San hô là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm san hô

San hô là động vật biển thuộc lớp Anthozoa trong ngành Cnidaria, sinh sống cố định dưới đáy biển và phát triển thành các tập đoàn lớn thông qua sự phân chia vô tính. Dù hình thái bên ngoài có thể khiến nhiều người nhầm lẫn với thực vật hoặc đá, san hô thực chất là sinh vật dị dưỡng, săn mồi và có hệ thần kinh nguyên thủy.

San hô có khả năng tiết ra canxi carbonate (CaCO₃) từ lớp biểu mô để xây dựng khung xương vững chắc bao quanh cơ thể. Chính khả năng tạo khung xương này cho phép chúng hình thành các rạn san hô lớn, là nền tảng cho nhiều hệ sinh thái biển nhiệt đới. San hô sống phổ biến ở các vùng biển nông, nước ấm, trong và có nhiều ánh sáng.

Một số đặc điểm sinh học nổi bật của san hô:

• Thuộc ngành Cnidaria – cùng họ với sứa và hải quỳ
• Không có não hay cơ quan cảm giác phức tạp
• Sinh sản bằng cả hình thức vô tính và hữu tính
• Sống cố định – không di chuyển trong suốt vòng đời

Cấu trúc cơ thể và tập đoàn san hô

Mỗi cá thể san hô gọi là polyp – một đơn vị hình trụ với miệng ở trung tâm và các xúc tu bao quanh. Các xúc tu được trang bị tế bào cnidocyte có chứa nematocyst – cấu trúc chuyên dụng để phóng thích độc tố bắt giữ sinh vật phù du nhỏ làm thức ăn. Miệng polyp mở vào một khoang dạ dày đơn, vừa là nơi tiêu hóa vừa là trung tâm trao đổi chất.

Các polyp san hô không sống đơn lẻ mà liên kết thành tập đoàn (colony) qua một lớp mô liên tục gọi là coenosarc. Coenosarc giúp trao đổi dinh dưỡng và tín hiệu giữa các polyp. Khi một polyp phân chia, nó tạo ra một bản sao dính liền vào cơ thể mẹ, nhờ đó tập đoàn phát triển theo chiều ngang và chiều dọc, tạo thành các cấu trúc ba chiều phức tạp.

Bảng tóm tắt thành phần cơ bản của một tập đoàn san hô:

Phân loại chính của san hô

San hô được phân chia thành hai nhóm chính dựa trên cấu trúc khung xương và vai trò sinh thái: san hô cứng (order Scleractinia) và san hô mềm (order Alcyonacea). San hô cứng là nhóm có khả năng tiết nhiều canxi carbonate, hình thành các khối vững chắc, tạo thành nền tảng cho rạn san hô. Trong khi đó, san hô mềm không tạo khung xương cứng mà có cấu trúc linh hoạt hơn, chủ yếu sống ở tầng sâu hoặc vùng ít ánh sáng.

San hô cứng bao gồm nhiều chi nổi bật như *Acropora* (nhánh sừng hươu), *Porites* (khối tròn), và *Montipora*. Chúng phát triển theo hình dạng khác nhau: nhánh, phiến, khối, tùy vào điều kiện dòng chảy và ánh sáng. San hô mềm như *Sinularia* hay *Sarcophyton* thường có hình cây nấm hoặc quạt, di chuyển nhẹ theo dòng nước nhờ cấu trúc sợi protein.

So sánh đặc điểm giữa san hô cứng và san hô mềm:

Chi tiết về các loài có thể xem tại: MarineBio – Coral Species.

San hô và mối quan hệ cộng sinh với tảo

Một trong những đặc điểm sinh học quan trọng nhất của san hô là mối quan hệ cộng sinh với tảo đơn bào thuộc chi *Symbiodinium*, thường được gọi là zooxanthellae. Tảo này cư trú trong mô biểu bì của polyp san hô và thực hiện quang hợp, chuyển hóa năng lượng mặt trời thành đường và hợp chất hữu cơ, cung cấp đến 90% năng lượng cho san hô.

