Phù du: Động cơ vô hình của đại dương

Phù du, có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp "planktos" nghĩa là "trôi dạt" hoặc "lang thang", là một tập hợp đa dạng các sinh vật siêu nhỏ sinh sống trong các đại dương, biển và thậm chí cả môi trường nước ngọt trên thế giới. Mặc dù có kích thước nhỏ bé, phù du cực kỳ phong phú và đóng vai trò then chốt trong hệ sinh thái toàn cầu, ảnh hưởng đến mọi thứ từ lưới thức ăn biển đến điều hòa khí hậu. Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về phù du, khám phá các loại đa dạng của chúng, ý nghĩa sinh thái và những thách thức mà chúng phải đối mặt trong một thế giới đang thay đổi. Chúng ta sẽ đi sâu vào các ví dụ từ các vùng biển khác nhau, đảm bảo một góc nhìn toàn cầu về những sinh vật biển thiết yếu này.

Phù du là gì?

Không giống như nekton, những sinh vật có thể chủ động bơi ngược dòng (ví dụ: cá, động vật có vú ở biển), phù du phần lớn phụ thuộc vào các dòng hải lưu. Điều này không có nghĩa là chúng hoàn toàn thụ động; nhiều sinh vật phù du có những thích nghi cho phép chúng kiểm soát vị trí thẳng đứng của mình trong cột nước.

Phù du được phân loại rộng rãi thành hai nhóm chính:

• Thực vật phù du (Phytoplankton): Đây là các loại phù du giống thực vật, chủ yếu là tảo đơn bào, thực hiện quang hợp, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng. Chúng là sinh vật sản xuất sơ cấp trong lưới thức ăn biển, hình thành nền tảng của toàn bộ hệ sinh thái. Các ví dụ bao gồm tảo silic, trùng roi hai roi, tảo thạch xương và vi khuẩn lam.
• Động vật phù du (Zooplankton): Đây là các loại phù du giống động vật, bao gồm các loài giáp xác siêu nhỏ, giai đoạn ấu trùng của các loài động vật lớn hơn (ấu trùng cá, ấu trùng cua) và các sinh vật dị dưỡng khác ăn thực vật phù du hoặc động vật phù du khác. Các ví dụ bao gồm giáp xác chân chèo, nhuyễn thể, ấu trùng sứa và trùng lỗ.

Kích thước quan trọng (Đôi khi): Phân loại kích thước phù du

Mặc dù nói chung là siêu nhỏ, phù du còn được phân loại thêm theo kích thước. Bảng sau đây cho thấy các phân loại kích thước phổ biến, được đo bằng kích thước lớn nhất:

Lớp kích thước	Phạm vi kích thước	Ví dụ
Phù du siêu lớn (Megaplankton)	> 20 cm	Sứa, siphonophore
Phù du lớn (Macroplankton)	2 – 20 cm	Nhuyễn thể, một số pteropod
Phù du trung bình (Mesoplankton)	0.2 – 20 mm	Giáp xác chân chèo, trùng lỗ
Phù du nhỏ (Microplankton)	20 – 200 μm	Tảo silic, trùng roi hai roi
Phù du cực nhỏ (Nanoplankton)	2 – 20 μm	Tảo thạch xương, trùng roi nhỏ
Phù du siêu nhỏ (Picoplankton)	0.2 – 2 μm	Vi khuẩn lam, vi khuẩn nhỏ
Phù du siêu siêu nhỏ (Femtoplankton)	0.02 – 0.2 μm	Virus

Vai trò thiết yếu của phù du trong hệ sinh thái biển

Phù du đóng một số vai trò quan trọng trong đại dương, khiến chúng không thể thiếu đối với sức khỏe và chức năng của hệ sinh thái biển:

