Một hệ sinh thái kỳ lạ ẩn dưới lòng đất

Trong một thế giới ngày càng thiếu thốn nguồn nước sạch, các nhà khoa học cảnh báo rằng những sinh vật quý hiếm sống trong mạch nước ngầm của chúng ta đang lâm vào nguy hiểm.

| Những động vật sống dưới tầng nước ngầm thường bị mù, xanh xao và và có những đặc điểm riêng nhằm thích nghi với điều kiện sống nghèo nàn — chúng thường được gọi là stygofauna. Ảnh: David Schleser / Getty Images

Mùa thu năm 2021, tại San Antonio, Texas, Ruben Tovar chuẩn bị chui vào một cái lỗ trên mặt đất có kích thước bằng cửa lò nướng - lối vào một hang động đá vôi. Được trang bị đầy đủ dụng cụ leo núi và đèn pin, Tovar và bạn đồng hành trong chuyến thám hiểm của mình chìm vào bóng tối, rơi dần xuống một đường hầm gần như thẳng đứng, vật lộn với đàn dế với cặp chân khẳng khiu trong hang. Trên đường đi, Tovar có thể nhìn thấy nước thấm qua các bức tường đá vôi. Nước từ những trận bão và mưa vào tuần trước đang dần ngấm vào Edwards Aquifer, một hồ chứa nước ngọt rộng lớn bên dưới. Tovar đang tìm kiếm những con kỳ nhông. Chúng ta thường có thể dễ dàng hình dung ra hình ảnh một con kỳ nhông đang trốn dưới khúc gỗ, nhưng chẳng thể biết được chúng sẽ thế nào dưới lòng đất của Texas - nơi có hệ sinh thái dưới lòng đất với những loài lưỡng cư phong phú, cũng như những loài động vật không xương sống và cá, chúng đang lẩn khuất nơi con người hầu như không thể đặt chân đến. Nước ngầm — được giữ lại trong các hang động, lỗ rỗng và khe nứt — thực sự là môi trường sống nước ngọt không đóng băng lớn nhất thế giới, chứa nhiều nước hơn tất cả các hồ và sông cộng lại. Và ở đâu có nước, ở đó có sự sống. Những động vật sống dưới tầng nước ngầm này thường bị mù, xanh xao và và có những đặc điểm riêng nhằm thích nghi với điều kiện sống nghèo nàn — thường được gọi là stygofauna. Các nhà khoa học không biết nhiều về những loài sinh vật này, bởi rất khó để tiếp cận và nghiên cứu chúng. Nhưng gần đây, các nhà khoa học từ Pháp, Ấn Độ và Úc đang sử dụng các kỹ thuật di truyền và hóa học để hiểu rõ hơn về loài stygofauna, họ cảnh báo rằng các loài sinh vật kỳ lạ này - bao gồm cả kỳ nhông Texas - có thể sớm đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng. Trước đây mọi người thường xem nước ngầm là một nguồn tài nguyên vô hạn để cung cấp nước uống và sinh hoạt. Trên thực tế, nước ngầm đã cạn kiệt ở nhiều khu vực. Và thế giới sẽ còn thiếu nước hơn trong thế kỷ tới: Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới, vào năm 2050, 5 tỷ người có thể rơi vào tình trạng thiếu nước. Liệu con người có sẵn lòng cứu lấy một hệ sinh thái mà phần lớn trong số đó không thể tham quan hay thậm chí không thể nhìn thấy? Và nếu hệ sinh thái này bị tổn hại thì điều gì sẽ xảy ra? Bảo tồn kỳ nhông và cuộc sống dưới lòng đất "là một việc lớn lao", Tovar nhận định, "bởi chúng cũng sống dựa vào nguồn nước mà chúng ta đang phụ thuộc vào". Sức khoẻ của hệ sinh thái dưới nước sẽ là chiếc áp kế báo hiệu sức khoẻ của tất cả mọi thứ sống trên mặt đất, bao gồm cả con