Sinh vật Nam Cực gần như đều sống nhờ biển. Trên đất liền phủ băng, sinh vật lớn nhất sống hẳn trên cạn là một loài ruồi muỗi nhỏ không cánh dài vài mm, cùng rêu, địa y và hai loài cây có hoa ở bán đảo Nam Cực. Còn Nam Đại Dương bao quanh thì giàu sự sống: nhuyễn thể krill, cá, mực, chim cánh cụt, hải cẩu, chim biển và cá voi.
Chim cánh cụt là biểu tượng của vùng này, nhưng chỉ vài loài thật sự sinh sản trên lục địa Nam Cực, nổi bật là chim cánh cụt hoàng đế và chim cánh cụt Adélie. Phần lớn các loài còn lại sống ở các đảo cận Nam Cực và bờ biển Nam bán cầu, có loài sống tận Galápagos gần xích đạo.
Bài này đi từ mắt xích nhỏ nhất là krill, tới chim cánh cụt, hải cẩu, cá và cá voi, rồi lên bờ xem những sinh vật bé nhỏ trụ được trên đá, và cuối cùng là những thay đổi đang đặt ra cho hệ sinh thái.
Krill: mắt xích nhỏ nuôi cả Nam Đại Dương
Nếu phải chọn một sinh vật quan trọng nhất của Nam Cực, nhiều nhà sinh học sẽ chọn nhuyễn thể krill Nam Cực, một loài giáp xác giống tôm, dài khoảng năm đến sáu cm. Krill sống thành đàn khổng lồ, có đàn dày đặc trải dài nhiều km, đủ lớn để nhìn thấy dưới dạng vệt hồng trên mặt biển. Theo nhiều ước tính, tổng khối lượng krill Nam Cực thuộc hàng lớn nhất trong các loài động vật trên Trái Đất.
Krill ăn tảo và thực vật phù du, đặc biệt là lớp tảo bám ở mặt dưới băng biển vào mùa đông. Đây là lý do băng biển quan trọng với cả hệ sinh thái: băng như một cánh đồng lộn ngược, nuôi krill non qua những tháng ít thức ăn.
Từ krill, năng lượng đi thẳng lên các loài lớn. Cá voi tấm sừng lọc hàng tấn krill mỗi ngày trong mùa hè. Hải cẩu ăn cua, dù tên gọi như vậy, thật ra ăn chủ yếu là krill. Chim cánh cụt Adélie, chim cánh cụt quai mũ, chim biển và nhiều loài cá đều phụ thuộc vào krill. Chuỗi thức ăn ngắn như vậy làm hệ sinh thái hiệu quả nhưng cũng mong manh: krill suy giảm là cả chuỗi bị ảnh hưởng. Việc đánh bắt krill vì thế được một công ước quốc tế riêng về bảo tồn tài nguyên sinh vật biển Nam Cực quản lý theo hạn ngạch.
Chim cánh cụt hoàng đế: ấp trứng giữa mùa đông tối và lạnh nhất
Chim cánh cụt hoàng đế là loài chim cánh cụt lớn nhất, cao khoảng một mét đến 1,2 m, nặng tới vài chục kg. Điều làm loài này nổi tiếng là lịch sinh sản ngược đời: chúng đi bộ hàng chục km từ mép biển vào các bãi băng biển cố định để đẻ trứng ngay khi mùa đông bắt đầu.
Mỗi con mái đẻ một quả trứng rồi trao cho con trống, sau đó quay ra biển kiếm ăn. Con trống giữ trứng trên mu bàn chân, phủ bằng một nếp da ấm ở bụng, đứng gần như bất động khoảng hai tháng trong bóng tối, gió lạnh và nhiệt độ có thể dưới âm 40 °C. Suốt thời gian đó con trống nhịn ăn, sống bằng lớp mỡ tích trước, sụt cân rất nhiều.
