Cứ ba năm một lần, Học viện Định vị Hoàng gia (the Royal Institute of Navigation) lại tổ chức một buổi hội thảo tập trung vào chủ đề động vật. Tháng Tư này, sự kiện được tổ chức ở khu vực Tây Nam của London, tại Đại học Hoàng Gia Holloway, ngôi trường có khuôn viên trang trí theo phong cách thời Victoria từng xuất hiện trong bộ phim truyền hình Downtown Abbey. Trong nhiều ngày, những nhà nghiên cứu hàng đầu thế giới về chủ đề định vị ở động vật trình bày những số liệu và kết quả của họ trong một hội trường nhỏ. Phần lớn các phát biểu liên quan đến vấn đề định vị từ trường (magnetoreception) – khả năng cảm nhận từ trường tuy yếu nhưng luôn hiện diện của Trái đất – ở nhiều loài vật khác nhau như chuột, cá hồi, bồ câu, ếch, và gián. Hội thảo năm nay rất khác với những năm trước, Richard Nissen, một thành viên của Học viện nói với tôi, khi mà những cuộc tranh luận (trước đó) tập trung vào cả những công cụ trợ giúp việc định vị, như các cột mốc địa lý, khứu giác, trí nhớ, gen di truyền, ánh sáng phân cực, các thiên thể. “Tất cả mọi người giờ có vẻ như hoàn toàn bị thuyết phục bởi ý tưởng rằng khả năng định vị của động vật là dựa trên từ trường,” Nissen nói. Nghe thật giống con người, khi phần lớn những người tham dự hội thảo tin rằng động vật sở hữu một kiểu la bàn.

Các nhà khoa học đã dành hàng thế kỉ để tìm hiểu về việc tại sao động vật, đặc biệt là những loài di cư, có thể tìm đường quanh quả địa cầu với sự chính xác tuyệt vời. Ví dụ về khả năng này nhiều vô kể. Loài chim bar-tailed godwit xuất phát từ những bãi bùn ven biển ở phía Bắc Alaska vào mùa thu và bay qua Thái Bình Dương, trong tám ngày đêm băng qua một biển nước mênh mông không dấu hiệu để đến New Zealand cách đó bảy ngàn dặm (khoảng 11,265km). Nếu những chú chim này xác định hướng chỉ lệch một vài độ thôi, chúng sẽ bị chệch khỏi điểm đến của mình. Họ chim nhàn ở Bắc Cực (Arctic terns) di chuyển khoảng bốn mươi ngàn dặm mỗi năm (khoảng 64.374km), từ Bắc Cực đến Nam Cực và ngược lại. Và những chuyến du hành kiểu này không hề chỉ có ở những loài có lông. Một số rùa da (leatherback turtle) xuất phát từ bờ biển Indonesia và bơi tới California, cách xa tám ngàn dặm (khoảng 12.875km), và rồi lại trở lại chính bãi biển ban đầu để ấp trứng. Chuồn chuồn và bướm vua (monarch butterfly) đi những con đường dài đến nỗi chúng bỏ mạng trên đường đi; và cháu chắt của chúng giúp hoàn thành chặng đường này.

Phần lớn những người tham dự hội thảo tin rằng động vật sở hữu một kiểu la bàn.

Mặc dù ý tưởng về la bàn sinh học ở động vật không được công nhận rộng rãi trong nửa đầu thế kỉ hai mươi, những bằng chứng ủng hộ nó đang ngày càng mạnh mẽ. Vào đầu thập niên sáu mươi, một sinh viên cao học người Đức tên Wolfgang Wiltschko bắt đầu làm thí nghiệm với loài chim oanh Châu Âu (European robins); ông nghĩ rằng có lẽ chúng tìm đường bằng cách dò theo sóng vô tuyến phát ra từ các ngôi sao. Vậy nhưng, Wiltschko khám phá ra rằng nếu ông đặt những con chim oanh vào các lồng được trang bị cuộn Helmholtz – thiết bị này tạo ra một từ trường đồng nhất – những con chim sẽ đổi hướng bay khi ông đổi phương của hướng Bắc. Đến đầu thế kỷ 21, các nghiên cứu đã cho thấy cảm nhận về từ trường có ở mười bảy họ chim di cư khác, cũng như ong mật, cá mập, cá đuối skate, cá đuối điện, ốc sên, và kỳ giông hang. Trên thực tế, tất cả các động vật được nghiên cứu bởi những nhà khoa học ngày nay đều thể hiện khả năng đọc từ trường. Cáo đỏ gần như luôn nhảy lên và vồ lấy chuột từ hướng Đông Bắc. Cá chép bơi trong chậu ở chợ cá ở Praha tự động xếp hàng theo hướng Bắc-Nam. Chó cũng làm vậy khi chúng duỗi người thư giãn, và ngựa, gia súc, và hươu khi chúng gặm cỏ – ngoại lệ duy nhất là khi chúng đứng dưới các dây điện cao thế, thứ ảnh hưởng đến từ trường.

Vào năm 1978, nhà sinh-vật lý học người Đức Klaus Schulten đề xuất rằng khả năng xác định phương hướng bẩm sinh của loài chim có bản chất hóa học.

