Vùng nửa tối của đại dương (mesopelagic, khoảng độ sâu 200–1.000 m) là nơi ánh sáng mặt trời yếu dần rồi tắt hẳn. Ở đây, sinh vật dùng ba cách chính để biến mất: trong suốt ở tầng trên, màu đỏ và màu đen ở tầng dưới. Màu đỏ hoá vô hình vì ánh sáng đỏ bị nước hấp thụ hết ngay từ những mét đầu tiên, nên không còn ánh đỏ nào để phản chiếu. Màu đen thì hấp thụ cả ánh sáng phát quang của kẻ săn mồi; một số loài cá có da "siêu đen" phản xạ chưa tới 0,5% ánh sáng.
Ánh sáng tắt dần theo độ sâu
Nước biển hấp thụ ánh sáng mặt trời không đều. Ánh đỏ, cam bị hấp thụ trước tiên, chỉ trong vài chục mét đầu. Ánh vàng, lục đi sâu hơn một chút. Ánh xanh lam đi xa nhất. Vì vậy, càng xuống sâu, thế giới càng xanh lam, rồi xám, rồi tối hẳn.
| Vùng | Độ sâu (xấp xỉ) | Ánh sáng | Cách ẩn mình thường gặp |
|---|---|---|---|
| Vùng có nắng (epipelagic) | 0–200 m | Đủ cho quang hợp | Lưng tối bụng sáng, thân bạc, trong suốt |
| Vùng nửa tối (mesopelagic) | 200–1.000 m | Xanh lam mờ dần, không đủ cho quang hợp | Trong suốt, gương bạc, phát sáng xoá bóng, đỏ, đen |
| Vùng tối (bathypelagic trở xuống) | Dưới 1.000 m | Không còn ánh mặt trời, chỉ có ánh sáng sinh học | Đen, đỏ, ít trong suốt hơn |
Ranh giới không cứng nhắc: nước đục ven bờ thì tối sớm hơn, nước trong giữa đại dương thì ánh sáng xuống sâu hơn. Nhưng quy luật chung đúng ở mọi đại dương.
Vì sao màu đỏ lại vô hình
Một vật có màu đỏ vì nó phản chiếu ánh sáng đỏ và hấp thụ các màu khác. Nhưng nếu không có ánh sáng đỏ chiếu tới, nó chẳng có gì để phản chiếu. Dưới vài trăm mét, chỉ còn ánh xanh lam, nên một con tôm đỏ tươi hấp thụ gần hết ánh xanh lam và trông đen, tan vào bóng tối xung quanh.
Đó là lý do vô số sinh vật vùng nửa tối và vùng tối có màu đỏ: tôm biển sâu, nhiều loài sứa, mực, cá. Khi robot lặn chiếu đèn trắng vào, chúng hiện lên đỏ rực, nhưng đó là màu mà trong tự nhiên chưa ai từng thấy.
Cái dạ dày đỏ của sứa lược
Một ví dụ đẹp là loài sứa lược bụng máu (Lampocteis cruentiventer), được các nhà khoa học MBARI mô tả năm 2001. Thân nó trong mờ, nhưng dạ dày có màu đỏ thẫm. Các nhà nghiên cứu giải thích: nhiều con mồi của nó tự phát sáng. Nếu dạ dày trong suốt, ánh sáng của con mồi vừa nuốt sẽ lọt ra ngoài, biến kẻ ăn thành ngọn đèn báo cho kẻ săn lớn hơn. Dạ dày đỏ (trông đen ở dưới sâu) che ánh sáng đó lại. Nhiều loài sinh vật trong suốt khác ở biển sâu cũng có ruột sẫm màu vì lý do tương tự.
Đen hơn cả đen: cá siêu đen
Ở vùng nửa tối, nhiều kẻ săn mồi mang theo đèn: cơ quan phát sáng chiếu ra phía trước như đèn pin. Khi ánh sáng đó quét qua, một con cá màu đen thông thường vẫn phản chiếu lại một chút, đủ để lộ đường nét.
Năm 2020, nhóm của Karen Osborn (Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian) và Sönke Johnsen (Đại học Duke) công bố trên Current Biology nghiên cứu về 16 loài cá biển sâu có da "siêu đen", phản xạ chưa tới 0,5% ánh sáng chiếu vào. Một số loài, như cá rồng đen Thái Bình Dương (Idiacanthus antrostomus), chỉ phản xạ khoảng 0,05%, ngang với những vật liệu đen nhân tạo tốt nhất.
Bí quyết nằm ở cách sắp xếp sắc tố. Trong da cá thường, hạt sắc tố melanin (melanosome) nằm rải rác. Ở cá siêu đen, chúng được đóng gói dày đặc thành một lớp liên tục, kích thước và hình dạng mỗi hạt vừa đúng để ánh sáng lọt vào bị tán xạ qua lại giữa các hạt và bị hấp thụ hết, gần như không lọt ra ngoài. Các tác giả cho rằng cấu trúc này có thể gợi ý cách chế tạo vật liệu siêu đen mềm dẻo.
