Các nhà khoa học dùng AI dạy chim hót lại những bản tình ca đã thất truyền

Khi quần thể chim suy giảm, chim non khó học được những bài hót cần thiết để hấp dẫn bạn tình. Nghiên cứu mới cho thấy có thể dùng bản thu thanh do máy tính tạo ra để dạy lại chim những "phương ngữ" đã biến mất, mở ra hướng bảo tồn đầy triển vọng nhờ trí tuệ nhân tạo.

Chim sẻ cổ hung (rufous-collared sparrow)

Nghe tiếng chim hót là một trong những niềm vui lớn của cuộc sống. Nhưng khi các nhà nghiên cứu nghe thấy một giai điệu đặc biệt vang lên từ một gốc cây trong công viên ở Buenos Aires, họ đã vô cùng phấn khích. Đây là một trong những biến tấu từng được loài chim sẻ cổ hung (rufous-collared sparrow) địa phương hót vào thập niên 1960, nhưng đã biến mất khỏi khu vực này từ đó.

Mãi cho đến khi các nhà khoa học tạo ra một bản thu do máy tính tổng hợp, với mong muốn tìm hiểu liệu lũ chim có coi bản này đủ chân thực để bắt chước hay không. Chưa đầy ba tháng sau, một "cư dân" chim tại địa phương đã bắt đầu sao chép lại một phần của bài hót đó.

Vì sao tiếng hót lại quan trọng với sự sống còn của loài chim?

Ngày càng có nhiều nhận thức về tầm quan trọng của tiếng chim hót đối với công tác bảo tồn, cũng như nhu cầu hiểu rõ hơn cách chim học hót. Nếu một cá thể hót hay và theo đúng "phương ngữ" quen thuộc của vùng, nó sẽ có nhiều lợi thế hơn trong việc tìm bạn tình, bảo vệ lãnh thổ và cuối cùng là tồn tại.

Tuy nhiên, nếu quần thể của một loài suy giảm, chim non sẽ có ít cơ hội trở thành những "ca sĩ" giỏi. Chim có thể hót bất thường hoặc học nhầm bài hót của loài khác, từ đó đe dọa khả năng sinh sản của chúng.

Chim trống ở vị thế tốt hơn để thu hút bạn tình nếu chúng hót hay — hiểu một cách rộng rãi, nghĩa là bài hót phức tạp, được hót một cách nhất quán và thể hiện tốt.

"Nếu bài hót của bạn đòi hỏi nhiều năng lượng, có thể bạn phải ở trong tình trạng thể chất khá tốt mới hót được nó," Rebecca Lewis, nhà khoa học bảo tồn tại Sở thú Chester, nhận định.

Văn hóa của loài vật cũng là một phần của đa dạng sinh học

Gabriel B. Mindlin, giáo sư vật lý tại Đại học Buenos Aires, đồng tác giả nghiên cứu về chim sẻ cổ hung — công trình cũng xuất hiện trong bộ phim tài liệu Dream of Birds do The Guardian sản xuất — cho rằng: "Khi người ta nói về đa dạng sinh học, chúng ta luôn nói về gene, về vật chất di truyền." Nhưng theo Mindlin, tập tính học được hay "văn hóa" của động vật, chẳng hạn như tiếng chim hót, cũng là một phần thiết yếu của quần thể.

Chim sẻ cổ hung không được xếp vào nhóm dễ tổn thương trên phạm vi toàn cầu, nhưng các nhà nghiên cứu hy vọng rằng những bản thu tổng hợp có thể giúp dạy tiếng hót cho các loài khác đang suy giảm quần thể — cho phép các nhà bảo tồn "kèm cặp" từng cá thể ngay cả khi không còn bản thu thực tế nào tồn tại.

Khoảng 4.000 trong số 10.000 loài chim trên thế giới là chim biết hót (oscine passerines), như chim sẻ, chim sẻ thông, chim sáo đá — những loài thường có bài hót phức tạp và ít nhất học được một phần từ các cá thể khác. Bài hót của chúng vô cùng đa dạng, dù nghiên cứu riêng về nhóm passerine rộng hơn đã xác định được những "mô-típ" hay "khối xây dựng" chung: ba kiểu rung (trill), ba kiểu huýt (whistle), các nốt hỗn loạn và các nốt hài âm.

Cách chim sử dụng những mô-típ này phản ánh môi trường mà chúng tiến hóa. Những tiếng huýt phẳng thường do chim trong rừng mưa nhiệt đới hót, nơi âm thanh phải xuyên qua thảm thực vật dày đặc. Các mô-típ phức tạp như rung siêu nhanh lại phổ biến hơn ở vùng ôn đới, nơi chim thường giao tiếp ở cự ly gần.

Tái tạo bài hót thất truyền từ bản ký âm thập niên 1960

Bài hót mà Mindlin nghiên cứu được tái tạo dựa trên những ký âm vẽ tay của tiếng chim sẻ cổ hung ghi lại từ thập niên 1960. Mỗi bài hót gồm một đoạn rung — vốn nhất quán giữa các cá thể trong cùng khu vực — và một "chủ đề" (theme) có thể thay đổi. Một số chủ đề được ghi âm từ nhiều thập kỷ trước vẫn còn được chim địa phương hót, nhưng những chủ đề khác đã biến mất.

