với những con gà con mới nở và các loài chim khác, khả năng đếm và thực hiện các phép tính cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn. Các loài lưỡng cư và bò sát cũng biết đếm khi tìm kiếm thức ăn hoặc chọn bạn đời. Ngoài các loài cá voi có bộ não lớn và phức tạp, tất cả những loài này đều là sinh vật sống trên cạn. Ở đây, chúng ta sẽ xem xét liệu cá – những sinh vật sống trong môi trường hoàn toàn khác biệt với chúng ta – có thể đếm không và tại sao chúng lại cần đến khả năng này.

Nhận thức của loài cá

Với bộ não tương đối nhỏ hơn, người ta có thể cho rằng cá có khả năng nhận thức kém hơn so với các động vật có xương sống cao cấp khác như bò sát, chim và động vật có vú. Trên thực tế, một số loài cá có khả năng ghi nhớ tốt hơn cả trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm. Cá hồi, chẳng hạn, có thể nhớ lại các đặc điểm của dòng sông nơi chúng sinh ra trong nhiều năm và quay lại chính xác để sinh sản. Lộ trình qua một mê cung có thể được ghi nhớ sau ba tháng.

Trong nhiều thập kỷ, người ta đã biết rằng tham gia vào một nhóm, bầy đàn hoặc đội quân có thể mang lại lợi ích. Trong một nhóm, sẽ dễ dàng hơn để tìm được bạn đời. Các loài ăn các hạt lớn sẽ tăng cơ hội tìm kiếm khi có nhiều mắt quan sát, và việc ở trong một nhóm lớn sẽ giảm nguy cơ một cá thể bị kẻ săn mồi ăn thịt. Đàn càng lớn thì càng tốt cho việc sinh sản, kiếm ăn và an toàn. Do đó, sẽ có lợi cho cá khi có thể chọn đàn lớn hơn.

Một trong những minh chứng sớm nhất về khả năng sử dụng thông tin số lượng trong việc lựa chọn đàn được thực hiện với cá tuế (Pimephales promelas), đôi khi có sự xuất hiện của kẻ săn mồi là cá vược miệng rộng (Micropterus salmoides). Mỗi con cá tuế được cho lựa chọn giữa hai đàn ở hai bên bể. Các đàn dao động từ một đến hai mươi tám con cá, và các con cá tuế trong thử nghiệm đã chọn đàn lớn hơn trên toàn bộ phạm vi số lượng, có hoặc không có sự xuất hiện của kẻ săn mồi. Điều này cho thấy việc gia nhập đàn lớn hơn là bản năng, nhưng phụ thuộc vào khả năng đánh giá số lượng của hai đàn. Tuy nhiên, mặc dù số lượng đã được thao túng bởi các nhà thí nghiệm, vẫn không rõ liệu cá thử nghiệm phản ứng với số lượng hay với mật độ của đàn, vì các đàn có kích thước khác nhau chiếm cùng một thể tích bể.

Bạn của chúng ta, cá gai ba gai, cũng sống thành đàn khi không trong mùa giao phối. Giống như nhiều loài cá sống thành đàn khác, nó phản ứng với mật độ của đàn khi đưa ra lựa chọn, vì trong đời sống thực tế, số lượng và mật độ thường đi đôi với nhau. Với cùng một số lượng, cá gai sẽ thích đàn dày đặc hơn, nhưng với cùng mật độ, nó sẽ thích đàn đông đúc hơn. Thiết lập tiêu chuẩn cho các nghiên cứu gần đây về khả năng phân biệt số lượng tự phát – không qua huấn luyện – được minh họa trong Hình 1.

Thực nghiệm với trí tuệ của loài cá

Các nghiên cứu về nhiều loài cá sống thành đàn đã chỉ ra rằng cá chọn đàn lớn hơn, và việc thay đổi số lượng ở mỗi bên theo cách thử nghiệm là dễ dàng, từ đó có thể hiệu chuẩn khả năng ước lượng hoặc so sánh số lượng của chúng.

