Khám phá thế giới san hô – Hệ sinh thái quan trọng của biển

• Tác giả Nhật Anh
• 2024.10.31

San hô không chỉ là một phần quan trọng trong hệ sinh thái biển mà còn là biểu tượng cho vẻ đẹp huyền bí của đại dương. Với sự đa dạng về hình dáng, màu sắc và cấu trúc, san hô đóng vai trò như một “rạn san hô” cung cấp môi trường sống cho hàng triệu loài sinh vật biển. 

Giới thiệu tổng quan về san hô

San hô là một nhóm động vật biển thuộc lớp San hô (Anthozoa), nổi bật với hình thức polip nhỏ gắn liền với nhau, thường sống trong các quần thể lớn với hàng ngàn cá thể tương đồng về mặt di truyền. 

Những polip này, chỉ có đường kính vài milimet, cùng nhau tạo ra một “đầu” san hô lớn, được hình thành từ những thế hệ nối tiếp nhau. Chúng tiết ra cacbonat calci, hình thành bộ xương cứng, qua đó xây dựng nên các rạn san hô, mang lại vẻ đẹp và sự đa dạng cho các vùng biển nhiệt đới.

Cấu trúc của mỗi “đầu” san hô thực sự là một kiệt tác tự nhiên, được hình thành từ hàng ngàn polip với gen giống nhau. Quá trình phát triển của san hô diễn ra chủ yếu qua hình thức sinh sản vô tính, khi các polip phân chia và sinh ra các cá thể mới. 

Tuy nhiên, san hô cũng có khả năng sinh sản hữu tính, với các giao tử được giải phóng đồng thời trong khoảng thời gian từ một đến vài đêm trong kỳ trăng tròn, tạo ra một nguồn gen mới cho quần thể.

Mặc dù san hô có khả năng tự nuôi dưỡng bằng các tế bào châm (nematocyst) có thể tiết ra chất độc để bắt giữ phù du, nhưng chúng chủ yếu phụ thuộc vào tảo vàng đơn bào (zooxanthella) sống cộng sinh. 

Tảo này không chỉ cung cấp chất dinh dưỡng thông qua quá trình quang hợp mà còn đóng góp vào màu sắc rực rỡ của các rạn san hô. Vì vậy, san hô thường phát triển ở những vùng nước nông và trong, nơi ánh sáng mặt trời có thể xuyên qua, thường không vượt quá độ sâu 60 mét (200 feet).

Rạn san hô Great Barrier, nằm ngoài khơi bang Queensland, Australia, là một ví dụ điển hình cho sự phát triển đa dạng và phong phú của san hô trong môi trường nhiệt đới. Tuy nhiên, không phải tất cả san hô đều cần tảo để tồn tại; một số loài trong chi Lophelia có thể sinh sống ở độ sâu lên đến 3.000 mét trong Đại Tây Dương. 

Những khu vực như Darwin Mounds ở phía tây nam Cape Wrath, Scotland, hay ngoài khơi bang Washington và quần đảo Aleutian ở Alaska cũng chứng minh rằng san hô có thể phát triển ở nhiều môi trường khác nhau, từ nông cho đến sâu.

Với vai trò quan trọng trong hệ sinh thái biển, san hô không chỉ là nơi cư trú cho hàng triệu loài sinh vật mà còn góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái và bảo vệ bờ biển khỏi sự xói mòn. 

Tuy nhiên, sự sống của chúng đang bị đe dọa bởi nhiều yếu tố như biến đổi khí hậu, ô nhiễm và khai thác quá mức. Việc hiểu rõ về san hô và những thách thức mà chúng đối mặt là cần thiết để thúc đẩy các nỗ lực bảo tồn và duy trì hệ sinh thái biển cho các thế hệ tương lai.

Xem thêm: Sứa – Loài sinh vật biển độc đáo và đầy bí ẩn

Cấu tạo của san hô

Mặc dù một đầu san hô có vẻ như là một cơ thể sống độc lập, thực chất nó là sự kết hợp của nhiều polip tương đồng về di truyền. Những polip này là các sinh vật đa bào nhỏ, chuyên ăn những loài động vật nhỏ hơn, từ sinh vật phù du đến các loại cá nhỏ.

Mỗi polip thường có đường kính chỉ vài milimet và được cấu tạo bởi hai lớp chính: lớp biểu mô bên ngoài và lớp mô bên trong tương tự như sứa, gọi là ngoại chất. Hình dáng của polip thường đối xứng trục, với các xúc tu bao quanh một miệng trung tâm, đóng vai trò là cửa vào xoang vị (hay dạ dày) – nơi thức ăn được tiêu hóa và chất thải được thải ra.