Không rõ vì sao bài hót mà Mindlin nghiên cứu lại biến mất, dù ông lưu ý rằng quần thể chim trong công viên đã suy giảm. Tiếng chim hót có thể thay đổi tự nhiên theo thời gian — chẳng hạn chim có thể mắc lỗi khi học hót, rồi những lỗi đó in sâu vào các thế hệ sau. Sự xâm lấn của con người và sự suy giảm quần thể cũng có thể gây ra những thay đổi mạnh mẽ.

Chim biết hót học từ các cá thể cùng loài — như chim bố hoặc hàng xóm — khiến các nhóm địa phương hình thành phương ngữ riêng. Khung thời gian học tập dao động từ vài tuần đến cả đời. Một số loài còn có mức kiến thức bẩm sinh nhất định.

Bài học từ những dự án bảo tồn thực tế

Sarah Collins, phó giáo sư hành vi động vật tại Đại học Plymouth, đã nghiên cứu một nhóm chim cirl bunting được chuyển từ Devon đến Cornwall trong một dự án bảo tồn. Ban đầu, chúng phát ra những bài hót bất thường, the thé và chậm chạp, kém đa dạng hơn nhiều so với quần thể gốc ở Devon.

"Chúng không có được sự phong phú của âm thanh," Collins nói. Tuy nhiên, tám năm sau, bài hót của chúng đã trở lại bình thường.

Một số chim non được cho nghe bản thu tiếng cirl bunting, nhưng không phải tất cả. Nghiên cứu cho thấy khả năng phục hồi tiếng hót là có thể, dù chưa rõ liệu các loài khác có "hồi phục" theo cách tương tự hay không.

Một nghiên cứu riêng ở Australia đã theo dõi loài regent honeyeater được nhân giống trong sở thú nhằm củng cố quần thể hoang dã đang cực kỳ nguy cấp, chỉ còn khoảng 250 cá thể. Chỉ cần tương tác với hai "gia sư" đực sinh ra trong tự nhiên, những con chim sinh ra ở sở thú đã học được cách hót bài hót hoang dã. Sau đó, những con đực được nuôi trong sở thú nhưng đã học được bài hót truyền thống lại tiếp tục kèm cặp thế hệ tiếp theo.

"Đôi khi chim không học tốt từ đĩa CD hay chỉ từ bản phát lại. Chúng cần một dạng tương tác nào đó," Collins nhấn mạnh.

AI có thể trở thành "người thầy" cho chim trong tương lai?

Tuy nhiên, đưa chim hoang dã vào nuôi nhốt để dạy chim non nuôi tay có thể gây đau khổ tột cùng và lây lan dịch bệnh, đe dọa sức khỏe của những cá thể đến từ quần thể vốn đã nguy cấp. Trong tương lai, có khả năng trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ giúp cung cấp việc "kèm cặp trực tiếp".

Phương ngữ cũng rất quan trọng. Các dự án chuyển dịch trước đây cho thấy chim ghép đôi chậm hơn nếu chúng không hót cùng phương ngữ.

"Những con chim có bài hót không khớp nhau sẽ ghép đôi chậm hơn khá nhiều, và khi đã ghép đôi thì cũng không làm tốt bằng," Lewis nói thêm.

Việc cho chim làm quen với bài hót của điểm đến có thể giúp giảm thiểu vấn đề này.

Mindlin cho biết hiện nay một khối lượng khổng lồ tiếng chim hót đang được ghi âm và tải lên các cơ sở dữ liệu, nhờ một phần vào số lượng người chơi ngắm chim ngày càng tăng.

"Một ngày nào đó chúng ta sẽ biết ơn vì đã có tất cả những bản ghi này," ông nói. "Tôi không nghĩ chúng ta vẫn hình dung được rằng thật ra phải đăng ký phương ngữ và giao tiếp một cách có hệ thống."

Tại Buenos Aires, bài hót từ thập niên 1960 vẫn còn có thể nghe được. "Nó vẫn đang được hót bởi chỉ một vài cá thể, khá gần nơi chúng tôi đưa bản thu vào," ông chia sẻ, dù chỉ có thời gian mới trả lời được nó sẽ tồn tại bao lâu.

Ý nghĩa với bảo tồn và công nghệ

Câu chuyện này cho thấy sự giao thoa thú vị giữa công nghệ và bảo tồn thiên nhiên. Việc dùng mô hình máy tính tái tạo âm thanh sinh học, kết hợp với AI có khả năng tương tác trực tiếp, đang mở ra một hướng tiếp cận mới để bảo vệ "văn hóa" của các loài đang suy giảm — một khía cạnh thường bị bỏ qua bên cạnh yếu tố di truyền.

Đối với cộng đồng công nghệ, đây cũng là ví dụ cho thấy dữ liệu âm thanh và học máy có thể được ứng dụng ngoài các lĩnh vực quen thuộc như nhận diện giọng nói hay xử lý ngôn ngữ tự nhiên, góp phần giải quyết những vấn đề sinh thái cấp bách.

Nguồn: The Guardian / Yale E360