Biến đổi khí hậu đe dọa loài nhuyễn thể Nam Cực và toàn bộ hệ sinh thái phụ thuộc vào chúng

Nam Đại Dương bao quanh Nam Cực là một trong những hệ sinh thái biển phong phú nhất trên Trái đất. Chuỗi thức ăn ở đây hỗ trợ sự sống đa dạng, từ các vi sinh vật nhỏ bé đến hải cẩu, chim cánh cụt và nhiều loài cá voi. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu đang làm đảo lộn sự cân bằng mong manh này.

Những con nhuyễn thể Nam Cực – loài giáp xác nhỏ cỡ ngón tay, sống theo đàn – có thể rất nhỏ bé, nhưng lại đóng vai trò nền tảng trong chuỗi thức ăn ở Nam Đại Dương. Nghiên cứu của chúng tôi công bố hôm nay cho thấy biến đổi khí hậu sẽ khiến môi trường đại dương hỗ trợ sự phát triển của nhuyễn thể dần dịch chuyển về phía nam. Môi trường này cũng sẽ xấu đi vào mùa hè và mùa thu.

Hệ quả là toàn bộ chuỗi thức ăn sẽ bị ảnh hưởng, trong đó có cả những loài động vật phụ thuộc vào nhuyễn thể như cá voi lưng gù – loài đến Nam Đại Dương để kiếm ăn sau hành trình di cư hàng năm.

Những gì chúng tôi phát hiện

Nhuyễn thể Nam Cực là một trong những loài động vật phong phú nhất thế giới, với ước tính khoảng 500 triệu tấn tồn tại trong Nam Đại Dương.

Chúng đóng vai trò quan trọng trong mạng lưới thức ăn đại dương, nhưng sự sống còn của chúng phụ thuộc vào sự cân bằng tinh tế giữa nhiệt độ và nguồn thức ăn – chủ yếu là thực vật phù du (loài thực vật đơn bào cực nhỏ). Các nhà khoa học lo ngại rằng biến đổi khí hậu sẽ ảnh hưởng đến quần thể nhuyễn thể và toàn bộ hệ sinh thái biển.

Chúng tôi đã tiến hành mô phỏng để dự đoán biến đổi khí hậu sẽ tác động thế nào đến “môi trường sinh trưởng” của nhuyễn thể – tức là những vùng biển nơi chúng có thể phát triển mạnh mẽ.

Theo kịch bản "phát thải như hiện nay", nhiệt độ và lượng thực vật phù du thay đổi theo khu vực và mùa. Ở các vĩ độ trung bình và thấp, nhiệt độ nước biển ấm dần đến giới hạn mà nhuyễn thể có thể chịu đựng. Ví dụ, đến năm 2100, nhiệt độ mùa hè quanh đảo South Georgia sẽ tăng khoảng 1,8°C.

Ở một số vùng, nước ấm lên còn đi kèm với sự sụt giảm thực vật phù du. Chẳng hạn, ở biển Bellingshausen vào mùa hè, nhiệt độ tăng 1,7°C khiến lượng thực vật phù du giảm một nửa.

Tuy nhiên, lượng thực vật phù du lại tăng mạnh gần lục địa Nam Cực vào mùa xuân và hè – tăng cao nhất là 175% ở biển Weddell vào mùa xuân.

Sự dịch chuyển môi trường sống

Tổng thể, môi trường sinh trưởng của nhuyễn thể vẫn tương đối ổn định với 85% diện tích Nam Đại Dương. Tuy vậy, những thay đổi đáng kể vẫn xảy ra ở cấp độ khu vực.

Môi trường sinh trưởng dần dịch chuyển về phía nam, do nhiệt độ phù hợp bị thu hẹp về phía cực. Kết hợp với sự thay đổi về phân bố thực vật phù du, môi trường sinh trưởng của nhuyễn thể được cải thiện vào mùa xuân nhưng lại xấu đi vào mùa hè và thu.

Việc kết thúc mùa sinh trưởng sớm có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng cho quần thể nhuyễn thể. Chu kỳ sống của chúng vốn được đồng bộ hóa với các chu kỳ mùa khắc nghiệt của Nam Đại Dương, cho phép chúng tối ưu việc sinh trưởng, sinh sản và tích trữ năng lượng để vượt qua mùa đông.

Nếu thời điểm sinh trưởng bị lệch pha, sẽ xuất hiện sự "không ăn khớp" giữa chu kỳ phát triển và chu kỳ sinh sản. Ví dụ, nhuyễn thể cái cần nguồn thức ăn dồi dào vào mùa hè để sinh sản. Những con cái lớn hơn sẽ đẻ trứng nhiều hơn theo cấp số nhân, nên sự suy giảm môi trường sinh trưởng mùa hè có thể khiến nhuyễn thể cái nhỏ hơn và giảm đáng kể khả năng sinh sản.

Tại sao điều này quan trọng

Với vai trò trung tâm trong chuỗi thức ăn, bất kỳ thay đổi nào ảnh hưởng đến nhuyễn thể cũng sẽ lan rộng khắp hệ sinh thái.

Nếu nhuyễn thể phải dịch chuyển về phía nam để theo kịp môi trường sống đang co lại, những loài săn mồi sống ở các đảo cận Nam Cực như hải cẩu lông Nam Cực, chim cánh cụt và hải âu sẽ bị ảnh hưởng vì lượng thức ăn của chúng giảm đi đáng kể.

Trong quá khứ, những năm mà mật độ nhuyễn thể thấp thường trùng với giai đoạn thành công sinh sản của các loài trên giảm mạnh.

Sự thay đổi thời điểm nhuyễn thể sinh trưởng còn ảnh hưởng đến các loài di cư như cá voi lưng gù. Hằng năm, chúng di cư từ vùng nhiệt đới đến vùng cực để ăn nhuyễn thể vào mùa hè. Nếu thời điểm nhuyễn thể đạt đỉnh đến sớm hơn, cá voi sẽ buộc phải đến sớm hơn – hoặc sẽ không có đủ thức ăn.

Nhìn về phía trước

Những thay đổi trong môi trường sinh trưởng của nhuyễn thể không chỉ đe dọa chuỗi thức ăn biển. Nhu cầu đối với dầu nhuyễn thể trong các sản phẩm bổ sung sức khỏe và thức ăn nuôi trồng thủy sản ngày càng tăng, trong khi nhuyễn thể lại là mục tiêu chính của ngành đánh bắt lớn nhất tại Nam Đại Dương. Dự báo chính xác sự thay đổi về sản lượng nhuyễn thể là yếu tố then chốt để quản lý ngành khai thác này một cách bền vững.

Có nhiều yếu tố môi trường tác động lẫn nhau để tạo ra môi trường sống lý tưởng cho nhuyễn thể. Do đó, cần nhiều nghiên cứu hơn nữa, bao gồm các mô hình cải tiến và sự hiểu biết sâu hơn về cơ chế sinh sản và tồn tại của nhuyễn thể.

Tuy nhiên, thông qua việc phân tích sự thay đổi của thực vật phù du, chúng tôi đã tiến một bước quan trọng trong việc dự đoán tác động của biến đổi khí hậu lên nhuyễn thể và toàn bộ hệ sinh thái biển Nam Cực.