Chu kỳ thỏ tuyết – linh miêu Canada: vì sao lên xuống mỗi 10 năm

Ở các rừng phương bắc Canada, số thỏ tuyết tăng vọt rồi sụt mạnh theo một chu kỳ khoảng 10 năm (thường 8–11 năm), và số linh miêu Canada lên xuống theo sau, chậm hơn một hai năm. Dữ liệu nổi tiếng nhất về chu kỳ này lấy từ sổ sách thu mua da lông của Công ty Vịnh Hudson suốt hơn một thế kỷ. Nguyên nhân không chỉ là linh miêu ăn thỏ: thức ăn mùa đông của thỏ, nỗi sợ bị săn và nhiều loài săn mồi khác cùng góp phần.

Hai nhân vật chính

Thỏ tuyết (Lepus americanus) sống trong rừng lá kim phương bắc của Canada và Alaska. Chân sau to, lông bàn chân rậm như đôi giày đi tuyết, nên tiếng Anh gọi là snowshoe hare. Bộ lông đổi màu theo mùa: nâu vào mùa hè, trắng vào mùa đông. Mùa đông chúng gặm cành non, chồi của cây liễu, cây bạch dương, cây bụi.

Linh miêu Canada (Lynx canadensis) là loài mèo rừng cỡ vừa, chân dài, bàn chân to để đi trên tuyết xốp, tai có chỏm lông đen. Đây là một trong những loài săn mồi chuyên hoá nhất ở vùng này: thỏ tuyết chiếm phần lớn khẩu phần của linh miêu, nhất là vào mùa đông. Khi thỏ hiếm, linh miêu đói, đẻ ít, con non chết nhiều.

Bộ dữ liệu trăm năm từ sổ da lông

Công ty Vịnh Hudson, thành lập năm 1670, thu mua da lông thú của thợ bẫy (phần nhiều là người bản địa) ở khắp miền bắc Canada. Sổ sách của công ty ghi số tấm da linh miêu, da thỏ thu được mỗi năm, kéo dài từ thế kỷ 19 sang thế kỷ 20. Đầu thế kỷ 20, nhà sinh vật học Ernest Thompson Seton rồi sau đó Charles Elton (người đặt nền tháp sinh thái) và Mary Nicholson đã dùng những sổ này để vẽ đồ thị. Bài phân tích của Elton và Nicholson năm 1942 về chu kỳ linh miêu đến nay vẫn được trích trong mọi giáo trình.

Đồ thị cho thấy những đỉnh nhọn cách nhau khoảng mười năm, đỉnh linh miêu đi sau đỉnh thỏ. Ở năm đỉnh, mật độ thỏ có thể gấp hàng chục lần năm đáy.

Đọc dữ liệu lịch sử cần cẩn trọng

• Số da thu mua phản ánh số thú bị bẫy, không phải số thú thật. Năm giá da cao, thợ bẫy đi nhiều hơn; năm có dịch bệnh hay biến động xã hội, đi ít hơn.
• Số liệu gộp từ nhiều trạm thu mua ở những vùng rất xa nhau, chu kỳ ở mỗi vùng có thể lệch nhau vài năm.
• Dữ liệu thỏ trong sổ ít đầy đủ hơn dữ liệu linh miêu; nhiều đồ thị phổ biến ghép từ các nguồn khác nhau.

Dù vậy, những nghiên cứu thực địa sau này, đếm thỏ trực tiếp, đã xác nhận chu kỳ là có thật.

Câu chuyện sách giáo khoa: kẻ săn – con mồi

Lời giải thích đơn giản nhất: thỏ nhiều → linh miêu có đủ ăn, đẻ nhiều → linh miêu tăng → thỏ bị ăn nhiều, giảm → linh miêu thiếu ăn, giảm → thỏ dễ thở, tăng lại. Vòng cứ thế quay. Các nhà toán học Alfred Lotka (1925) và Vito Volterra (1926) đã viết ra cặp phương trình mô tả đúng kiểu dao động lệch pha này, và thỏ tuyết – linh miêu thường được in cạnh phương trình như ví dụ minh hoạ.

Nhưng khi các nhà sinh thái ra rừng đo thật, câu chuyện hoá ra phức tạp hơn.