• Sản xuất sơ cấp: Thực vật phù du chịu trách nhiệm cho khoảng một nửa tổng số quá trình quang hợp trên Trái đất, sản xuất oxy và chuyển đổi carbon dioxide thành vật chất hữu cơ. Quá trình này hình thành nền tảng của lưới thức ăn biển, hỗ trợ tất cả các sinh vật biển khác.
• Nền tảng lưới thức ăn: Động vật phù du ăn thực vật phù du, truyền năng lượng lên chuỗi thức ăn đến các sinh vật lớn hơn như cá, chim biển và động vật có vú ở biển. Chúng là một mắt xích quan trọng trong dòng chảy năng lượng và chất dinh dưỡng khắp đại dương. Ví dụ, trong hệ sinh thái Nam Cực, nhuyễn thể (một loại động vật phù du) là nguồn thức ăn chính cho cá voi, hải cẩu, chim cánh cụt và nhiều loài khác.
• Chu trình dinh dưỡng: Phù du đóng vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi các nguyên tố thiết yếu như nitơ, phốt pho và silic giữa cột nước và trầm tích. Khi phù du chết, chúng chìm xuống đáy đại dương, nơi chúng phân hủy và giải phóng chất dinh dưỡng trở lại môi trường.
• Cô lập carbon: Khi thực vật phù du quang hợp, chúng hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển. Khi chúng chết và chìm xuống đáy đại dương, chúng mang theo carbon này, loại bỏ nó khỏi khí quyển một cách hiệu quả trong thời gian dài. Quá trình này, được gọi là bơm sinh học, giúp điều hòa khí hậu Trái đất. Tảo silic, với lớp vỏ silica của chúng, đặc biệt hiệu quả trong việc cô lập carbon.

Các loại phù du: Nhìn kỹ hơn

Thực vật phù du: Sinh vật sản xuất sơ cấp của đại dương

Thực vật phù du cực kỳ đa dạng, với hàng nghìn loài khác nhau được tìm thấy trong các đại dương và nước ngọt trên toàn thế giới. Một số nhóm thực vật phù du quan trọng nhất bao gồm:

• Tảo silic: Những loài tảo đơn bào này có lớp vỏ silica phức tạp được gọi là frustule. Tảo silic rất phong phú và đặc biệt quan trọng ở các vùng nước lạnh, giàu dinh dưỡng, chẳng hạn như những vùng được tìm thấy ở Bắc Băng Dương và Nam Đại Dương. Chúng chịu trách nhiệm cho một phần đáng kể sản xuất sơ cấp toàn cầu và cô lập carbon. Ở các vùng như Nam Đại Dương, sự nở hoa của tảo silic có thể rất lớn, bao phủ những khu vực rộng lớn trên bề mặt biển.
• Trùng roi hai roi: Những loài tảo này có hai roi, dùng để di chuyển. Một số trùng roi hai roi quang hợp, trong khi những loài khác là dị dưỡng hoặc hỗn hợp (có khả năng lấy năng lượng từ cả quang hợp và tiêu thụ các sinh vật khác). Trùng roi hai roi nổi tiếng với khả năng phát quang sinh học, có thể tạo ra những màn trình diễn ngoạn mục dưới đại dương vào ban đêm. Một số loài nhất định cũng có thể tạo ra các đợt tảo nở hoa có hại (HABs), thường được gọi là thủy triều đỏ, có thể gây độc cho sinh vật biển và con người.
• Tảo thạch xương: Những loài tảo này được bao phủ bởi các tấm canxi cacbonat gọi là coccolith. Tảo thạch xương được tìm thấy ở tất cả các đại dương nhưng phong phú nhất ở vùng nước ấm hơn. Chúng đóng vai trò trong chu trình carbon toàn cầu bằng cách đóng góp vào sự hình thành trầm tích biển và ảnh hưởng đến độ kiềm của đại dương. Sự nở hoa lớn của tảo thạch xương có thể nhìn thấy từ không gian, biến bề mặt đại dương thành màu trắng đục.
• Vi khuẩn lam: Còn được gọi là tảo lục lam, vi khuẩn lam là các sinh vật nhân sơ (không có nhân) nằm trong số những dạng sống lâu đời nhất trên Trái đất. Chúng có khả năng cố định nitơ, chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành dạng có thể sử dụng được bởi các sinh vật khác. Vi khuẩn lam đặc biệt quan trọng ở các vùng nước nghèo dinh dưỡng, nơi chúng có thể đóng góp đáng kể vào sản xuất sơ cấp. Các ví dụ bao gồm Prochlorococcus và Synechococcus, là một trong những sinh vật quang hợp phong phú nhất trên Trái đất.

