Con Người Đã Vi Phạm Một Quy Luật Cơ Bản Của Đại Dương

Vào ngày 19 tháng 11, 1969, tàu nghiên cứu CSS Hudson trượt qua những dòng nước lạnh của cảng Halifax ở Nova Scotia và ra khỏi đại dương mở. Chiếc tàu nghiên cứu này đang bắt đầu hành trình biển lớn cuối cùng mà nhiều nhà khoa học hải dương trên tàu xem đó như là hành trình biển cuối cùng chưa được khám phá hoàn toàn: Vòng quanh toàn bộ Châu Mỹ. Tàu đang hướng về Rio de Janeiro, nơi nó sẽ đón thêm các nhà khoa học trước khi đi qua cực Nam ở Mỹ và sau đó hướng về phía bắc qua Thái Bình Dương để đi qua đoạn đường đông băng của Bắc Passage trở lại cảng Halifax.

Trên đường đi, Hudson sẽ thường xuyên dừng lại để những nhà khoa học trên tàu có thể thu thập mẫu và đo lường. Một trong những nhà khoa học đó, Ray Sheldon, đã lên tàu ở Valparaíso, Chile. Một sinh thái học biển tại Viện Đại dương học Bedford của Canada, Sheldon quan tâm đến các tảo vi sinh nhỏ bé có vẻ có ở mọi nơi trong đại dương: Những sinh vật nhỏ bé này lan tỏa ra sao? Để tìm hiểu, Sheldon và đồng nghiệp của ông đưa lên tàu từ biển nước và sử dụng máy đếm tảo để tổng hợp kích thước và số lượng sinh vật mà họ tìm thấy.

Cuộc sống trong đại dương, họ phát hiện, tuân theo một quy luật toán học đơn giản: Sự phong phú của một hợp chất liên quan chặt chẽ đến kích thước cơ thể của nó. Nói một cách khác, sinh vật càng nhỏ, bạn sẽ tìm thấy càng nhiều trong đại dương. Ví dụ, tôm hùm nhỏ hơn cá ngừ, nhưng chúng cũng nhiều hơn cả tỷ lần.

Điều đáng ngạc nhiên hơn là quy luật này có vẻ diễn ra một cách chính xác. Khi Sheldon và đồng nghiệp sắp xếp các mẫu tảo của họ theo thứ bậc của kích thước, họ phát hiện ra rằng mỗi khoảng kích thước chứa chính xác cùng một lượng sinh vật. Trong một xô nước biển, một phần ba khối lượng của tảo sẽ nằm giữa 1 và 10 micromet, một phần ba khác sẽ nằm giữa 10 và 100 micromet, và phần ba cuối cùng sẽ nằm giữa 100 micromet và 1 milimet. Mỗi khi họ chuyển lên một nhóm kích thước, số lượng cá nhân trong nhóm đó giảm đi một hệ số là 10. Tổng khối lượng giữ nguyên, trong khi kích thước của các quần thể thay đổi.

Sheldon nghĩ rằng quy luật này có thể chi phối tất cả cuộc sống trong đại dương, từ vi khuẩn nhỏ nhất đến cá voi lớn nhất. Dường như trực giác này đã chính xác. Phổ Sheldon, như nó đã trở nên nổi tiếng, đã được quan sát trong tảo biển, cá và trong các hệ sinh thái nước ngọt, nữa. (Trong thực tế, một nhà động vật học Nga đã quan sát cùng một mô hình trong đất ở ba thập kỷ trước Sheldon, nhưng phát hiện của ông đã ít được chú ý). “Nó có vẻ ngụ ý rằng không có kích thước nào tốt hơn kích thước nào,” Eric Galbraith, một giáo sư khoa học trái đất và hành tinh tại Đại học McGill ở Montreal, nói. “Mọi người có cùng kích thước tế bào. Và đối với một tế bào, thực sự không quan trọng là bạn có kích thước cơ thể nào, bạn chỉ có xu hướng làm những điều giống nhau.”

