San hô là các động vật biển thuộc lớp San hô (Anthozoa) tồn tại dưới dạng các thể polip nhỏ giống hải quỳ, thường sống thành các quần thể gồm nhiều cá thể giống hệt nhau. Các cá thể này tiết ra cacbonat calci để tạo bộ xương cứng, xây nên các rạn san hô tại các vùng biển nhiệt đới.

Một "đầu" san hô thực tế được tạo từ hàng ngàn cá thể polip có cấu tạo gen giống hệt nhau, mỗi polip chỉ có đường kính vài milimet. Sau hàng ngàn thế hệ, các polip này để lại một khung xương là đặc trưng về loài của chúng. Mỗi đầu san hô phát triển nhờ sự sinh sản vô tính của các polip. San hô còn sinh sản hữu tính bằng các giao tử, được giải phóng đồng thời trong một thời kì từ một đến vài đêm liên tiếp trong kì trăng tròn.

Tuy san hô có thể dùng các tế bào châm (nematocyst) tiết chất độc tại các xúc tu để bắt phù du, loại động vật này thu nhận phần lớn dưỡng chất từ loại tảo đơn bào cộng sinh có tên tảo vàng đơn bào (zooxanthella). Do đó, hầu hết san hô phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời và phát triển ở các vùng nước trong và nông, thường ở độ sâu không tới 60 m (200 ft). San hô có thể đóng góp lớn cho cấu trúc vật lý của các rạn san hô phát triển ở những vùng biển nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, chẳng hạn như rạn san hô Great Barrier ở ngoài khơi bang Queensland, Úc.

Các loại san hô khác không cần đến tảo và có thể sống ở vùng nước sâu hơn, chẳng hạn các loài trong chi Lophelia nước-lạnh sống được tới độ sâu 3.000m ở Đại Tây Dương. Một ví dụ khác là Darwin Mounds ở phía tây nam Cape Wrath, Scotland. San hô còn được tìm thấy ở ngoài khơi bang Washington và quần đảo Aleutian ở Alaska, Mỹ.

Tuy một đầu san hô trông như một cơ thể sống, nhưng nó thực ra là đầu của nhiều cá thể giống nhau hoàn toàn về di truyền, đó là các polip. Các polip là các sinh vật đa bào với nguồn thức ăn là nhiều loại sinh vật nhỏ hơn, từ sinh vật phù du tới các loài cá nhỏ. Polip thường có đường kính một vài milimet, cấu tạo bởi một lớp biểu mô bên ngoài và một lớp mô bên trong giống như sứa được gọi là ngoại chất. Polip có hình dạng đối xứng trục với các xúc tu mọc quanh một cái miệng ở giữa - cửa duy nhất tới xoang vị (hay dạ dày), cả thức ăn và bã thải đều đi qua cái miệng này.

Dạ dày đóng kín tại đáy polip, nơi biểu mô tạo một bộ xương ngoài được gọi là đĩa nền. Bộ xương này được hình thành bởi một vành hình khuyên chứa calci ngày càng dày thêm (xem ở dưới). Các cấu trúc này phát triển theo chiều thẳng đứng và thành một dạng ống từ đáy polip, cho phép nó co vào trong bộ xương ngoài khi cần trú ẩn.

Polip mọc bằng cách phát triển khoang hình cốc (calices) theo chiều dọc, đôi khi chia thành vách ngăn để tạo một đĩa nền mới cao hơn. Qua nhiều thế hệ, kiểu phát triển này tạo nên các cấu trúc san hô lớn chứa calci, và lâu dài tạo thành các rạn san hô. Sự hình thành bộ xương ngoài chứa calci là kết quả của việc polip kết lắng aragonit khoáng từ các ion calci thu được từ trong nước biển. Tuy khác nhau tùy theo loài và điều kiện môi trường, tốc độ kết lắng có thể đạt mức 10 g/m² polip/ngày (0,3 aoxơ/ yard vuông/day). Điều này phụ thuộc mức độ ánh sáng, sản lượng ban đêm thấp hơn 90% so với giữa trưa.

Các xúc tu của polip bẫy mồi bằng cách sử dụng các tế bào châm được gọi là nematocyst. Đây là các tế bào chuyên bắt và làm tê liệt các con mồi như sinh vật phù du, khi có tiếp xúc, nó phản ứng rất nhanh bằng cách tiêm chất độc vào con mồi. Các chất độc này thường yếu, nhưng ở san hô lửa, nó đủ mạnh để gây tổn thương cho con người. Các loài sứa và hải quỳ cũng có nematocyst. Chất độc mà nematocyst tiêm vào con mồi có tác dụng làm tê liệt hoặc giết chết con mồi, sau đó các xúc tu kéo con mồi vào trong dạ dày của polip bằng một dải biểu mô co giãn được gọi là hầu.

