Zooplankton là gì? Các nghiên cứu khoa học về Zooplankton

Định nghĩa zooplankton

Zooplankton là tập hợp các sinh vật phù du có khả năng di chuyển yếu hoặc không có khả năng chống lại dòng chảy, sống trôi nổi trong môi trường nước. Chúng là sinh vật dị dưỡng, tức không thể quang hợp, và vì vậy phải tiêu thụ các sinh vật khác – chủ yếu là phytoplankton – để tồn tại.

Zooplankton hiện diện ở hầu hết các thủy vực trên Trái Đất: đại dương, biển, hồ, sông và cả các môi trường nước ngọt tĩnh lặng. Kích thước của chúng rất đa dạng, từ những động vật nguyên sinh chỉ vài micromet đến các loài giáp xác và sứa nhỏ có thể dài vài centimet. Khả năng duy trì vị trí trong cột nước thông qua các cơ chế điều chỉnh độ nổi và cấu trúc cơ thể nhẹ giúp chúng giữ được vai trò thiết yếu trong hệ sinh thái nước.

Theo Woods Hole Oceanographic Institution, zooplankton đóng vai trò trung gian trong mạng lưới thức ăn biển, là nguồn thức ăn chủ yếu của nhiều loài cá và động vật có xương sống khác.

Phân loại zooplankton

Zooplankton có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như kích thước, vòng đời và vị trí sinh học. Việc phân loại chính xác giúp hiểu rõ chức năng sinh thái và vai trò dinh dưỡng của từng nhóm.

Theo kích thước:

• Microzooplankton (20–200 µm): bao gồm các loài động vật nguyên sinh như ciliates và rotifers.
• Mesozooplankton (200 µm – 2 mm): phổ biến nhất là các loài copepods, cladocerans.
• Macrozooplankton (> 2 mm): gồm các sinh vật lớn như sứa nhỏ, chaetognaths, và ấu trùng cá.

Theo vòng đời:

• Holoplankton: sống trọn đời dưới dạng phù du, ví dụ như các loài copepods, medusae.
• Meroplankton: chỉ sống phù du trong một giai đoạn nhất định, thường là ấu trùng của các loài cua, sao biển, nhím biển, cá.

Bảng sau tóm tắt một số nhóm zooplankton đặc trưng:

Nhóm	Kích thước	Vai trò sinh thái
Copepods	0.5–2 mm	Chuyển hóa năng lượng từ phytoplankton lên cá nhỏ
Cladocerans	0.2–1.5 mm	Lọc thức ăn, phổ biến trong nước ngọt
Ciliates	20–100 µm	Tiêu thụ vi khuẩn, tham gia tái tạo dinh dưỡng
Chaetognaths	1–5 cm	Động vật săn mồi, ăn các loài nhỏ hơn

Đặc điểm sinh học và cấu trúc cơ thể

Zooplankton có cấu trúc cơ thể và đặc điểm sinh học phù hợp với đời sống trôi nổi. Nhiều loài có cơ thể trong suốt, giúp ngụy trang và tránh bị kẻ thù phát hiện. Một số có gai hoặc phụ bộ giúp giảm tốc độ rơi, từ đó duy trì vị trí trong cột nước.

Chúng sinh sản theo nhiều hình thức: vô tính, hữu tính, hay xen kẽ hai chu kỳ. Ở môi trường thuận lợi, chu kỳ sinh sản của một số loài chỉ kéo dài vài ngày. Điều này khiến quần thể của chúng có thể bùng nổ nhanh chóng, phản ứng tức thì với thay đổi môi trường.

Nhiều loài zooplankton còn phát triển khả năng tạo trứng nghỉ (diapause eggs) – một dạng thích nghi sinh tồn khi điều kiện môi trường khắc nghiệt. Trứng có thể tồn tại hàng tháng hoặc hàng năm trong trạng thái ngủ đông và nở lại khi môi trường thuận lợi.

Vai trò sinh thái

Zooplankton là mắc xích trung gian then chốt trong lưới thức ăn thủy sinh, chuyển năng lượng từ sinh vật tự dưỡng (phytoplankton) sang động vật ăn thịt lớn hơn như cá, chim biển, và động vật có vú biển. Chúng là nguồn dinh dưỡng chính cho ấu trùng cá và nhiều loài động vật thương phẩm.

Chúng cũng tham gia vào các chu trình sinh địa hóa quan trọng. Khi ăn và bài tiết, zooplankton làm thay đổi phân bố chất dinh dưỡng, tái sinh các nguyên tố như nitơ và phốt pho. Phân của chúng, cùng với xác chết, có thể chìm xuống đáy biển và mang theo carbon – một cơ chế góp phần điều hòa khí hậu toàn cầu thông qua “bơm carbon sinh học.”

Vai trò của zooplankton vượt ra ngoài chỉ là thức ăn. Chúng điều chỉnh mật độ tảo, ngăn chặn hiện tượng tảo nở hoa gây hại và duy trì cân bằng sinh thái trong thủy vực.

Chu kỳ di cư dọc theo ngày đêm

Một trong những hành vi đặc trưng nổi bật của nhiều loài zooplankton là hiện tượng di cư thẳng đứng theo chu kỳ ngày đêm (diel vertical migration – DVM). Đây là quá trình zooplankton di chuyển lên tầng nước mặt vào ban đêm để kiếm ăn và lặn xuống tầng nước sâu vào ban ngày nhằm tránh kẻ săn mồi và bức xạ mặt trời.

