Cá pupfish Devils Hole: loài cá sống trong một hố nước giữa sa mạc Mojave

Cá pupfish Devils Hole (Cyprinodon diabolis) là một loài cá nhỏ chỉ dài khoảng hai đến ba phân, sống duy nhất trong một hố nước đá vôi giữa sa mạc Mojave, bang Nevada, nước Mỹ. Đây là một trong những loài động vật có phạm vi sống nhỏ nhất thế giới: toàn bộ quần thể dựa vào một gờ đá ngập nước nông chỉ rộng cỡ một căn phòng. Nước ở đó ấm quanh năm khoảng 33 °C, nghèo ô-xy, và số cá có lúc tụt xuống chỉ còn vài chục con.

Cá ở giữa sa mạc: tàn tích của những hồ cổ

Vùng sa mạc quanh Thung lũng Chết ngày nay khô cằn, nhưng trong kỷ băng hà gần nhất, khí hậu ẩm hơn. Nhiều hồ lớn và sông nối nhau trải khắp vùng Great Basin. Họ cá pupfish (chi Cyprinodon) sống trong mạng lưới nước đó.

Khi khí hậu khô dần, các hồ co lại, sông đứt đoạn. Những quần thể cá bị cô lập trong các suối, hố, đầm muối còn sót lại. Mỗi nơi trở thành một hòn đảo nước giữa biển sa mạc. Theo thời gian, các quần thể khác biệt dần thành những loài và phân loài riêng. Tới nay vùng Death Valley và Ash Meadows có nhiều dạng cá pupfish, mỗi dạng gắn với một nguồn nước.

Tên tiếng Anh "pupfish", nghĩa đen là "cá chó con", được cho là đến từ dáng bơi đuổi nhau tinh nghịch như chó con của cá đực trong mùa sinh sản. Nhóm cá này chưa có tên tiếng Việt thống nhất, nên bài dùng luôn tên pupfish.

Devils Hole: hố nước sâu chưa ai thấy đáy

Devils Hole là một khe nứt trong đá vôi, miệng hố mở ra một vũng nước nhỏ dưới vách đá. Bên dưới, khe nứt chạy xuống sâu hơn trăm mét, và thợ lặn chưa từng chạm tới đáy. Nước được nuôi bởi tầng nước ngầm lớn của vùng, chảy rất chậm qua đá vôi trong thời gian dài.

Đối với cá, phần quan trọng nhất không phải độ sâu mà là một gờ đá nông gần mặt nước. Ánh nắng chỉ chiếu tới gờ này vài giờ mỗi ngày, đủ cho tảo mọc. Tảo là nguồn thức ăn chính, và gờ đá cũng là nơi cá đẻ trứng. Cá có thể xuống sâu hơn, nhưng sự sống của cả quần thể phụ thuộc vào cái gờ nhỏ ấy.

Năm 1952, Devils Hole được đưa vào phạm vi Đài tưởng niệm quốc gia Death Valley, hiện là một phần tách rời của Vườn quốc gia Death Valley, để bảo vệ loài cá này.

Sống trong nước nóng thiếu ô-xy

Nước Devils Hole quanh năm khoảng 33 °C, ấm như nước tắm, và có rất ít ô-xy hoà tan. Nước ấm vốn giữ ô-xy kém hơn nước lạnh, và tầng nước ngầm đã lâu không tiếp xúc với không khí. Với nhiều loài cá, đây là điều kiện gần giới hạn chịu đựng.

Cá pupfish Devils Hole có một số đặc điểm khác với họ hàng:

• Nhỏ hơn: cơ thể nhỏ cần ít ô-xy và thức ăn hơn trong một nơi nghèo tài nguyên.
• Không có vây bụng: khác với nhiều loài cá pupfish khác. Nguyên nhân còn được bàn, có thể là thích nghi, cũng có thể là hệ quả của nhiệt độ cao lên quá trình phát triển phôi.
• Đời sống ngắn: phần lớn cá chỉ sống khoảng một năm, nên quần thể thay mới nhanh và rất nhạy với những năm xấu.
• Chịu được nhiệt và thiếu ô-xy: nhưng sát giới hạn. Trứng và cá con đặc biệt nhạy, chỉ cần nhiệt độ hoặc ô-xy biến động thêm một chút là tỉ lệ sống giảm mạnh.

Một câu hỏi thú vị là bao nhiêu phần của những khác biệt này nằm trong gen, bao nhiêu là do môi trường. Thí nghiệm nuôi cá pupfish Devils Hole ở nhiệt độ thấp hơn cho thấy một số đặc điểm, như kích thước, thay đổi theo điều kiện nuôi. Điều đó nhắc ta rằng không phải mọi khác biệt giữa các quần thể đều là kết quả của chọn lọc tự nhiên.

