Vì sao vùng nhiệt đới lại có đa dạng sinh học cao đến vậy? Khoa học vẫn đang chật vật tìm lời giải đáp

Câu hỏi tại sao vùng nhiệt đới lại có đa dạng sinh học cao hơn các đới khí hậu khác là một trong những vấn đề lâu đời nhất thách thức các nhà tự nhiên học.

Nhà tự nhiên học người Đức Alexander von Humboldt viết năm 1807: "Chúng ta càng tiến gần đến vùng nhiệt đới, thì sự đa dạng của cấu trúc, hình thức và sự pha trộn các sắc màu cũng như sự trẻ trung vĩnh viễn và sức sống hữu cơ càng lớn". Ở vùng nhiệt đới, có nhiều loài thực vật, động vật và nấm hơn ở bất kỳ khu vực khác nào, và sự tập trung đó giảm dần khi bạn di chuyển càng xa đường xích đạo.

Hiện tượng này gọi là "độ dốc đa dạng sinh học theo vĩ độ". Và khoa học đang cố đưa ra vài giả thuyết cho nguyên do của nó.

Theo Andrew Dobson, giáo sư sinh thái học bệnh tật và bảo tồn tại Đại học Princeton, có 3 giả thuyết chính để giải thích tại sao các khu vực nhiệt đới lại rất đa dạng sinh học và nhiều giải thích khác có thể đóng một vai trò nào đó.

Giả thuyết đầu tiên dựa vào năng lượng. Theo đó, khu vực nhiệt đới về bản chất có nhiều nhiệt năng và quang năng từ ánh sáng mặt trời hơn và khi kết hợp với lượng mưa cùng dinh dưỡng trong đất, thực vật sẽ sinh trưởng tốt hơn.

Và một khi thực vật sinh trưởng tốt thì đồng nghĩa là nguồn thức ăn cho động vật cũng trở nên dồi dào, giúp chúng tồn tại và sinh sản. Trong khi đó, theo Dodson giải thích, ở các vùng cực và cận cực, Mặt Trời "đi vắng" suốt nửa năm do góc nghiêng của Trái Đất, dẫn đến việc thiếu vắng năng lượng cho phát triển.

Từ quan điểm tiến hóa, sự phát triển phong phú của thực vật dẫn đến sự đa dạng của động vật. Dobson giải thích khi thực vật càng phát triển, đồng nghĩa với động vật ăn cỏ càng đa dạng. Mà động vật ăn cỏ đa dạng, phong phú thì kẻ thù chính của chúng là động vật ăn thịt cũng theo đó phát triển.

Mức độ tương tác này trên mạng lưới thức ăn - với thực vật và nấm, động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt - dẫn đến "tỷ lệ hình thành loài mới", tại đó một loài mới bắt đầu trở nên khác biệt với tổ tiên tiến hóa của nó.

Giả thuyết thứ 2 là vùng nhiệt đới là những môi trường lâu đời hơn, không bị gián đoạn bởi những đợt đóng băng lớn như trong các kỷ băng hà, vì vậy các loài có thời gian tiến hóa lâu hơn. Hầu hết đa dạng sinh học ngày nay đã phát triển trong 200 triệu năm qua, nhưng nó đã bị ảnh hưởng bởi nhiều kỷ băng hà.

Dobson cho biết, sự mở rộng và co lại của các tảng băng ở 2 cực "loại bỏ hoàn toàn sự sống khỏi các khu vực Cực Bắc (và Cực Nam)". Sự sống tiếp diễn ở vùng nhiệt đới, tiếp tục phát triển và đa dạng hóa, trong khi sự sống ở các cực phải tái lập.

Trong khi đó, đa dạng sinh học ở nhiệt đới không thể di cư đến các vùng lạnh hơn của Trái Đất. Do càng có nhiều loài tập trung trong môi trường nhiệt đới, chúng thích nghi với khí hậu ấm và sau đó phải vật lộn để thích nghi khí hậu lạnh hơn ở các vùng khí hậu cao, Dobson cho hay.

Giả thuyết thứ 3 liên quan đến giới hạn của sự đa dạng. Lý thuyết này cho rằng các môi trường khác nhau có "khả năng mang lại sự phong phú của các loài khác nhau" và có thể hiểu là giới hạn đó ở nhiệt đới cao hơn các đới khí hậu khác, David Storch, giáo sư sinh thái học tại Đại học Charles ở Prague, cho biết.