Động vật phù du: Những loài tiêu thụ của biển

Động vật phù du cũng đa dạng như thực vật phù du, bao gồm nhiều loại sinh vật với các chiến lược kiếm ăn và vòng đời khác nhau. Một số nhóm động vật phù du chính bao gồm:

• Giáp xác chân chèo: Đây là những loài giáp xác nhỏ, là loại động vật phù du phong phú nhất trong đại dương. Giáp xác chân chèo ăn thực vật phù du và các động vật phù du khác, và chúng là nguồn thức ăn quan trọng cho nhiều loài động vật lớn hơn, bao gồm cá, chim biển và cá voi. Chúng được tìm thấy ở tất cả các đại dương và có khả năng thích nghi cao với các điều kiện môi trường khác nhau.
• Nhuyễn thể: Đây là những loài giáp xác giống tôm, đặc biệt phong phú ở Nam Đại Dương. Nhuyễn thể là một loài chủ chốt trong hệ sinh thái Nam Cực, hình thành nền tảng của lưới thức ăn và hỗ trợ một loạt các sinh vật biển. Chúng ăn thực vật phù du và lần lượt bị cá voi, hải cẩu, chim cánh cụt và cá ăn.
• Sứa: Trong khi một số loài sứa lớn và dễ nhìn thấy, nhiều loài trải qua một phần vòng đời của chúng dưới dạng ấu trùng phù du nhỏ. Sứa là loài ăn thịt và ăn các động vật phù du khác và cá nhỏ. Chúng có thể có tác động đáng kể đến lưới thức ăn biển, đặc biệt trong các sự kiện bùng nổ.
• Trùng lỗ: Đây là những sinh vật nguyên sinh đơn bào có vỏ canxi cacbonat. Trùng lỗ được tìm thấy ở tất cả các đại dương và là một thành phần quan trọng của trầm tích biển. Chúng ăn thực vật phù du và các sinh vật nhỏ khác, và vỏ của chúng có thể cung cấp thông tin quý giá về các điều kiện đại dương trong quá khứ.
• Các giai đoạn ấu trùng: Nhiều loài động vật biển, bao gồm cá, cua và động vật có vỏ, trải qua các giai đoạn đầu đời của chúng dưới dạng ấu trùng phù du. Những ấu trùng này thường có vẻ ngoài rất khác so với dạng trưởng thành của chúng và có những thích nghi chuyên biệt để tồn tại trong phù du. Chúng là một mắt xích quan trọng trong vòng đời của nhiều loài có giá trị thương mại.

Tác động của biến đổi môi trường đối với phù du

Phù du rất nhạy cảm với những thay đổi môi trường, khiến chúng trở thành những chỉ số quý giá về sức khỏe đại dương. Một số yếu tố hiện đang tác động đến quần thể phù du trên toàn thế giới, bao gồm:

