Năm 1958, nhà sinh thái Robert MacArthur công bố nghiên cứu về năm loài chim chích cùng sống trong rừng vân sam ở đông bắc nước Mỹ. Năm loài ăn cùng một kiểu thức ăn — sâu bọ trên cành cây — nhưng chúng sống chung được vì mỗi loài kiếm ăn ở một phần khác của cái cây: ngọn hay gốc, cành ngoài hay sát thân, kèm khác biệt về cách bay bắt mồi và mùa làm tổ. Đây là ví dụ kinh điển về phân chia nguồn sống, tức chia nhỏ ổ sinh thái để cùng tồn tại.
Câu hỏi khiến MacArthur ra rừng
Giữa thế kỷ 20, giới sinh thái tin vào một ý tưởng: hai loài dùng đúng cùng một nguồn sống thì không thể sống chung lâu dài, một loài sẽ thắng. Vậy mà trong các khu rừng vân sam ở bang Maine và Vermont, người ta thấy tới năm loài chim chích họ Parulidae — nhỏ, nhanh, cùng ăn sâu bướm và côn trùng trên cây lá kim — sống chung một cách hoà bình. Chúng chia nhau thế nào?
Robert MacArthur, khi đó là nghiên cứu sinh trẻ tại Đại học Yale dưới sự hướng dẫn của G. Evelyn Hutchinson, quyết định tìm câu trả lời bằng cách ngồi nhìn chim. Rất nhiều giờ nhìn chim.
Cách làm: chia cái cây thành từng ô
MacArthur chia một cây vân sam thành nhiều vùng theo hai chiều: chiều cao (từ gốc lên ngọn, mỗi đoạn khoảng 3 mét) và chiều sâu tán (phần ngọn chồi non ở đầu cành, phần giữa cành, phần sát thân có cành già trơ lá). Mỗi khi một con chim xuất hiện, ông dùng đồng hồ ghi lại nó ở vùng nào và trong bao lâu, nó di chuyển kiểu gì (nhảy dọc cành, bay ngang, bay lượn bắt mồi trên không), nó tìm mồi trên lá, trên cành hay trong không khí.
Ông ghi lại theo thời gian dành cho mỗi vùng chứ không chỉ đếm số lần thấy — một chi tiết phương pháp quan trọng, vì con chim hiếu động dễ bị đếm nhiều hơn thực tế.
Kết quả: năm loài, năm cách dùng một cái cây
| Loài chim chích | Vùng kiếm ăn chính | Đặc điểm thêm |
|---|---|---|
| Chích Cape May | Phần ngọn, mặt ngoài tán | Hay bay ra bắt mồi; số lượng tăng vọt trong năm có dịch sâu non hại vân sam |
| Chích họng đen xanh | Phần giữa – trên, phía ngoài và giữa cành | Tìm mồi khá đều trong vùng của mình |
| Chích Blackburn (cổ cam) | Phần ngọn, cũng ở mặt ngoài | Chồng một phần với chích Cape May nhưng khác cách bắt mồi và vùng làm tổ |
| Chích ngực nâu đỏ | Phần giữa, gần thân | Di chuyển chậm; cũng tăng mạnh khi có dịch sâu |
| Chích hông vàng | Phần thấp, cả dưới đất | Kiếm ăn rộng nhất, hay bay bắt mồi; di chuyển nhiều giữa các cây |
MacArthur nhận thấy vùng kiếm ăn của các loài chồng lên nhau một phần, nhưng mỗi loài có một "vùng ưu tiên" khác. Không chỉ thế, chúng còn khác nhau ở:
- Cách bắt mồi: loài hay bay lượn đớp côn trùng trên không, loài chủ yếu nhảy mổ dọc cành.
- Thời gian làm tổ: lệch nhau một chút, nên lúc nhu cầu thức ăn cao nhất (nuôi con) không trùng hoàn toàn.
- Phản ứng với dịch sâu: hai loài (Cape May và ngực nâu đỏ) tăng mạnh khi sâu non hại vân sam bùng phát — chúng như "chuyên gia" ăn những năm được mùa sâu, trong khi loài khác ổn định hơn.
Kết luận gói trong một cụm từ: phân chia nguồn sống. Cùng một cái cây, cùng một loại thức ăn, nhưng mỗi loài lấy một lát khác nhau.
Tầm quan trọng: một nghiên cứu mở cả một ngành
Bài báo năm 1958 trên tạp chí Ecology nhanh chóng thành kinh điển. Nó chứng minh rằng những khác biệt tinh tế trong hành vi — không chỉ khác biệt về hình dạng mỏ, cỡ thân — cũng đủ để chia ổ sinh thái. Nó cũng mở ra một kiểu nghiên cứu mới: ghi chép định lượng hành vi kiếm ăn ngoài thực địa rồi so sánh giữa các loài.
MacArthur sau đó trở thành một trong những nhà sinh thái có ảnh hưởng nhất thế kỷ 20. Ông cùng E. O. Wilson viết The Theory of Island Biogeography (1967), góp phần xây dựng khái niệm chiến lược r và K, và đưa toán học vào sinh thái học một cách tự nhiên. Ông mất năm 1972, khi mới 42 tuổi.