San hô chủ yếu sinh sản hữu tính, với 25% san hô phụ thuộc tảo (san hô đá) tạo thành các quần thể đơn tính trong khi phần còn lại là lưỡng tính. Khoảng 75% san hô phụ thuộc tảo "phát tán con giống" bằng cách phóng các giao tử (trứng và tinh trùng) vào trong nước để phát tán các quần thể san hô ra xa. Các giao tử kết hợp với nhau khi thụ tinh để hình thành một ấu trùng rất nhỏ gọi là [[planula, thường có màu hồng và hình ôvan; một quần thể san hô cỡ trung bình mỗi năm có thể tạo vài nghìn ấu trùng này để vượt qua xác suất rất nhỏ của việc ấu trùng tạo được một quần thể mới.

Ấu trùng planula bơi về phía ánh sáng, thể hiện quang xu hướng tính dương, lên đến vùng nước bề mặt nơi chúng trôi dạt và phát triển một thời gian trước khi bơi trở lại xuống phía đáy biển để tìm một bề mặt mà nó có thể bám vào đó và xây dựng một quần thể mới. Nhiều giai đoạn của quá trình này có tỷ lệ thất bại lớn, và mặc dù mỗi quần thể san hô phát tán hàng triệu giao tử, chỉ có rất ít quần thể mới được hình thành. Thời gian từ khi phóng giao tử cho đến khi ấu trùng định cư thường là 2 hoặc 3 ngày, nhưng có thể kéo dài đến 2 tháng. Ấu trùng san hô phát triển thành một polip san hô và cuối cùng trở thành một đầu san hô bằng cách sinh sản vô tính tạo các polip mới.

Hầu hết các loài san hô, mà không phải san hô đá, đều không phát tán giao tử. Các loài này phóng tinh trùng nhưng giữ trứng, cho phép phát triển các ấu trùng planula lớn hơn để sau này khi thả ra sẽ đủ sẵn sàng để lắng xuống. Ấu trùng phát triển thành polip san hô và cuối cùng trở thành đầu san hô bằng mọc chồi vô tính và phát triển để tạo ra các polip mới.

Việc phóng giao tử đồng bộ thường xảy ra và rất điển hình tại các rạn san hô, ngay cả khi tại rạn có nhiều loài, tất cả san hô trên rạn phóng giao tử vào cùng một đêm. Sự đồng bộ này rất thiết yêu để các giao tử đực và cái có thể gặp nhau để tạo thành ấu trùng planula. Những dấu hiệu hướng dẫn cho việc phóng giao tử rất phức tạp, nhưng xét thời gian ngắn, nó bao gồm các thay đổi về mặt trăng, thời gian mặt trời lặn, và có thể cả tín hiệu hóa học. Việc phóng giao tử đồng thời có thể tạo ra kết quả là sự hình thành các dạng san hô lai, có lẽ tham gia vào quá trình tạo loài san hô mới. Tại một số nơi, hiện tượng san hô phóng giao tử có thể rất nổi bật, thường xảy ra vào ban đêm, nước biển vốn trong trở nên mờ đục bởi các "đám mây" giao tử.San hô phải phụ thuộc vào các dấu hiệu môi trường, tùy theo từng loại, để xác định thời gian chính xác để giải phóng các giao tử vào trong nước.

Có hai phương pháp mà san hô dùng để sinh sản hữu tính, chúng khác nhau ở chỗ giao tử cái có được giải phóng hay không:

• San hô gieo rắc, phần lớn trong chúng sinh sản hàng loạt, phụ thuộc nặng nề vào các dấu hiệu môi trường, do ngược lại với san hô ấp trứng, chúng giải phóng cả tinh trùng lẫn trứng vào trong nước. San hô sử dụng các dấu hiệu dài hạn như độ dài thời gian ban ngày, nhiệt độ nước, và/hoặc tốc độ thay đổi nhiệt độ; và dấu hiệu ngắn hạn thông thường nhất là chu kỳ trăng, với lúc mặt trời lặn điều khiển thời gian giải phóng. Khoảng 75% các loài san hô là san hô gieo rắc, phần lớn trong chúng là phụ thuộc tảo vàng đơn bào hay san hô tạo rạn. Các giao tử với sức nổi dương trôi nổi về phía bề mặt nơi sự thụ tinh diễn ra để tạo thành các ấu trùng planula. Các ấu trùng planula bơi về phía ánh sáng bề mặt để đi vào các dòng chảy, nơi chúng ở lại khoảng 2 ngày, nhưng có thể tới 3 tuần, và trong một trường hợp đã biết là 2 tháng, sau đó chúng chìm xuống và biến hóa thành các polip và tạo thành các quần thể mới.
• San hô ấp trứng thông thường nhất là không phụ thuộc tảo vàng đơn bào (không tạo rạn), hoặc một số san hô phụ thuộc tảo vàng đơn bào trong các khu vực có tác động của sóng hay luồng chảy mạnh. San hô ấp trứng chỉ giải phóng tinh trùng, với sức nổi âm, và có thể lưu trữ trứng đã thụ tinh trong vài tuần, giảm bớt nhu cầu đối với các sự kiện sinh sản đồng bộ hàng loạt, nhưng nó vẫn có thể xảy ra. Sau khi thụ tinh thì san hô giải phóng các ấu trùng planula đã sẵn sàng chìm lắng xuống.