Thí nghiệm ở hồ Kluane: thêm thức ăn, rào kẻ săn

Từ năm 1986 đến 1996, nhóm của Charles Krebs (Đại học British Columbia) làm một thí nghiệm lớn ở vùng hồ Kluane, lãnh thổ Yukon (Canada). Họ chia rừng thành nhiều ô, mỗi ô rộng cỡ một kilômét vuông:

Kết quả công bố trên tạp chí Science năm 1995 cho thấy chu kỳ thỏ là kết quả kết hợp của thức ăn và kẻ săn mồi, chứ không do riêng yếu tố nào. Và ngay cả ô thêm thức ăn kèm rào chắn, thỏ vẫn có lúc giảm — vì cú và diều hâu bay qua hàng rào được.

Không chỉ linh miêu: cả một đội săn

Ở rừng phương bắc, thỏ tuyết là "món ăn chung" của nhiều loài: linh miêu, sói đồng cỏ, cú sừng lớn, diều hâu phương bắc, chồn. Khi thỏ đạt đỉnh, tất cả các loài này đều tăng. Khi thỏ sụt, những loài ăn tạp chuyển sang mồi khác, còn linh miêu — vốn phụ thuộc nhất — chịu đòn nặng nhất. Đó là lý do chu kỳ linh miêu rõ nét hơn chu kỳ của nhiều kẻ săn khác.

Khi số thỏ sụt, có lúc phần lớn thỏ chết vì bị săn chứ không phải vì chết đói. Thức ăn mùa đông thiếu làm thỏ gầy, chậm, dễ bị bắt hơn; hai nguyên nhân chồng lên nhau.

Nỗi sợ làm thỏ đẻ ít

Nhà nghiên cứu Rudy Boonstra và cộng sự theo dõi hormone căng thẳng trong máu và phân thỏ. Ở giai đoạn sụt giảm, khi kẻ săn mồi nhiều, thỏ mẹ có mức hormone căng thẳng cao, đẻ ít con hơn và con non kém khoẻ hơn. Điều lạ là hiệu ứng này có vẻ kéo dài sang cả thế hệ sau, nên thỏ không bật lại ngay dù linh miêu đã giảm. Đây là một giả thuyết giải thích vì sao giai đoạn đáy của chu kỳ kéo dài vài năm. Một số chi tiết của giả thuyết này vẫn đang được kiểm chứng.

Diễn biến một vòng chu kỳ điển hình

1. Năm đáy: thỏ rất ít, linh miêu cũng ít, cây bụi hồi phục.
2. Năm tăng: thỏ sinh sản mạnh, mỗi năm thỏ mẹ có thể đẻ vài lứa; số thỏ tăng nhanh qua 3–4 năm.
3. Năm đỉnh: rừng đầy dấu chân thỏ; linh miêu, cú, sói đồng cỏ có nhiều con non sống sót.
4. Năm sụt: cây bụi bị gặm cạn, thỏ bị săn rất nhiều, mẹ căng thẳng đẻ ít; số thỏ có thể giảm hàng chục lần trong hai, ba năm.
5. Linh miêu sụt theo: một, hai năm sau đỉnh thỏ, linh miêu đói, mèo con chết nhiều, con trưởng thành đi lang thang rất xa tìm mồi.

Chu kỳ đang thay đổi?

Một số nghiên cứu gần đây ghi nhận ở vài vùng phía nam của khu phân bố, đỉnh chu kỳ thấp hơn và mờ hơn so với trước. Các nhà khoa học đang tìm hiểu liệu mùa đông ngắn đi (thỏ khoác lông trắng khi mặt đất đã hết tuyết, dễ bị nhìn thấy), rừng bị chia cắt, hay những thay đổi khác có liên quan. Chưa có kết luận chắc chắn.

Góc nhìn hôm nay: một bài học về nhân quả

Chu kỳ thỏ – linh miêu là ví dụ đẹp nhất cho thấy một mẫu hình trông đơn giản (hai đường lên xuống so le) có thể có nguyên nhân nhiều tầng. Bài học dùng được ở mọi nơi: khi thấy hai thứ cùng lên xuống, đừng vội kết luận cái này gây ra cái kia; hãy hỏi còn yếu tố nào, và có thí nghiệm nào tách chúng ra không.

Người muốn tìm hiểu thêm có thể đọc cuốn Ecosystem Dynamics of the Boreal Forest: The Kluane Project (Krebs, Boutin và Boonstra biên tập, 2001) — tổng kết đầy đủ thí nghiệm ở Yukon. Chương Động thái quần thể trong Sinh học 12 và trong Ecology của Begon và cộng sự có đồ thị chu kỳ này. Mô hình toán Lotka–Volterra được bàn ở danh mục mô phỏng sự sống của wiki.