Những tranh luận về sau
Như mọi nghiên cứu kinh điển, công trình chim chích cũng được xem xét lại:
- Sự khác biệt về vùng kiếm ăn có phải do tranh giành giữa các loài tạo ra (loài này đẩy loài kia), hay mỗi loài vốn đã ưa vùng đó do tiến hoá từ trước? Quan sát thôi không phân biệt được; cần thí nghiệm bỏ bớt một loài.
- MacArthur khảo sát trong vài mùa hè, ở một số khu rừng. Các nghiên cứu sau ở nơi khác, năm khác cho thấy mức chồng lấn có thể thay đổi theo lượng thức ăn: năm nhiều sâu, các loài kiếm ăn chồng nhau nhiều hơn mà không sao; năm khan hiếm, chúng tách nhau rõ hơn.
- Một số nhà nghiên cứu cho rằng năm loài này cùng tồn tại nhờ những đợt dịch sâu định kỳ làm thức ăn dư thừa, chứ không chỉ nhờ chia tầng.
Những tranh luận này không phủ nhận ý tưởng chính mà làm nó tinh tế hơn: phân chia nguồn sống có thật, nhưng mức độ và nguyên nhân thay đổi theo hoàn cảnh.
Những ví dụ phân chia nguồn sống khác
| Nhóm sinh vật | Chia nhau bằng cách nào |
|---|---|
| Thằn lằn Anolis trên các đảo vùng Caribe | Loài sống trên thân to gần đất, loài trên cành nhỏ, loài trên ngọn tán, loài trong bụi cỏ |
| Chim sẻ Darwin ở Galápagos | Mỏ to bẻ hạt cứng, mỏ nhỏ ăn hạt mềm, mỏ nhọn ăn côn trùng |
| Thú ăn cỏ đồng cỏ châu Phi | Hươu cao cổ ăn lá cây cao, ngựa vằn ăn phần cỏ cứng phía trên, linh dương ăn phần cỏ non phía dưới |
| Chim lội ở bãi triều | Mỏ dài thọc sâu bắt giun trong bùn, mỏ ngắn mổ trên mặt bùn; chân dài lội sâu, chân ngắn đi mép nước |
| Dơi ăn côn trùng | Khác tần số siêu âm, khác độ cao bay, khác giờ ra khỏi chỗ ngủ |
Ví dụ bãi triều rất dễ thấy ở Việt Nam: vào mùa chim di cư, trên các bãi bồi ven biển Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, các loài choắt, rẽ, mỏ nhát có mỏ dài ngắn khác nhau đứng chung một bãi, mỗi loài khai thác một tầng bùn.
Góc nhìn hôm nay: tự làm một "nghiên cứu MacArthur" nhỏ
Có thể lặp lại tinh thần nghiên cứu này ở một cái cây trong sân trường hay công viên. Chọn một cây có nhiều chim ghé, chia cây thành ba tầng (thấp, giữa, ngọn) và hai phần (gần thân, đầu cành). Mỗi buổi sáng ngồi yên mười lăm phút, ghi lại mỗi lần một con chim ghé: loài gì (hoặc mô tả màu sắc nếu chưa biết tên), ở vùng nào, đang làm gì. Sau vài tuần, vẽ bảng — rất có thể bạn sẽ thấy chim sâu, chích bông, chào mào, sẻ mỗi loài "thích" một vùng. Chỉ nhìn bằng mắt hoặc ống nhòm, không làm động tổ chim.
Đọc thêm: bài gốc "Population Ecology of Some Warblers of Northeastern Coniferous Forests" (Ecology, 1958); cuốn Geographical Ecology (1972) — cuốn sách cuối cùng của MacArthur; phần về phân chia nguồn sống trong Campbell Biology.
Câu hỏi thường gặp
Nghiên cứu chim chích của MacArthur là gì?
Năm 1958, Robert MacArthur quan sát năm loài chim chích cùng ăn côn trùng trên cây vân sam ở đông bắc nước Mỹ. Ông thấy mỗi loài kiếm ăn chủ yếu ở một vùng khác nhau của cây, nhờ vậy chúng chia nhau nguồn thức ăn và cùng tồn tại.
Phân chia nguồn sống là gì?
Là việc các loài có nhu cầu gần giống nhau dùng nguồn sống theo những cách hơi khác: khác chỗ kiếm ăn, khác cỡ mồi, khác giờ hoạt động. Nhờ đó chúng giảm đụng độ và cùng sống được trong một nơi.
Năm loài chim chích trong nghiên cứu của MacArthur là những loài nào?
Đó là chích Cape May, chích họng đen xanh, chích Blackburn, chích ngực nâu đỏ và chích hông vàng, đều thuộc họ chim chích Tân Thế giới (Parulidae), sống ở rừng lá kim Bắc Mỹ.
Vì sao nghiên cứu này quan trọng?
Nó cho thấy khác biệt nhỏ về hành vi kiếm ăn đủ để các loài chia nhau ổ sinh thái, và mở ra cách nghiên cứu định lượng hành vi ngoài thực địa. Đây là ví dụ được dùng trong hầu hết giáo trình sinh thái học.