người. Đề cập đến việc nghiên cứu hệ sinh thái dưới nước, Tovar cho biết "chúng ta mới chỉ tiếp cận bề mặt của vấn đề". Khó tiếp cận để nghiên cứu Các nhà khoa học lần đầu biết đến những con kỳ nhông dưới lòng đất Texas từ cách đây một thế kỷ. Vào năm 1895, khoảng hơn chục con đã xuất hiện trong một cái giếng mới khoan ở Sam Marcos. Những lần phát hiện sau đấy đều chỉ là tình cờ. Chẳng hạn, vào năm 1951, những người công nhân đã phát hiện ra bốn mẫu vật của một loài mà ngày nay được gọi là kỳ nhông mù Blanco. Tuy nhiên, vì không được giám sát kỹ lưỡng, hai mẫu vật đã nhanh chóng bị một con diệc ăn mất. Một mẫu khác thì bị mất, khiến chúng ta chỉ còn lại một mẫu vật duy nhất của loài này cho đến ngày nay. Các nhà khoa học đã có thể tìm thấy kỳ nhông bằng cách mạo hiểm chui xuống dưới lòng đất, nhưng chuyến nghiên cứu thực địa như vậy rất tốn công sức và đôi khi còn nguy hiểm. Các hang động có thể chứa động vật có nọc độc, khí gây ngạt và những mối nguy hiểm khác. Bên cạnh đó, mật độ kỳ nhông trong hang rất thấp, do đó việc tìm kiếm chúng có thể ví như mò kim đáy bể, đã có nhiều cuộc thám hiểm mà các nhà khoa học phải trở về tay không. (Điều này cũng đúng với Tovar khi anh khảo sát hang động lần này: Giống như nhiều lần trước, anh không tìm thấy bất kỳ con kỳ nhông nào.)

Ruben Tovar cẩn thận xem xét một hang động ở trung tâm Texas. Ảnh: Ruben U. Tovar / Undark

Nhưng ngay cả khi không có mẫu vật sống, các nhà khoa học vẫn có thể thu được một thứ khác có giá trị. Bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là DNA môi trường, hoặc eDNA, họ có thể xem xét các vật liệu di truyền từ tế bào da, chất thải hoặc các loại vật liệu sinh học khác để theo dõi và nhận dạng động vật. Một trong những người sử dụng eDNA để tìm hệ động vật nước ngầm là Tom Devitt, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Texas ở Austin (Devitt và Tovar cùng làm việc trong phòng thí nghiệm của nhà sinh học tiến hóa David Hillis). Kể từ năm 2013, Devitt đã tham gia tìm kiếm và lập bản đồ các loài kỳ nhông Texas quý hiếm. Công trình của ông đã tiết lộ sự tồn tại của ba loài kỳ nhông chưa từng được ghi nhận trước đây, cũng như ranh giới của các loài động vật. Hóa ra các hang động bên dưới bang Texas bị ngăn cách với nhau bởi dòng nước và sự thiếu hụt chất dinh dưỡng, từ đó chia kỳ nhông thành nhiều loài khác nhau. Bằng cách biết nơi kỳ nhông được tìm thấy, các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách có thể xác định khu vực nào cần nghiên cứu hoặc bảo vệ. Trong khoảng một năm trở lại đây, Devitt đã dùng eDNA để lập bản đồ những con kỳ nhông này và phạm vi của chúng, đặc biệt là ở những nơi mà chúng chưa từng được tìm thấy trước đây. Công việc yêu cầu ông phải lấy vài lít nước ngầm từ sông, suối hoặc hang động, lọc để thu thập mẫu, sau đó chạy mẫu qua máy có thể phát hiện dấu vết DNA cụ thể. "Bước đầu tiên chỉ là tìm ra đây là sinh vật nào, chúng sống ở đâu. Đó là những câu hỏi cơ bản nhất, nhưng cũng là những câu hỏi mà chúng tôi đang chật vật để