Bí quyết sống sót là đứng túm tụm. Hàng nghìn con ép sát nhau thành khối, liên tục xoay vòng: con ở rìa ngoài chịu gió dần dần được đẩy vào giữa ấm hơn, con ở giữa lại dịch ra ngoài. Nhờ vậy mỗi cá thể tiết kiệm được nhiều năng lượng so với đứng một mình.
Chim non nở vào cuối đông. Con mái quay về đúng lúc, nhận ra bạn đời và con qua tiếng kêu riêng giữa hàng nghìn tiếng kêu khác. Bố mẹ thay nhau đi biển kiếm ăn, để đến mùa hè, khi băng biển vỡ và thức ăn nhiều nhất, chim non đã đủ lớn để tự xuống nước. Chim cánh cụt hoàng đế cũng là thợ lặn giỏi, có thể xuống sâu hơn 500 m để săn cá và mực.
Những loài chim cánh cụt khác và cách chúng chịu lạnh
Chim cánh cụt Adélie. Nhỏ hơn nhiều, cao khoảng 70 cm, sinh sản vào mùa hè trên bờ đá lộ ra quanh lục địa. Chúng làm tổ bằng những viên sỏi nhỏ, và nổi tiếng với cảnh tranh giành, thậm chí lấy trộm sỏi của tổ bên cạnh.
Chim cánh cụt quai mũ và chim cánh cụt Gentoo. Hai loài này sinh sản ở bán đảo Nam Cực và các đảo lân cận. Chim cánh cụt quai mũ dễ nhận ra nhờ vạch đen mảnh dưới cằm như quai mũ; Gentoo có mỏ cam và vệt trắng trên đầu, bơi rất nhanh.
Chim cánh cụt vua. Trông giống chim cánh cụt hoàng đế nhưng nhỏ hơn, sống ở các đảo cận Nam Cực như Nam Georgia, nơi có những quần thể lên tới hàng trăm nghìn con.
Lớp lông và lớp mỡ. Chim cánh cụt có lông nhỏ, xếp dày chồng lên nhau như mái ngói, giữ một lớp khí mỏng sát da. Dưới da là lớp mỡ cách nhiệt và dự trữ năng lượng.
Trao đổi nhiệt ngược dòng. Ở chân và cánh, mạch máu nóng đi ra nằm sát mạch máu lạnh đi về, truyền nhiệt cho nhau. Nhờ vậy bàn chân đứng trên băng được giữ ở nhiệt độ thấp mà cơ thể không mất nhiều nhiệt.
Không có chim cánh cụt ở Bắc Cực. Cả họ chim cánh cụt tiến hoá ở Nam bán cầu và chưa bao giờ vượt qua vùng nước ấm nhiệt đới để lên phía bắc. Bắc Cực có những loài chim biển lặn giỏi khác, trông hơi giống chim cánh cụt nhưng biết bay.
Hải cẩu, cá voi và chim biển
Nam Cực có nhiều loài hải cẩu, mỗi loài một cách sống. Hải cẩu Weddell là loài thú sinh sản xa về phía nam nhất: chúng sống dưới lớp băng biển ven bờ, dùng răng gặm để giữ các lỗ thở không bị đóng băng suốt mùa đông, lặn sâu hàng trăm mét và ở dưới nước rất lâu. Hải cẩu ăn cua là loài hải cẩu đông nhất thế giới theo nhiều ước tính. Hải báo, tức hải cẩu báo, là kẻ săn mồi lớn, ăn cả chim cánh cụt và hải cẩu non. Voi biển phương nam, loài hải cẩu lớn nhất, sinh sản ở các đảo cận Nam Cực.
Mùa hè, nhiều loài cá voi di cư tới Nam Đại Dương để ăn krill: cá voi xanh, loài động vật lớn nhất từng biết, cá voi lưng gù, cá voi minke. Mùa đông chúng lại bơi về vùng nước ấm hơn để sinh con. Cá voi sát thủ, hay cá hổ kình, sống ở đây quanh năm, có những nhóm chuyên săn hải cẩu, nhóm khác chuyên săn cá, với cách săn mồi khác nhau được truyền lại trong đàn.
