Sợi lông nhỏ giúp san hô hô hấp có thể ngừng hoạt động khi đại dương ấm lên

San hô trông như những tảng đá rực rỡ sắc màu nằm im dưới đáy biển. Nhưng ẩn bên trong lớp vỏ tưởng chừng bất động ấy là cả một hệ thống sinh học phức tạp, nơi diễn ra một "vũ điệu sinh tồn" mà khoa học chỉ mới bắt đầu hiểu được từ năm 2014.

San hô Porites lutea — loài được dùng trong thí nghiệm về nhiệt độ

Lông mao — cơ chế hô hấp thầm lặng của san hô

San hô là động vật, không phải thực vật. Giống như mọi sinh vật sống khác, chúng cần oxy để tồn tại. Nhưng san hô không thể di chuyển để tìm nguồn oxy, cũng không phải lúc nào cũng được cung cấp oxy đều đặn.

Vào ban ngày, các polyp nhỏ bé cấu thành nên quần thể san hô nhận được lượng oxy dồi dào từ tảo cộng sinh quang hợp ngay trong mô của chúng. Nhưng khi màn đêm buông xuống, quá trình quang hợp dừng lại, và nguồn oxy duy nhất của polyp lúc này chỉ còn là nước biển xung quanh.

Đây chính là lúc những sợi lông mao (cilia) — cấu trúc siêu nhỏ như sợi tóc — phải vào cuộc. Chúng đập liên tục để tạo ra những xoáy nước di chuyển nhanh, cuốn oxy đến các mô bên ngoài của san hô, đồng thời giúp quần thể không bị lắng đọng trầm tích.

Phát hiện đảo ngược nhận thức khoa học

Trước năm 2014, giới khoa học vẫn tin rằng san hô chỉ thụ động tiếp nhận oxy qua quá trình khuếch tán (diffusion) — dòng chảy tự nhiên của chất qua nước. Tuy nhiên, khuếch tán cực kỳ chậm: oxy có thể mất tới 4 phút chỉ để đi được 1 mm. Trong khi đó, lớp nước mỏng sát bề mặt san hô (gọi là lớp biên) lại bị chậm lại do ma sát, khiến việc khuếch tán càng khó khăn hơn.

Bước ngoặt đến vào năm 2014, khi nhóm nghiên cứu từ MIT và Viện Khoa học Weizmann công bố phát hiện gây chấn động: lông mao của san hô không chỉ là những "chiếc chổi" quét chất thải, mà còn chủ động tạo ra các xoáy nước giàu oxy để tự nuôi sống mình.

"Đối với tôi, và sau này là với toàn bộ giới nghiên cứu, đó là một bước chuyển dịch mô hình (paradigm shift)," — Orr Shapiro, nhà vi sinh vật học từng dẫn dắt nghiên cứu năm 2014 tại MIT, nay là nhà nghiên cứu tại Viện Volcani (Israel), chia sẻ.

San hô trong buồng thí nghiệm — nơi các nhà khoa học quan sát dòng chảy oxy

Khi nước ấm lên, lông mao "vùng vẫy" trong vô vọng

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Science vào tháng 5 năm 2026 đã mang đến hiểu biết mới về cách sinh vật không có não và hệ cơ xương vẫn có thể điều tiết quá trình này — và điều gì xảy ra khi nước xung quanh chúng nóng lên.

Nước ấm tự nhiên chứa ít oxy hơn. Điều này khiến san hô phải đập lông mao nhanh hơn, như thể đang cố hít thở trong cơn ngạt. Nhưng đến một ngưỡng nhiệt độ nhất định, hệ thống bắt đầu phản tác dụng: chính sự vận động điên cuồng của lông mao lại tiêu thụ hết lượng oxy mà mô san hô có thể hấp thụ, khiến polyp chết ngạt trong làn nước vốn đã nghèo oxy.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện chuỗi thí nghiệm kéo dài 24 giờ, cho san hô Porites lutea nuôi trong bể chịu nhiệt độ tăng dần lên tới 39°C. Họ ghi lại chuyển động của lông mao bằng camera tốc độ cao và dùng công nghệ SensPIV cùng các hạt nano phản ứng với oxy để "vẽ bản đồ" dòng xoáy oxy.