tìm kiếm lời giải đáp," Devitt nói. "Chúng ta đã nghiên cứu những con kỳ nhông này trong hơn một trăm năm." Việc tìm ra sự phân bố có thể cung cấp manh mối về sự tiến hóa và hành vi của kỳ nhông. Devitt không phải là nhà khoa học duy nhất sử dụng những kỹ thuật mới này. Các nhà nghiên cứu cũng đã dùng eDNA để tìm một con tôm càng hiếm trong hang động ở Alabama và xác định nơi có thể tìm thấy những con kỳ nhông thủy sinh dài, nhợt nhạt được gọi là olm, ở Croatia. Các nhà khoa học Australia đã sử dụng eDNA để khảo sát có những loại sinh vật nào sống trong các hang động dưới đảo Christmas, từ đó phát hiện một cộng đồng đa dạng bao gồm một loại cá gọi là snook, cua kềm vàng và sứa nước ngọt. Mặc dù vậy, eDNA cũng có những hạn chế. Như các nhà sinh vật học Melania Cristescu và Paul Hebert đã nêu trong một đánh giá vào năm 2018 , eDNA có thể có cả âm tính giả và dương tính giả. Nếu một nhà khoa học không nhận được bất kỳ kết quả DNA nào từ một mẫu, điều đó không có nghĩa là loài đó đã tuyệt chủng, vì vật liệu di truyền có thể bị hỏng nhanh chóng trước khi được phát hiện. Và nếu họ nhận được kết quả dương, nó cũng không khẳng định sinh vật đó sống ở một vị trí cụ thể, vì một luồng không khí mạnh cũng có thể mang vật chất từ rất xa đến. DNA môi trường cũng hoạt động dựa trên cơ sở dữ liệu hiện có về vật chất di truyền, vì vậy nếu cơ sở dữ liệu sai, phương pháp tiếp cận này có thể đọc sai hoặc xác định sai một loài. (Tovar và Devitt đang cố gắng thu thập các mẫu DNA kỳ nhông hiếm để cải thiện độ tin cậy và độ nhạy của các xét nghiệm eDNA.) Tuy nhiên, "không thể phủ nhận rằng công nghệ phân tử đã thay đổi cuộc chơi", Grant Hose cho biết. Anh là nhà sinh thái học thủy sinh tại Đại học Macquarie ở Sydney, Úc, người đã sử dụng eDNA để chỉ ra rằng ô nhiễm kim loại từ các mỏ ở Úc có thể ảnh hưởng đến các sinh vật dưới lòng đất cách đó hơn 10 dặm. Cũng tại Úc, Mattia Saccò, một nhà nghiên cứu tại Đại học Curtin ở Perth, đang sử dụng một kỹ thuật khác để nghiên cứu các hệ sinh thái nước ngầm. Thay vì theo dõi các dấu vết nhỏ của DNA, Saccò đang xem xét tỷ lệ nguyên tử - được gọi là phân tích đồng vị. Từ phương pháp này, anh ấy có thể lập bản đồ lưới thức ăn của các loài động vật dưới lòng đất và sự thay đổi của nó theo thời gian, chẳng hạn như khi mưa xuất hiện vào cuối mùa khô ở Tây Úc. "Tôi có thể theo dõi lượng mưa ảnh hưởng như thế nào. Vào mùa khô, thức ăn khan hiếm và sinh vật hấp thụ chất dinh dưỡng phần lớn từ rễ cây; những cơn mưa mang theo một lượng lớn chất dinh dưỡng từ mặt đất", Saccò cho hay. Sự thay đổi này sau đó lan ra khắp mạng lưới thức ăn - thậm chí ảnh hưởng đến cả một số động vật ăn thịt, ấu trùng bọ cánh cứng. Nghiên cứu đồng thời cũng hé lộ những gì có thể xảy đến nếu các hệ sinh thái dưới lòng đất và động vật biến mất, nhất là khi các sinh vật stygofauna có thể giúp làm sạch nước ngầm bằng cách loại bỏ các chất gây ô nhiễm hoặc mầm bệnh. "Những sinh vật này giữ cho nước ngầm sạch sẽ, và chúng ta được hưởng lợi từ điều đó", Saccò nói.

