San hô

Cấu tạo

Tuy một đầu san hô trông như một cơ thể sống, nhưng nó thực ra là đầu của nhiều cá thể giống nhau hoàn toàn về di truyền, đó là các polip. Các polip là các sinh vật đa bào với nguồn thức ăn là nhiều loại sinh vật nhỏ hơn, từ sinh vật phù du tới các loài cá nhỏ.
Polip thường có đường kính một vài milimet, cấu tạo bởi một lớp biểu mô bên ngoài và một lớp mô bên trong giống như sứa được gọi là ngoại chất. Polip có hình dạng đối xứng trục với các xúc tu mọc quanh một cái miệng ở giữa - cửa duy nhất tới xoang vị (hay dạ dày), cả thức ăn và bã thải đều đi qua cái miệng này.
Dạ dài đóng kín tại đáy polip, nơi biểu mô tạo một bộ xương ngoài được gọi là đĩa nền. Bộ xương này được hình thành bởi một vành hình khuyên chứa canxi ngày càng dày thêm (xem ở dưới). Các cấu trúc này phát triển theo chiều thẳng đứng và thành một dạng ống từ đáy polip, cho phép nó co vào trong bộ xương ngoài khi cần trú ẩn.
Polip mọc bằng cách phát triển khoang hình cốc (calices) theo chiều dọc, đôi khi chia thành vách ngăn để tạo một đĩa nền mới cao hơn. Qua nhiều thế hệ, kiểu phát triển này tạo nên các cấu trúc san hô lớn chứa canxi, và lâu dài tạo thành các rạn san hô.
Sự hình thành bộ xương ngoài chứa canxi là kết quả của việc polip kết lắng aragonit khoáng từ các ion canxi thu được từ trong nước biển. Tuy khác nhau tùy theo loài và điều kiện môi trường, tốc độ kết lắng có thể đạt mức 10 g/m² polip/ngày (0,3 aoxơ/ yard vuông/day). Điều này phụ thuộc mức độ ánh sáng, sản lượng ban đêm thấp hơn 90% so với giữa trưa.
Các xúc tu của polip bẫy mồi bằng cách sử dụng các tế bào châm được gọi là nematocyst. Đây là các tế bào chuyên bắt và làm tê liệt các con mồi như sinh vật phù du, khi có tiếp xúc, nó phản ứng rất nhanh bằng cách tiêm chất độc vào con mồi. Các chất độc này thường yếu, nhưng ở san hô lửa, nó đủ mạnh để gây tổn thương cho con người. Các loài sứa và hải quỳ cũng có nematocyst. Chất độc mà nematocyst tiêm vào con mồi có tác dụng làm tê liệt hoặc giết chết con mồi, sau đó các xúc tu kéo con mồi vào trong dạ dày của polip bằng một dải biểu mô co giãn được gọi là hầu.
Các polip kết nối với nhau qua một hệ thống phức tạp gồm các kênh hô hấp tiêu hóa cho phép chúng chia sẻ đáng kể các chất dinh dưỡng và các sinh vật cộng sinh. Đối với các loài san hô mềm, các kênh này có đường kính khoảng 50-500 μm và cho phép vận chuyển cả các chất của quá trình trao đổi chất và các thành phần tế bào.
Ngoài việc dùng sinh vật phù du làm thức ăn, nhiều loài san hô, cũng như các nhóm Thích ti (Cnidaria) khác như hải quỳ (ví dụ chi Aiptasia), hình thành một quan hệ cộng sinh với nhóm tảo vàng đơn bào thuộc chi Symbiodinium. Thông thường, một polip sẽ sống cùng một loại tảo cụ thể. Thông qua quang hợp, tảo cung cấp năng lượng cho san hô và giúp san hô trong quá trình canxi hóa. Tảo hưởng lợi từ một môi trường an toàn, và sử dụng điôxít cacbon và các chất chứa nitơ mà polip thải ra.

Lịch sử địa chất

Mặc dù san hô xuất hiện lần đầu tiên vào kỷ Cambri cỡ 542 triệu năm trước (Ma), nhưng các hóa thạch là cực hiếm cho tới tận kỷ Ordovic, khoảng 100 triệu năm muộn hơn, khi các bộ san hô bốn tia (Rugosa) và san hô vách đáy (Tabulata) trở nên phổ biến.
San hô vách đáy xuất hiện trong các lớp đá vôi và đá phiến sét chứa canxi thuộc các kỷ Ordovic và Silur, và thông thường tạo thành các lớp đệm thấp hoặc các khối tạo nhánh kề bên san hô bốn tia. Số lượng của chúng bắt đầu suy giảm trong giai đoạn giữa kỷ Silur và cuối cùng chúng tuyệt chủng vào cuối kỷ Permi, khoảng 250 Ma. Các bộ xương của san hô vách đáy được tạo thành từ một dạng khoáng hóa của cacbonat canxi gọi là canxit.
San hô bốn tia trở thành nhóm thống lĩnh vào giữa kỷ Silur, và bị tuyệt chủng vào đầu kỷ Trias. San hô bốn tia tồn tại dưới dạng đơn độc và quần thể, và giống như san hô vách đáy, bộ xương của chúng cũng được tạo thành từ từ canxit.
San hô đá (Scleractinia) lấp đầy các hốc sinh thái bị bỏ trống do sự tuyệt chủng của san hô bốn tia và san hô vách đáy. Các hóa thạch của chúng có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong các lớp đá từ kỷ Trias, và trở thành tương đối phổ biến trong các lớp đá từ kỷ Jura và các kỷ muộn hơn. Các bộ xương của san hô đá được tạo thành từ một dạng của cacbonat canxi gọi là aragonit. Mặc dù về mặt địa chất chúng là trẻ hơn so với san hô vách đáy và san hô bốn tia, nhưng bộ xương từ aragonit của chúng lại khó bảo tồn hơn và vì thế hồ sơ hóa thạch của chúng là ít hoàn hảo hơn.
Ở một giai đoạn nhất định trong quá khứ địa chất, san hô đã từng rất phổ biến, cũng như san hô hiện đại trong các vùng nước trong và ấm khu vực nhiệt đới tại một số nơi nhất định của thế giới ngày nay. Giống như san hô hiện đại, các tổ tiên của chúng cũng tạo rạn đá ngầm, một số trong chúng hiện nay là các cấu trúc lớn trong các loại đá trầm tích.
Các ám tiều (rạn đá ngầm) cổ đại này không được tạo thành chỉ hoàn toàn bằng san hô. Tảo, hải miên và các dấu tích còn lại của nhiều loài động vật da gai, động vật tay cuộn, động vật hai mảnh vỏ, động vật chân bụng và bọ ba thùy đã từng sinh sống trên các ám tiều này được bảo tồn trong chúng. Điều này làm cho một số san hô là các hóa thạch chỉ mục hữu ích, giúp cho các nhà địa chất có thể xác định niên đại của các lớp đá mà trong đó chúng được tìm thấy.
San hô không bị hạn chế trong các rạn san hô và nhiều loại san hô đơn độc có thể được tìm thấy trong các lớp đá mà không có sự hiện diện của rạn san hô, chẳng hạn chi Cyclocyathus có trong thành hệ đất sét Gault ở Anh.

