Thí nghiệm kéo dài một thập kỷ hé lộ bí ẩn về 'rạn san hô sâu' của đại dương

Vào một ngày tháng Năm đầy nắng, giữa vùng nước xanh ngọc của đảo quốc Palau thuộc Tây Thái Bình Dương, một nhóm thợ lặn chuẩn bị lặn xuống để trục vớt bằng chứng về một thế giới dưới nước đầy bí ẩn. Palau vốn nổi tiếng với những rạn san hô rực rỡ, nhưng lần này họ không nhắm tới những rạn san hô phơi mình dưới ánh mặt trời, mà hướng tới một vùng chạng vạng ít người biết đến có tên gọi hệ sinh thái san hô trung quang (mesophotic coral ecosystem).

Mesophotic ghép từ hai nghĩa "giữa" và "ánh sáng", chỉ những vùng nằm cách mặt nước khoảng 30 đến 150 mét — không còn sáng rõ như tầng nông, cũng chưa tối đen như đáy sâu. Để đơn giản, ta có thể gọi những quần thể này là "rạn san hô sâu".

Thợ lặn chuẩn bị trục vớt các cấu trúc nghiên cứu từ vùng rạn sâu

Một "vùng hoàng hôn" gần như chưa được biết đến

Một trong những thợ lặn trong chuyến đi là Luiz Rocha, nhà động vật học và giám tuyển tại Viện Hàn lâm Khoa học California, người đã dành nhiều thập kỷ nghiên cứu các rạn san hô sâu.

"Bất cứ thứ gì nằm giữa 30 và 150 mét đều thực sự, thực sự chưa được biết đến", ông nói.

Chính vì quá ít hiểu biết, các nhà nghiên cứu như Rocha phải đối mặt với những câu hỏi lớn: Điều gì đang diễn ra trong hệ sinh thái này? Ai sống ở đó? Và liệu những rạn sâu có thể trở thành nơi trú ẩn cho các loài sinh sống tại những rạn nông hơn hay không?

Các nhà khoa học đã biết một số điều cơ bản. Rạn san hô sâu xuất hiện ở nhiều khu vực có rạn nông, chủ yếu ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như Micronesia, Caribe hay vịnh Mexico. Tại đó có nhiều loài dường như chỉ tồn tại riêng biệt, và các nghiên cứu gần đây cho thấy chúng có thể cũng dễ bị tổn thương bởi biến đổi khí hậu.

Khác biệt then chốt so với rạn nông nằm ở ánh sáng. Ở tầng nông, san hô cứng cộng sinh với tảo quang hợp — tảo cung cấp dưỡng chất, san hô tiết ra khung canxi cacbonat tạo nên kiến trúc rạn. Càng xuống sâu, ánh sáng càng yếu, cơ hội quang hợp cũng vơi dần, nhiệt độ giảm theo. Vì vậy, sinh vật ở rạn sâu là những loài chịu được thế giới tối và lạnh hơn.

Việc lặn xuống tận 100 mét đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và rủi ro cao hơn nhiều so với vùng nước nông.

"Chúng tôi có khoảng thời gian rất, rất ngắn", Rocha nói. "Ý tôi là năm phút. Sáu, bảy phút."

Trong khoảng thời gian đó, thợ lặn chỉ kịp chụp vài bức ảnh, đo vài chỉ số hay thu một vài mẫu, rồi phải quay lên từ từ suốt hàng giờ để tránh bệnh giảm áp. Robot lặn và tàu ngầm có thể hỗ trợ, nhưng máy ảnh không phải lúc nào cũng ghi lại được những sinh vật ẩn mình, tinh tế. Vì thế, lỗ hổng kiến thức khoa học về những hệ sinh thái này vẫn còn rất lớn.

Cấu trúc ARMS — "khách sạn" thu gom sự sống

Khoảng một thập kỷ trước, Rocha bắt đầu quan tâm đến một phương pháp lấy mẫu đa dạng sinh học khác: cấu trúc giám sát rạn tự động (Autonomous Reef Monitoring Structures, viết tắt ARMS).