Ngược lại, san hô cung cấp cho tảo môi trường sống ổn định, carbon dioxide (CO₂) và sản phẩm nitơ từ quá trình trao đổi chất. Mối quan hệ này mang tính cộng sinh bắt buộc: san hô không thể sống khỏe mạnh nếu thiếu tảo cộng sinh. Khi bị stress bởi nhiệt độ, ô nhiễm hoặc ánh sáng bất thường, san hô sẽ thải bỏ tảo, dẫn đến hiện tượng tẩy trắng (bleaching).

Các yếu tố gây tẩy trắng san hô phổ biến:

• Nhiệt độ nước tăng ≥ 1°C so với trung bình
• Ô nhiễm hóa học (phân bón, dầu loang)
• Thay đổi độ mặn hoặc pH
• Chiếu sáng nhân tạo cường độ cao

Tình trạng mất tảo kéo dài dẫn đến thiếu hụt năng lượng, làm san hô suy yếu, dễ bị nhiễm bệnh và chết hàng loạt. Đây là nguyên nhân chính khiến các rạn san hô toàn cầu đang bị suy thoái nghiêm trọng trong vài thập kỷ gần đây.

Quá trình hình thành rạn san hô

Rạn san hô hình thành qua quá trình tích lũy lâu dài của khung xương canxi carbonate (CaCO₃) do các polyp san hô cứng tiết ra trong suốt vòng đời. Khi các polyp chết, phần khung xương không bị phân hủy mà trở thành nền tảng cho các polyp mới bám vào và phát triển tiếp. Chu kỳ này diễn ra liên tục qua hàng trăm đến hàng nghìn năm, tạo nên các cấu trúc rạn có quy mô hàng chục đến hàng trăm km.

Rạn san hô cần những điều kiện môi trường ổn định để phát triển: nhiệt độ nước từ 23–29°C, độ sâu không quá 50m, độ mặn ổn định và nước biển trong, nhiều ánh sáng để duy trì hoạt động quang hợp của tảo cộng sinh. Rạn san hô không phát triển ở vùng cửa sông, nước đục, hoặc vùng lạnh do thiếu ánh sáng và độ kiềm cần thiết.

Các loại rạn san hô thường gặp:

• Rạn viền bờ (fringing reef): phát triển sát bờ biển, phổ biến nhất
• Rạn chắn (barrier reef): nằm xa bờ, ngăn cách bởi đầm phá, như Great Barrier Reef
• Atoll: dạng vòng tròn bao quanh đầm phá, thường xuất hiện trên đỉnh núi lửa chìm

Tầm quan trọng sinh thái

Rạn san hô là một trong những hệ sinh thái có độ đa dạng sinh học cao nhất trên hành tinh, mặc dù chúng chỉ chiếm dưới 1% diện tích đáy biển. Khoảng 25% sinh vật biển, bao gồm hàng ngàn loài cá, nhuyễn thể, giáp xác và động vật không xương sống khác sống trong hoặc xung quanh các rạn san hô. Chúng đóng vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn biển và bảo vệ nguồn gen sinh học quý giá.

Rạn san hô còn có chức năng sinh thái to lớn:

• Bảo vệ bờ biển khỏi xói mòn và sóng lớn bằng cách làm giảm năng lượng sóng
• Góp phần lọc nước biển nhờ vào hệ sinh vật bám
• Ổn định trầm tích và duy trì hệ vi sinh vật biển
• Điều hòa vi khí hậu khu vực ven biển

Bảng thống kê vai trò chính của rạn san hô:

Đe dọa từ biến đổi khí hậu và ô nhiễm

Biến đổi khí hậu toàn cầu là mối đe dọa nghiêm trọng nhất đối với các rạn san hô. Nhiệt độ nước biển tăng vượt ngưỡng sinh lý gây hiện tượng tẩy trắng (bleaching) trên diện rộng, làm san hô mất tảo cộng sinh và chết nếu không hồi phục kịp. Các đợt nắng nóng biển năm 2016 và 2020 đã tàn phá hơn 50% rạn Great Barrier Reef.