Mattia Saccò thu thập stygofauna bằng một cái lưới được thả xuống lỗ khoan để tiếp cận tầng nước ngầm. Anh cũng thả một đầu dò xuống lỗ khoan để xác định các đặc tính vật lý và hóa học của nước. Ảnh: Mattia Saccò / Undark

Rơi vào tình trạng nguy cấp Các nhà khoa học vẫn đang nỗ lực tìm hiểu về stygofauna. Trên thực tế, những điểm nóng được nghiên cứu kỹ lưỡng chỉ chiếm một phần nhỏ trong số các hệ sinh thái nước ngầm trên thế giới. Saccò cho biết ở các khu vực khác trên thế giới, đặc biệt là châu Á và châu Phi, các nhà khoa học không mấy quan tâm đến vấn đề này. Nếu chúng ta không để tâm đến những sinh vật sống dưới lòng đất, chúng có thể sẽ tuyệt chủng. Vì sao lại như vậy? Nguyên nhân chính nằm ở việc nhu cầu sử dụng nước đang tăng cao. Theo dữ liệu của Cục điều tra dân số Hoa Kỳ, Austin, thủ phủ của bang Texas, là một trong những thành phố lớn phát triển nhanh nhất trong cả nước, từ đó nảy sinh nhu cầu sử dụng nước để phục vụ cho đời sống của người dân. Austin không phải là ngoại lệ. Thấu chi nước ngầm đang là một vấn đề nghiêm trọng mang tính toàn cầu. Ước tính nhu cầu sử dụng nước hiện tại nhiều hơn gấp ba lần khối lượng thực tế của các tầng chứa nước. Theo đánh giá năm 2019 của các nhà nghiên cứu ở Việt Nam, Úc và Ý, khoảng một phần ba hệ thống nước ngầm lớn nhất thế giới đang bị khai thác quá mức. Và theo tính toán vào năm 2016 của các nhà thủy văn học tại Đại học Urecht ở Hà Lan, những khu vực như Ý và một phần Cao nguyên ở Hoa Kỳ có thể sẽ đạt đến giới hạn vào những năm 2040 đến 2070; tầng chứa nước nơi Thung lũng Trung tâm của California có thể cạn kiệt ngay sau những năm 2030. Ghat Tây của Ấn Độ - một dãy núi chạy dọc theo bờ biển phía Tây Nam của đất nước - cũng có thể rơi vào tình cảnh này. Ghat Tây là nơi trú ngụ của nhiều loài cá nước ngọt khác thường sống dưới lòng đất, bao gồm cả cá lóc rồng, trông giống như một con lươn bọc thép và có thể đại diện cho một quần thể đã tồn tại hàng trăm triệu năm. Tuy nhiên, khu vực này cũng có dân cư đông đúc, gây áp lực rất lớn lên các tầng chứa nước. Đến năm 2050, hơn 80 triệu người có thể lâm vào tình trạng thiếu nước sinh hoạt. Các loài xâm lấn cũng là một yếu tố rủi ro khác, chẳng hạn như cá da trơn hoặc cá rô phi ở Ghat Tây và tôm càng xanh đầm lầy đỏ ở châu u, chúng đã xâm chiếm giếng và hang động. Hệ sinh thái nước ngầm còn phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm. Một số tình cờ bị ô nhiễm do tình trạng khai thác tài nguyên hoặc phân bón nông nghiệp. Và một số thì bị ô nhiễm có chủ đích, như ở Slovenia, nơi một nhà máy sản xuất tụ điện đã xử lý chất thải độc hại trong hai thập kỷ bằng cách đổ chúng vào các hố sụt, gây ô nhiễm môi trường sống của olm; hoặc như ở Ấn Độ, nơi người dân thường sử dụng hóa chất để khử trùng giếng. