Sự xâm lấn là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa sự xâm lấn

Sự xâm lấn là quá trình trong đó một loài, yếu tố sinh học hoặc một tác nhân bên ngoài vượt khỏi phạm vi phân bố tự nhiên hoặc chức năng ban đầu của nó, gây tác động tiêu cực đến môi trường sống, cấu trúc hệ sinh thái hoặc cộng đồng bản địa. Trong sinh thái học, sự xâm lấn thường liên quan đến loài ngoại lai xâm lấn (invasive alien species), tức những loài được du nhập vào hệ sinh thái mới và gây mất cân bằng nghiêm trọng về sinh học.

Loài xâm lấn có thể là thực vật, động vật, vi sinh vật hoặc nấm, có khả năng sinh sản nhanh, phát tán mạnh, chiếm ưu thế sinh học và lấn át các loài bản địa. Chúng thường thiếu các kẻ thù tự nhiên tại nơi mới, khiến quần thể gia tăng không kiểm soát. Điều này dẫn đến suy giảm đa dạng sinh học, gián đoạn các mối quan hệ sinh thái và thay đổi các quá trình sinh học quan trọng như tuần hoàn dinh dưỡng, thụ phấn và điều hòa khí hậu vi mô.

Khái niệm xâm lấn cũng có thể mở rộng sang các lĩnh vực khác như y học (tế bào ung thư xâm lấn mô lành), công nghệ (xâm nhập dữ liệu), hoặc quân sự (xâm chiếm lãnh thổ). Tuy nhiên, trong bài viết này, phạm vi chủ yếu tập trung vào xâm lấn sinh học và hệ quả của nó đối với môi trường và kinh tế.

Các đặc điểm nhận diện của loài xâm lấn

Không phải loài ngoại lai nào cũng là loài xâm lấn. Một loài chỉ được xem là xâm lấn khi nó hội đủ các yếu tố để gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường hoặc kinh tế xã hội tại nơi định cư mới. Các nhà sinh thái học đã tổng hợp những đặc điểm sinh học giúp phân biệt loài xâm lấn với loài ngoại lai không xâm hại.

Dưới đây là các đặc tính phổ biến của loài xâm lấn:

• Khả năng sinh sản nhanh, vòng đời ngắn, dễ thích nghi
• Không có kẻ thù tự nhiên ở môi trường mới
• Có khả năng cạnh tranh cao về dinh dưỡng, ánh sáng hoặc không gian
• Kháng bệnh tốt, khả năng sống sót cao trong điều kiện khắc nghiệt
• Tính di động và phát tán xa (gió, nước, động vật, con người)

Chúng ta có thể thấy rõ qua các ví dụ như: cây mai dương (Mimosa pigra) tại Đồng bằng sông Cửu Long, loài cá lau kiếng (Hypostomus plecostomus) ở các sông miền Nam, hay loài ốc bươu vàng (Pomacea canaliculata) phá hoại lúa tại nhiều tỉnh thành.

Bảng sau tóm tắt các tiêu chí nhận diện loài xâm lấn sinh học:

Tiêu chí	Mô tả	Ví dụ
Sinh sản nhanh	Chu kỳ sinh học ngắn, số lượng con lớn	Ốc bươu vàng
Thích nghi rộng	Sống được ở nhiều điều kiện khí hậu, đất đai	Cỏ dại Parthenium
Thiếu thiên địch	Không có kẻ săn mồi bản địa	Cá rô phi
Cạnh tranh mạnh	Chiếm ưu thế sinh thái so với loài bản địa	Mai dương

Con đường phát tán và lan rộng

Sự lan rộng của loài xâm lấn có thể xảy ra qua nhiều con đường, trong đó hoạt động của con người là nguyên nhân chủ yếu. Các hoạt động thương mại, giao thông, du lịch và nuôi trồng đều góp phần vận chuyển sinh vật đến các vùng mới, đôi khi ngoài ý muốn.