• Biến đổi khí hậu: Nhiệt độ đại dương tăng, axit hóa đại dương và sự thay đổi dòng hải lưu đều đang ảnh hưởng đến sự phân bố, mật độ và thành phần loài của phù du. Nước ấm hơn có thể ưu tiên một số loài thực vật phù du hơn những loài khác, có khả năng làm gián đoạn lưới thức ăn. Axit hóa đại dương, do sự hấp thụ carbon dioxide dư thừa từ khí quyển, có thể khiến các sinh vật như tảo thạch xương và trùng lỗ khó xây dựng vỏ canxi cacbonat của chúng hơn.
• Ô nhiễm: Ô nhiễm dinh dưỡng từ nước thải nông nghiệp và nước thải sinh hoạt có thể dẫn đến các đợt tảo nở hoa có hại (HABs), có thể gây độc cho sinh vật biển và con người. Ô nhiễm nhựa cũng có thể gây hại cho phù du, vì vi nhựa có thể bị động vật phù du ăn phải, có khả năng đi vào lưới thức ăn. Tràn dầu và các chất ô nhiễm hóa học khác cũng có thể có tác động tàn phá đến quần thể phù du.
• Đánh bắt quá mức: Đánh bắt quá mức có thể gián tiếp ảnh hưởng đến quần thể phù du bằng cách loại bỏ động vật ăn thịt hoặc đối thủ cạnh tranh của chúng. Ví dụ, sự cạn kiệt nguồn cá có thể dẫn đến sự gia tăng quần thể động vật phù du, từ đó có thể ăn hết quần thể thực vật phù du.
• Axit hóa đại dương: Độ axit ngày càng tăng của các đại dương, do sự hấp thụ carbon dioxide trong khí quyển, gây ra mối đe dọa đáng kể đối với phù du có vỏ canxi cacbonat, chẳng hạn như tảo thạch xương và trùng lỗ. Độ axit tăng có thể khiến các sinh vật này khó xây dựng và duy trì vỏ của chúng hơn, có khả năng ảnh hưởng đến sự sống sót và mật độ của chúng.

Nghiên cứu phù du: Các công cụ và kỹ thuật

Các nhà khoa học sử dụng nhiều công cụ và kỹ thuật khác nhau để nghiên cứu phù du, bao gồm:

• Lưới thu phù du: Đây là những lưới hình nón có mắt lưới mịn được kéo qua nước để thu thập mẫu phù du. Các kích thước mắt lưới khác nhau được sử dụng để nhắm mục tiêu các lớp kích thước phù du khác nhau.
• Kính hiển vi: Các mẫu phù du được kiểm tra dưới kính hiển vi để xác định và đếm các loài khác nhau hiện có. Các kỹ thuật hiển vi tiên tiến, chẳng hạn như hiển vi huỳnh quang, có thể được sử dụng để nghiên cứu sinh lý và hành vi của phù du.
• Viễn thám: Các vệ tinh và các nền tảng viễn thám khác có thể được sử dụng để theo dõi sự nở hoa của thực vật phù du và màu sắc đại dương, cung cấp thông tin quý giá về sự phân bố và mật độ phù du trên quy mô không gian lớn.
• Kỹ thuật phân tử: Giải trình tự DNA và các kỹ thuật phân tử khác được sử dụng để xác định và nghiên cứu sự đa dạng của phù du, cũng như để điều tra biểu hiện gen và sự thích nghi của phù du với những thay đổi môi trường.
• Phương tiện lặn tự hành (AUVs): AUVs có thể được trang bị cảm biến và thiết bị lấy mẫu để thu thập dữ liệu phù du ở các khu vực xa xôi hoặc khó tiếp cận.

Các ví dụ toàn cầu về nghiên cứu và giám sát phù du

Nghiên cứu và giám sát phù du được thực hiện trên toàn thế giới, với nhiều sáng kiến tập trung vào việc tìm hiểu vai trò của phù du trong hệ sinh thái toàn cầu. Dưới đây là một vài ví dụ:

