Lưới thức ăn là tập hợp nhiều chuỗi thức ăn có chung mắt xích, đan chéo vào nhau trong một quần xã. Trong tự nhiên hầu như không loài nào chỉ ăn đúng một thứ hay chỉ bị đúng một kẻ ăn, nên quan hệ ăn – bị ăn là một tấm lưới chứ không phải một sợi dây. Nhờ có nhiều đường nối, khi một mắt xích yếu đi, năng lượng vẫn có lối khác để chảy và hệ sinh thái ít bị sụp hơn.
Từ chuỗi đến lưới: một ví dụ trên cánh đồng
Lấy những sinh vật quen thuộc ở một cánh đồng lúa và bờ ao bên cạnh:
- Lúa bị rầy nâu, sâu cuốn lá, chuột ăn.
- Rầy nâu bị nhện, bọ rùa, ếch nhái ăn.
- Sâu cuốn lá bị ong ký sinh, chim sẻ, ếch ăn.
- Chuột bị rắn, cú, mèo ăn.
- Ếch bị rắn, cò, cá quả ăn.
- Rắn bị cú, diều hâu ăn.
Rút ra một chuỗi: lúa → rầy → ếch → rắn → diều hâu. Rút chuỗi khác: lúa → chuột → cú. Chuỗi thứ ba: lúa → sâu → chim sẻ → diều hâu. Ếch có mặt ở nhiều chuỗi, rắn cũng vậy, và diều hâu ăn ở cả bậc 3 lẫn bậc 4. Vẽ hết lên một tờ giấy, các mũi tên chồng chéo thành một tấm lưới.
Những tấm lưới đầu tiên được vẽ
Ý tưởng sinh vật nối với nhau thành một mạng có từ lâu. Ở cuối cuốn Nguồn gốc các loài (1859), Charles Darwin tả "một bờ đất rối rắm" đầy cây cỏ, chim, côn trùng, giun, phụ thuộc lẫn nhau theo những cách phức tạp. Trong sách, ông còn đưa một chuỗi nổi tiếng: ở Anh, ong nghệ thụ phấn cho cỏ ba lá đỏ; chuột đồng phá tổ ong nghệ; mèo ăn chuột — nên gần làng có nhiều mèo, ông đoán, có thể có nhiều ong nghệ và cỏ ba lá hơn. Darwin đưa ra như một suy luận, không phải kết quả đo đạc, nhưng nó cho thấy một sợi dây nhỏ có thể rung cả tấm lưới.
Một trong những sơ đồ lưới thức ăn đầu tiên dựa trên khảo sát thực địa được Victor Summerhayes và Charles Elton công bố năm 1923, cho đảo Gấu (Bjørnøya) ở vùng Bắc Cực của Na Uy. Hệ ở đó tương đối đơn giản — rêu, cỏ, côn trùng, chim biển, cáo Bắc Cực — nên mới vẽ được tương đối đầy đủ. Với rừng nhiệt đới hay rạn san hô, một lưới đầy đủ có hàng nghìn loài và hàng chục nghìn mối nối, đến nay chưa ai vẽ trọn.
Vì sao tự nhiên chuộng lưới hơn chuỗi
Hầu hết động vật ăn nhiều món
Loài ăn chuyên một món có thật — gấu trúc lớn ăn tre là ví dụ hay được nhắc — nhưng không nhiều. Phần lớn động vật ăn nhiều loại mồi, đổi món theo mùa và theo thứ đang dồi dào. Cú lợn ăn chuột là chính, nhưng thiếu chuột thì bắt chim nhỏ, ếch, côn trùng lớn. Mỗi lần đổi món là thêm một sợi trong lưới.
Ăn tạp nối các bậc với nhau
Con ăn tạp như chuột, lợn rừng, quạ, gấu cùng lúc đứng ở nhiều bậc dinh dưỡng. Chúng là những "nút giao" làm lưới dày lên. Thêm vào đó là những vòng kỳ lạ: cá lớn ăn cá con cùng loài, ấu trùng chuồn chuồn ăn nòng nọc rồi ếch trưởng thành lại ăn chuồn chuồn.
Chuỗi mùn bã chồng lên chuỗi đồng cỏ
Mọi xác chết, lá rụng, phân thải đổ vào chuỗi mùn bã: vi khuẩn, nấm, giun, cuốn chiếu. Rồi giun lại bị chim ăn, bọ nhảy bị nhện ăn — năng lượng từ chuỗi mùn bã quay ngược lên các bậc trên. Hai chuỗi lớn này dệt vào nhau ở mọi hệ sinh thái.
Lưới dày có làm hệ bền hơn không
Suy nghĩ trực giác: nhiều đường nối thì đứt một đường cũng không sao. Nếu ếch giảm, rắn quay sang ăn chuột; nếu chuột giảm, cú bắt chim nhỏ. Năng lượng vẫn tìm được lối. Nhà sinh thái Robert MacArthur năm 1955 đã đưa ra lập luận gần như vậy: càng nhiều đường dẫn năng lượng, quần xã càng ổn định.
Nhưng năm 1972, nhà toán học kiêm sinh thái học Robert May công bố một kết quả gây sốc: với các hệ được dựng ngẫu nhiên trên máy tính, càng nhiều loài và càng nhiều mối nối mạnh thì hệ càng dễ mất ổn định. Từ đó nổ ra cuộc tranh luận kéo dài hàng chục năm về "đa dạng – ổn định".