Di cư theo DVM là phản ứng thích nghi quan trọng, vừa giúp zooplankton giảm nguy cơ bị săn mồi bởi các loài thị giác như cá, vừa tối ưu hóa khả năng hấp thu dinh dưỡng từ tầng nước giàu phytoplankton vào ban đêm. Chu kỳ di chuyển có thể dao động từ vài mét đến hàng trăm mét tùy vào loài và điều kiện môi trường.

Hành vi này cũng đóng vai trò sinh thái quan trọng khi góp phần vào cơ chế "bơm carbon sinh học" của đại dương. Zooplankton tiêu thụ carbon hữu cơ ở bề mặt, sau đó bài tiết và chết ở độ sâu lớn, giúp vận chuyển carbon xuống đáy biển và giảm lượng CO₂ trong khí quyển (Steinberg & Landry, 2017).

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Zooplankton là nhóm sinh vật cực kỳ nhạy cảm với biến đổi khí hậu do chúng phản ứng trực tiếp với các thay đổi về nhiệt độ nước, độ pH, oxy hòa tan và tính chất dinh dưỡng trong môi trường nước. Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ chuyển hóa và giảm kích thước cơ thể trung bình của zooplankton, ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển hóa năng lượng trong chuỗi thức ăn.

Các nghiên cứu tại Bắc Đại Tây Dương cho thấy thành phần loài zooplankton đang thay đổi theo hướng dịch chuyển về cực khi nhiệt độ đại dương tăng lên. Ví dụ, theo Beaugrand et al. (2002), một số loài copepod lạnh đã bị thay thế bởi loài ưa ấm hơn, làm thay đổi nguồn thức ăn cho cá như cá tuyết và cá trích.

Hiện tượng axit hóa đại dương do CO₂ hòa tan vào nước biển cũng gây ảnh hưởng tiêu cực đến các loài zooplankton có cấu trúc vỏ canxi như foraminifera hoặc pteropods. Sự mất cân bằng hóa học làm giảm khả năng hình thành vỏ và tăng nguy cơ tử vong, làm suy giảm vai trò sinh thái của chúng trong các vùng biển rộng lớn.

Ứng dụng nghiên cứu và quan trắc

Zooplankton là đối tượng nghiên cứu quan trọng trong hải dương học, sinh thái học và khoa học môi trường vì chúng phản ánh nhanh chóng sự thay đổi trong hệ sinh thái. Do vòng đời ngắn, độ nhạy cảm cao và phân bố rộng, chúng được sử dụng làm chỉ thị sinh học (bioindicators) cho chất lượng nước, ô nhiễm và biến động khí hậu.

Các phương pháp hiện đại đang được triển khai để nghiên cứu zooplankton gồm:

• eDNA (DNA môi trường): phân tích dấu vết di truyền trong mẫu nước để nhận diện loài mà không cần thu mẫu vật.
• Imaging flow cytometry: sử dụng thiết bị chụp ảnh tốc độ cao và trí tuệ nhân tạo để nhận diện và đếm zooplankton theo thời gian thực.
• Remote sensing: kết hợp dữ liệu vệ tinh và mô hình sinh thái để dự đoán mật độ zooplankton theo không gian – thời gian.

Ngoài ra, các trạm quan trắc lâu dài như Continuous Plankton Recorder (CPR) ở Bắc Đại Tây Dương đã giúp ghi nhận sự thay đổi cấu trúc zooplankton từ thập niên 1950 đến nay, cung cấp dữ liệu quan trọng cho dự báo biến đổi khí hậu toàn cầu.

Mối quan hệ với con người

Mặc dù không có giá trị kinh tế trực tiếp, zooplankton đóng vai trò sống còn trong chuỗi thức ăn biển – nơi khởi đầu của nhiều loài cá thương phẩm. Nếu nguồn zooplankton suy giảm về số lượng hoặc chất lượng dinh dưỡng, các loài cá phụ thuộc như cá cơm, cá hồi, cá trích có thể giảm sinh trưởng, thậm chí thất bại trong mùa sinh sản.

Zooplankton còn gián tiếp kiểm soát mật độ phytoplankton, từ đó giúp hạn chế hiện tượng phú dưỡng và nở hoa tảo độc – các vấn đề nghiêm trọng tại nhiều vùng biển ven bờ. Thay đổi trong cấu trúc cộng đồng zooplankton có thể là dấu hiệu cảnh báo sớm cho hiện tượng mất cân bằng sinh thái hoặc ô nhiễm hóa học.

Các mô hình khai thác bền vững hiện đại trong ngư nghiệp và nuôi trồng thủy sản cũng đang đưa zooplankton vào như một yếu tố cơ bản để xác định sản lượng khai thác hợp lý và điều chỉnh chính sách bảo tồn.

Tài liệu tham khảo

1. Steinberg, D. K., & Landry, M. R. (2017). Zooplankton and the Ocean Carbon Cycle. Nature
2. Møller, E. F. et al. (2020). Zooplankton ecology in a changing climate. Progress in Oceanography
3. Beaugrand, G. et al. (2002). Reorganization of North Atlantic marine copepod biodiversity and climate. Science
4. Frontiers in Marine Science – Advances in Zooplankton Research
5. Woods Hole Oceanographic Institution – Zooplankton