Các con đường phổ biến gồm:

1. Vận tải hàng hóa quốc tế: sinh vật đi theo container, gỗ, bao bì, hạt giống
2. Nước dằn tàu: vi sinh vật và ấu trùng hải sinh theo nước dằn xâm nhập vùng biển mới
3. Nuôi trồng thủy sản và cây cảnh: loài thoát ra tự nhiên và sinh sôi
4. Di cư tự nhiên do biến đổi khí hậu hoặc mất môi trường sống gốc

Chẳng hạn, loài sò vằn (Dreissena polymorpha) từ biển Caspi đã lan sang Bắc Mỹ thông qua tàu thủy chở hàng, gây thiệt hại lớn cho hệ thống thủy lợi và điện lực. Tổ chức IMO đã xây dựng Công ước về quản lý nước dằn tàu nhằm kiểm soát lây lan sinh vật qua đường biển.

Biến đổi khí hậu cũng thúc đẩy các loài bản địa mở rộng vùng sinh sống và trở thành loài xâm lấn ở khu vực mới, được gọi là "xâm lấn thứ cấp".

Ảnh hưởng của sự xâm lấn đến hệ sinh thái

Loài xâm lấn có thể tác động đến hệ sinh thái ở nhiều mức độ – từ ảnh hưởng trực tiếp đến các loài bản địa, đến thay đổi cấu trúc và chức năng tổng thể của hệ sinh thái. Hậu quả rõ nhất là làm suy giảm đa dạng sinh học do cạnh tranh, ăn thịt hoặc gây bệnh cho sinh vật bản địa.

Hệ quả gián tiếp bao gồm làm thay đổi môi trường vật lý như:

• Thay đổi độ che phủ thực vật
• Biến đổi tính chất hóa học của đất hoặc nước
• Làm thay đổi dòng chảy, hệ vi sinh vật hoặc dinh dưỡng

Một ví dụ nổi bật là thực vật xâm lấn Fallopia japonica có thể xuyên qua bê tông, phá hủy nền móng nhà cửa, đồng thời thay đổi cấu trúc đất, làm suy thoái thảm thực vật bản địa.

Để định lượng mức độ xâm lấn, các nhà sinh thái sử dụng công thức sau:

$I = \frac{(B_{x} \times R)}{B_{t}}$

Trong đó, $I$ là chỉ số tác động sinh thái, $B_x$ là sinh khối của loài xâm lấn, $R$ là tốc độ sinh sản của loài đó, và $B_t$ là sinh khối tổng thể của hệ sinh thái. Chỉ số càng lớn, mức độ đe dọa càng nghiêm trọng.

Một hệ sinh thái bị loài xâm lấn chiếm lĩnh có thể mất đi chức năng vốn có như cung cấp nước sạch, giữ đất, điều hòa khí hậu và duy trì quần thể thụ phấn – các dịch vụ sinh thái có vai trò sống còn với con người.

Tác động kinh tế và xã hội

Sự xâm lấn không chỉ là vấn đề sinh thái mà còn gây thiệt hại lớn về kinh tế và ảnh hưởng sâu rộng đến đời sống xã hội. Theo Công ước Đa dạng sinh học (CBD), chi phí toàn cầu liên quan đến loài xâm lấn ước tính hơn 100 tỷ USD mỗi năm, bao gồm cả chi phí kiểm soát, thiệt hại sản xuất và tổn thất dịch vụ hệ sinh thái.

Trong lĩnh vực nông nghiệp, loài xâm lấn có thể phá hoại mùa màng, cạnh tranh chất dinh dưỡng với cây trồng, làm giảm năng suất hoặc lây lan sâu bệnh. Ví dụ, cây cỏ lồng vực (Parthenium hysterophorus) tại Ấn Độ và châu Phi đã gây giảm 40-90% sản lượng ngũ cốc địa phương. Trong ngành chăn nuôi, cỏ dại xâm lấn làm giảm giá trị thức ăn gia súc hoặc gây độc cho vật nuôi.