Vấn đề duy nhất là có vẻ như không ai có thể xác định được la bàn của những loài vật này nằm ở đâu. “Chúng tôi vẫn đang cố tìm xem chúng làm như thế nào,” Joseph Kirschvink, một nhà sinh-địa học tại Học viện Công nghệ California nói. “Việc này như mò kim đáy bể vậy.” Kirschvink nói vậy gần như với nghĩa đen. Vào năm 1981 khi còn là một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Princeton, ông đặt ra giả thuyết là magnetite, một loại oxit sắt tự nhiên ông tìm thấy ở ong mật và bồ câu nhà, là nền tảng của la bàn sinh học. Thậm chí một vốc tinh thể magnetite, ông viết vào thời điểm đó, cũng có thể làm được việc này. “Một lượng tương đương một vi khuẩn có từ tính có thể cung cấp một chiếc la bàn cho cả một con cá voi  – một tế bào,” ông nói với tôi. “Còn tìm ra nó á, chúc may mắn.” Thậm chí ở những động vật nhỏ hơn cá voi, đây cũng không phải việc dễ dàng. Suốt những năm hai nghìn, các nhà nghiên cứu chỉ ra sự có mặt của các phân tử sắt trong những tế bào khứu giác của cá hồi vân (trout), não của chuột chũi, và phần mỏ trên của bồ câu tìm đường (homing pigeon). Nhưng khi các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Bệnh học Phân tử ở Vienna tìm hiểu kĩ hơn, cắt và phân tích mỏ của hàng trăm con chim bồ câu, họ tìm ra rằng những tế bào giàu chất sắt có vẻ như là sản phẩm của phản ứng miễn dịch – chẳng có gì liên quan đến la bàn sinh học. Người dẫn đầu nghiên cứu này, David Keays, từ đó đã chuyển sang tập trung vào các nơ-ron chứa sắt bên trong tai bồ câu.

Cuộc tìm kiếm la bàn sinh học đã lan đến cả những phạm vi nhỏ hơn. Vào năm 1978, nhà sinh-vật lý học người Đức Klaus Schulten đề xuất rằng khả năng xác định phương hướng bẩm sinh của loài chim có bản chất hóa học. Theo thuyết của ông, ánh sáng đi tới sẽ đập vào một cơ chế cảm quan nào đó, mà Schulten vẫn chưa tìm ra, và thúc đẩy sự chuyển đổi electron, dẫn đến việc tạo ra một cặp phân tử (radical pair) – tức là gồm hai phân tử, mỗi phân tử có thêm một electron. Các electron, dù bị ngăn cách một chút, sẽ cùng xoay theo một hướng đồng bộ. Khi những con chim di chuyển qua từ trường, sự định hướng của các electron xoay này sẽ được điều chỉnh, cung cấp cho con vật thông tin về phương hướng của nó. Trong hai mươi năm tiếp theo, vẫn không rõ ràng là phân tử nào có thể gây ra phản ứng như vậy. Rồi, vào năm 2000, Schulten gợi ý một câu trả lời – cryptochrome, một dòng protein mới được khám phá là có phản ứng lại với ánh sáng xanh. Kể từ đó, cryptochrome đã được tìm thấy ở võng mạc loài bướm vua, ruồi giấm, ếch, chim, và thậm chí là người. Tới bây giờ thì chúng là ứng viên duy nhất với những đặc điểm phù hợp thỏa mãn học thuyết của Schulten. Nhưng từ trường yếu nhất mà có gây ảnh hưởng đến cryptochrome trong phòng thí nghiệm vẫn còn mạnh hơn hai mươi lần so với từ trường Trái Đất. Peter Hore, một nhà hóa học tại Đại học Oxford, nói với tôi rằng để khẳng định được là cryptochrome đóng vai trò như một la bàn sinh học thì sẽ cần ít nhất là năm năm nghiên cứu nữa.

Tại buổi hội thảo, các nhà nghiên cứu magnetite và cryptochrome chia thành hai phe, mỗi bên chăm chăm chỉ ra những thiếu sót trong luận điểm của bên kia. Chỉ duy nhất có một người đứng một mình: Xie Can, một nhà sinh-vật lý học đến từ Đại học Bắc Kinh. Xie đã dành ra sáu năm phát triển một mô hình thống nhất về từ trường định vị của động vật. Năm ngoái, ông công bố một nghiên cứu trên tạp chí Nature Materials mô tả một hợp chất protein mà ông gọi là MagR, bao gồm các tinh thể sắt được bao bọc trong một chuỗi xoắn ốc của cryptochrome – hai học thuyết chính cuộn lại thành một. Xie vẫn chưa thuyết phục được các nhà nghiên cứu khác; một số trong họ tin rằng những kết quả của anh là do có oxit sắt gây nhiễu thí nghiệm. (Keays nói rằng ông sẽ ăn mũ của mình nếu MagR được chứng minh là chất gây định vị từ trường thứ thiệt.) Nhưng vào cuối buổi hội thảo, với bí ẩn về khả năng định vị của động vật vẫn chưa có lời giải đáp, Xie nói với tôi rằng ông cảm thấy tự tin hơn bao giờ hết vào mô hình của mình và đồng nghiệp. “Nếu chúng tôi đúng, chúng tôi có thể giải thích tất cả mọi thứ,” ông nói. Michael Walker, một nhà sinh học tại Đại học Auckland, thì thận trọng hơn. Nếu lịch sử có nói lên điều gì, ông nói, rất nhiều những giả thuyết hiện tại về việc la bàn sinh học hoạt động thế nào sẽ hóa ra đều là sai cả.