Tại các đầu san hô, các polip giống hệt nhau về di truyền sinh sản vô tính để phát triển quần thể. Điều này được thực hiện bằng nảy mầm hay mọc chồi (khi một polip mới mọc ra từ một polip trưởng thành), hoặc phân chia (thành 2 polip lớn bằng polip ban đầu), cả hai được minh họa trong hình về Orbicella annularis.

Mọc chồi: Mở rộng kích thước của quần thể san hô. Nó diễn ra khi corallite mới mọc ra từ polip trưởng thành. Khi polip mới phát triển nó sinh ra xoang vị (dạ dày), tua cảm và miệng. Khoảng cách giữa các polip mới và trưởng thành tăng lên, và cùng với nó là coenosarc (cơ thể chung của quần thể; xem hình minh họa tại phần cấu tạo). Việc mọc chồi có thể diễn ra theo các cách sau:

• Phân chia theo chiều dọc bắt đầu với mở rộng polip ra, sau đó phân chia xoang vị. Miệng phân chia và các tua cảm mới hình thành. Khác biệt với điều này là mỗi polip phải hoàn thiện phần bị mất của mình về cơ thể và bộ xương ngoài.
• Mọc chồi nội tua cảm hình thành từ các đĩa miệng của polip, nghĩa là cả hai polip có cùng kích thước và nằm trong cùng một vòng tua cảm.
• Mọc chồi ngoại tua cảm tạo thành từ đáy của polip, và các polip mới là nhỏ hơn.
• Phân chia theo chiều ngang diễn ra khi các polip và bộ xương ngoài phân chia theo chiều ngang thành hai phần. Điều này có nghĩa là một polip có đĩa nền (đáy) còn polip kia có đĩa miệng (đỉnh). Hai polip mới cũng phải tự hoàn thiện các phần bị mất.
• Phân đôi diễn ra ở một số san hô, đặc biệt là trong họ Fungiidae, trong đó quần thể có khả năng tự tách thành 2 hay nhiều quần thể trong các giai đoạn đầu của sự phát triển của chúng.
  
  

Cả quần thể san hô có thể sinh sản vô tính qua sự phân mảnh hay thoát ra ngoài, khi một mảnh vỡ từ một đầu san hô được sóng đem đi nơi khác có thể tiếp tục phát triển tại địa điểm mới:

• Polip thoát ra ngoài diễn ra khi một polip từ bỏ quần thể và tái thiết lập trên một nền mới để tạo ra quần thể trưởng thành mới.
• Phân mảnh, trên thực tế có thể coi như là một kiểu của phân đôi, với các cá thể bị vỡ ra khỏi quần thể do bão hay trong các tình huống khác mà việc vỡ ra này có thể xảy ra. Các cá thể tách biệt có thể bắt đầu cho các quần thể mới.

Mặc dù san hô xuất hiện lần đầu tiên vào kỷ Cambri cỡ 542 triệu năm trước (Ma), nhưng các hóa thạch là cực hiếm cho tới tận kỷ Ordovic, khoảng 100 triệu năm muộn hơn, khi các bộ san hô bốn tia (Rugosa) và san hô vách đáy (Tabulata) trở nên phổ biến.

San hô vách đáy xuất hiện trong các lớp đá vôi và đá phiến sét chứa calci thuộc các kỷ Ordovic và Silur, và thông thường tạo thành các lớp đệm thấp hoặc các khối tạo nhánh kề bên san hô bốn tia. Số lượng của chúng bắt đầu suy giảm trong giai đoạn giữa kỷ Silur và cuối cùng chúng tuyệt chủng vào cuối kỷ Permi, khoảng 250 Ma. Các bộ xương của san hô vách đáy được tạo thành từ một dạng khoáng hóa của cacbonat calci gọi là calcit.

San hô bốn tia trở thành nhóm thống lĩnh vào giữa kỷ Silur, và bị tuyệt chủng vào đầu kỷ Trias. San hô bốn tia tồn tại dưới dạng đơn độc và quần thể, và giống như san hô vách đáy, bộ xương của chúng cũng được tạo thành từ từ calcit.