Tác động kinh tế xã hội chính của loài xâm lấn bao gồm:

• Chi phí phòng ngừa và kiểm soát sinh học, hóa học hoặc vật lý
• Tổn thất sản lượng nông, lâm, thủy sản
• Ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng: tắc nghẽn ống dẫn, phá hủy đê kè, nền móng
• Gia tăng rủi ro y tế do mang mầm bệnh hoặc vector truyền bệnh

Một ví dụ tiêu biểu là loài muỗi Aedes aegypti – vector truyền virus sốt xuất huyết, Zika và chikungunya – có tốc độ lan rộng mạnh ở các khu vực nhiệt đới do thích nghi tốt với môi trường đô thị. Sự hiện diện của loài này làm gia tăng chi phí y tế và gánh nặng bệnh tật ở nhiều quốc gia Đông Nam Á và Nam Mỹ.

Chi phí gián tiếp như mất sinh kế của người dân phụ thuộc vào hệ sinh thái bị xâm hại, suy giảm dịch vụ hệ sinh thái (điều hòa nước, bảo vệ bờ biển, thụ phấn...) cũng khó định lượng nhưng vô cùng nghiêm trọng về lâu dài.

Xâm lấn trong y học: tế bào ung thư và vi sinh vật

Trong y học, “xâm lấn” đề cập đến khả năng lan rộng của tế bào bệnh lý vượt khỏi ranh giới ban đầu và xâm nhập vào mô lành hoặc hệ thống khác của cơ thể. Điển hình là hiện tượng xâm lấn của tế bào ung thư, nơi khối u không chỉ phát triển tại chỗ mà còn tấn công vào mô lân cận hoặc di căn xa đến các cơ quan khác.

Quá trình này bao gồm nhiều giai đoạn: thay đổi gen, tăng sinh tế bào, phá vỡ màng đáy, xâm nhập mạch máu/lympho và hình thành khối u thứ phát. Một mô hình toán học đơn giản mô tả sự tăng trưởng khối u theo thời gian là:

$V(t) = V_0 \cdot e^{kt}$

Trong đó, $V(t)$ là thể tích khối u tại thời điểm $t$, $V_0$ là thể tích ban đầu, và $k$ là hằng số sinh trưởng. Hệ số $k$ càng lớn thì mức độ xâm lấn và ác tính càng cao.

Trong lĩnh vực vi sinh, các loài vi khuẩn, nấm, hoặc ký sinh trùng xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây ra bệnh lý nghiêm trọng nếu vượt qua hàng rào miễn dịch tự nhiên. Ví dụ, vi khuẩn Clostridium difficile gây viêm đại tràng giả mạc sau khi hệ vi sinh đường ruột bị phá vỡ bởi kháng sinh. Trong các ca bệnh nặng, vi sinh vật có thể xâm lấn máu (nhiễm khuẩn huyết), đe dọa tính mạng người bệnh.

Chính sách kiểm soát và phòng ngừa

Để kiểm soát loài xâm lấn hiệu quả, cần áp dụng chiến lược đa cấp độ, kết hợp giữa can thiệp kỹ thuật, chính sách quản lý và nâng cao nhận thức cộng đồng. Các biện pháp có thể được chia theo ba nhóm chính: phòng ngừa, phát hiện sớm và kiểm soát/loại bỏ.

Các phương pháp thường được sử dụng trong thực tiễn:

• Biện pháp vật lý: nhổ bỏ, chặt hạ, săn bắn có kiểm soát
• Biện pháp hóa học: sử dụng thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu có chọn lọc
• Biện pháp sinh học: sử dụng thiên địch, virus hoặc nấm gây bệnh đặc hiệu
• Biện pháp sinh thái: phục hồi loài bản địa để tăng sức đề kháng sinh thái

Một ví dụ thành công là việc sử dụng bọ cánh cứng Rhinocyllus conicus để kiểm soát cây kế xâm lấn ở Bắc Mỹ. Tuy nhiên, kiểm soát sinh học cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để tránh tạo ra các loài xâm lấn thứ cấp.