Trên trời là chim biển: hải âu lớn với sải cánh có thể tới ba mét, lượn hàng nghìn km trên gió tây mà gần như không vỗ cánh; hải âu tuyết trắng muốt làm tổ trên vách đá cách bờ hàng trăm km; chim cướp biển Nam Cực rình trứng và chim non chim cánh cụt. Thời kỳ săn bắt cá voi công nghiệp thế kỷ 20 đã làm nhiều loài cá voi ở đây suy giảm nghiêm trọng; một số quần thể như cá voi lưng gù đã phục hồi đáng kể sau khi được bảo vệ.
Cá chịu lạnh: chất chống đông và máu không màu
Nước biển quanh Nam Cực có nhiệt độ khoảng âm 1,8 °C, thấp hơn điểm đông của dịch cơ thể của hầu hết loài cá. Ở nhiệt độ đó, cá thông thường sẽ bị những tinh thể băng nhỏ hình thành trong máu và chết. Một nhóm cá đặc trưng của Nam Cực đã tiến hoá các protein chống đông: những phân tử bám vào mầm tinh thể băng ngay khi chúng vừa hình thành, ngăn tinh thể lớn lên.
Kỳ lạ hơn là họ cá băng. Máu của chúng gần như trong suốt vì không có hemoglobin, chất mang oxy làm máu các loài có xương sống khác có màu đỏ. Nước lạnh hoà tan được nhiều oxy hơn nước ấm, và cá băng bù lại bằng tim lớn, thể tích máu nhiều, mạch máu rộng, cùng lối sống ít vận động. Đây là ví dụ hiếm thấy về một nhóm có xương sống sống được mà không cần hemoglobin.
Dưới đáy biển Nam Cực còn có những sinh vật lớn bất thường so với họ hàng ở vùng ấm, như nhện biển to bằng bàn tay hay bọt biển sống rất lâu. Các nhà khoa học gọi hiện tượng này là gigantism vùng cực; nước lạnh giàu oxy và nhịp sống chậm là những giả thuyết đang được nghiên cứu để giải thích.
Sự sống trên đất liền: bé nhỏ nhưng bền bỉ
Chỉ một phần rất nhỏ diện tích Nam Cực không bị băng phủ, theo các ước tính gần đây chưa tới một phần trăm, chủ yếu là bờ đá ven biển, đỉnh núi và các thung lũng khô. Ở đó sự sống trên cạn rất nhỏ bé. Động vật sống hẳn trên đất liền lớn nhất là một loài ruồi muỗi không cánh dài vài mm, sống ở bán đảo Nam Cực, có thể chịu được việc đóng băng và khô kiệt trong mùa đông. Ngoài ra là ve bét, bọ đuôi bật, giun tròn và gấu nước, những sinh vật hiển vi nổi tiếng với khả năng chịu đựng.
Về thực vật, Nam Cực chỉ có hai loài cây có hoa bản địa, một loài cỏ và một loài cây nhỏ dạng nệm, đều sống ở bán đảo Nam Cực và các đảo gần đó. Còn lại là rêu, địa y, tảo. Địa y có thể sống trong khe đá ở những vùng rất lạnh, phát triển cực kỳ chậm. Vào mùa hè, tảo tuyết có thể nhuộm những mảng tuyết thành màu đỏ hồng hoặc xanh lục ở vùng ven biển.
Vì sinh vật trên cạn hiếm và phát triển chậm, chúng rất dễ tổn thương. Một dấu chân giẫm lên thảm rêu có thể còn lại nhiều năm. Hạt giống, đất, côn trùng theo người và hàng hoá từ nơi khác tới có thể trở thành loài xâm lấn. Vì vậy những người tới Nam Cực, cả nhà khoa học lẫn du khách, thường phải làm sạch giày, quần áo, ba lô trước khi lên bờ.