San hô đá (Scleractinia) lấp đầy các hốc sinh thái bị bỏ trống do sự tuyệt chủng của san hô bốn tia và san hô vách đáy. Các hóa thạch của chúng có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong các lớp đá từ kỷ Trias, và trở thành tương đối phổ biến trong các lớp đá từ kỷ Jura và các kỷ muộn hơn. Các bộ xương của san hô đá được tạo thành từ một dạng của cacbonat calci gọi là aragonit. Mặc dù về mặt địa chất chúng là trẻ hơn so với san hô vách đáy và san hô bốn tia, nhưng bộ xương từ aragonit của chúng lại khó bảo tồn hơn và vì thế hồ sơ hóa thạch của chúng là ít hoàn hảo hơn.

Ở một giai đoạn nhất định trong quá khứ địa chất, san hô đã từng rất phổ biến, cũng như san hô hiện đại trong các vùng nước trong và ấm khu vực nhiệt đới tại một số nơi nhất định của thế giới ngày nay. Giống như san hô hiện đại, các tổ tiên của chúng cũng tạo rạn đá ngầm, một số trong chúng hiện nay là các cấu trúc lớn trong các loại đá trầm tích.

Các ám tiều (rạn đá ngầm) cổ đại này không được tạo thành chỉ hoàn toàn bằng san hô. Tảo, hải miên và các dấu tích còn lại của nhiều loài động vật da gai, động vật tay cuộn, động vật hai mảnh vỏ, động vật chân bụng và bọ ba thùy đã từng sinh sống trên các ám tiều này được bảo tồn trong chúng. Điều này làm cho một số san hô là các hóa thạch chỉ mục hữu ích, giúp cho các nhà địa chất có thể xác định niên đại của các lớp đá mà trong đó chúng được tìm thấy.

San hô không bị hạn chế trong các rạn san hô và nhiều loại san hô đơn độc có thể được tìm thấy trong các lớp đá mà không có sự hiện diện của rạn san hô, chẳng hạn chi Cyclocyathus có trong thành hệ đất sét Gault ở Anh.

San hô rất nhạy cảm với các thay đổi trong môi trường tự nhiên. Các nhà khoa học đã tiên đoán rằng đến năm 2030 hơn 50% các rạn san hô trên thế giới có thể bị hủy diệt[15]; do đó, chúng thường được các luật môi trường bảo vệ. Một rạn san hô có thể dễ dàng bị ngập trong tảo nếu trong nước có quá nhiều dinh dưỡng. San hô cũng sẽ chết nếu nhiệt độ nước thay đổi vượt quá 1-2 độ ra ngoài khoảng bình thường, hoặc nếu độ mặn trong nước giảm. Dấu hiệu ban đầu của ứng suất môi trường là việc san hô thải tảo vàng đơn bào; không có tảo đơn bào cộng sinh của mình, các mô san hô sẽ mất màu và để lộ màu trắng của bộ xương cacbonat calci, một hiện tượng được gọi là san hô bạc màu.

Hiện nay nhiều chính phủ cấm lấy san hô từ các rạn san hô để giảm thiệt hại do những người lặn dùng bình dưỡng khí. Tuy nhiên, san hô vẫn chịu thiệt hại do mỏ neo của các tàu thuyền hay do nghề cá. Tại những nơi mà nghề cá địa phương gây hại cho rạn san hô, các chương trình tuyên truyền đã được thực hiện để giáo dục dân chúng về hệ sinh thái và việc bảo vệ rạn san hô.

Hốc sinh thái hẹp mà san hô chiếm lĩnh, và sự phụ thuộc của các loài san hô đá (Scleractinia) vào sự trầm lắng cacbonat calci, có nghĩa rằng chúng rất nhạy cảm đối với sự thay đổi độ pH của nước. Do lượng CO2 trong khí quyển tăng, hiện tượng axít hóa đại dương, khi CO2 tan trong nước làm giảm độ pH, đang xảy ra tại nước trên bề mặt các đại dương. Độ pH thấp làm san hô bị giảm khả năng tạo xương cacbonat calci, và trong trường hợp tột cùng, những bộ xương này còn bị phân rã hoàn toàn. Các nhà khoa học e ngại rằng, nếu không có sự cắt giảm mạnh và sớm đối với CO2 từ hoạt động của con người, hiện tượng axít hóa đại dương sẽ gây thiệt hại nghiêm trọng hoặc tiêu diệt các loài cùng các hệ sinh thái san hô.