Nhưng bây giờ con người dường như đã phá vỡ quy luật cơ bản này của đại dương. Trong một bài báo tháng 11 cho tạp chí Science Advances, Galbraith và các đồng nghiệp của ông cho thấy rằng phổ Sheldon không còn đúng đối với các sinh vật biển lớn hơn. Nhờ vào ngư nghiệp công nghiệp, tổng khối lượng sinh vật biển lớn hơn như cá và động vật biển có vẻ thấp hơn nhiều so với nếu phổ Sheldon vẫn còn hiệu lực. “Có một mô hình mà tất cả cuộc sống dường như đang tuân theo vì lý do mà chúng ta không hiểu,” Galbraith nói. “Chúng ta đã thay đổi điều đó trong suốt 100 năm qua hoặc thậm chí ít hơn.”

Để xác định xem phổ Sheldon còn đúng hay không, Galbraith và các đồng nghiệp đã tổng hợp dữ liệu về tảo từ hình ảnh vệ tinh và mẫu nước biển, mô hình khoa học dự đoán sự phong phú của cá, và ước lượng dân số động vật biển từ Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế. Tổng cộng, nhóm ước lượng sự phong phú toàn cầu của 12 nhóm lớn sinh vật biển, từ vi khuẩn đến động vật có vú. Sau đó, họ so sánh tình trạng của đại dương ngày nay với ước lượng về những gì chúng có thể đã giống như trước năm 1850, bằng cách xem xét cá và động vật có vú mà ngư nghiệp công nghiệp và săn cá voi đã bắt khỏi nước. Để đơn giản hóa mọi thứ, các nhà nghiên cứu giả định rằng mức độ vi khuẩn, tảo và cá nhỏ vào năm 1850 tương đương với mức độ ngày nay.

Khi Galbraith và đồng nghiệp nhìn vào ước lượng trước năm 1850 này, họ ngay lập tức nhận thấy rằng phổ Sheldon chủ yếu vẫn đúng. Các nhà nghiên cứu发现 rằng trong kịch bản trước năm 1850, lượng sinh khối đáng kể đồng đều trên các nhóm kích thước. Khi họ tổng hợp tất cả các sinh vật có trọng lượng từ 1 đến 10 gram, nó lên đến 1 tỷ tấn mét khối. Điều tương tự cũng đúng cho tất cả các sinh vật có trọng lượng từ 10 đến 100 gram, và giữa 100 gram và 1 kilogram, và cứ thế. Chỉ ở hai đầu cực cực kỳ của phổ - vi khuẩn nhỏ nhất và cá voi lớn nhất - các đo lường bắt đầu biến đổi.

So sánh những ước lượng trước năm 1850 này với các mô hình hiện đại kể một câu chuyện rất khác. Các mô hình cho thấy rằng lượng sinh khối của cá lớn hơn 10 gram và tất cả các động vật biển đã giảm hơn 2 tỷ tấn mét khối kể từ năm 1800. Các lớp kích thước lớn nhất dường như đã giảm sinh khối gần 90% kể từ năm 1800. Nhiều loài cá lớn và động vật biển mà trước đây thường sống ở đại dương đơn giản là không còn ở đó nữa.

“Thế giới mà tôi lớn lên đã biến mất,” nói Kristin Kaschner, một nhà sinh thái biển tại Đại học Freiburg ở Đức. Từ năm 1890 đến 2001, dân số của tất cả các loài cá voi giảm từ hơn 2,5 triệu xuống dưới 880,000. Trong khi dân số của một số loài cá voi đã phục hồi sau lệnh đình chỉ săn cá voi toàn cầu vào năm 1986, nhiều loài vẫn đang trong tình trạng nguy cơ. Và trong khi đa số các nguồn cá đang được đánh bắt theo cách cho phép chúng duy trì hoặc phát triển dân số, hơn 34% chúng đang bị khai thác quá mức, điều này có nghĩa là chúng ta đang loại bỏ quá nhiều cá từ một khu vực nhất định mà dân số của chúng không thể phục hồi. Một số nguồn cá đang bị khai thác quá mức bao gồm cá cơm Nhật Bản, cá trích Alaska và cá pilchard Nam Mỹ. “Tôi nghĩ chúng ta đang tiến gần đến một thế giới nơi mặc định không phải là một hệ sinh thái tự nhiên trong đó mọi thứ đều như bạn đã có nó trước khi có sự khai thác và can thiệp của con người,” Kaschner nói.