Mỗi ARMS là một chồng nhiều tấm nhựa PVC xếp cách đều nhau và gắn lên một tấm đế. Trông chúng chẳng khác gì những "khách sạn" xám xịt không đặc điểm. Bạn mang chúng tới nơi cần nghiên cứu, thả xuống, cố định, rồi để yên cho sự sống tự kéo đến.

Một cấu trúc ARMS phủ đầy sinh vật biển%2520%2520%25C2%25A9%2520Steve%2520Lindfield.jpg)

"Ngay khi bạn thả bất kỳ cấu trúc sạch nào xuống rạn, nó bắt đầu bị ấu trùng của mọi thứ xung quanh chiếm cứ — bọt biển, san hô sừng, san hô. Rồi vì có nhiều chỗ ẩn nấp giữa các tấm, chúng tiếp tục được tôm, nhuyễn thể, hải tiêu... chiếm lấy. Nó trở thành một rạn mini ổn định, đa dạng, chứa đầy sinh vật mà rất khó thu thập hết cùng lúc ở một rạn bất kỳ", Rocha giải thích.

Sau vài năm, bạn quay lại, thu hồi ARMS và nghiên cứu "rạn mini" đã mọc trên đó. Đây không chỉ là cách hiệu quả để thu nhiều sinh vật cùng lúc, mà còn chuẩn hóa — mỗi ARMS đều giống nhau, cho phép so sánh dữ liệu giữa các rạn, các vùng biển khác nhau.

"Mỗi cái đều giống hệt nhau", Chris Meyer, giám đốc Chương trình ARMS Toàn cầu của Viện Smithsonian, nói. "Đó là nhà ở lắp ghép sẵn, và bạn chỉ cần xem ai dọn vào ở."

Từ năm 2016 đến 2018, với nguồn tài trợ tư nhân, Rocha cùng đồng nghiệp đã đặt ARMS tại vùng rạn sâu quanh Palau, Guam, Quần đảo Marshall và Polynesia thuộc Pháp — một số ở độ sâu khoảng 50 mét, một số ở 100 mét, và một số ở 10 mét để so sánh. Rồi họ chờ đợi.

Trục vớt và phân loại — cuộc đua với thời gian

Việc thu hồi ARMS tốn kém hơn triển khai, nên nhóm phải mất thêm thời gian tìm nguồn tài trợ. Cuối cùng, các nhà tài trợ tư nhân đồng ý chi trả, đưa Rocha và đồng đội trở lại Palau để kéo những cấu trúc từ đáy sâu lên.

Đội ngũ đưa ARMS vào các thùng trong suốt chứa nước biển để sinh vật không bị cuốn trôi, rồi chuyển lên cho các thợ lặn ở tầng nông hơn theo kiểu tiếp sức. Một số ARMS khá thưa thớt, nhưng những cái khác gần như phủ đầy sinh vật — rực rỡ sắc đỏ, cam, xanh lá, hồng và trắng. Có cái mang một khối bọt biển khổng lồ, cái khác có những tua mảnh buông xuống như dương xỉ san hô.

Thợ lặn sâu trục vớt ARMS và đặt vào thùng trong suốt để chuyển lên tầng nông

Tại Trung tâm Rạn san hô Quốc tế Palau, các nhà khoa học lao vào công việc — nhìn, chạm và ngửi hệ sinh thái bí ẩn này ở cự ly gần. Quá trình vừa đầy hào hứng kỳ diệu, vừa là một dây chuyền tháo gỡ được vận hành trơn tru.

Họ thu được hải tiêu — được cho là họ hàng gần nhất của chúng ta trong nhóm động vật không xương sống. Họ thu bọt biển phẳng, bọt biển dày có lông cứng như những con sâu róm bất động, có cái mỏng như vảy da điểm những sợi bạc. Họ thu san hô mềm kỳ lạ gọi là san hô tám ngăn, cùng những tập đoàn động vật bryozoa tạo thành hình tổ ong xoáy hai chiều.