Môi trường có nhiều tài nguyên hơn giúp động vật đa dạng hơn, đặc biệt khi một số loài cạnh tranh với nhau. Tuy nhiên, sự gia tăng về sản lượng thực vật cũng không làm tăng số lượng loài nếu dựa trên giả thuyết này. Storch nói: "Vấn đề không chỉ là về năng suất và số lượng tài nguyên, mà còn về sự biến động của tài nguyên trong môi trường".

Một điều cần lưu ý là mặc dù vùng nhiệt đới có tỷ lệ xuất hiện loài mới cao, nhưng tỷ lệ tuyệt chủng cũng thế. Lý giải cho hiện tượng này: Khi đa dạng sinh học cao tập trung trong một khu vực nhất định với nguồn lực về thực phẩm, dinh dưỡng... nhất định, thì các quần thể của mỗi loài phải thu hẹp về dân số.

Chưa kể, các loài khác nhau trong cùng hệ sinh thái đó sẽ tương tác, cạnh tranh lẫn nhau, dẫn đến khả năng tuyệt chủng của các loài yếu thế hơn. Giả thuyết này được hỗ trợ bởi giả thuyết thứ 2 kể trên khi cho rằng vùng nhiệt đới vừa là "cái nôi" sản sinh các loài mới, vừa là "bảo tàng" lưu trữ vô số loài đã tuyệt chủng.

Khó khăn là ở chỗ quy tắc "độ dốc đa dạng sinh học theo vĩ độ" không phải luôn đúng. Có một số ví dụ đi ngược lại xu hướng. Một số loài động vật, chẳng hạn như chim cánh cụt, sống dựa vào nguồn thức ăn dồi dào ở vùng nước lạnh giá Nam Cực.

Storch nói: "Một số loài có nguồn gốc xa xích đạo và chúng không có đủ thời gian để mở rộng vào vùng nhiệt đới". Nói cách khác, sự đa dạng trong các nhóm động thực vật nhất định vẫn có thể xuất hiện tại các cực lạnh giá.

Tương tự, có sự đa dạng hơn về một số loài nhất định ở vùng khí hậu ôn đới hoặc hàn đới so với các cực của Trái đất. Ví dụ, cây hạt trần "bị giới hạn ở các vùng lạnh hơn do sự cạnh tranh của cây lá rộng. Một số nhóm bị lấn át, về cơ bản bị các đối thủ cạnh tranh đẩy ra khỏi vùng nhiệt đới".

Việc buộc phải thích nghi với khí hậu ôn hòa hoặc hàn đới gây ra sự đa dạng sinh học khác nhau trong việc tạo ra các phụ loài (mức phân chia thấp hơn loài trong sinh học). Theo Storch, trong khi các vùng nhiệt đới là nơi sinh sống của nhiều loài cá biệt, rất khác nhau, nhiều nghiên cứu báo cáo sự đa dạng hóa cao của các phụ loài ở vĩ độ cao hơn.

Một nhóm sinh vật tạo ra nghịch lý trong giả thuyết về độ dốc đa dạng theo vĩ độ là giun ký sinh; sự đa dạng trong các loại ký sinh trùng tăng lên khi bạn di chuyển xa khỏi đường xích đạo. Số lượng loài cao ở vùng nhiệt đới có nghĩa là mức độ phong phú tương đối của chúng giảm vì chúng đều cạnh tranh nhau, vì vậy mật độ quần thể của loài và phạm vi loài (khoảng cách địa lý mà chúng bao phủ) nhỏ hơn nhiều so với ở ôn đới. khu vực hoặc ở Bắc Cực.

Dobson cho biết: "Quần thể vật chủ càng lớn, thì càng có thể hỗ trợ nhiều ký sinh trùng hơn và nhiều loài ký sinh hơn. Nếu mức độ đa dạng thấp hơn nhưng quần thể sinh vật chủ đó lớn hơn, thì chúng có thể hỗ trợ sự đa dạng ký sinh lớn hơn". Hơn nữa, kích thước loài lớn hơn và độ bao phủ diện tích lớn của mỗi loài tại ôn đới cũng như cận nhiệt càng giúp ký sinh có điều kiện gia tăng đa dạng sinh học.

Do đó, theo Dobson, một khu vực có tổng đa dạng sinh học thấp hơn bằng cách nào đó lại hoạt động như một "máy bơm sản sinh loài", tạo ra nhiều loại giun ký sinh hơn bất kỳ nơi nào khác trên thế giới.