Hiện tượng xác cá voi

Hiện tượng xác cá voi (hay Whale fall, 鲸落) mô tả tình trạng khi cá voi qua đời và xác của chúng chìm xuống đáy đại dương ở độ sâu hơn 1000 mét. Khi tiếp xúc với đáy biển, những cái xác này trở thành nguồn thức ăn cho các sinh vật biển sâu trong nhiều năm. Điều này khác biệt so với những xác cá voi trôi nổi hoặc dạt vào bờ, nơi chúng bị ăn mất trong thời gian ngắn. Hiện tượng này được phát hiện vào cuối thập niên 1970 khi công nghệ thám hiểm biển sâu được cải tiến. Các nhà nghiên cứu đã tiếp tục theo dõi những xác cá voi này bằng tàu ngầm và thiết bị tiên tiến để hiểu rõ hơn về sự tiến hóa của hệ sinh thái biển sâu.

Xác cá voi chìm xuống đáy biển thu hút nhiều loại sinh vật khác nhau. Trong số những sinh vật được quan sát có các loài chân giống khổng lồ, tôm, tôm hùm, giun biển, cá thuộc họ Myxinidae, Somniosidae, cua, hải sâm và giun thây ma. Các công nghệ hiện đại đã giúp quan sát rõ hơn các khu vực xác cá voi chìm, dẫn đến phát hiện nhiều loài mới và các chuyên gia tiềm năng. Các xác cá voi có vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa vì chúng tạo ra môi trường cho các sinh vật thích nghi. Các nghiên cứu cho thấy có khoảng 690.000 xác cá voi/bộ xương của 9 loài lớn nhất, với khoảng cách trung bình giữa các xác là 12 km và nhỏ nhất là 5 km, giúp phân tán ấu trùng và di chuyển giữa các xác.

Xác cá voi chìm dưới biển sâu có thể xảy ra ở các vùng nước mở, nơi nhiệt độ thấp và áp suất cao. Nếu xác cá voi chìm ở vùng nước nông, nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy vi khuẩn phân hủy kết hợp với các loài ăn xác chết. Sự nổi lên của xác cá voi do khí gas sinh ra trong quá trình phân hủy không mâu thuẫn với việc chúng có thể chìm xuống. Các loài cá voi lớn như cá nhà táng và cá voi tấm sừng thường chỉ nổi lên khi phổi chứa đầy không khí; còn nếu không, xác sẽ nhanh chóng chìm và ít bị phân hủy do ít loài ăn xác chết ở độ sâu. Khi xuống sâu, nhiệt độ thấp làm giảm tốc độ phân hủy và áp suất cao giúp hòa tan khí gas trong nước, giữ cho xác còn nguyên vẹn trước khi các sinh vật đến và tiếp tục chìm sâu.

Khám phá

Vào năm 1854, một cá thể trai mới được phát hiện bám trên một mảnh mỡ cá voi trôi nổi trên mặt nước. Điều này dẫn đến giả thuyết rằng xác cá voi cung cấp nguồn thức ăn cho các sinh vật khác. Đến những năm 1960, các tàu đánh cá sâu đã tìm thấy loài trai và một số sao biển bám trên các khúc xương cá voi.

Ngày 19 tháng 2 năm 1977, một tàu lặn khảo sát biển sâu đã phát hiện một địa điểm 'Whale fall'. Tuy nhiên, đây chỉ là bộ xương nằm trên đáy biển mà không còn thịt hay mô hữu cơ. Bằng cách ghép các mảnh xương hàm và xương chi lại, các nhà khoa học xác định đây là xương của cá voi xám dựa trên kích thước xương và vị trí phát hiện ở phía tây Santa Catalina.

Năm 1987, nhóm nghiên cứu dưới sự dẫn dắt của hải dương học Craig Smith từ Đại học Hawaii đã phát hiện một hệ sinh thái trên xác cá voi ở độ sâu 1240 mét quanh đảo Santa Catalina, California. Tàu DSV Alvin đã sử dụng sonar để quan sát khu vực và thu thập ảnh cũng như mẫu sinh vật tại đó.

Theo thời gian, công nghệ phát hiện hệ sinh thái trên xác cá voi đã được cải tiến với sự ra đời của sonar quét sườn. Công nghệ này cho phép xác định chi tiết đáy biển một cách chính xác hơn.