Một sự kết hợp của các thay đổi về nhiệt độ, ô nhiễm, sự lạm dụng bởi những người lặn biển và các nhà sản xuất đồ kim hoàn đã dẫn tới sự hủy diệt của nhiều rạn san hô trên thế giới. Điều này đã làm tăng tầm quan trọng của ngành sinh học san hô. Riêng các biến đổi về khí hậu có thể gây ra thay đổi về nhiệt độ đủ để hủy diệt san hô. Ví dụ, trong giai đoạn ấm lên vào các năm 1997-98, tất cả các quần thể san hô Millepora boschmai gần Panama đã bị bạc màu và chết trong vòng 6 năm - loài này đến nay được xem là đã tuyệt chủng

Một rạn san hô được hình thành qua sự phát triển của nhiều thế hệ của các loài san hô cứng tạo rạn. Tập đoàn san hô do hàng tỉ các pôlýp (polyp) san hô tí hon xây dựng nên. Pôlýp san hô trông giống như một cái ống ngắn, rỗng có đáy nằm trong khung xương đá vôi của mình và trên cùng là miệng gồm nhiều xúc tu. Khi một pôlýp san hô chết đi, ngôi nhà đá vôi của nó vẫn tồn tại. Các pôlýp san hô khác lại tiếp tục xây dựng các ngôi nhà mới của chúng lớp này qua lớp khác, qua nhiều thế hệ và tạo nên các rạn san hô vô cùng huyền bí.

Có ba nhóm san hô chính là san hô cứng (còn gọi là san hô đá), san hô sừng và san hô mềm. San hô mềm với hình dạng của hoa và nấm dại trong rừng nhiệt đới trang điểm cho rạn san hô sặc sỡ hơn. San hô mềm không xây dựng nên một bộ xương đá vôi hoàn chỉnh. Thay vào đó, cơ thể của chúng được đỡ bằng một bộ khung gồm nhiều trâm xương đá vôi bé xíu gọi là bộ xương trong, tạo cho chúng một kết cấu bề mặt mềm mại.

Mặc dù trông giống như cành cây, hay phiến đá, nhưng san hô thực sự là nhóm động vật có cấu tạo tương tự như sứa và hải quỳ. Chúng thuộc nhóm động vật biển có các trâm gây ngứa (gọi là thích ty bào).

Một số loại san hô đang tạo ra “lớp chống nắng” để tự bảo vệ mình trước sự gia tăng của nhiệt độ nước biển - một nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc ĐH Southampton (Anh) cho biết.

Nhiều loại san hô đưa tảo vào các tế bào của mình để giúp cả hai cùng phát triển. Tuy nhiên, chỉ cần nhiệt độ tăng lên 1 độ C cũng có thể gây ra vấn đề cho sự cân bằng trên khiến tảo bị mất đi. Điều này khiến cho bộ khung của san hô tiếp xúc với ánh nắng Mặt trời thường dẫn đến san hô bị chết. Hiện tượng này gọi là tẩy trắng san hô.

Hiện tượng san hô bị tẩy trắng diễn ra khi nhiệt độ nước đạt 30 - 31 độ C do biến đổi khí hậu. Nó sẽ phải thải ra tảo cộng sinh bên trong các mô của mình vốn đóng vai trò là nguồn thức ăn. Nếu tình trạng nước ấm kéo dài hơn vài tuần, san hô sẽ chết.

Các nhà khoa học từ phòng thí nghiệm rạn san hô của ĐH Southampton vừa công bố một báo cáo trên tạp chí Current Biology. Họ đã quan sát thấy một số san hô tạo ra "lớp chống nắng" bằng một lớp màu sắc trong thời gian nước nóng lên chút ít hoặc trong thời gian ngắn.

Nhóm nghiên cứu tin rằng, những màu sắc neon sáng này được phát ra để khuyến khích tảo quay lại. Giáo sư Jorg Wiedenmann giải thích: "Nghiên cứu của chúng tôi thấy rằng việc tạo ra màu sắc này bao gồm cơ chế tự điều chỉnh, được gọi là vòng phản hồi quang học, với sự tham gia của các đối tác cộng sinh (san hô và tảo)".

Ở san hô khỏe mạnh, đa số ánh nắng Mặt trời được hấp thụ bởi các sắc tố quang hợp của tảo cộng sinh. Khi san hô mất cộng sinh này, ánh sáng dư thừa sẽ vào bên trong mô, được phản chiếu bởi xương san hô trắng. Tuy nhiên, nếu các tế bào san hô vẫn có thể tiếp tục thực hiện ít nhất một số chức năng bình thường của mình, bất chấp áp lực môi trường gây ra hiện tượng tẩy trắng, mức ánh sáng bên trong tăng lên sẽ thúc đẩy việc tạo ra các sắc tố quang học đầy màu sắc. Lớp chống nắng này sẽ thúc đẩy sự trở lại của vật cộng sinh

Trong một nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học cho biết nhiều kiến thức mới về đời sống sinh học của san hô đã được phát hiện một vài năm trở lại đây, giúp giải thích lý do tại sao các rặng san hô trên khắp thế giới đang dần biến mất, cũng như cần phải làm gì để chúng có thể vượt qua biến đổi khí hậu và axit hóa đại dương.