Phần đáy của polip có một dạ dày đóng kín, nơi mà lớp biểu mô tạo thành một cấu trúc gọi là đĩa nền. Đĩa này được hình thành từ cacbonat canxi, tạo nên một lớp vỏ cứng bảo vệ polip. Sự phát triển của đĩa nền diễn ra theo chiều thẳng đứng, cho phép polip co lại vào trong khi cần thiết, giúp chúng tìm nơi trú ẩn an toàn.

Polip phát triển thông qua quá trình tạo ra các khoang hình cốc (calices) theo chiều dọc, đôi khi hình thành các vách ngăn để tạo ra các đĩa nền mới cao hơn. Qua hàng ngàn thế hệ, quá trình này dẫn đến sự hình thành các cấu trúc san hô lớn với bộ xương chắc chắn. 

Sự tạo thành xương ngoài chứa cacbonat canxi là kết quả của việc polip kết lắng aragonit từ các ion canxi có trong nước biển. Tốc độ lắng đọng có thể đạt tới 10 g/m² polip/ngày, mặc dù điều này thay đổi tùy theo loài và điều kiện môi trường, đặc biệt phụ thuộc vào ánh sáng.

Các xúc tu của polip là công cụ chính để bắt mồi, nhờ vào các tế bào châm đặc biệt gọi là nematocyst. Khi một sinh vật như phù du chạm vào các gai châm ngứa, nematocyst sẽ phản ứng ngay lập tức, tiêm chất độc vào con mồi để làm tê liệt nó. 

Mặc dù hầu hết các chất độc đều nhẹ, nhưng ở một số loài san hô như san hô lửa, chất độc có thể gây đau đớn cho con người. Sau khi con mồi bị tê liệt, các xúc tu sẽ kéo nó vào dạ dày của polip thông qua một dải biểu mô co giãn được gọi là hầu.

Hệ thống sinh sản của polip rất thú vị; chúng không chỉ sống tách biệt mà còn kết nối với nhau qua một mạng lưới các kênh hô hấp tiêu hóa, cho phép chia sẻ dưỡng chất và các sinh vật cộng sinh. Các loài san hô mềm có hệ thống kênh này với đường kính khoảng 50-500 μm, giúp vận chuyển các chất dinh dưỡng và các thành phần tế bào.

Ngoài việc tiêu thụ sinh vật phù du, nhiều loài san hô cũng hình thành quan hệ cộng sinh với tảo vàng đơn bào thuộc chi Symbiodinium. Mỗi polip thường sống cùng một loại tảo cụ thể. Qua quá trình quang hợp, tảo cung cấp năng lượng cho san hô và hỗ trợ quá trình calci hóa. Đồng thời, tảo cũng nhận được lợi ích từ môi trường an toàn mà polip tạo ra và sử dụng các chất thải như dioxide carbon và nitơ do polip thải ra.

Quan hệ cộng sinh này không chỉ giúp san hô phát triển mạnh mẽ mà còn góp phần tạo nên hệ sinh thái phong phú và đa dạng trong các vùng biển nhiệt đới, điều này làm nổi bật sự quan trọng của san hô trong tự nhiên.

Môi trường sống của san hô

San hô là một trong những sinh vật biển nhạy cảm nhất với sự biến đổi của môi trường tự nhiên. Theo các nhà khoa học, vào năm 2030, hơn 50% rạn san hô trên toàn cầu có nguy cơ bị hủy diệt. Vì lý do này, san hô thường được bảo vệ bởi các luật môi trường nghiêm ngặt. 

Sự phát triển của rạn san hô có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng nếu nước biển chứa quá nhiều chất dinh dưỡng, dẫn đến hiện tượng tảo phát triển mạnh, hoặc nếu nhiệt độ nước thay đổi quá 1-2 độ so với mức bình thường. 

Độ mặn thấp cũng có thể gây ra cái chết cho san hô. Một dấu hiệu cảnh báo sớm về căng thẳng môi trường là việc san hô thải tảo vàng đơn bào cộng sinh. Khi mất đi tảo, mô san hô sẽ trở nên mất màu, để lộ bộ xương cacbonat canxi trắng bên dưới, hiện tượng này được gọi là san hô bạc màu.

Mặc dù nhiều chính phủ đã cấm việc khai thác san hô từ các rạn để giảm thiệt hại từ các hoạt động lặn với bình dưỡng khí, nhưng san hô vẫn tiếp tục chịu thiệt hại do mỏ neo của tàu thuyền và hoạt động nghề cá. Để giải quyết vấn đề này, nhiều chương trình tuyên truyền đã được triển khai nhằm giáo dục cộng đồng về tầm quan trọng của hệ sinh thái san hô và cách bảo vệ chúng.

