Mối quan hệ của san hô với đa dạng sinh học và biến đổi khí hậu

1. Rạn san hô và quần thể sinh vật sống cộng sinh

Rạn san hô được xây dựng từ các thế hệ san hô tạo rạn, đó là các cơ thể sống và các sinh vật khác với cấu tạo cơ thể chứa cacbonat canxi. Các rạn san hô thường được thấy ở các vùng biển nhiệt đới nông mà trong nước có ít hoặc không có dinh dưỡng. Mức dinh dưỡng cao chẳng hạn như nước thải từ các vùng nông nghiệp có thể

làm hại rạn san hô do sự phát triển nhanh của tảo. Tại hầu hết các rạn san hô, sinh vật thống trị là các loài san hô đá, các quần thể thích ti tạo ra bộ xương ngoài bằng cacbonat canxi (đá vôi). Sự tích lũy các chất tạo xương, bị phá vỡ và dồn đống bởi sóng biển và sự xâm thực sinh học, tạo nên cấu trúc đá vôi lớn nâng đỡ san hô đang sống và làm chỗ trú ẩn cho rất nhiều loài động thực vật khác. Tuy san hô được tìm thấy ở cả các vùng biển nhiệt đới cũng như ôn đới, nhưng các rạn san hô chỉ hình thành ở khu vực hai bên đường xích đạo trải từ vĩ độ 30° Bắc đến 30° Nam; mặc dù các loại san hô tạo rạn không sống tại các độ sâu quá 30 m. Nhiệt độ có ảnh hưởng ít hơn đến phân bố của san hô, nhưng người ta thường cho rằng không có san hô sống trong những vùng nước có nhiệt độ dưới 18 °C

  Tuy ở tại các vùng nước nhiệt đới ít dinh dưỡng, các rạn san hô hỗ trợ một hệ thống đa dạng sinh học đặc biệt. Quá trình luân chuyển dinh dưỡng giữa san hô, tảo đơn bào, và các sinh vật khác sống trong rạn giải thích tại sao các rạn san hô sinh sôi nảy nở tại những vùng nước này; sự tái sử dụng làm giảm tổng lượng dinh dưỡng cần cho cả cộng đồng. Vi khuẩn lam cung cấp các muối nitrat hòa tan cho rạn san hô bằng quá trình cố định nitơ. San hô hút các chất dinh dưỡng trực tiếp từ nước, trong đó có nitơ và phốtpho vô cơ, và ăn các sinh vật phù du theo nước trôi ngang qua các polip. Do đó, hiệu suất sơ cấp của một rạn san hô là rất cao, dẫn đến giá trị cao nhất trên mỗi mét vuông ở mức 5-10g C m−2/ngày. Các "nhà sản xuất" trong các cộng đồng rạn san hô gồm có tảo đơn bào cộng sinh, tảo san hô, và nhiều loại rong biển, cùng một số tảo loại nhỏ.

Các rạn san hô là nơi trú ngụ của nhiều loài cá nhiệt đới hoặc cá chuyên sống trong rạn san hô, chẳng hạn như các loài cá bướm, cá thia, cá bướm đuôi gai, cá mó nhiều màu sắc, cá mú, cá hồng, Haemulidae và cá bàng chài. Tổng cộng có hơn 4.000 loài cá sống tại các rạn san hô. Ngoài ra, còn có nhiều loại sinh vật khác, trong đó có bọt biển, một số loài thích ti (san hô và sứa), giun, một số loài giáp xác (tôm, tôm rồng, và cua), động vật thân mềm (động vật chân đầu), động vật da gai (sao biển, nhím biển và hải quỳ), động vật có bao, rùa biển và rắn biển. Nhiều loài động vật không xương sống trú ngụ ngay tại nền đá san hô, hoặc khoét vào trong bề mặt đá vôi, hoặc sống trong các hốc và khe có sẵn. Động vật có vú ít gặp trên các rạn san hô, ngoại trừ các loài thuộc bộ Cá voi thỉnh thoảng ghé qua, trong đó cá heo là nhóm chính. Một số loài trực tiếp lấy san hô làm thức ăn, trong khi một số loài khác ăn tảo và tham gia vào các lưới thức ăn phức tạp

2. Ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến rạn san hô và quần thể động thực vật sống trên đó

Biến đổi khí hậu với hiện tượng nước biển ấm lên, độ mặn nước biển thay đổi cùng sự ô nhiễm môi trường nước đã làm thay đổi môi trường sống của san hô, hậu quả là phá hủy rạn san hô, diện tích của các rạn san hô bị thu hẹp dần. Môi trường sống của các loài động thực vật trên các rạn san hô và sự đa dạng sinh học của các vùng biển do đó đang bị đe dọa nghiêm trọng. Một đặc điểm có thể nhận ra sự tàn phá này là sự xuất hiện các rạn san hô trắng

Bình thường, các rạn san hô thường sống cộng sinh với 1 loại tảo có tên là zooxanthellae, loại tảo này sẽ quang hợp để sản xuất chất dinh dưỡng cho san hô ăn và cũng bằng cách này nó làm cho tảo có màu sắc. Khi nhiệt độ nước biển tăng lên, nó sẽ làm mối quan hệ cộng sinh trên mất cân bằng, các loại tảo sẽ bị san hô xua đuổi và vì thế màu của san hô chuyển thành màu trắng, nếu nhiệt độ cao vẫn tiếp tục được duy trì thì san hô có thể sẽ chết. Hiện tượng san hô trắng ngày càng trở nên phổ biến trong bối cảnh ấm lên toàn cầu làm dấy nên lo ngại về sự tồn tại của các rạn san hô và các loài động thực vật sống trên đó

Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng có một số loài san hô có thể biến đổi để thích nghi với những ảnh hưởng của sự ấm lên của nước biển chính qua quá trình tẩy trắng này. Một đội nghiên cứu quốc tế đã tiến hành nghiên cứu trên 3 dải san hô trong cả năm 2010. Một trong 3 dải san hô nằm ở Indonesia đã diễn ra hiện tượng tẩy trắng – phản ứng điển hình với hiện tượng nước ấm lên. Ở đây, dòng san hô phát triển nhanh như loài Acropora đang bị chết dần. Nhưng tại 2 khu vực ở Singapore và Malaysia, nơi đã diễn ra hiện tượng tẩy trắng vào năm 1998, tình hình đã có chuyển biến đảo ngược, dòng san hô Acropora đã phát triển khỏe mạnh trở lại trong khi một loạt loài san hô phát triển chậm như loài Porites đã bị tàn phá nghiêm trọng. Nhà sinh vật hải dương học James Guest làm việc tại  Trường Đại học New South Wales ở Sydney, Úc và đồng nghiệp đã đưa ra kết luận trên tạp chí PloS One rằng ảnh hưởng của quá trình tẩy trắng sẽ không diễn ra theo một cách duy nhất như đã từng xảy ra và một số loài san hô như dòng Acropora hay Pocillopora có thể sống sót trong điều kiện nước biển ấm lên.

Mikhai Matz – một nhà sinh vật học về san hô của trường Đại học Texas, Austin cho rằng thông tin báo cáo đưa ra rất thú vị và đem lại niềm hy vọng và rằng đã có sự chọn lọc tự nhiên trong 1 thế hệ san hô có sự kháng cự đối với hiện tượng tẩy trắng. Ông mong muốn có thêm những bằng chứng xác thực để phân tích những cơ chế liên quan. Guest cũng đồng ý cần phải có những nghiên cứu tiếp theo. Ông nói “Chúng tôi không biết sự kháng cự bất thường này có phải là bởi 1 loại san hô sống ký sinh hay 1 sự cộng sinh hoặc là cả hai”. Nhóm đang tiến hành các nghiên cứu để tìm hiểu thêm về loài tảo zooxanthellae sống cư trú trên rạn san hô đã thích nghi và nghiên cứu hiện tượng này trong phòng thí nghiệm. Đồng thời ông cũng lưu ý nước ấm lên vẫn ảnh hưởng cấu tạo và sức khỏe của rạn san hô. Tìm kiếm bằng chứng về sự thích nghi này không có nghĩa rằng mối đe dọa toàn cầu của biến đổi khí hậu đã giảm bớt.