Bao lâu thì đủ để thành loài: một cuộc tranh luận

Cá pupfish Devils Hole bị cô lập từ bao giờ? Trong một thời gian dài, câu trả lời thường được nêu là hàng chục nghìn năm, từ khi các hồ kỷ băng hà rút đi. Nhưng một số nghiên cứu di truyền trong thập niên 2010 cho ra con số trẻ hơn nhiều, có thể chỉ vài trăm tới vài nghìn năm, gợi ý rằng cá có thể đã tới hố nước sau đó, ví dụ qua một trận lũ hiếm hoặc nhờ động vật mang trứng.

Các nhóm nghiên cứu khác phản bác phương pháp ước tính và cho rằng tuổi thật lớn hơn. Tính tới nay câu hỏi vẫn còn mở. Điều đáng chú ý là dù tuổi nào đi nữa, đây là một ví dụ về chuyện một quần thể rất nhỏ trong môi trường khắc nghiệt có thể khác biệt nhanh, nhờ cả chọn lọc lẫn trôi dạt di truyền: ở quần thể vài trăm con, may rủi có sức nặng lớn hơn nhiều so với ở quần thể hàng triệu con.

Khi bơm nước ngầm đe doạ một loài

Cá pupfish Devils Hole có tên trong danh sách loài nguy cấp của Mỹ từ năm 1967. Mối đe doạ lớn nhất trong lịch sử của nó không phải nắng nóng mà là con người hút nước ngầm.

1. Thập niên 1960: một trang trại gần đó bơm nước ngầm để tưới. Mực nước trong Devils Hole hạ xuống, gờ đá nông bắt đầu lộ ra, đe doạ nơi đẻ trứng và mọc tảo.
2. Đầu thập niên 1970: chính phủ liên bang kiện để bảo vệ mực nước.
3. 1976: Tòa án Tối cao Mỹ ra phán quyết trong vụ Cappaert v. United States, xác nhận khi lập khu bảo vệ, nhà nước cũng giữ quyền với lượng nước cần thiết để bảo vệ mục đích của khu, ở đây là loài cá. Việc bơm nước bị giới hạn để giữ mực nước tối thiểu.
4. Thập niên 1980 trở đi: khu Ash Meadows xung quanh trở thành khu bảo tồn động vật hoang dã quốc gia, bảo vệ nhiều suối và loài cá khác.

Vụ kiện này thường được nhắc trong luật môi trường của Mỹ như một tiền lệ về quyền nước cho thiên nhiên.

Đếm từng con cá

Quần thể cá được các nhà sinh học đếm định kỳ, thường vào mùa xuân và mùa thu, bằng cách lặn và quan sát trực tiếp. Số cá dao động khá lớn: có những thời kỳ vài trăm con, nhưng vào mùa xuân năm 2013 đợt đếm chỉ ghi được 35 con, mức thấp nhất từng biết. Những năm sau, quần thể hồi phục dần lên mức vài trăm trong các đợt đếm.

Để phòng rủi ro, người ta xây một cơ sở nuôi gần đó, với một bể lớn mô phỏng điều kiện Devils Hole, kể cả gờ đá nông, nhiệt độ và hoá học nước. Một quần thể dự phòng được gây dựng ở đây. Việc này không dễ: chính sự khắc nghiệt và đặc thù của Devils Hole làm cá khó sống ở nơi khác.

Devils Hole còn có một hiện tượng lạ: khi có động đất mạnh ở rất xa, thậm chí ở nước khác, sóng địa chấn có thể làm nước trong hố dao động thành sóng nhỏ, có lúc đủ để quấy tung gờ đá. Đây là một trong những rủi ro tự nhiên mà người ta theo dõi.

So sánh với họ hàng sống trong nước mặn

Cả nhóm cá pupfish là một ví dụ sống về tiến hoá khi môi trường tách các quần thể ra. Cùng một tổ tiên, sau khi bị cô lập trong những nguồn nước có nhiệt độ, độ mặn khác nhau, mỗi nhánh đi theo một con đường riêng.

Góc nhìn hôm nay

Câu chuyện cá pupfish Devils Hole cho thấy ở sa mạc, nước ngầm là thứ nối mọi sự sống, kể cả những sinh vật không ai nhìn thấy. Hút nước ở chỗ này có thể làm cạn một hố nước cách đó nhiều kilômét.

Người đến thăm Devils Hole chỉ được nhìn qua hàng rào từ trên cao; khu vực bị rào kín để bảo vệ cá. Ở Ash Meadows có những đường đi bộ ngắn ra các suối nước trong, nơi có thể nhìn thấy các loài cá pupfish khác bơi trong nước nông.

Với người đọc ở Việt Nam, đây là gợi ý để nhìn lại các loài cá sống trong hang và suối ngầm vùng đá vôi trong nước. Những quần thể nhỏ, sống ở một nguồn nước duy nhất, luôn mong manh nhất, và việc khai thác nước ngầm hay thay đổi dòng chảy ở xung quanh ảnh hưởng tới chúng nhiều hơn ta tưởng.