Các nhà khoa học cho biết, nhiệt độ nước biển ngày càng tăng do biến đổi khí hậu gây nên hiện tượng tẩy trắng san hô, và cùng với các nguyên nhân khác như khai thác san hô quá mức và ô nhiễm đại dương đã giết chết nhiều rạn san hô trong thập kỷ qua. Họ dự đoán trường hợp “xấu nhất” xảy ra cho các rạn san hô là chúng có thể bị tuyệt chủng trong vòng 30-50 năm tới.

Theo thống kê của các nhà khoa học, năm 1998 có đến 16% các rạn san hô trên toàn cầu bị chết bởi dịch tẩy trắng san hô; và 2010 được cho là một trong những năm “tồi tệ” nhất của dịch này, các báo cáo cho hay, nhiều rạn san hô tại vùng biển Indonexia bị tẩy trắng 100%.

Có vẻ như san hô, với một hệ gen phức tạp tương đương hệ gen ở người, và hệ thống thông tin sinh học tinh vi đang bị đe dọa bởi biến đổi khí hậu toàn cầu, chỉ có thể tồn tại dựa vào việc tận dụng hợp lý mối quan hệ cộng sinh phức tạp với tảo sống bên trong cơ thể san hô – dẫn lời báo cáo mới đây của các nhà khoa học trên tờ Science.

Một trong những phát hiện của nghiên cứu mới đây, là sự phức tạp to lớn của sinh học san hô, và thậm chí cả sự tương đồng so với các dạng sống khác. Ví dụ, gen điều khiển sự phát triển xương ở người giống hệt với gen giúp phát triển bộ xương mở rộng ở san hô – đây là một ví dụ minh họa rằng có những đặc điểm chung vẫn được duy trì ở các loài qua hàng trăm triệu năm kể từ khi chúng tách ra theo những con đường tiến hóa khác nhau từ một tổ tiên chung.

Các nhà nghiên cứu cho biết, vẫn còn rất nhiều điều cần khám phá về quá trình này và đi kèm với nó là sự kết hợp vô cùng đa dạng. Ví dụ, có 1.000 loài san hô khác nhau, và có lẽ có hàng ngàn loài tảo tạo thành những tổ hợp khác nhau sống cộng sinh với san hô. Các chuyên gia cho rằng, chính sự đa dạng này mang lại hi vọng sẽ có những cách kết hợp hợp lí giúp san hô thích ứng tốt hơn với những điều kiện thay đổi về nhiệt độ đại dương, lượng axit và các mối đe dọa khác.

Các rặng san hô đang ngày càng phải đối mặt với nhiều vấn đề to lớn. Chúng hiện bị gây sức ép bởi các thay đổi về nhiệt độ đại dương, ô nhiễm, đánh bắt cá quá mức, sự lắng cặn, axit hóa trong nước, sức ép về ô xy cùng các loại bệnh tất, và hiệu ứng kết hợp cùng lúc của vài vấn đề có thể phá hủy các rặng san hô mặc dù san hô sẽ vẫn sống tốt nếu chỉ phải đối mặt với từng vấn đề. Một vài ước tính cho thấy có đến 20% số rặng san hô trên thế giới đã chết, và thêm 24% số rặng đang bị đe dọa nghiêm trọng.

Theo dự đoán, sự axit hóa của đại dương trong thế kỉ tiếp theo sẽ làm giảm 50% số rặng san hô và tăng quá trình phân rã xương san hô, dẫn lời các nhà nghiên cứu trong báo cáo.

San hô là loài động vật tí hon, một loài polip tồn tại với những cá thể giống hệt nhau về hệ gen, có thể ăn, tự vệ và tiêu diệt các sinh vật phù du làm thức ăn. Trong quá trình này chúng cũng sinh ra canxi cácbonat – chất hình thành nền tảng cho bộ xương mở rộng mà chúng ngồi lên.

Qua khoảng thời gian dài, những lớp vôi hóa này sẽ phát triển đến một kích cỡ khổng lồ và làm nên những rặng san hô – một trong những hệ sinh thái hữu ích nhất trên thế giới, có thể nuôi dưỡng hơn 4.000 loài cá và rất nhiều dạng sống ở biển khác.

Nhưng san hô lại không thật sự tự cung tự cấp. Bên trong cơ thể, san hô cho một loài tảo hữu ích sống cộng sinh – đây là một dạng thực vật biển có khả năng hút cácbon, sử dụng năng lượng mặt trời để tiến hành quang hợp và sản sinh ra đường.

“Một vài trong số những loài tảo sống trong cơ thể san này hữu ích một cách kỳ lạ, và trong một vài trường hợp, chúng cung cấp 95% đường sản xuất ra làm năng lượng cho san hô,” Weis nói. “Đổi lại, tảo thu được nitrogen, một loại dinh dưỡng rất hiếm trong đại dương. Đây thực sự là một mối quan hệ cộng sinh tốt đẹp.”