• Khảo sát Máy ghi phù du liên tục (CPR): Chương trình giám sát dài hạn này đã thu thập mẫu phù du từ Đại Tây Dương từ năm 1931, cung cấp dữ liệu quý giá về sự phân bố và mật độ phù du theo thời gian. Khảo sát CPR đã ghi nhận những thay đổi đáng kể trong cộng đồng phù du để đối phó với biến đổi khí hậu và các yếu tố môi trường khác.
• Hệ thống Quan sát Đại dương Toàn cầu (GOOS): Chương trình quốc tế này điều phối các quan sát đại dương trên toàn thế giới, bao gồm giám sát phù du. GOOS nhằm mục đích cung cấp dữ liệu và thông tin để hỗ trợ quản lý bền vững đại dương và các tài nguyên của nó.
• Chuyến thám hiểm Tara Oceans: Dự án đầy tham vọng này đã đi vòng quanh địa cầu, thu thập mẫu phù du từ tất cả các bồn đại dương lớn. Chuyến thám hiểm Tara Oceans đã tạo ra một kho dữ liệu phong phú về sự đa dạng, phân bố và chức năng của phù du, cung cấp những hiểu biết mới về vai trò của phù du trong hệ sinh thái biển.
• Các chương trình giám sát khu vực: Nhiều quốc gia và khu vực có các chương trình giám sát phù du riêng để đánh giá sức khỏe vùng nước ven biển của họ và theo dõi những thay đổi trong cộng đồng phù du. Ví dụ, Chỉ thị Khung Chiến lược Biển (MSFD) của Liên minh Châu Âu yêu cầu các quốc gia thành viên giám sát phù du như một phần trong nỗ lực đạt được tình trạng môi trường tốt của vùng nước biển của họ.

Chiến lược bảo tồn và quản lý

Bảo vệ quần thể phù du là điều cần thiết để duy trì sức khỏe và khả năng phục hồi của hệ sinh thái biển. Một số chiến lược bảo tồn và quản lý chính bao gồm:

• Giảm phát thải khí nhà kính: Giải quyết biến đổi khí hậu là rất quan trọng để giảm thiểu tác động của nhiệt độ đại dương tăng và axit hóa đại dương đối với phù du.
• Kiểm soát ô nhiễm: Giảm ô nhiễm dinh dưỡng từ nước thải nông nghiệp và nước thải sinh hoạt có thể giúp ngăn ngừa tảo nở hoa có hại. Quản lý đúng cách chất thải nhựa và các chất ô nhiễm khác cũng rất cần thiết.
• Quản lý nghề cá bền vững: Thực hiện các hoạt động đánh bắt cá bền vững có thể giúp duy trì nguồn cá khỏe mạnh và ngăn ngừa các tác động gián tiếp đến quần thể phù du.
• Các khu bảo tồn biển (MPAs): Thiết lập các khu bảo tồn biển có thể bảo vệ cộng đồng phù du và các sinh vật biển khác khỏi các hoạt động của con người.
• Nâng cao nhận thức: Giáo dục công chúng về tầm quan trọng của phù du và những mối đe dọa mà chúng phải đối mặt có thể giúp thúc đẩy hành vi có trách nhiệm và hỗ trợ các nỗ lực bảo tồn.

Kết luận: Bảo vệ động cơ vô hình

Phù du, dù siêu nhỏ, là nền tảng của lưới thức ăn biển và đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu Trái đất. Hiểu biết về sự đa dạng, sinh thái và các mối đe dọa mà những sinh vật thiết yếu này đang phải đối mặt là điều cần thiết để đảm bảo sức khỏe và khả năng phục hồi của các đại dương của chúng ta. Bằng cách giải quyết biến đổi khí hậu, kiểm soát ô nhiễm và thực hiện các biện pháp quản lý bền vững, chúng ta có thể bảo vệ quần thể phù du và bảo vệ tương lai của hệ sinh thái biển cho các thế hệ mai sau. Các nỗ lực nghiên cứu và giám sát tiếp theo, trải rộng trên các khu vực địa lý khác nhau, là cần thiết để nắm bắt đầy đủ các tương tác phức tạp trong cộng đồng phù du và phản ứng của chúng đối với những thay đổi môi trường toàn cầu. Hãy ủng hộ lý do của những "kẻ trôi dạt" này, vì số phận của chúng gắn liền không thể tách rời với chúng ta.