Rạn san hô tồn tại trong một hốc sinh thái hẹp, do đó, chúng rất nhạy cảm với sự thay đổi độ pH của nước. Hiện tượng axít hóa đại dương, do nồng độ CO2 trong khí quyển tăng, đã làm giảm pH nước biển, dẫn đến giảm khả năng của san hô trong việc tạo ra xương cacbonat. 

Trong những trường hợp nghiêm trọng, bộ xương của chúng có thể bị phân rã hoàn toàn. Các nhà nghiên cứu lo ngại rằng nếu không có biện pháp giảm thiểu lượng CO2 từ hoạt động của con người, axít hóa đại dương có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng, thậm chí tiêu diệt các loài san hô và hệ sinh thái liên quan.

Sự kết hợp của biến đổi khí hậu, ô nhiễm và hoạt động khai thác đã dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng của nhiều rạn san hô trên thế giới. Đặc biệt, những biến đổi khí hậu có thể gây ra sự gia tăng nhiệt độ đủ lớn để hủy diệt san hô. 

Ví dụ, trong giai đoạn ấm lên vào năm 1997-1998, tất cả quần thể san hô Millepora boschmai gần Panama đã bị bạc màu và chết trong vòng 6 năm, loài này hiện nay đã được coi là tuyệt chủng.

Ngoài ra, hiện tượng tảo nở hoa cũng góp phần vào sự chết hàng loạt của san hô, mặc dù nó ít được nhắc đến hơn. Một nghiên cứu tại Vịnh Mannar, đông nam Ấn Độ, cho thấy tỷ lệ san hô chết do tảo nở hoa rất cao, với nồng độ oxy hòa tan giảm xuống dưới 2 mg/l trong thời gian nở hoa, gây ra tình trạng thiếu oxy tạm thời và tỷ lệ chết lên tới hơn 71%. 

Biến đổi khí hậu toàn cầu có thể làm gia tăng tần suất và quy mô của hiện tượng tảo nở hoa trong tương lai, khiến cho các rạn san hô ở vùng nước nông phải đối mặt với tình trạng thiếu oxy thường xuyên hơn.

Xem thêm: Hải miên – Siêu thực phẩm từ biển cả

Tập tính sinh sản của san hô

San hô, với vẻ đẹp lộng lẫy và vai trò thiết yếu trong hệ sinh thái biển, có những tập tính sinh sản đa dạng và thú vị. Chúng chủ yếu sinh sản thông qua hai phương pháp: sinh sản hữu tính và vô tính. 

Sinh sản hữu tính

San hô chủ yếu sinh sản qua hình thức hữu tính, với khoảng 25% loài san hô phụ thuộc vào tảo (san hô đá) hình thành quần thể đơn tính, trong khi phần lớn còn lại mang tính lưỡng tính. Khoảng 75% san hô phụ thuộc tảo sử dụng phương pháp “phát tán con giống” bằng cách phóng thích giao tử (trứng và tinh trùng) vào nước, từ đó lan rộng quần thể của chúng. 

Các giao tử này kết hợp để thụ tinh, tạo thành một ấu trùng nhỏ gọi là planula, thường có màu hồng và hình dạng ô van. Một quần thể san hô cỡ trung bình có thể sản xuất hàng nghìn ấu trùng mỗi năm, mặc dù tỷ lệ thành công để một ấu trùng hình thành quần thể mới là rất thấp.

Sau khi phát tán, ấu trùng planula có xu hướng bơi về phía ánh sáng, thể hiện quang xu hướng tính dương, và hướng lên bề mặt nước. Tại đây, chúng trôi nổi và phát triển một thời gian trước khi bơi xuống đáy biển để tìm kiếm một bề mặt phù hợp để bám vào và xây dựng quần thể mới. 

Quá trình này có nhiều giai đoạn có thể thất bại, mặc dù mỗi quần thể san hô có thể phát tán hàng triệu giao tử, chỉ một số ít trong số đó thành công trong việc hình thành quần thể mới. Thời gian từ khi giao tử được phóng thích cho đến khi ấu trùng định cư thường là từ 2 đến 3 ngày, nhưng trong một số trường hợp có thể kéo dài đến 2 tháng. 

Khi đã định cư, ấu trùng phát triển thành polip san hô và cuối cùng trở thành một đầu san hô thông qua quá trình sinh sản vô tính. Hầu hết các loài san hô, ngoại trừ san hô đá, không phóng thích giao tử một cách đồng thời. 

