Hoàng hôn và bình minh lần lượt nối đuôi nhau từ đông sang tây, đi qua Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, rồi qua Nam Đại Dương và Đại Tây Dương. 

Cùng với sự chuyển dịch đêm - ngày đó, những động vật biển tí hon khắp thế giới lần lượt thực hiện cùng hành trình "di cư" vĩ đại nhất thế giới: bơi lên vào ban đêm, rồi rút lui khi trời sáng.

Ngay trước khi mặt trời biến mất, khoảng 10 tỉ tấn động vật phù du dưới biển, như nhuyễn thể hay ấu trùng cá - nhiều loài nhỏ bé hơn một hạt gạo, sẽ lại bắt đầu hành trình hướng lên mặt nước.

Chúng lượn lờ gần bề mặt nước suốt đêm. Khi những tia nắng đầu tiên của ngày mới đổ xuống biển, chúng đã trên đường quay trở lại đáy đại dương sâu thẳm.

Đối với một ấu trùng cá dài độ nửa phân, việc xuất hành từ độ sâu 300m tương đương việc một người bơi hơn 80 cây số… chỉ trong một giờ đồng hồ. Dẫu vậy, có không ít loài phù du thuộc về độ sâu hơn 900m.

Chúng phải đi qua các môi trường nước hoàn toàn khác nhau. Ở độ sâu 300m chẳng hạn, nhiệt độ nước biển vào khoảng 3,9^oC, thấp hơn (nên lạnh hơn) bề mặt khoảng 11^oC, chưa kể áp suất nước lớn gấp 30 lần.

Vậy động lực nào cho chuyến đi gian truân? Câu trả lời ngắn gọn: kiếm ăn và tránh trở thành thức ăn. Vào ban ngày, động vật phù du mong manh cần ẩn náu ở độ sâu tăm tối để tránh những kẻ săn mồi như mực và cá. Khi màn đêm bắt đầu buông xuống, chúng lao ngay đến bữa tối: thực vật phù du sống gần mặt nước.

Quá trình này gắn liền với những diễn biến trên bầu trời. Chẳng hạn vào mùa đông ở vùng cực, khi mặt trời vắng mặt trong nhiều tuần liền, một số động vật phù du có thể điều chỉnh việc di cư theo chu kỳ của Mặt trăng. Thậm chí hiện tượng nhật thực ngắn ngủi cũng có thể bị xem là tín hiệu để chúng bắt đầu trồi lên mặt nước.

Động vật phù du ở độ sâu hơn 300m - nơi cường độ ánh sáng chỉ bằng 0,012% so với bề mặt - có thể dịch chuyển hướng lên một quãng 60m mỗi khi có đám mây bay ngang qua làm thay đổi lượng ánh sáng chiếu xuống biển, theo Deborah Steinberg tại Viện Khoa học biển Virginia (Mỹ).

Trong đôi mắt trần trụi của con người, sự thay đổi ánh sáng đó không thể cảm nhận rõ ràng, nhưng động vật phù du cảm nhận được những thay đổi rất tinh tế của ánh sáng dù ở sâu dưới biển. 

"Từ góc nhìn của chúng tôi trên tàu, mỗi ngày của chuyến đi đều u ám, xám xịt và mưa lất phất" - Steinberg và các đồng nghiệp viết trong bài báo năm 2021.

Các phương tiện tự hành mới, với camera và thiết bị thu thập hiện đại, mang lại những góc nhìn mới về quá trình di cư của động vật phù du. Kelly J. Benoit-Bird của Viện Nghiên cứu thủy cung vịnh Monterey (MBARI) và Mark Moline của ĐH Delaware (Mỹ) đã gửi một phương tiện tự hành xuống độ sâu hơn 300m ngoài khơi miền nam California. 

Bằng kỹ thuật sóng âm (sonar), họ phát hiện động vật phù du được tổ chức thành từng cụm rõ ràng, phân định chặt chẽ theo loài và di cư cùng nhau theo những "làn đường" được canh thời gian cẩn thận.

Vào năm 2016, Kai Wirtz, một giáo sư thuộc Viện Nghiên cứu Helmholtz-Zentrum Hereon (Đức), đang tìm hiểu sự phân bố của các loài thực vật biển phù du thì gặp phải một chuyện khó hiểu. 

Sự tuần hoàn của nước biển sẽ không thể cung cấp đủ lượng ni tơ và phốt pho từ các tầng nước bên dưới để nuôi dưỡng lớp sinh vật khổng lồ (bao gồm những thực vật tí hon) ở bề mặt.