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp, cơ quan quản lý đã kịp thời đưa ra những chính sách nhằm bảo tồn ít nhất một số loài stygofauna. Hồ bơi Barton Springs nằm gần trung tâm thành phố Austin là một địa điểm bơi lội nổi tiếng trong hơn một thế kỷ qua; trong một khoảng thời gian, chính quyền đã sử dụng các phương pháp làm sạch chuyên sâu để xử lý hồ như nước nóng, vòi cao áp và clo. Nhưng con người không phải là sinh vật duy nhất ở đó - sâu trong những con suối cung cấp nước cho hồ, có hai loài kỳ nhông khác nhau: kỳ nhông Barton Springs, được đặt tên chính thức vào năm 1993 và kỳ nhông mù Austin, được phát hiện vào năm 2001. Năm 1992, thành phố đã ngừng sử dụng clo để kiểm soát tảo tại hồ bơi. Sau khi chính phủ liên bang liệt kỳ nhông Barton Springs vào diện nguy cấp theo Đạo luật về các loài nguy cấp vào năm 1997, các cơ quan quản lý đã đưa ra những phương án khác nhau nhằm bảo vệ kỳ nhông. Ngày nay, theo thỏa thuận với Cơ quan Cá và Động vật Hoang dã Hoa Kỳ, thành phố vẫn có thể sử dụng hồ bơi để bơi lội và có thể làm sạch nó (mặc dù với các phương pháp ít phá hoại hơn); nhưng đổi lại, thành phố cũng phải giúp bảo vệ hệ sinh thái. Vào năm 1998, Austin đã khởi động một chương trình nhân giống kỳ nhông. Hiện tại, họ đã phát triển được một quần thể nuôi nhốt khoảng 240 con kỳ nhông Barton Springs và khoảng 50 con kỳ nhông mù Austin trong một cơ sở nhỏ cách suối nước vài phút. Ngoài việc cho phép nghiên cứu các loài động vật, chương trình cũng cung cấp một hệ thống dự phòng trong trường hợp thiên tai. Điều này vô cùng cần thiết, bởi một vụ tràn hóa chất gần đó cũng có thể gây ra thảm họa cho kỳ nhông. "Chất ô nhiễm có thể lan sang suối nước chỉ trong vỏn vẹn một ngày", Dee Ann Chamberlain, một nhà khoa học môi trường và người đứng đầu chương trình cho hay. Trong trường hợp đó, Chamberlain và các đồng nghiệp sẽ cứu lấy càng nhiều sinh vật quý hiếm từ tự nhiên càng tốt để mang về trung tâm trước khi chất ô nhiễm lan đến nơi. Một ngày nào đó, khi môi trường sống đã an toàn trở lại, các nhà khoa học sẽ đưa kỳ nhông trở lại suối. Song, suy cho cùng, bảo vệ những khu vực này khỏi tình trạng ô nhiễm ngay từ đầu sẽ tốt hơn là cố gắng sửa chữa khi mọi chuyện đã rồi. Theo Scott Hiers, một nhà khoa học địa lý, chính quyền Austin đã mua đất ở các khu vực trọng yếu. Điều này sẽ hạn chế quá trình đô thị hoá ở những khu vực đó, giúp giảm nguy cơ ô nhiễm và đảm bảo nước bề mặt có thể chảy xuống tầng chứa nước. Đinh Cửutổng hợpNguồn:A Strange, Endangered Ecosystem Hides in Underground Waterways Where is Earth's Water?

Trở lại Văn hóa - Xã hộiTrở lại Văn hóa - Xã hội