Ảnh hưởng của môi trường

San hô rất nhạy cảm với các thay đổi trong môi trường tự nhiên. Các nhà khoa học đã tiên đoán rằng đến năm 2030 hơn 50% các rạn san hô trên thế giới có thể bị hủy diệt; do đó, chúng thường được các luật môi trường bảo vệ. Một rạn san hô có thể dễ dàng bị ngập trong tảo nếu trong nước có quá nhiều dinh dưỡng. San hô cũng sẽ chết nếu nhiệt độ nước thay đổi vượt quá 1-2 độ ra ngoài khoảng bình thường, hoặc nếu độ mặn trong nước giảm. Dấu hiệu ban đầu của ứng suất môi trường là việc san hô thải tảo vàng đơn bào; không có tảo đơn bào cộng sinh của mình, các mô san hô sẽ mất màu và để lộ màu trắng của bộ xương cacbonat canxi, một hiện tượng được gọi là san hô bạc màu.
Hiện nay nhiều chính phủ cấm lấy san hô từ các rạn san hô để giảm thiệt hại do những người lặn dùng bình dưỡng khí. Tuy nhiên, san hô vẫn chịu thiệt hại do mỏ neo của các tàu thuyền hay do nghề cá. Tại những nơi mà nghề cá địa phương gây hại cho rạn san hô, các chương trình tuyên truyền đã được thực hiện để giáo dục dân chúng về hệ sinh thái và việc bảo vệ rạn san hô.
Hốc sinh thái hẹp mà san hô chiếm lĩnh, và sự phụ thuộc của các loài san hô đá (Scleractinia) vào sự trầm lắng cacbonat canxi, có nghĩa rằng chúng rất nhạy cảm đối với sự thay đổi độ pH của nước. Do lượng CO₂ trong khí quyển tăng, hiện tượng axít hóa đại dương, khi CO₂ tan trong nước làm giảm độ pH, đang xảy ra tại nước trên bề mặt các đại dương. Độ pH thấp làm san hô bị giảm khả năng tạo xương cacbonat canxi, và trong trường hợp tột cùng, những bộ xương này còn bị phân rã hoàn toàn. Các nhà khoa học e ngại rằng, nếu không có sự cắt giảm mạnh và sớm đối với CO₂ từ hoạt động của con người, hiện tượng axít hóa đại dương sẽ gây thiệt hại nghiêm trọng hoặc tiêu diệt các loài cùng các hệ sinh thái san hô.
Một sự kết hợp của các thay đổi về nhiệt độ, ô nhiễm, sự lạm dụng bởi những người lặn biển và các nhà sản xuất đồ kim hoàn đã dẫn tới sự hủy diệt của nhiều rạn san hô trên thế giới. Điều này đã làm tăng tầm quan trọng của ngành sinh học san hô. Riêng các biến đổi về khí hậu có thể gây ra thay đổi về nhiệt độ đủ để hủy diệt san hô. Ví dụ, trong giai đoạn ấm lên vào các năm 1997-98, tất cả các quần thể thủy tức Millepora boschmai gần Panama đã bị bạc màu và chết trong vòng 6 năm - loài này đến nay được xem là đã tuyệt chủng.

San hô nhân tạo

San hô nhân tạo là các san hô do con người tạo ra với mục đích bảo tồn, nghiên cứu, tạo môi trường cho các động vật sống trong san hô và triển lãm cho khách du lịch xem. Các kỹ thuật làm san hô nhân tạo như làm từ giá thể, một chất làm từ pozzolana, xi măng và canxi hiđrôxit, hay cấy giống đều được áp dụng rộng rãi hiện nay. Khi làm san hô nhân tạo cần tránh các tảo biển bám vào vì nó sẽ làm hại tới san hô và làm dơ nó. Các hồ san hô nhân tạo hiện đang rất thu hút khách du lịch vì thế Việt Nam cùng hợp tác với Nga tạo ra hồ san hô nhân tạo ở Nha Trang. Tuy san hô chậm chạp hồi phục nhưng một ngày nào đó nó sẽ hồi phục hoàn toàn.