Tuần lộc đảo St. Matthew: từ 29 con lên 6.000 rồi sụp còn 42 con

Năm 1944, 29 con tuần lộc được thả lên đảo St. Matthew, một hòn đảo không người, không sói, rộng khoảng 330 km² giữa biển Bering. Mười chín năm sau, đàn đạt khoảng 6.000 con; rồi chỉ qua một mùa đông khắc nghiệt 1963–1964, gần như cả đàn chết đói, tới năm 1966 chỉ còn 42 con. Đây là ví dụ kinh điển trong sinh thái học về một quần thể vượt quá sức chứa của môi trường rồi sụp đổ.

Một hòn đảo không có kẻ săn mồi

St. Matthew nằm giữa biển Bering, xa đất liền Alaska vài trăm kilômét. Đảo phủ lãnh nguyên: cỏ, cói, cây bụi thấp và những thảm địa y dày tích tụ qua hàng thế kỷ, vì chưa từng có loài thú lớn nào ăn chúng. Năm 1944, lực lượng Tuần duyên Hoa Kỳ dựng một trạm định vị vô tuyến trên đảo và thả 29 con tuần lộc (24 cái, 5 đực) làm nguồn thực phẩm dự phòng cho người trực trạm. Vài năm sau trạm đóng cửa, người rời đi, tuần lộc ở lại.

Chúng có mọi thứ một quần thể cần để tăng trưởng không giới hạn: thức ăn dồi dào chưa ai đụng tới, không sói, không gấu, không người săn, không đối thủ cạnh tranh. Câu chuyện sau đó được nhà sinh thái học David Klein theo dõi qua nhiều chuyến khảo sát và công bố năm 1968 trên tạp chí chuyên ngành về động vật hoang dã của Mỹ.

Đường tăng: mỗi năm thêm khoảng một phần ba

Tự tính tốc độ tăng: từ 29 lên 6.000 trong 19 năm là gấp khoảng 207 lần. Lấy căn bậc 19 của 207 được khoảng 1,32, nghĩa là trung bình mỗi năm đàn đông thêm chừng 32%. Với tốc độ ấy, cứ khoảng 2,5 năm đàn lại gấp đôi.

Nếu chỉ nhìn đoạn từ 1944 tới 1963, đường cong gần như là một đường luỹ thừa trơn tru. Không có dấu hiệu chậm lại rõ rệt nào để cảnh báo. Đó chính là điều làm câu chuyện St. Matthew đáng nhớ: quần thể tiếp tục tăng ngay cả khi thức ăn đã bắt đầu cạn.

Địa y: thức ăn mùa đông mọc chậm như rêu đá

Mùa hè, tuần lộc ăn cỏ, lá cây bụi, những thứ mọc lại nhanh mỗi năm. Mùa đông, khi mọi thứ bị tuyết phủ, chúng đào tuyết để ăn địa y, chủ yếu là các loài địa y tuần lộc thuộc chi Cladonia. Vấn đề nằm ở đây: thảm địa y lãnh nguyên chỉ dày thêm khoảng vài milimét mỗi năm. Một thảm bị gặm trụi cần vài chục năm mới hồi phục.

Nói cách khác, mùa hè tuần lộc ăn "tiền lãi", mùa đông chúng ăn vào "vốn" đã tích tụ hàng thế kỷ. Khi đàn còn nhỏ, phần vốn bị ăn mỗi năm ít hơn phần mọc thêm. Khi đàn lớn tới hàng nghìn con, mỗi mùa đông khoét sâu thêm vào thảm địa y, và mùa hè dồi dào làm tuần lộc mẹ vẫn béo, vẫn đẻ đều, che lấp dấu hiệu của khủng hoảng đang tới.

Theo ước tính thường được trích từ công trình của Klein, hòn đảo chỉ nuôi bền vững được khoảng 13–18 con trên mỗi dặm vuông, tức chừng 1.600–2.300 con cho cả đảo. Năm 1963, đàn đã gấp khoảng ba lần mức đó.

Mùa đông 1963–1964

Mùa đông năm ấy lạnh và nhiều tuyết bất thường trên vùng biển Bering. Tuyết dày làm tuần lộc khó đào tới lớp địa y vốn đã mỏng. Đàn gần 6.000 con, đã sẵn trong tình trạng thiếu thức ăn mùa đông, chết đói hàng loạt. Khi Klein quay lại năm 1966, ông chỉ đếm được 42 con, và tìm thấy xương tuần lộc rải khắp đảo, phần lớn chết cùng một khoảng thời gian.