Lời giải được nhiều người chấp nhận hiện nay là: lưới tự nhiên không ngẫu nhiên. Phần lớn mối nối trong lưới thật là mối nối yếu — con săn mồi ăn rất ít một loài nào đó — và chỉ một số ít mối nối mạnh. Các mô hình từ cuối thập niên 1990 cho thấy chính những mối nối yếu này hãm bớt dao động, giữ cho hệ không lao vào vòng bùng nổ – sụp đổ. Đây vẫn là mảng nghiên cứu đang mở.
Khi một sợi trong lưới bị cắt
Không phải mọi sợi đều quan trọng như nhau. Có những loài mà mất đi thì các loài khác lấp chỗ gần như không ai thấy khác biệt — các nhà sinh thái gọi là có dư thừa chức năng. Có những loài khác mất đi thì cả lưới sắp xếp lại: đó là loài then chốt, như sao biển Pisaster của Robert Paine hay rái cá biển ở Thái Bình Dương (có bài riêng).
Ảnh hưởng còn có thể đi vòng rất xa. Khi một loài săn mồi đầu bảng biến mất, con mồi trực tiếp của nó tăng lên, kéo theo thực vật mà con mồi đó ăn bị giảm, kéo theo côn trùng, chim sống nhờ thực vật đó cũng giảm. Kiểu lan truyền qua nhiều bậc này gọi là dây chuyền dinh dưỡng, và câu chuyện sói ở Yellowstone là ví dụ được tranh luận nhiều nhất.
Kiểm soát từ trên xuống và từ dưới lên
| Kiểu kiểm soát | Ý chính | Ví dụ |
|---|---|---|
| Từ dưới lên | Lượng sinh vật sản xuất (do nắng, mưa, dinh dưỡng) quyết định có bao nhiêu sinh vật ở các bậc trên | Năm mưa thuận, cỏ tốt, chuột đồng tăng, rồi cú, rắn tăng theo |
| Từ trên xuống | Loài săn mồi đầu bảng kìm số con mồi, gián tiếp giữ thực vật | Rái cá ăn nhím biển, giữ cho rừng tảo bẹ không bị gặm trụi |
Trong thực tế cả hai lực đều có mặt, mạnh yếu khác nhau tuỳ hệ và tuỳ năm. Hồ nước ngọt là nơi các nhà khoa học thử nghiệm nhiều nhất: thêm hay bớt cá dữ trong hồ có thể làm nước trong hơn hay đục hơn vì cả chuỗi cá nhỏ – động vật phù du – tảo xoay theo.
Những điều thú vị về lưới thức ăn
- Ký sinh trùng tham gia vào rất nhiều mối nối trong lưới, nhưng hầu hết sơ đồ cũ đều bỏ qua chúng. Khi tính cả vào, lưới dày lên hẳn.
- Con người ở nhiều vùng biển là "loài săn mồi" có ảnh hưởng mạnh nhất, đánh bắt từ cá đáy tới cá ngừ — tức là chen vào lưới ở nhiều bậc cùng lúc.
- Lưới thức ăn ở biển thường dài hơn lưới trên cạn một vài bậc, vì sinh vật sản xuất ở biển là tế bào phù du rất nhỏ, phải qua nhiều nấc trung gian mới tới cá lớn.
Góc nhìn hôm nay: tự dệt một tấm lưới
Bài tập quen thuộc trong lớp sinh học: mỗi học sinh cầm một tấm thẻ ghi tên một loài, đứng thành vòng tròn, dùng một cuộn len nối người ăn với người bị ăn. Khi lưới đã dày, cho một "loài" buông sợi len — cả lớp thấy ngay những ai bị giật theo. Có thể làm cho lưới của ao, ruộng, rạn san hô, đồng cỏ châu Phi để so sánh.
Đọc thêm: chương Quần xã sinh vật trong Sinh học 12; phần về food web trong Ecology của Begon, Townsend và Harper; bài báo "Will a Large Complex System be Stable?" của Robert May (tạp chí Nature, 1972) cho ai thích toán.
Câu hỏi thường gặp
Lưới thức ăn là gì?
Lưới thức ăn là tập hợp các chuỗi thức ăn có chung mắt xích trong một quần xã. Vì mỗi loài thường ăn nhiều món và bị nhiều kẻ ăn, các chuỗi đan vào nhau thành một tấm lưới.
Lưới thức ăn khác chuỗi thức ăn thế nào?
Chuỗi thức ăn là một dãy thẳng, mỗi loài chỉ nối với một loài trước và một loài sau. Lưới thức ăn gồm nhiều chuỗi chồng chéo, một loài có thể nối với nhiều loài và đứng ở nhiều bậc dinh dưỡng.
Vì sao lưới thức ăn giúp hệ sinh thái ổn định?
Khi một loài giảm, kẻ săn mồi có thể chuyển sang ăn loài khác nên năng lượng vẫn có đường đi. Nghiên cứu cho thấy những mối nối yếu, chiếm phần lớn trong lưới thật, giúp hãm bớt dao động. Tuy vậy quan hệ đa dạng – ổn định vẫn còn được tranh luận.
Mắt xích chung trong lưới thức ăn là gì?
Là loài xuất hiện trong từ hai chuỗi thức ăn trở lên, ví dụ ếch vừa ăn rầy vừa ăn sâu, vừa bị rắn và cò ăn. Đề bài hay yêu cầu chỉ ra các mắt xích chung trong một lưới cho sẵn.
Ăn tạp ảnh hưởng gì đến lưới thức ăn?
Loài ăn tạp ăn cả thực vật lẫn động vật nên cùng lúc đứng ở nhiều bậc dinh dưỡng. Chúng nối các bậc với nhau, làm lưới dày hơn và khó tách thành từng chuỗi riêng.
