Động vật biển là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan
Động vật biển là tập hợp các loài động vật sống chủ yếu trong môi trường nước mặn, từ các loài không xương sống đa bào nhỏ đến cá voi và hải cẩu lớn. Khái niệm này bao gồm phân loại sinh học theo giải phẫu và sinh lý, cũng như phân nhóm planktonic, nektonic và benthic để hiểu vai trò sinh thái và chuỗi thức ăn.
Định nghĩa và phân loại chung
Động vật biển (marine animals) là nhóm sinh vật đa dạng, sống cố định hoặc di cư chủ yếu trong môi trường nước mặn của đại dương và biển. Nhóm này trải dài từ các loài đa bào vi kích thước dưới milimét như bọt biển (Porifera) đến các động vật có vú biển cỡ lớn như cá voi xanh (Balaenoptera musculus).
Về hệ thống học, động vật biển được xếp vào hai nhóm chính: động vật không xương sống (Invertebrata) và động vật có xương sống (Vertebrata). Động vật không xương sống bao gồm giun biển (Annelida), giáp xác (Crustacea), thân mềm (Mollusca) và da gai (Echinodermata). Động vật có xương sống gồm cá xương (Osteichthyes), cá mập và cá đuối (Chondrichthyes), chim biển (Aves) và động vật có vú biển (Mammalia).
Phân loại theo sinh thái học chia động vật biển thành ba nhóm chính: sinh vật phù du (planktonic), sống tầng mặt (nektonic) và đáy đại dương (benthic). Mỗi nhóm có vai trò và chuỗi thức ăn riêng biệt, đồng thời thể hiện các chiến lược sinh tồn khác nhau tùy thuộc vào độ sâu, ánh sáng và dòng biển.
Đa dạng sinh học và nguồn gốc tiến hóa
Đa dạng sinh học động vật biển ước tính khoảng 250.000 loài đã mô tả, với hàng triệu loài vi sinh và động vật đáy sâu chưa được xác định đầy đủ. Sự phong phú này phản ánh lịch sử tiến hóa kéo dài hàng trăm triệu năm, bắt đầu từ kỷ Cambri khoảng 540 triệu năm trước khi các đại dương trở thành “cái nôi” bùng nổ phân nhánh (Cambrian explosion).
Nghiên cứu phân tử sử dụng kỹ thuật giải trình tự DNA cho thấy mối liên hệ giữa động vật biển hiện đại và tổ tiên cạn như nhóm giáp xác (Crustacea) và thủy tức (Cnidaria) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3532959/. Các phát hiện này đặt nền tảng cho cây phát sinh loài (phylogenetic tree) mô tả quá trình tách nhánh và mở rộng môi trường sống từ ven bờ ra xa khu vực thoáng sáng.
Địa chất học và dấu vết hóa thạch tại các địa điểm như Formosa của Pháp và Burgess Shale của Canada cung cấp bằng chứng hóa thạch về dạng cơ bản của động vật biển thời cổ đại. Sự tiến hóa của những đặc điểm như xương sụn, vảy và hệ tuần hoàn tiên tiến đã cho phép cá xương chiếm ưu thế trong các tầng nước khác nhau.
Đặc điểm thích nghi về sinh lý và hình thái
Osmoregulation: Động vật biển phải duy trì cân bằng muối và nước trong tế bào. Cá biển loại bỏ muối qua mang và bài tiết nước tiểu cô đặc; ngược lại, động vật không xương sống như bọt biển điều chỉnh nội môi qua các tế bào amoebocyte chuyên biệt.
- Cá biển: mang chứa các tế bào vận chuyển ion, giúp loại bỏ Na+ và Cl–.
- Cá voi, hải cẩu: thận chuyên biệt bài tiết nước tiểu đậm đặc, lớp mỡ (blubber) cách nhiệt.
- Giáp xác: cầu thận (antennal gland) điều chỉnh áp suất thẩm thấu.
Hình thái di chuyển: Đuôi chẻ hình chữ V hay hình lưỡi liềm ở cá nhanh, vây ngực linh hoạt ở cá mập, chân bơi chèo ở giáp xác và đuôi hình mái chèo (fluke) ở động vật có vú biển cho phép tăng lực đẩy và tiết kiệm năng lượng khi bơi xa.
Vai trò sinh thái và chuỗi thức ăn
Động vật biển tham gia cấu trúc lưới thức ăn từ tầng đáy đến tầng mặt. Sinh vật phù du (phytoplankton, zooplankton) là nguồn thức ăn cơ bản, chuyển năng lượng từ quang hợp và các mối quan hệ dị dưỡng lên các bậc dinh dưỡng cao hơn.
Ví dụ, cá trích và cá nhỏ (forage fish) tiêu thụ zooplankton, sau đó trở thành mồi cho cá lớn, chim biển và động vật có vú biển. Chuỗi thức ăn này duy trì cân bằng sinh thái và tác động trực tiếp đến năng suất nghề cá https://www.noaa.gov/marine-ecosystems.
| Bậc dinh dưỡng | Đối tượng chính | Vai trò |
|---|---|---|
| 1 | Phytoplankton | Quang hợp, sản xuất sơ cấp |
| 2 | Zooplankton | Tiêu thụ phytoplankton, chuyển năng lượng |
| 3 | Cá nhỏ | Chuyển năng lượng lên cá lớn |
| 4 | Cá lớn, chim, động vật có vú biển | Đỉnh chuỗi thức ăn |
Sinh sản và chu kỳ sống
Động vật biển thể hiện đa dạng chiến lược sinh sản, từ đẻ trứng (oviparity) đến đẻ con (viviparity). Cá thường rải trứng hàng nghìn đến hàng triệu quả trứng theo mùa sinh sản, tận dụng dòng hải lưu để phát tán.
