Vai trò vận chuyển mầm sống của chim và thú trong biến đổi khí hậu

Các nhà nghiên cứu ước tính rằng hơn một nửa số thực vật có hạt trên thế giới phụ thuộc vào việc phát tán hạt qua động vật trung gian và nếu tính riêng các khu rừng nhiệt đới, con số này là 75% hoặc cao hơn. Theo nhà sinh thái học tại Virginia Tech, Haldre Rogers, sự phụ thuộc đó diễn ra với nhiều hình thức khác nhau.

Ví dụ, như ở đảo Guam, động vật ăn trái cây đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cho thực vật bản địa được duy trì liên tục. Hạt giống được động vật phát tán ngẫu nhiên có thể rơi xuống những điểm phát triển mới tươi tốt và đảm bảo tính đa dạng của hệ sinh thái. Bởi những quả rơi rụng thì chỉ biết nằm dưới cái bóng của cây mẹ.

Và những hạt rơi như vậy cũng đã mất đi bước quan trọng thường là quá trình đi qua ruột động vật. Quá trình tiêu hóa có thể rửa trôi các phân tử ức chế sự nảy mầm và loại bỏ “thịt” xung quanh hạt mà nếu để nguyên có thể thúc đẩy nấm và các mầm bệnh khác phát triển.

Trong Đánh giá thường niên về Hệ thống Sinh thái và Tiến hóa năm 2021, Rogers và các đồng nghiệp đã mô tả một hoạt động sinh thái khác sẽ rất quan trọng để thực vật vẫn tồn tại sau biến đổi khí hậu: vận chuyển hạt giống vượt ra ngoài phạm vi hiện tại của cây cha mẹ.

Khi nhiệt độ tăng lên, thực vật sẽ phải tuân theo điều kiện khí hậu bị biến đổi mà chúng cần thích nghi. Nói đơn giản thì thực vật ở Bắc bán cầu sẽ dịch chuyển về phía Bắc càng sớm càng tốt và các loài ở Nam bán cầu cần Nam tiến càng nhanh càng hay, hoặc chuyển đến phát triển ở những nơi có cao độ lớn hơn.

Tại sao lại vậy? Juan P. González-Varo, nhà sinh thái học tại Đại học Cadiz ở Tây Ban Nha, giải thích rằng vì nhiệt độ trung bình thay đổi theo vĩ độ – càng xa xích đạo thì càng mát hơn. Từ đó, dựa trên dữ liệu về tốc độ nóng lên toàn cầu, các nhà sinh thái học có thể tính toán tốc độ mà một loài thực vật cần di chuyển về những vùng có khí hậu mát hơn để tồn tại. Ước tính tốc độ hiện tại là 4,2km mỗi thập niên.

Tốc độ đó là quá chậm với chúng ta nhưng là tốc độ di cư chóng mặt với thực vật. González-Varo cho biết tốc độ di chuyển cần thiết sẽ lớn hơn đối với cây đậu quả thân gỗ vì chúng thường mất nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập niên để trưởng thành và có khả năng sinh sản. Các nhà sinh thái học đang đặt câu hỏi liệu quần thể động vật hiện hữu có đủ sức giúp thực vật đạt được điều này hay không.

Ví dụ, công trình nghiên cứu của González-Varo tập trung vào các loài chim. Ông nói rằng vào giữa những năm 2010, khi các nhà sinh thái học mô tả tầm quan trọng của sự di cư của thực vật trong tương lai, một số đã nói rằng các loài chim di cư có lợi thế để di chuyển hạt giống đi những khoảng cách cần thiết.

Nhưng mặc dù các loài chim di cư thực hiện những hành trình dài nhưng hạt giống thường phải đi qua đường tiêu hóa của loài chim. Khác với thú thường trữ thức ăn lâu trong ruột, chim có tốc độ tiêu hóa rất nhanh, có loài chỉ cần 20 phút sau khi nuốt hạt là thải ra luôn. Liệu chim có giữ được hạt đủ lâu để mang chúng đi đủ xa không?

Các nhà nghiên cứu kiểm tra thành phần ruột của các loài chim di cư trên Quần đảo Canary của Đại Tây Dương và đã tìm thấy hạt giống từ đất liền cách đó khoảng 170 km. Điều đó cho thấy sự phát tán tầm xa vẫn có thể xảy ra. Nhưng González-Varo vẫn cảm thấy có vấn đề và vào năm 2021, ông cùng các đồng nghiệp đã công bố kết quả khảo sát các khu rừng ở châu Âu mà trong đó đưa ra kết luận đầy bi quan: Các loài chim di cư sau khi ăn trái cây thường đi sai hướng mà chúng ta mong muốn.

Các nhà nghiên cứu đã thu thập dữ liệu từ 949 trường hợp về 46 loài chim ăn trái cây của 81 loại cây khác nhau. Họ quan sát thấy rằng các loài chim di cư có xu hướng ăn trái cây châu Âu khi chúng đi về phía nam vào mùa đông, tức là di chuyển từ nơi có khí hậu lạnh hơn đến nơi ấm hơn.