Hệ sinh thái Nam Cực trước những thay đổi
Thay đổi rõ nhất đang diễn ra ở bán đảo Nam Cực, một trong những vùng ấm lên nhanh trên Trái Đất trong nửa sau thế kỷ 20. Ở đó, các nhà khoa học ghi nhận số lượng chim cánh cụt Adélie, loài ưa băng biển, giảm ở một số quần thể phía bắc, trong khi chim cánh cụt Gentoo, loài thích vùng nước ít băng hơn, lại mở rộng phạm vi về phía nam.
Chim cánh cụt hoàng đế phụ thuộc vào băng biển ổn định để ấp trứng và nuôi con. Khi băng biển vỡ sớm trước lúc chim non kịp thay lông chống nước, cả một mùa sinh sản ở bãi đó có thể thất bại. Các nghiên cứu theo dõi bằng ảnh vệ tinh đã ghi nhận những trường hợp như vậy, và một số mô hình cho rằng loài này sẽ chịu áp lực lớn nếu băng biển tiếp tục suy giảm.
Krill cũng nhạy với băng biển và nhiệt độ nước. Bên cạnh đó là áp lực từ đánh bắt, từ vi nhựa và các chất ô nhiễm theo hải lưu tới. Tuy vậy, so với hầu hết đại dương khác, Nam Đại Dương vẫn là vùng còn tương đối nguyên vẹn, được quản lý bằng các thoả thuận quốc tế về bảo vệ môi trường và tài nguyên sinh vật. Nhiều khu bảo tồn biển đã được thiết lập, và hệ sinh thái nơi đây trở thành chỉ báo quan trọng để theo dõi sức khoẻ của đại dương toàn cầu.
Câu hỏi thường gặp
Có bao nhiêu loài chim cánh cụt?
Thường được nêu là khoảng 18 loài, nhưng con số dao động từ 17 đến 20 tuỳ cách phân loại, vì một số quần thể được xếp là loài riêng hay phân loài khác nhau giữa các nhà khoa học. Tất cả đều sống ở Nam bán cầu, trừ một loài ở Galápagos có phạm vi chạm xích đạo.
Chim cánh cụt có bay được không?
Không. Cánh của chim cánh cụt đã biến thành mái chèo cứng, xương đặc và nặng hơn chim bay để dễ lặn. Đổi lại, chúng bơi rất giỏi: dưới nước chúng dùng cánh như đang bay, đạt tốc độ cao và đổi hướng nhanh để bắt cá, mực và krill.
Gấu Bắc Cực có ăn chim cánh cụt không?
Ngoài tự nhiên thì không, vì gấu Bắc Cực chỉ sống ở Bắc bán cầu còn chim cánh cụt sống ở Nam bán cầu. Hai nhóm bị ngăn cách bởi vùng nhiệt đới ấm. Ở Nam Cực, kẻ săn chim cánh cụt là hải báo, cá voi sát thủ và chim cướp biển.
Vì sao chim cánh cụt không bị lạnh chân khi đứng trên băng?
Chân chim cánh cụt có hệ mạch máu trao đổi nhiệt ngược dòng: máu ấm đi xuống truyền nhiệt cho máu lạnh đi lên, nên chân được giữ ở nhiệt độ thấp vừa đủ không đóng băng. Chúng cũng hay đứng trên gót và đuôi để giảm diện tích tiếp xúc với băng.
Nam Cực có côn trùng không?
Có, nhưng rất ít. Loài nổi tiếng nhất là một loài ruồi muỗi không cánh sống ở bán đảo Nam Cực, dài vài mm, chịu được đóng băng. Ngoài ra là các loài bọ đuôi bật và ve bét nhỏ sống trong rêu và khe đá. Không có muỗi đốt người hay ruồi nhà bản địa.
Du khách có được chạm vào chim cánh cụt không?
Không. Hướng dẫn chung cho người tới Nam Cực yêu cầu giữ khoảng cách với động vật hoang dã, không cho ăn, không chặn đường đi của chúng ra biển, không làm chúng thay đổi hành vi. Chim cánh cụt thường không sợ người, nên chính người phải chủ động lùi lại.