Trong 42 con còn lại chỉ có một con đực, gạc phát triển bất thường, nhiều khả năng không còn sinh sản được. Không có con non mới, đàn già dần và biến mất hẳn vào thập niên 1980.

Lỗi tại thức ăn hay tại thời tiết

Klein cho rằng thiếu thức ăn là nguyên nhân gốc, thời tiết là giọt nước tràn ly: một đàn ở mức sức chứa có thể sống qua mùa đông ấy, một đàn gấp ba lần thì không. Một số nhà nghiên cứu về sau nhấn mạnh vai trò của mùa đông cực đoan nhiều hơn. Cả hai cách nhìn đều đồng ý ở một điểm: quần thể đã vượt xa mức mà đảo có thể nuôi lâu dài, và không có gì để giảm số lượng từ từ trước khi cú sốc ập tới.

Không phải lần duy nhất: đảo St. Paul

Cách St. Matthew không xa, trên đảo St. Paul thuộc quần đảo Pribilof, câu chuyện tương tự đã xảy ra trước đó. Năm 1911, 25 con tuần lộc được thả lên đảo. Đàn tăng lên khoảng 2.000 con vào năm 1938, rồi sụp còn 8 con vào khoảng năm 1950, cũng vì địa y bị ăn cạn. Nhà sinh vật học Victor Scheffer mô tả trường hợp này năm 1951.

Vượt ngưỡng rồi sụp: khác gì đường cong chữ S

Sách giáo khoa thường vẽ tăng trưởng quần thể bằng đường cong chữ S: tăng nhanh rồi chậm dần và nằm ngang ở mức sức chứa. Đường cong đó đúng khi quần thể "cảm nhận" được giới hạn ngay lập tức, ví dụ thức ăn mọc lại nhanh, hoặc đông quá thì đẻ ít đi ngay.

St. Matthew cho thấy điều xảy ra khi có độ trễ. Tuần lộc đẻ con dựa trên thức ăn mùa hè còn dồi dào, trong khi giới hạn thật nằm ở thức ăn mùa đông đang bị bào mòn chậm. Tín hiệu "đã quá đông" tới muộn nhiều năm, nên quần thể không dừng ở mức sức chứa mà vượt qua nó (overshoot), phá luôn nguồn thức ăn, rồi sụp xuống thấp hơn hẳn mức ban đầu (collapse). Hơn nữa, sức chứa của đảo sau sụp đổ cũng thấp hơn trước, vì thảm địa y đã bị phá.

Ba điều kiện thường đi cùng kiểu vượt ngưỡng rồi sụp:

• Không có kẻ săn mồi hay yếu tố nào cắt bớt quần thể từ sớm.
• Nguồn sống quan trọng phục hồi chậm hơn nhiều so với tốc độ bị tiêu thụ.
• Tín hiệu cạn kiệt tới trễ so với quyết định sinh sản.

Góc nhìn hôm nay: vì sao sói lại cần thiết

Câu chuyện St. Matthew thường được dùng để giải thích vai trò của kẻ săn mồi trong hệ sinh thái. Sói ăn tuần lộc, nhưng chúng cũng giữ cho đàn không bao giờ vượt quá sức chứa, nhờ đó thảm địa y và chính đàn tuần lộc tồn tại lâu dài. Các chương trình quản lý thú hoang ngày nay, từ hươu ở châu Âu tới nai ở Bắc Mỹ, đều phải tính tới bài học này: một đàn thú không ai kiểm soát trong môi trường khép kín hiếm khi tự dừng lại đúng lúc.

Hòn đảo ngày nay vẫn không người ở, là một phần của khu bảo tồn động vật hoang dã biển Alaska. Thảm địa y vẫn đang hồi phục chậm, từng milimét một, nhiều thập kỷ sau khi con tuần lộc cuối cùng biến mất.

Muốn tự kiểm tra ý tưởng, có thể làm một phép tính trên giấy: lấy 29 con, nhân 1,32 mỗi năm, và tưởng tượng thức ăn mùa đông chỉ đủ cho 2.000 con. Năm nào đàn vượt ngưỡng? Bao nhiêu năm thì vượt gấp ba? Kết quả cho thấy chỉ cần bốn năm từ lúc chạm ngưỡng tới lúc vượt gấp ba, quá nhanh để thảm địa y kịp phản ứng.