Hướng di chuyển đó rõ ràng ngược lại với mục tiêu cần thiết để thoát khỏi biến đổi khí hậu. Chỉ khoảng 1/3 số loài thực vật được nghiên cứu, gồm các loài thực vật như nhựa ruồi, ô liu dại và cây thường xuân, ra quả vào mùa xuân khi chim bay về phía bắc - thời điểm chúng di chuyển đến những vĩ độ mát mẻ hơn.

Vì vậy, nếu các loài chim di cư từng được coi là giải pháp giúp thực vật thoát khỏi biến đổi khí hậu, thì González-Varo cho biết nghiên cứu này cho thấy chúng chỉ là “một giải pháp rất cục bộ”, không phải là giải pháp cho cuộc di cư tổng thể.

Nhiệt độ tăng, khoảng cách ngắn hơn

Một phần mềm mô phỏng khổng lồ được trình làng vào năm 2022 đã kiểm tra kỹ hơn khả năng di chuyển hạt giống trên toàn cầu của tất cả các loài động vật. Kết quả cũng đáng lo ngại.

Nhà sinh thái học Evan Fricke của MIT, Rogers và các đồng tác giả lần đầu tiên xây dựng cơ sở dữ liệu về mọi nghiên cứu thực địa mà họ có thể truy cập từ khoảng 18.000 tương tác giữa động vật và thực vật. Trong đó, các nhà nghiên cứu đã định lượng tỉ mỉ từng khía cạnh về việc phát tán hạt giống của động vật. Con vật nào ăn quả của cây nào? Động vật nào có thói quen nuốt, lột, tích trữ hoặc phá hủy hạt giống? Từng loài động vật vận chuyển hạt đi bao xa? Và trong trường hợp nào hạt giống sẽ nảy mầm thành công?

Tiếp theo, nhóm bổ sung dữ liệu mô tả từng loài động thực vật; nhóm cũng đưa vào dữ liệu về phạm vi địa lý tự nhiên của các loài, gồm cả ước tính về nơi các loài đã tuyệt chủng sẽ sống ngày nay nếu chúng không bị tuyệt chủng.

Cuối cùng, họ sử dụng công nghệ AI để mô phỏng mức độ mà các loài động vật phân phối hạt giống trên toàn cầu ngày nay cũng như mức độ suy giảm môi trường sống của chúng ảnh hưởng đến quá trình di chuyển của hạt giống như thế nào.

Điều đầu tiên xuất hiện từ mô phỏng là mối tương quan chặt chẽ giữa kích thước của một loài động vật - đặc biệt là động vật có vú - và khoảng cách mà loài đó phát tán hạt giống. Thông thường, động vật có vú lớn có phạm vi hoạt động rộng hơn và do đó, hạt giống có nhiều thời gian trong truột chúng hơn. Ngược lại, khi không di cư thì phạm vi hoạt động của các loài chim khá hẹp. Đó là một vấn đề, bởi vì các loài động vật có vú lớn thường bị con người săn bắn nhiều hơn, dễ bị tuyệt chủng hơn so với chim.

Sau đó, nhóm của Fricke đã xem xét các vùng phân tán cách xa hơn 1km từ phạm vi của cây mẹ - khoảng cách cần thiết để thay đổi phạm vi của thực vật. Mô phỏng của họ cho thấy sự vắng bóng của động vật là “shipper chuyên nghiệp” và suy giảm môi trường sống đã làm giảm đáng kể khả năng phát tán hạt giống ở khoảng cách xa.

Fricke nhận định: “Đã có sự suy giảm trầm trọng trong việc phát tán hạt giống ở khoảng cách xa do sự mất mát lớn của các loài động vật lớn khỏi hệ sinh thái”.

Cho dù đó là những bức tranh hang động ở Pháp hay những ghi chép về hóa thạch, dữ liệu lịch sử cho thấy các loài động vật có vú lớn đã từng có độ phủ rộng rãi trong quá khứ, liên tục thực hiện việc di chuyển mang hạt giống đi xa. Fricke nói: “Chính động vật lớn đã giúp giải quyết những biến đổi khí hậu đã xảy ra trong khoảng 10.000 năm qua. Nhưng hiện tại chúng không còn giúp thực vật chống lại biến đổi khí hậu nữa vì chúng đã hoàn toàn tuyệt chủng hoặc bị giới hạn ở những khu vực thực sự nhỏ so với phạm vi trước đây của chúng”.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một mô phỏng khác, trong đó, tất cả các loài chim và động vật có vú hiện đang gặp nguy cấp đều bị tuyệt chủng. Theo kịch bản này, việc phát tán hạt giống trên phạm vi hơn 1km sẽ còn bị ảnh hưởng nặng nề hơn, với hậu quả tồi tệ như đã xảy ra ở Madagascar và các đảo ở Đông Nam Á.

Nói tóm lại, khi nhiệt độ tăng lên, sự di chuyển của hạt giống sẽ giảm đi và đáng buồn thay là lại rơi đúng vào thời điểm chúng ta cần nhất.