Đây là một nghiên cứu mà tôi đã thực hiện cùng bạn bè tại Đại học Padua sử dụng thiết bị minh họa trong Hình 1. Các đối tượng trong thí nghiệm của chúng tôi là cá bảy màu (Poecilia reticulata). Chúng tôi có một mục tiêu đặc biệt trong nghiên cứu này là xem liệu những con cá nhỏ này có hai hệ thống nhận diện số lượng như đã được khẳng định ở các động vật có xương sống khác bao gồm cả con người hay không: một hệ thống số lượng nhỏ và một hệ thống cho các số lượng lớn hơn. Như tôi đã đề cập trong các chương khác, hệ thống số lượng nhỏ, đôi khi được gọi là hệ thống tự động nhận biết cho số lượng, có hai đặc điểm thú vị. Thứ nhất, nó hầu như không có lỗi và ở con người, rất nhanh chóng. Thứ hai, khi so sánh hai số lượng thì không có hiệu ứng tỷ lệ. Nghĩa là, việc chọn tập lớn hơn với bốn vật thể so với ba vật thể cũng dễ dàng như so với một vật thể. Với các số lượng lớn hơn bốn, hiệu ứng tỷ lệ bắt đầu xuất hiện, do đó việc so sánh chín vật thể với năm vật thể chính xác và nhanh hơn so với so sánh chín với tám vật thể.

Hình 1. Phương pháp ba bể. Cá thử nghiệm ở trong bể trung tâm trong suốt và các đàn cá ở trong các bể bên trong suốt. Cá sẽ chọn bên nào? Không cần đào tạo: cá sẽ tự động chọn bên có nhiều cá hơn.

Chúng tôi đã thử nghiệm giả thuyết này với các sinh viên người Ý. Chúng tôi không, tất nhiên, thả họ vào các bể nước, cũng không yêu cầu họ so sánh các đàn cá, mà là chọn tập lớn hơn trong hai mảng các chấm được hiển thị liên tiếp. Chúng tôi đo lường độ chính xác và tốc độ của các phán đoán này.

Chúng tôi phát hiện ra những gì mà nhiều nghiên cứu khác đã báo cáo, đó là đối với các số lượng nhỏ, không có hiệu ứng tỷ lệ giữa hai mảng về cả độ chính xác và tốc độ, trong khi với các số lượng lớn hơn, có hiệu ứng tỷ lệ cho cả hai thước đo này. Ở con người, não bộ xử lý các số lượng lớn và nhỏ theo cách khác nhau.

Liệu hai hệ thống này có tồn tại trong não cá bảy màu không?

Kết quả là có. Hơn nữa, hai hệ thống này có mặt ngay từ khi sinh ra. Chúng tôi đã thử nghiệm 100 con cá một ngày tuổi và 140 con cá có kinh nghiệm. Dưới đây là các số lượng và tỷ lệ chúng tôi đã sử dụng:

Những con cá một ngày tuổi thực hiện tương tự như cá trưởng thành. Điều này cho thấy hai hệ thống đã được lập trình sẵn và bắt đầu hoạt động mà không cần kinh nghiệm.

Một biến thể do bạn bè tôi tại Đại học Padua phát minh cho phép cá thử nghiệm chỉ nhìn thấy một con cá tại một thời điểm. Nhóm nghiên cứu Padua đã sử dụng cá mosquitofish (Gambusia holbrooki), một loài cá nước ngọt nhỏ sống thành đàn. Các vách ngăn trong bể cho phép cá thử nghiệm bơi tự do, nhưng chỉ có thể nhìn thấy một con cá tại một thời điểm. Những con cá nhỏ này có thể chọn đàn lớn hơn khi tương phản nằm trong phạm vi số lượng nhỏ (3 so với 2) và cũng trong phạm vi số lượng lớn (4 so với 8). Điều này có nghĩa là cá thử nghiệm phải cộng số lượng cá ở mỗi bên của bể, ghi nhớ các tổng và thực hiện một so sánh số lượng giữa hai đàn để chọn đàn lớn hơn.

Khả năng số lượng này rất quan trọng trong việc thích nghi vì nó cho phép cá trong tự nhiên chọn sự an toàn của đàn lớn nhất có thể. Ở đây, sự khác biệt cá nhân đóng một vai trò. Những con cá có khả năng số lượng tốt nhất sẽ dẫn đầu các con cá khác, và có lẽ vai trò lãnh đạo của chúng đảm bảo rằng đàn giữ nguyên hướng di chuyển. Có thể hóa ra các gen khiến một con cá giỏi hoặc kém về số lượng cũng là những gen khiến chúng ta có khuynh hướng tương tự.