"Chúng tôi tìm mọi thứ độc đáo, gọi là loài hình thái", Sarah Tweedt, nhà sinh học nghiên cứu tại Smithsonian, giải thích. "Và chúng tôi cố lấy mẫu mô đại diện từ tất cả những thứ này để giải trình tự DNA — rồi khớp DNA với sinh vật."

Trong ngày đầu làm việc cùng nhóm, giám tuyển Terry Goslinger của Viện Hàn lâm California đã nhận diện được một số loài tiềm năng mới. Ông là chuyên gia về nudibranch — loài sên biển đầy màu sắc — nên nhờ kiến thức sâu rộng (và vì màu sắc, hoa văn rực rỡ của chúng dễ phân biệt hơn), ông có thể đưa ra phán đoán tại chỗ, chờ xét nghiệm gene xác nhận.

Tuy nhiên, phần lớn sinh vật khó xác định hơn nhiều. Trong gần 3.000 mẫu vật, chỉ một phần nhỏ được định danh tới cấp loài. Khi kiểm tra vào tháng Bảy, Susanne Bähr — nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Hàn lâm California đang làm việc cho dự án — cho biết chỉ 3% mẫu được xác định tới loài, và chưa tới 20 mẫu có định danh chi. Nhiều mẫu chỉ được xác định ở cấp phân loại cao hơn, rộng hơn. Giải trình tự gene, kết hợp ảnh và mô tả mẫu, sẽ giúp làm rõ loài cụ thể và phát hiện những loài mới với khoa học.

Điều quan trọng nhất không chỉ là loài mới

Càng ở cùng các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm — có đêm làm việc qua nửa đêm — tôi càng cảm nhận rằng họ không chỉ hào hứng với loài mới, mà còn với các mối quan hệ giữa sinh vật.

Có lần, mọi người giục tôi nhìn qua kính hiển vi một con cua pompom — loài giáp xác vàng nhỏ mang hải quỳ tím trên đôi càng trước biến đổi. Tweedt cực kỳ phấn khích khi tìm thấy "tôm bộ xương", trông như phiên bản biển của bọ que, đang ngụy trang trên một loài thủy tức. Một lần khác, khoảng 1 giờ sáng, cô kéo tôi lại để khoe "phần kem trên bánh" của ngày hôm đó: những con ốc biển đỏ rực và san hô tám ngăn đỏ mà chúng dường như sống cùng.

Theo Bähr, những mối quan hệ này chính là điểm mấu chốt của dự án ARMS, và là điều phân biệt nó với các nỗ lực thu một vài mẫu riêng lẻ. Nghiên cứu chúng — hoặc thậm chí chỉ nhìn vào bức tranh đầy đủ hơn mà ARMS mang lại — sẽ cho phép các nhà nghiên cứu giải quyết những câu hỏi còn bỏ ngỏ. Bähr đang phân tích dữ liệu ARMS thu từ Guam, tìm hiểu mức độ trùng lặp (hay không trùng lặp) giữa các loài ở những độ sâu khác nhau.

Tất cả mới chỉ là khởi đầu. Rocha so sánh công việc hiện tại với nghiên cứu sinh thái giữa thế kỷ 20 nhằm hiểu cách phân bố theo chiều dọc của loài thay đổi khi lên núi. Điều đó cho thấy các nhà nghiên cứu rạn sâu trung quang đang tụt lại xa đến mức nào so với đồng nghiệp nghiên cứu rạn nông.

Khi tôi hỏi điều gì khiến ông vẫn theo đuổi bài toán khó đến vậy, Rocha đáp:

"Đó là phần thưởng ở cuối con đường. Nếu là một bài toán khó, phần thưởng ở cuối luôn lớn hơn."

Và khi tôi hỏi liệu trong đời chúng ta có thể lắp ghép xong bài toán rạn sâu hay không, ông trả lời thẳng thắn:

"Không, chúng ta sẽ không lắp ghép xong. Nhưng chúng ta sẽ tạo ra một số mảnh ghép tốt để thế hệ sau hoàn thiện."