Thay vào đó, chúng phát tán tinh trùng nhưng giữ lại trứng, cho phép ấu trùng planula lớn hơn phát triển trước khi được phóng thích, giúp chúng có khả năng định cư tốt hơn. Việc phóng thích giao tử đồng bộ thường xảy ra tại các rạn san hô. Ngay cả trong những khu vực có nhiều loài san hô khác nhau, chúng có thể đồng loạt phóng thích giao tử vào cùng một đêm. 

Sự đồng bộ này là rất quan trọng để đảm bảo rằng tinh trùng và trứng gặp nhau, tạo ra ấu trùng planula. Các tín hiệu môi trường dẫn đến việc phóng thích giao tử rất phức tạp, bao gồm các yếu tố như chu kỳ mặt trăng, thời điểm mặt trời lặn, và có thể cả các tín hiệu hóa học. 

Việc phóng thích giao tử đồng thời không chỉ tăng cường khả năng thụ tinh mà còn có thể dẫn đến sự hình thành các dạng san hô lai, góp phần vào quá trình tạo ra loài san hô mới. Hiện tượng này thường xảy ra vào ban đêm, khi nước biển trở nên đục do các “đám mây” giao tử.

San hô phụ thuộc vào nhiều dấu hiệu môi trường để xác định thời điểm phóng thích giao tử. Có hai phương pháp chính để sinh sản hữu tính, tùy thuộc vào việc giao tử cái có được phóng thích hay không.

San hô gieo rắc là phương pháp phổ biến hơn, với phần lớn các loài sinh sản hàng loạt. Chúng giải phóng cả tinh trùng lẫn trứng vào nước, dựa vào các tín hiệu môi trường như thời gian ban ngày, nhiệt độ nước, và đặc biệt là chu kỳ trăng.

Khoảng 75% các loài san hô thuộc nhóm này, phần lớn trong số đó là những loài phụ thuộc vào tảo vàng đơn bào. Giao tử có sức nổi dương, di chuyển về phía bề mặt nước, nơi sự thụ tinh diễn ra, tạo thành các ấu trùng planula. Những ấu trùng này bơi về phía ánh sáng bề mặt, thường lưu lại khoảng từ 2 ngày đến 3 tuần trước khi chìm xuống và biến đổi thành các polip, từ đó hình thành quần thể mới.

San hô ấp trứng, chủ yếu không phụ thuộc tảo vàng đơn bào, thường chỉ phóng thích tinh trùng và có khả năng lưu trữ trứng đã thụ tinh trong vài tuần. Điều này giúp giảm bớt nhu cầu về sự kiện sinh sản đồng bộ, mặc dù vẫn có thể xảy ra. Sau khi thụ tinh, san hô sẽ phóng thích các ấu trùng planula đã phát triển đầy đủ.

Sinh sản vô tính

Tại các đầu san hô, các polip có di truyền giống nhau sinh sản vô tính để phát triển quần thể. Quá trình này diễn ra qua hai hình thức chính: mọc chồi và phân chia.

• Mọc chồi là phương pháp giúp mở rộng kích thước quần thể san hô. Quá trình này bắt đầu khi polip trưởng thành sản sinh ra một corallite mới. Khi polip mới phát triển, nó sẽ hình thành xoang vị, xúc tu và miệng. Khoảng cách giữa các polip mới và trưởng thành sẽ tăng lên, đồng thời hình thành coenosarc – cơ thể chung của quần thể.

• Phân chia có thể diễn ra theo chiều dọc hoặc chiều ngang. Trong phân chia chiều dọc, polip mở rộng và sau đó chia thành hai polip, trong khi phân chia chiều ngang tạo ra hai polip từ một polip ban đầu.

Ngoài ra, quần thể san hô có thể sinh sản vô tính thông qua việc phân mảnh. Khi một mảnh vỡ của đầu san hô bị sóng cuốn đi, nó có thể tiếp tục phát triển tại vị trí mới và tạo thành một quần thể trưởng thành. Quá trình này giúp tăng cường khả năng tái tạo của san hô, cho phép chúng phát triển mạnh mẽ ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt.

San hô là một ví dụ tuyệt vời về sự đa dạng và linh hoạt trong sinh sản của các loài động vật biển, giúp chúng duy trì sự sống và phát triển trong môi trường khắc nghiệt của đại dương.

San hô không chỉ mang lại giá trị sinh thái mà còn là một phần không thể thiếu trong văn hóa và đời sống của con người. Sự suy giảm của các rạn san hô không chỉ ảnh hưởng đến môi trường sống của hàng triệu loài sinh vật biển mà còn gây ra những tác động nghiêm trọng đến sinh kế của hàng triệu người.