Trong suốt và gương bạc ở tầng trên
Ở phần trên của vùng nửa tối, nơi ánh sáng còn khá nhiều, trong suốt vẫn là chiến lược hiệu quả. Rất nhiều sinh vật ở đây gần như trong suốt: sứa, sứa lược, salp, giun biển, ấu trùng cá, tôm nhỏ. Với những loài khó trong suốt hoàn toàn, có một cách khác: thân bạc như gương.
Trong nước biển, ánh sáng từ hai bên gần như bằng nhau theo mọi hướng ngang. Một tấm gương thẳng đứng sẽ phản chiếu đúng ánh sáng phía sau người xem, nên chính nó gần như biến mất. Đó là nguyên lý của thân bạc ở cá rìu biển sâu, cá trích, cá mòi: lớp tinh thể guanine trong da xếp thành những tấm gương vi mô thẳng đứng. Ở vùng nửa tối, nhiều loài cá rìu kết hợp cả thân bạc và đèn bụng phát sáng xoá bóng.
Đèn đỏ bí mật của cá rồng
Nếu hầu hết sinh vật biển sâu không thấy ánh đỏ, thì một kẻ săn có thể tạo ra và nhìn thấy ánh đỏ sẽ có lợi thế lớn: nó soi được con mồi mà con mồi không biết mình đang bị soi. Đó chính là trường hợp của cá rồng hàm rời (Malacosteus niger). Ngoài đèn xanh lam như các loài khác, nó có một cơ quan phát sáng dưới mắt phát ánh sáng đỏ xa. Mắt nó có một chất nhạy sáng được cho là có nguồn gốc từ diệp lục lấy qua thức ăn, giúp nó nhìn thấy ánh đỏ này. Đây là một trong những ví dụ đẹp nhất về "đèn pin tàng hình" trong tự nhiên.
Cuộc di cư lớn nhất hành tinh
Mỗi đêm, một lượng khổng lồ sinh vật vùng nửa tối bơi lên tầng nước nông để kiếm ăn trong bóng tối, rồi lặn trở lại sâu khi trời sáng. Đây được coi là cuộc di cư lớn nhất trên Trái Đất tính theo khối lượng sinh vật, lặp lại hằng ngày ở mọi đại dương. Lý do chính: ban ngày, tầng nước nông quá sáng, những sinh vật dù trong suốt hay đen đỏ cũng dễ bị phát hiện; xuống sâu là cách trốn đơn giản nhất. Máy dò âm của tàu thuyền thường thấy những đàn sinh vật này như một "đáy giả" dâng lên lúc chiều tối và chìm xuống lúc rạng sáng, giới hải dương học gọi là lớp tán xạ sâu.
Góc nhìn hôm nay
Vùng nửa tối là một trong những môi trường ít được khám phá nhất trên Trái Đất, dù có thể chứa lượng cá lớn hơn tất cả vùng biển khác cộng lại theo một số ước tính gần đây; con số chính xác còn đang tranh luận. Các chương trình nghiên cứu như dự án Ocean Twilight Zone của Viện Hải dương học Woods Hole đang cố gắng hiểu vùng này trước khi nghề cá khai thác nó.
- Thử nghiệm với kính lọc màu: nhìn một quả cà chua đỏ qua tấm giấy bóng kính màu xanh lam, quả cà chua gần như đen lại. Đó là cách con tôm đỏ "biến mất" dưới biển sâu.
- Xem video: MBARI, Viện Hải dương học Woods Hole và Smithsonian Ocean có nhiều đoạn phim về sinh vật vùng nửa tối.
- Đọc thêm: các bài viết phổ thông của Sönke Johnsen về ánh sáng và tàng hình ở đại dương, và cuốn The Optics of Life của ông.
Câu hỏi thường gặp
Vùng nửa tối của đại dương là gì?
Vùng nửa tối (mesopelagic) là tầng nước từ khoảng 200 đến 1.000 m, nơi ánh sáng mặt trời yếu dần rồi tắt hẳn. Ánh sáng ở đây không đủ cho quang hợp nhưng vẫn đủ để thấy bóng con mồi ở phần trên.
Vì sao nhiều sinh vật biển sâu có màu đỏ?
Ánh sáng đỏ bị nước hấp thụ hết ở những mét đầu tiên. Ở dưới sâu không còn ánh đỏ để phản chiếu, nên sinh vật màu đỏ trông đen và tan vào bóng tối.
Cá siêu đen là gì?
Là những loài cá biển sâu có da phản xạ chưa tới 0,5% ánh sáng, theo nghiên cứu năm 2020. Hạt sắc tố trong da chúng xếp dày đặc, khiến ánh sáng bị hấp thụ gần hết, giúp chúng không lộ ra dưới đèn phát quang của kẻ săn mồi.
Vì sao sinh vật trong suốt ở biển sâu lại có ruột màu sẫm?
Nhiều con mồi ở biển sâu tự phát sáng. Ruột sẫm màu ngăn ánh sáng của con mồi vừa nuốt lọt ra ngoài, tránh để kẻ ăn bị kẻ săn lớn hơn phát hiện.
Có sinh vật biển sâu nào nhìn thấy ánh sáng đỏ không?
Có. Cá rồng hàm rời Malacosteus niger phát ánh sáng đỏ xa từ cơ quan dưới mắt và có chất nhạy sáng giúp nhìn thấy ánh đỏ đó. Nhờ vậy nó soi được con mồi mà con mồi không biết.