Đặc điểm sinh thái

Các hệ sinh thái 'Whale fall' phân bố không đồng đều nhưng chủ yếu tập trung quanh các tuyến di cư của cá voi và có xu hướng chồng chất theo thời gian. Những nơi này có sự xuất hiện của trai và động vật thân mềm chứa vi khuẩn hóa tổng hợp, hấp thụ các chất vô cơ như lưu huỳnh. Trước khi phát hiện vai trò quan trọng của xác cá voi trong hệ sinh thái biển sâu, các nhà nghiên cứu tin rằng sinh vật hấp thụ năng lượng từ các chất vô cơ chỉ có thể sống nhờ các khúc gỗ chìm hoặc miệng phun thủy nhiệt. Tương tự, loài sò Lucinidae từng được cho là chỉ sống ở những khu vực thiếu oxy. Một chi giun biển tên là Osedax tiết ra axit để làm mòn xương cá voi và hấp thụ chất dinh dưỡng trong quá trình này. Vai trò của chi giun này là quan trọng vì nó giúp tăng cường lượng nước khuếch tán vào chất nền xương, tạo điều kiện cho các sinh vật khác sinh sống. Đối với các bộ xương không phải của cá thể trưởng thành, mức độ bào mòn của axit từ chi Osedax là rất cao vì xương của chúng ít calci.

Thông thường, các hệ sinh thái 'Whale fall' có từ 3 đến 5 bậc dinh dưỡng với 2 nguồn thức ăn chính cấu thành chuỗi thức ăn. Xác của các cá thể trưởng thành có thể tạo ra một hệ sinh thái 5 bậc dinh dưỡng, trong khi các xác nhỏ hơn có thể chỉ tạo ra từ 3 đến 4 bậc, tùy thuộc vào kích thước của chúng.

Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự phân chia rõ rệt trong hệ sinh thái này. Các loài ăn xác chết thường hoạt động nhiều vào ban ngày, trong khi các loài săn mồi chiếm ưu thế vào ban đêm. Điều này giúp giảm bớt sự cạnh tranh giữa hai nhóm sinh vật. Thời gian, thủy triều và số lượng sinh vật có mặt cũng ảnh hưởng đến sự phân chia này và có thể tạo ra các sự phân chia khác.

Hệ sinh thái 'Whale fall' hình thành từ một lượng lớn vật chất. Do đó, không nhất thiết phải là xác cá voi mà các mảng tảo lớn hay khúc gỗ chìm cũng có thể tạo ra hệ sinh thái tương tự. Gần đây, các nhà khoa học cũng phát hiện rằng các xác tàu đắm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ sinh thái biển sâu. Diễn thế sinh thái của 'Whale fall' thường được chia thành 4 giai đoạn.

Các giai đoạn

Diễn thế sinh thái của hệ sinh thái 'Whale fall' bao gồm bốn giai đoạn chính, liên quan chặt chẽ với quá trình phân hủy của xác cá voi. Thời gian kéo dài của từng giai đoạn có sự khác biệt lớn do kích thước xác, độ sâu và yếu tố thủy triều tác động. Một xác cá voi lớn và nguyên vẹn sẽ trải qua đầy đủ bốn giai đoạn, trong khi xác nhỏ hơn hoặc đã phân hủy trước khi chìm sẽ trải qua ít giai đoạn hơn. Cá heo hay cá heo mỏ không trải qua các giai đoạn này do kích thước nhỏ và hàm lượng lipid thấp. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự xuất hiện của chi giun Osedax là một yếu tố quan trọng gây ra sự khác biệt giữa các hệ sinh thái.

Giai đoạn này bắt đầu với sự xuất hiện của các loài ăn xác chết như cá thuộc lớp Myxinidae và họ Somniosidae. Chúng tiêu thụ các mô mềm của xác cá voi với tốc độ từ 40 đến 60 kg thịt mỗi ngày. Giai đoạn này có thể kéo dài từ vài tháng đến tối đa 1,5 năm.

Các sinh vật như trai, động vật thân mềm và giun biển sẽ sinh sống trong các mảnh xương và chất nền xung quanh bộ xương, tìm kiếm những mô mềm còn lại hoặc mảnh vụn hữu cơ. Giai đoạn này có thể kéo dài từ vài tháng đến 4,5 năm.

Trong giai đoạn này, các sinh vật hóa dưỡng sẽ phân hủy các liên kết lipid trong xương cá voi. Thay vì sản xuất oxi, chúng tạo ra Hydro sulfide, chất độc hại mà chỉ những sinh vật chịu đựng được mới sống sót. Các vi khuẩn này là nguồn thức ăn cho trai, sò, sao biển và ốc biển. Xương cá voi chứa khoảng 4 đến 6% lipid, và giai đoạn này có thể kéo dài từ 50 năm đến 100 năm.

Giai đoạn này được xác định khi các chất hữu cơ quanh bộ xương đã phân hủy hết, chỉ còn lại các chất khoáng như canxi. Những gì còn lại sẽ trở thành nền cứng cho đáy biển.