Kết quả cho thấy:

• Khi nước tiến gần 37°C (tương đương thân nhiệt con người), lông mao bắt đầu chậm lại.
• Vượt qua 39°C, chúng ngừng hoạt động hoàn toàn, và san hô chết.

"Nhu cầu oxy của san hô tăng nhanh hơn tốc độ xoáy của nước," — Michael Kühl, nhà vi sinh vật học biển tại Đại học Copenhagen, đồng tác giả nghiên cứu, giải thích.

Lông mao của san hô dưới kính hiển vi

Vì sao điều này quan trọng với các rạn san hô toàn cầu?

San hô là nền tảng của hệ sinh thái biển, nuôi dưỡng khoảng 25% sinh vật biển dù chỉ chiếm chưa đến 1% diện tích đáy đại dương. Việt Nam sở hữu hơn 1.100 km bờ biển với nhiều rạn san hô quan trọng tại các khu vực như vịnh Nha Trang, Côn Đảo, Phú Quốc, Cát Bà — những nơi cũng đang chịu áp lực ngày càng lớn từ hiện tượng tẩy trắng san hô do nước biển ấm lên.

Nghiên cứu mới đặt ra câu hỏi: liệu điều gì sẽ xảy ra với san hô trong bối cảnh biến đổi khí hậu? Hiện tượng El Niño mạnh vào cuối năm 2026 được dự báo có thể châm ngòi cho sự kiện tẩy trắng toàn cầu lần thứ năm.

Các nhà khoa học phát hiện rằng lông mao của mỗi polyp được sắp xếp theo đơn vị hình lục giác, giúp phối hợp chuyển động tạo ra những xoáy nước có quy luật. Dòng xoáy này đẩy các hạt không mong muốn ra xa bề mặt san hô, đồng thời hướng chất dinh dưỡng về phía miệng polyp.

"Chúng ta đang chơi trò đuổi bắt với khối lượng thông tin khổng lồ," — David Suggett, nhà sinh vật học biển tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah, nhận định. "Có thể oxy mới chính là 'khẩu súng còn khói' (smoking gun) suốt thời gian qua."

Tương lai nào cho san hô?

Điều còn bí ẩn là cơ chế khiến lông mao đập nhanh hơn trong nước ấm. Có thể do độ nhớt của nước biển giảm khi nhiệt độ tăng, ảnh hưởng đến chuyển động của lông mao. Cũng có thể san hô cảm nhận được nhiệt độ hoặc sự thiếu oxy, rồi một cơ chế sinh học nào đó kích hoạt nhịp đập nhanh hơn. San hô không có hệ thần kinh trung ương hay não, nhưng chúng có mạng lưới thần kinh để xử lý thông tin cảm giác.

"Đó là sự kết hợp của vật lý, sinh học, kỹ thuật — tất cả hòa trộn vào nhau, và chính điều đó khiến nó trở nên thú vị," — Shapiro nói.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng trong gần hai thập kỷ, giới khoa học tập trung vào axit hóa đại dương như mối đe dọa chính với san hô. Nhưng nhìn lại, sự suy giảm oxy (deoxygenation) có thể mới là vấn đề lớn hơn — và là mối đe dọa chết người mà biến đổi khí hậu đang gây ra cho các rạn san hô.

Phát hiện này không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới về sinh lý học san hô, mà còn có thể giúp dự đoán chính xác hơn khu vực nào trên rạn sẽ bị tẩy trắng, từ đó hỗ trợ các nỗ lực bảo tồn và phục hồi hệ sinh thái biển quý giá này.