Ngoài ra, axit hóa đại dương do hấp thụ CO₂ từ khí quyển khiến độ pH nước biển giảm, làm suy yếu khả năng kết tủa CaCO₃ của san hô. Các yếu tố như ô nhiễm hóa chất, phân bón, vi nhựa, tràn dầu và khai thác quá mức cũng khiến rạn san hô dễ tổn thương và khó phục hồi.

Dữ liệu cảnh báo từ NOAA: NOAA – Coral Reef Ecosystems.

Biện pháp bảo tồn và phục hồi

Các chiến lược bảo tồn rạn san hô bao gồm cả biện pháp chính sách, kỹ thuật và cộng đồng. Việc thành lập khu bảo tồn biển (Marine Protected Areas – MPAs) giúp hạn chế khai thác và phục hồi hệ sinh thái tự nhiên. Kiểm soát nguồn thải từ đất liền, đặc biệt là phân bón và hóa chất nông nghiệp, cũng rất quan trọng để giảm phú dưỡng và đục nước.

Công nghệ phục hồi rạn đang phát triển nhanh chóng với các phương pháp như: cấy ghép polyp, tạo khung san hô nhân tạo từ kim loại hoặc gốm sinh học, kỹ thuật vi ghép (microfragmentation), và sử dụng san hô chịu nhiệt. Một số dự án lớn như Coral Restoration Foundation, Reef Resilience Network đang triển khai ở Caribe, Hawaii và Đông Nam Á.

Danh sách các giải pháp đang được áp dụng:

• Thiết lập MPAs với giám sát từ vệ tinh và drone
• Trồng san hô bằng cắt nhánh và cấy ghép
• Nghiên cứu giống san hô kháng nhiệt và axit hóa
• Giáo dục cộng đồng và chương trình tình nguyện viên bảo tồn

Ứng dụng y học và vật liệu sinh học

Khung xương CaCO₃ của san hô tự nhiên có cấu trúc xốp, bền cơ học và tương thích sinh học cao, được nghiên cứu ứng dụng trong y học để thay thế xương người, làm vật liệu cấy ghép và hỗ trợ tái tạo mô. San hô được xử lý ở nhiệt độ cao để loại bỏ tạp chất và giữ lại khung khoáng nguyên sinh.

Bên cạnh đó, nhiều hợp chất sinh học chiết xuất từ san hô có hoạt tính kháng sinh, chống viêm, chống oxy hóa và thậm chí là kháng ung thư. Một số hợp chất đang được thử nghiệm lâm sàng để phát triển thuốc điều trị ung thư, nhiễm trùng nặng và bệnh viêm mạn tính.

Nguồn tham khảo: NIH – Biomedical potential of marine corals.

Tiềm năng nghiên cứu và giáo dục

Rạn san hô là tài nguyên quý báu cho nghiên cứu khoa học về sinh học biển, sinh thái học, cổ sinh vật học và biến đổi khí hậu. Mẫu trầm tích từ san hô hóa thạch giúp tái dựng điều kiện môi trường cổ xưa và chu kỳ khí hậu hàng nghìn năm trước. San hô cũng là chỉ thị sinh học nhạy cho các thay đổi môi trường hiện đại.

Trong giáo dục, san hô đóng vai trò quan trọng trong việc truyền cảm hứng và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ biển và sự bền vững của đại dương. Nhiều chương trình học đường, mô hình 3D và thực tế ảo (VR) đã được phát triển để đưa rạn san hô vào lớp học và hoạt động cộng đồng.

Các tổ chức phi lợi nhuận như Coral Guardian, Mission Blue và Ocean Agency đang hỗ trợ hàng loạt dự án giáo dục, truyền thông và bảo tồn rạn san hô tại hơn 30 quốc gia.