Tuy nhiên, điều mà các nhà khoa học đang nghiên cứu là mối quan hệ này dựa trên một quá trình thông tin tinh vi từ tảo tới san hô, cách cho biết tảo thuộc về cơ thể san hô và mọi thứ đều tốt đẹp. Nếu không, san hô sẽ “đối xử” với tảo như với một vật kí sinh hay một kẻ xâm phạm, và sẽ tìm cách giết chúng.

Theo tờ Guardian (Anh), các rạn san hô là hệ sinh thái biển đa dạng nhất trên thế giới, được xem là rừng mưa nhiệt đới của đại dương. Tuy chúng chỉ chiếm khoảng 0,2% đáy đại dương nhưng lại cung cấp môi trường sống cho khoảng 1/3 các loài sinh vật biển. Theo thống kê của các nhà khoa học, năm 1998 có đến 16% các rạn san hô trên toàn cầu bị chết bởi dịch tẩy trắng san hô; và 2010 được cho là một trong những năm “tồi tệ” nhất của dịch này, các báo cáo cho hay, nhiều rạn san hô tại vùng biển Indonexia bị tẩy trắng 100%.

Trước tình trạng đáng lo ngại trên, dự án bảo vệ ưu tiên 10 loài san hô nhiệt đới mà được EDGE lựa chọn từ các rạn san hô nổi tiếng trên thế giới ra đời, từ rạn san hô ngầm Great Barrier lớn nhất thế giới (Úc) cho tới các dải san hô bao quanh quần đảo Chagos (Vương quốc Anh), từ khu vực “tam giác san hô” bao quanh vùng biển Philippines cho tới các vỉa san hô thuộc phía tây Đại Tây Dương xung quanh kênh đào Mozambique và cả các rạn san hô thuộc biển Caribbean.

Trong số 10 loài san hô thuộc dự án EDGE, có một số loài khá lạ như san hô bọt ngọc trai Physogyra lichtensteini, đây là nguồn cung cấp thức ăn cho loài đồi mồi Eretmochelys imbricata; và loài san hô nấm Heliofungia actiniformis, được xem là “ngôi nhà” sinh sống cho ít nhất cho 15 loài tôm.

Dưới đây là cận cảnh những loài san hô nhiệt đới thuộc dự án EDGE:

• San hô não Catenella chagius, đặc hữu của quần đảo Chagos.
• San hô Catalaphyllia jardinei.
• San hô Acropora palmata.
• San hô Dendrogyra cylindrus.
• San hô Dichocoenia stokesii thuộc vùng biển Caribbean.
• San hô Horastrea indica.
• San hô nấm Helio fungia actiniform.
• San hô Parasimplastrea sheppard.
• San hô Physogyra lichtensteini.

Các loài cây chuyển đổi giới tính, ong cũng thế. Ngay cả những con cá bị môi trường gây áp lực cũng đổi giới. Nhưng giáo sư Yossi Loya thuộc Khoa động vật học, đại học Tel Aviv là người đầu tiên trên thế giới phát hiện rằng san hô biển Nhật Bản cũng chuyển đổi giới tính.

Nghiên cứu của ông có thể cung cấp mấu chót cho sự tồn tại của loài san hô biển mong manh vốn sự vai trò thiết yếu cho mọi dạng sống dưới đại dương. Hiện san hô đang bị đe dọa nghiêm trọng bởi hiện tượng ấm lên toàn cầu.Vào những thời điểm áp lực, ví dụ như nhiệt độ cực kỳ nóng, san hô nấm cái (còn gọi là san hô fungiid) đã đổi giới tính khiến hầu hết quần thể san hô đều là giống đực. Theo nhà nghiên cứu san hô nổi tiếng thế giới, lợi ích của điều này chính là san hô đực có thể nhanh chóng đối phó với áp lực hơn khi tài nguyên hạn chế. Rõ ràng khi thế thời trở nên khốc liệt, tự nhiên trao vận mệnh cho "đấng mày râu".

Một trong những chiến lược tiến hóa mà một vài loài san hô sử dụng dường như chính là khả năng chuyển từ giống cái sang giống đực. Khi là giống đực, chúng có thể trải qua năm tháng khó khăn, sau đó khi tình thế trở nên thuận lợi hơn chúng lại trở thành con cái. Khi là giống cái, chúng mất nhiều năng lượng hơn. Có được khả năng biến đổi giới tính theo từng giai đoạn tạo điều kiện cho loài tối đa hóa nỗ lực sinh sản của chúng.

San hô mặc dù là thành viên của vương quốc động vật lại có thể hoạt động như cây cối. Cả giống đực và giống cái đều là dạng sống tĩnh tại, không thể di chuyển khi điều kiện sống trở nên khó khăn.