Mặc dù hình ảnh không lạc quan ở thời điểm hiện tại, nhìn vào phổ kích thước của các hợp chất hữu cơ biển có thể là một chỉ báo hữu ích về sức khỏe của đại dương, Julia Blanchard, một nhà sinh thái học tại Đại học Tasmania ở Úc, cho biết. Blanchard đã nghiên cứu rạn san hô và phát hiện rằng khi phổ Sheldon dường như bị lệch khỏi quỹ đạo, đó là dấu hiệu cho thấy hệ sinh thái rạn san hô không còn khỏe mạnh nữa. “Nếu chúng ta đang cố gắng cải thiện điều đó, chúng ta có thể làm là hỏi điều gì sẽ là một mức độ đánh bắt duy trì phổ kích thước,” cô nói.

Một vấn đề là ngư dân thường nhắm đến những con cá BOFFFF: cá lớn, già, béo, mạnh mẽ và cái cái. Cơ thể lớn của chúng được đánh giá cao bởi ngư dân, nhưng BOFFFFs là nguồn quan trọng của cá con mới. Loại bỏ chúng và phổ kích thước nhanh chóng lệch khỏi quỹ đạo. Một cách để quản lý điều này là khuyến khích ngành công nghiệp cá đánh bắt vào cá kích thước trung bình, cho phép những con cá trưởng thành tái tạo dân số bị giảm sút.

Tất nhiên, việc khai thác quá mức không phải là thách thức duy nhất mà các dân số biển đang phải đối mặt. Một kịch bản xấu nhất với việc nâng nhiệt độ 5 độ Celsius sẽ quá nóng cho 50% loài cá, và thậm chí 1.5 độ Celsius cũng quá nhiều cho 10% loài cá, theo một nghiên cứu. Khai thác quá mức có nghĩa là những dân số này bắt đầu từ một điểm yếu hơn nhiều so với nếu không có khai thác. Lấy quá nhiều cá từ đại dương sẽ giảm đa dạng gen, làm yếu hệ thức ăn, và làm cho môi trường sống ở đại dương suy giảm, tất cả đều làm cho một hệ sinh thái cá thể trở nên quan trọng hơn đối với các biến động. “Quan trọng là khi bạn đánh bắt hệ thống và sau đó nó trở nên nóng lên, nó sẽ ít linh hoạt hơn trước sự nóng lên đó,” Blanchard nói.

Thì là tin tốt là các loài cá có thể hồi phục. “Chúng rất đàn hồi,” nói Ken Andersen, một nhà sinh thái học biển tại Đại học Công nghệ Đan Mạch. Vào tháng 9, Liên minh Quốc tế bảo tồn thiên nhiên đã đưa bốn loài cá ngừ khác nhau xuống dưới danh sách các loài bị đe dọa sau khi dân số của chúng bắt đầu phục hồi, nhờ vào việc thiết lập hạn chế câu cá nghiêm ngặt và đàn áp việc câu cá bất hợp pháp. “Dễ dàng hơn để dừng lại việc đánh bắt quá mức hơn là dừng lại biến đổi khí hậu,” Galbraith nói. “Nếu chúng ta câu cá ít hơn, nếu chúng ta cho phép các hệ sinh thái phục hồi, chúng ta có thể duy trì điều đó.”

Cập nhật ngày 24-11-21, 12:45 giờ giờ đông: Câu chuyện này đã được cập nhật để sửa tên CSS Hudson. 

Những điều tuyệt vời từ Mytour

• 📩 Cập nhật mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!
• Neal Stephenson cuối cùng đã đối mặt với biến đổi khí hậu toàn cầu
• Tại sao Zillow không thể thực hiện giá nhà theo thuật toán
• Đua nhau phát triển vắc xin chống mọi loại coronavirus
• Định mệnh của nhà sáng tạo đi theo “cuộc lăn”
• “Đại diện vụ” bỏ lỡ điểm quan trọng
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 📱 Lưỡng lự giữa những chiếc điện thoại mới nhất? Đừng lo lắng—xem hướng dẫn mua iPhone và điện thoại Android yêu thích của chúng tôi