Ảnh hưởng từ việc khai thác cá voi

Việc chỉ săn bắt những cá thể lớn đã gây ra sự suy giảm đáng kể đối với các hệ sinh thái 'Whale fall'. Dù mức độ tác động vẫn chưa được làm rõ, nhưng chắc chắn nó có ảnh hưởng không nhỏ. Một số nhà nghiên cứu cho rằng sự suy giảm này có thể làm giảm sinh khối của các hệ sinh thái biển sâu lên đến 30%. Các xác cá voi mang theo lượng carbon xuống đáy biển, nơi mà quá trình cô lập carbon có thể kéo dài hàng trăm đến hàng nghìn năm. Một xác cá voi được ước tính tương đương với hàng nghìn cây xanh.

So với các nguồn thực phẩm lớn khác

Các nghiên cứu cũng đã xem xét xác của những động vật xương sống khác rơi xuống đáy biển, không chỉ cá voi. Ví dụ, phát hiện ngẫu nhiên một con cá mập voi và ba con cá đuối mobulid đã cho thấy sự hình thành các quần xã sinh thái lớn khác với hệ sinh thái quanh xác cá voi. Cá mập voi thường sống ở độ sâu khoảng 1.000 mét, cho thấy đây có thể là loại thức ăn thường xuyên rơi xuống các khu vực này. Nhiều loài lươn (Zoarcidae) đã được phát hiện xung quanh cá mập voi, với một số bằng chứng cho thấy chúng ăn trực tiếp từ xác thịt. Một giả thuyết khác cho rằng cá chình mun chờ đợi con mồi chính là động vật chân đốt và các sinh vật đáy nhỏ. Ba con cá đuối được tìm thấy ở các giai đoạn phân hủy khác nhau, dẫn đến các tập hợp sinh vật khác nhau quanh chúng. Số lượng động vật ăn xác thối nhiều hơn được tìm thấy xung quanh các xác còn nguyên vẹn, bao gồm các loài như cá voi. Ngược lại, xung quanh các xác ít nguyên vẹn hơn, chỉ thấy thảm vi khuẩn làm giàu mà không thấy trai hoặc loài trai đặc trưng của cá voi.

Nhìn chung, bốn xác cá voi được khảo sát không cho thấy bằng chứng nào về sự tiến triển trong giai đoạn phân hủy. Sự khác biệt về kích thước cũng như sự khác nhau về sinh lý giữa các loài cá voi lớn và cá voi nhỏ có thể gây ra sự thay đổi quan sát được trong các cộng đồng xung quanh xác của chúng. Osedax, loại giun có khả năng chiết xuất collagen từ xương cũng như lipid, cho phép chúng sống sót trên các xương khác với phần còn lại giàu lipid của cá voi. Mặc dù trong nghiên cứu này không phát hiện Osedax trên xác động vật không có vú, nhưng sự vắng mặt của chúng có thể do thời gian quan sát chưa đủ và Osedax chưa kịp xâm nhập. Nhiều nghiên cứu khác cho thấy các thác thức ăn của động vật giáp xác và loài động vật có xương sống khác cũng cung cấp lượng lớn vật chất hữu cơ xuống độ sâu, nhưng chủ yếu hỗ trợ cộng đồng động vật ăn xác thối, trái ngược với sự đa dạng sinh học thấy ở thác cá voi. Kết luận này được rút ra dựa trên việc cá voi lớn có hàm lượng lipid cao hơn nhiều trong thành phần khối lượng lớn và tủy xương của chúng, điều này hỗ trợ sự tồn tại của các cộng đồng đa dạng ở các thác cá voi.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh các xác sauropod với hiện tượng cá voi rơi hiện đại và nhận thấy rằng kích thước của sauropod tương đương với các động vật giáp xác hiện đại. Xác sauropod có thể chứa lượng năng lượng phong phú, và do chúng không trôi nổi xa, nên có thể là nguồn tài nguyên quan trọng cho nhiều loài khủng long ăn thịt trên cạn.

Liên kết ngoài

• Bài báo của Smith và Baco năm 2003 về sinh thái học xác cá voi (Đại học Hawaii)
• Bài viết từ chương trình Nghiên cứu Dưới biển của NOAA Lưu trữ 2017-11-03 tại Wayback Machine
• Robin Meadows, 'Một Câu Chuyện Về Cá Voi'
• (Science Daily), Đại học California, Berkeley, 'Cá Voi Hóa Thạch Đặt Giới Hạn Về Nguồn Gốc Của Xương Có Dầu, Nổi' 14 tháng 9 năm 2007