Xâm lấn vi sinh và kiến trúc cộng đồng ẩn: Khi số phận kẻ xâm nhập phụ thuộc vào chính tập thể cư trú

Hồng Hạc

15-04-2025

[…] only by uniting the power of the entire village could they chase Snake away. Or at least they could threaten it somehow to lessen the disturbance?!

Trích “The Virtue of Sacrifice”; Wild Wise Weird [1]

Tại sao một số loài vi sinh vật xâm nhập có thể thiết lập thành công, trong khi số khác thì thất bại? Trong một nghiên cứu gần đây, Hu và cộng sự [2] đã tiếp cận câu hỏi sinh thái học cơ bản này bằng cách thiết lập cộng đồng vi sinh tổng hợp và kết hợp mô hình lý thuyết. Kết quả cho thấy: số phận của kẻ xâm nhập vi sinh ít phụ thuộc vào đặc điểm riêng, mà chủ yếu được quyết định bởi động lực tập thể của cộng đồng cư trú.

Nhóm nghiên cứu xây dựng hệ sinh thái vi sinh từ 80 chủng vi khuẩn phân lập, với sự điều chỉnh có hệ thống về quy mô tập loài và cường độ tương tác giữa các loài. Các cộng đồng này hình thành hai kiểu động lực chính:

• Hệ ổn định, nơi mật độ loài giữ nguyên theo thời gian;

• Hệ dao động, nơi mật độ loài thay đổi theo cách xác định.

  
  

Trái ngược với giả thuyết “sức kháng sinh học” (biotic resistance) truyền thống—cho rằng cộng đồng đa dạng sẽ kháng xâm nhập tốt hơn [3,4]—nghiên cứu phát hiện rằng các cộng đồng dao động lại đa dạng hơn nhưng cũng dễ bị xâm nhập hơn.

Nghịch lý này được lý giải qua lăng kính động lực cộng đồng: hệ dao động tạo ra “khoảng trống thời gian” (temporal windows of opportunity)—các niche mà loài xâm nhập có thể khai thác. Ngược lại, trong cộng đồng có tương tác mạnh và tập loài lớn, hiệu ứng ưu tiên (priority effects) thường xảy ra: loài đến trước chiếm ưu thế và ngăn cản kẻ đến sau thiết lập [5,6]. Tuy nhiên, nếu xâm nhập thành công, tác động sinh thái của loài xâm nhập lên cộng đồng càng lớn khi tương tác nội tại càng mạnh. Những mô hình này được củng cố cả bằng thực nghiệm và mô phỏng với mô hình Lotka–Volterra tổng quát.

Đặc biệt, nhóm tác giả đã xác định một chỉ số nhất quán dự đoán khả năng bị xâm nhập: tỷ lệ sống sót (survival fraction)—tỷ lệ loài vẫn tồn tại sau quá trình hình thành ban đầu của cộng đồng. Khác với độ phong phú loài đơn thuần (species richness), chỉ số này đồng thời phản ánh quy mô tập loài và cấu trúc tương tác, từ đó cung cấp một thước đo thống nhất trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau.

Mở rộng hơn, nghiên cứu này cho thấy rằng tính bền vững (resilience) của cộng đồng vi sinh là một thuộc tính nổi lên (emergent property)—hình thành từ tương tác tập thể và bối cảnh môi trường, chứ không chỉ từ đặc tính của từng loài riêng lẻ. Dù là trong đất, đại dương hay hệ vi sinh đường ruột, các xâm nhập vi sinh—và khả năng kiểm soát chúng—phụ thuộc vào “kiến trúc ẩn” của cộng đồng vi mô.

Bằng cách làm sáng tỏ tính phức hợp của hệ sinh thái vi sinh, nghiên cứu này còn phản ánh một sự thật rộng hơn: hành động của con người, chẳng hạn như lạm dụng kháng sinh hay thay đổi sử dụng đất, có thể làm mất ổn định mạng lưới sinh thái và khiến hệ thống trở nên dễ tổn thương [7,8]. Hiểu và tôn trọng các động lực tinh vi này có thể là chìa khóa để bảo vệ sức khỏe môi trường và sức khỏe con người.

Tài liệu tham khảo

[1] Vuong QH. (2024). Wild Wise Weird. https://www.amazon.com/dp/B0BG2NNHY6/ 

[2] Hu J, et al. (2025). Collective dynamical regimes predict invasion success and impacts in microbial communities. Nature Ecology & Evolution, 9, 406-416. https://www.nature.com/articles/s41559-024-02618-y 

[3] Kennedy TA, et al. (2002). Biodiversity as a barrier to ecological invasion. Nature, 417, 636-638. https://www.nature.com/articles/nature00776 

[4] Case TJ. (1990). Invasion resistance arises in strongly interacting species-rich model competition communities. PNAS, 87, 9610-9614. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.87.24.9610 

[5] Debray R, et al. (2022). Priority effects in microbiome assembly. Nature Reviews Microbiology, 20, 109-121. https://www.nature.com/articles/s41579-021-00604-w 

[6] Sprockett D, et al. (2018). Role of priority effects in the early-life assembly of the gut microbiota. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 15, 197-205. https://www.nature.com/articles/nrgastro.2017.173 

[7] Ho MT, Nguyen DH. (2025). Of Kingfisher and Man. https://philarchive.org/rec/HOOKAW 

[8] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267