Ở cấp độ chính sách, nhiều quốc gia đã ban hành danh mục cấm nhập khẩu hoặc nuôi trồng các loài có nguy cơ xâm lấn cao. Tổ chức IUCN và CBD cũng cung cấp các hướng dẫn và cơ sở dữ liệu quốc tế để giúp các quốc gia đánh giá và kiểm soát rủi ro.

Giáo dục cộng đồng cũng là chìa khóa trong kiểm soát loài xâm lấn. Khi người dân nhận thức được hậu quả, họ có thể tránh nuôi trồng, buôn bán hoặc thả sinh vật ngoại lai ra môi trường tự nhiên.

Xâm lấn và biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho loài xâm lấn mở rộng phạm vi phân bố mà còn làm suy yếu hệ sinh thái bản địa, giảm khả năng chống chịu. Những thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa, độ mặn và tần suất thiên tai làm gián đoạn cân bằng sinh học, tạo "cửa sổ xâm nhập" cho sinh vật lạ.

Ví dụ, tại vùng Bắc Âu, khí hậu ấm lên đã giúp một số loài muỗi truyền bệnh như Aedes albopictus mở rộng về phía Bắc, tạo ra nguy cơ dịch bệnh sốt xuất huyết ở các khu vực từng an toàn. Trong các rạn san hô, sự ấm lên của nước biển tạo điều kiện cho tảo lạ và sinh vật cạnh tranh sinh sôi, làm san hô suy yếu và giảm khả năng hồi phục.

Hiện tượng “xâm lấn tương hỗ” cũng đang gia tăng, khi hai hoặc nhiều loài xâm lấn hỗ trợ nhau phát triển. Biến đổi khí hậu góp phần tạo môi trường thuận lợi cho các tương tác này xảy ra với tốc độ và quy mô lớn hơn trước.

Hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ

Sự phát triển của công nghệ đang mở ra nhiều cơ hội mới để dự báo, giám sát và kiểm soát loài xâm lấn hiệu quả hơn. Một số hướng đi nổi bật trong nghiên cứu bao gồm:

• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy để mô hình hóa nguy cơ xâm lấn và xác định vùng có nguy cơ cao
• Sử dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để theo dõi phạm vi lây lan theo thời gian thực
• Phân tích hệ gen (DNA barcoding) để phát hiện nhanh các loài xâm lấn từ mẫu môi trường (eDNA)
• Chỉnh sửa gen bằng CRISPR để làm vô sinh hoặc kiểm soát sinh sản của loài gây hại

Các nền tảng dữ liệu mở như GBIF đang hỗ trợ cộng đồng khoa học toàn cầu chia sẻ dữ liệu phân bố, góp phần nâng cao năng lực dự báo và phản ứng sớm với các đợt xâm lấn mới.

Tài liệu tham khảo

1. Convention on Biological Diversity (CBD). Invasive Alien Species. https://www.cbd.int/invasive/
2. International Union for Conservation of Nature (IUCN). Invasive Species. https://www.iucn.org/our-work/invasive-species
3. IMO – International Maritime Organization. Ballast Water Management. https://www.imo.org
4. Global Biodiversity Information Facility (GBIF). https://www.gbif.org/
5. Ricciardi, A. et al. (2021). Invasion Science and Global Change. Nature Ecology & Evolution.
6. Pyšek P., Richardson D.M. (2010). Invasive Species, Environmental Impact and Management. Annual Review of Environment and Resources.
7. Simberloff D. et al. (2013). Impacts of biological invasions: what's what and the way forward. Trends in Ecology & Evolution.