Các nhà di truyền học Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Ả Rập Saudi khẳng định rằng các thể polip san hô hiện đại đã xuất hiện từ kỷ Jura và vẫn sống khỏe cho đến ngày nay nhờ sự cộng sinh với tảo biển zooxanthellae.

Theo tạp chí Current Biology, các nhà di truyền học khẳng định rằng các thể polip san hô hiện đại đã xuất hiện từ kỷ Jura khi khủng long còn sống trên Trái đất. San hô đã sống sót kể cả sau khi một số loài động vật bị tuyệt chủng hàng loạt và những đợt biến đổi khí hậu toàn cầu và vẫn tồn tại cho đến ngày nay.

Hầu hết các polip san hô hiện đại tồn tại nhờ sự trợ giúp của các loài sinh vật - tảo zooxanthellae. Polip san hô đổi lại cũng cung cấp cho tảo biển zooxanthellae một số hợp chất hữu cơ và được tảo chia sẻ carbon. Màu sắc sặc sỡ của các polip san hô cũng là nhờ công lao của tảo biển.

Trước đó, người ta tin rằng sự cộng sinh này xuất hiện trên Trái đất không quá 65 triệu năm trước. Nhưng, một nghiên cứu mới về các nhà di truyền học Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Ả Rập Saudi cho thấy đánh giá này rất xa sự thật. Trên thực tế, sự kết hợp của hai loài sinh vật này xuất hiện cách đây 165 triệu năm, vào đầu thời kỳ kỷ Jura.

Các tác giả đã nghiên cứu ADN của nhiều loài tảo thuộc chi Symbiodiniaceae bằng cách sử dụng một số phương pháp có sẵn từ mô phỏng máy tính đến kính hiển vi điện tử. Các nhà khoa học đã đưa ra 2 kết luận: thứ nhất, có nhiều loài tảo Symbiodiniaceae hơn và thứ hai, chúng nhiều tuổi hơn so với những đánh giá trước đây. Các nhà nghiên cứu cho rằng các loài tảo khác nhau có nguồn gốc từ một tổ tiên chung. Sau đó, bằng cách theo dõi những đột biến xảy ra trong ADN của Symbiodiniaceae, các nhà khoa học có thể xác định thời điểm khi các polip san hô và tảo liên kết thành một sinh vật cộng sinh.

Theo các kết quả của công trình nghiên cứu, các rạn san hô hiện đại xuất hiện đồng thời với các lần cộng sinh đầu tiên của polip và tảo. Các tác giả tin rằng đây không phải là một sự trùng hợp ngẫu nhiên, mà là bằng chứng cho thấy đó là sự kết hợp với tảo giúp các polip san hô lan rộng, sống sót qua thời khủng long và tồn tại cho đến ngày nay.

Số liệu thống kê cho thấy, nước ta chỉ còn 1% trong số 1.300km2 rạn san hô dọc bờ biển đang trong tình trạng rất tốt; 26% các rạn san hô trong điều kiện tốt; 41% các rạn san hô trung bình, còn lại 31% là các rạn san hô nghèo.

Ðiều đáng lo ngại, hiện có 96% các rạn san hô trên khắp vùng biển cả nước đang hứng chịu tác động tiêu cực từ các hoạt động khai thác của con người, trong đó gần 75% các rạn có mức độ rủi ro cao và rất cao bởi tình trạng khai thác thể hiện sự hủy diệt.

Đơn cử như ở Đà Nẵng, những năm gần đây, việc ngư dân sử dụng một số loại lưới tận diệt các loại thủy sinh vật tại vùng biển ven bờ và khu vực rạn san hô ở nam bán đảo Sơn Trà đã khiến san hô ở khu vực này bị “đe dọa” và mai một nghiêm trọng.

Điều đáng lo ngại là không chỉ ở Đà Nẵng, mà tại một số tỉnh-thành phố khác như Khánh Hòa, Bà Rịa-Vũng Tàu, các đối tượng không chỉ khai thác trái phép san hô bằng phương tiện thô sơ, mà còn sử dụng các phương tiện cơ giới như: Máy đào, máy múc, xe ôtô để "tận diệt" san hô.

Trên phạm vi cả nước, mỗi năm nước ta cũng đang mất hơn 50 tấn san hô do việc khai thác hủy diệt và khai thác vì mục đích kinh doanh, chưa kể mất san hô đen ở các tỉnh như Quảng Ninh, Hải Phòng, Quảng Trị, Quảng Bình.

Qua thực trạng khai thác san hô như trên, các chuyên gia cũng cho rằng, với tốc độ san hô bị phá hủy như hiện nay, khoảng 20 năm nữa san hô có thể không còn trong vùng biển nước ta.