Trước đó, các nhà khoa học đã biết rằng nhiều loài thực vật phù du có thể dịch chuyển: một số loài có thể thay đổi "độ nổi" của chúng bằng cách "rụng bớt" chất béo hoặc tăng giảm kích thước, một số khác thì vẫy vẫy tiên mao (lông roi).

Bên cạnh đó, họ cũng biết rằng: phần trên cùng của đại dương tuy dồi dào ánh sáng mặt trời nhưng ít dưỡng chất, còn phần đáy tuy không đủ sáng sủa cho sinh vật quang hợp nhưng cất giữ nhiều dinh dưỡng. 

Vì thế, không có lý do gì mà thực vật biển lại không tận dụng khả năng di động đã tiến hóa của chúng để đi đi lại lại giữa hai không gian. Wirtz cho rằng "không còn lời giải thích dễ dàng nào khác" cách suy luận này.

Vị này ước tính rằng có đến một nửa số loài thực vật phù du ngoài đại dương có thể thường xuyên di cư theo phương thẳng đứng, lộ trình dài khoảng vài mét đến 30m, nhằm hấp thụ cả chất dinh dưỡng bên dưới và năng lượng mặt trời bên trên. 

Những sinh vật thủy sinh siêu nhỏ này có thể mất vài giờ, vài ngày hoặc thậm chí vài tuần cho chuyến đi. Một số có thể sinh sản dọc đường, do đó nhường cho lớp con cháu hoàn thành sứ mệnh.

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm không chỉ xác nhận rằng thực vật biển có thể di chuyển theo phương thẳng đứng, mà còn cho thấy hành vi của chúng phức tạp hơn chúng ta tưởng.

Một nhóm thuộc ĐH bang Washington (Mỹ) đã tái tạo ngày và đêm của đại dương trong các bể nước mặn cao gần 2m. Họ quan sát thấy nhóm giáp xác chân chèo đói meo bơi lên vào ban đêm và lặn xuống vào ban ngày.

Cùng lúc đó, thực vật phù du di chuyển ngược lại: bơi lên khi ngập nắng và lặn xuống khi đêm về, có thể là để tiếp xúc tối đa với ánh sáng mặt trời và giảm rủi ro trở thành thức ăn của động vật phù du.

Các công nghệ mới đang cho phép chúng ta nhìn rõ hơn diễn biến chi tiết của DVM, từ đó tiến gần đến các câu hỏi lớn liên quan đến mạng lưới thức ăn dưới biển, cân bằng carbon và bản chất của sự sống.

Tại MBARI, Kakani Katija đang bổ sung máy ảnh 3D hiện đại và thuật toán thị giác vào các phương tiện tự hành để chúng có thể theo dõi sự chuyển dịch của những sinh vật cụ thể trong nhiều giờ.

Các nhóm khác thì sử dụng vệ tinh ngoài không gian - có thể quan sát mật độ các loài phù du đi ăn đêm mà không cần can thiệp vào dòng nước, tức là tránh được việc xáo trộn hành vi của những sinh vật rất bé nhỏ. 

Để xác định loài nào đang di chuyển khi nào và ở đâu, người ta lần theo dấu vết di truyền, như ADN môi trường, mặc dù đa số chúng có vòng đời chớp nhoáng.

Giới nghiên cứu cùng đồng ý rằng điều cần thiết nhất là một mạng lưới giám sát đại dương toàn cầu để có thể theo dõi các quá trình DVM ngày này qua ngày khác, để kịp tìm thấy câu trả lời đầy đủ trước khi con người tàn phá đại dương.

Ví dụ, hoạt động đánh bắt quy mô lớn, thường chỉ diễn ra ở lớp nước bề mặt, gần đây được tăng cường bằng các tàu giã cào làm xáo trộn đáy biển.

Các vùng chết và vùng "oxy tối thiểu" trong lòng đại dương đang ngày càng mở rộng, xua đuổi động vật phù du ra khỏi môi trường sống ban ngày của chúng. Và biến đổi khí hậu đang làm giảm sự pha trộn của các tầng nước biển giữa lòng đại dương bao la, vì vậy có ít dưỡng chất hơn cho thực vật phù du.

Thực vật phù du giảm nghĩa là động vật phù du di cư cũng sẽ có ít thức ăn hơn. Tất cả chuyện này đang đặt áp lực lên vai các nhà nghiên cứu. Benoit-Bird nói: "Tôi cảm thấy như thể chúng tôi đang chạy đua với đồng hồ".

Trong thời gian chờ đợi bí mật được bật mí, Mặt trời vẫn sẽ tiếp tục lặn và mọc. Cùng với nó, vô số loài sinh vật của đại dương đi theo bóng tối và ánh sáng, lặng lẽ giữ gìn trạng thái cân bằng của các nguyên tố trên hành tinh.