Một số loài như cá ngựa (Hippocampus) đực mang ấp trứng trong túi ấp (brood pouch), đảm bảo tỷ lệ sống sót cao hơn. Động vật có vú biển (Cetacea) như cá voi sinh sản chậm, kéo dài 10–12 tháng mang thai và chỉ sinh một con/lứa, nuôi dưỡng bằng sữa giàu dinh dưỡng.
- Bọt biển (Porifera): sinh sản phân đôi hoặc sinh bào tử (gemmule) chịu hạn.
- Sao biển (Echinodermata): phóng noãn, sinh sản hữu tính theo chu kỳ trăng tròn.
- Giáp xác (Crustacea): lột vỏ (molting) và giao phối sau khi vỏ mới cứng lại.
Chu kỳ sống thường liên quan chặt chẽ với chu trình dinh dưỡng và dòng chảy biển. Ví dụ, sinh vật phù du xuất hiện hàng loạt vào mùa xuân tại vùng ôn đới, kéo theo tăng sinh khối zooplankton, cá con và chim biển.
Phân bố và môi trường sống
Động vật biển phân bố theo chiều dọc từ vùng bờ (litoral) đến đáy sâu (hadal zone). Vùng ánh sáng (epipelagic) chứa phần lớn sản lượng sinh học, trong khi vùng mesopelagic và bathypelagic chiếm đa số diện tích nhưng có mật độ cá thấp.
Các yếu tố chính ảnh hưởng phân bố:
- Độ sâu: áp suất tăng 1 atm/10 m, ánh sáng giảm nhanh, nhiệt độ hạ thấp.
- Nhiệt độ: dao động từ 25 °C mặt biển đến gần 0 °C ở vùng sâu.
- Độ mặn và oxy hòa tan: khu vực gần cửa sông, dòng chảy và vùng xoáy có sự khác biệt lớn.
| Vùng nước | Độ sâu (m) | Đặc điểm môi trường |
|---|---|---|
| Epipelagic | 0–200 | Có ánh sáng, nhiệt độ cao, oxy đủ |
| Mesopelagic | 200–1,000 | Ánh sáng mờ, oxy giảm, nhiệt độ 5–10 °C |
| Bathypelagic | 1,000–4,000 | Tối, áp suất cao, nhiệt độ ~4 °C |
| Abyssopelagic & Hadal | >4,000 | Áp suất cực cao, đa dạng loài thấp |
Thách thức bảo tồn và nguy cơ
Đánh bắt quá mức đã làm giảm 90 % quần thể cá lớn tại nhiều vùng biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến lưới thức ăn và cộng đồng nuôi trồng thủy sản. Chương trình bảo tồn như vùng biển bảo tồn (MPA) và quy định đánh bắt bền vững của FAO khuyến khích phục hồi nguồn lợi.
- MPA: khu vực giới hạn hoạt động đánh bắt, du lịch.
- Đánh bắt chọn lọc: lưới mắt nhỏ, công nghệ điện tử kiểm soát lượng đánh bắt.
- Giám sát vi nhựa: thu mẫu nước và sinh vật, phân tích hạt vi nhựa.
Phương pháp nghiên cứu và công nghệ
Công nghệ điều khiển từ xa (ROV/AUV) trang bị camera HD và cảm biến CTD (Conductivity–Temperature–Depth) khảo sát đáy biển, thu mẫu sinh vật mà không cần lặn. Công nghệ eDNA (environmental DNA) phát hiện dấu vết DNA trong nước, cho phép giám sát đa dạng loài không xâm lấn.
Phương pháp phân tích sinh học phân tử như metabarcoding ITS và COI giúp định danh loài cực nhanh. Hình ảnh vệ tinh và cảm biến OceanoBot theo dõi nhiệt độ mặt biển, tảo nở hoa và dòng chảy, cung cấp dữ liệu lớn cho mô hình sinh thái.
Tầm quan trọng kinh tế và xã hội
Động vật biển đóng góp nguồn protein thiết yếu cho 3 tỷ người, chiếm 17 % lượng tiêu thụ protein động vật toàn cầu. Ngành nuôi trồng thủy sản (aquaculture) cung cấp 50 % sản lượng hải sản, giá trị 260 tỷ USD/năm.
Du lịch biển — lặn ngắm san hô, xem cá voi — tạo ra hàng trăm tỷ USD doanh thu và việc làm cho cộng đồng ven biển. Sinh phẩm y học từ động vật biển (venom cá nóc, peptide tôm hùm) mở ra cơ hội phát triển dược phẩm kháng ung thư và kháng khuẩn.
Tài liệu tham khảo
- NOAA. “Marine Ecosystems.” 2025. noaa.gov
- OBIS. “Ocean Biodiversity Information System.” 2025. obis.org
- FAO. “The State of World Fisheries and Aquaculture.” 2024. fao.org
- Costello, M. J., et al. “Marine biodiversity through the Anthropocene.” Science, 2019. sciencemag.org
- Berg, P., et al. “Environmental DNA in Marine Ecosystems.” Trends in Ecology & Evolution, 2021. cell.com
Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề động vật biển:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 10