Nghiên Cứu Động Vật - Sinh Vật Nhân Chuẩn Phần 2 doc

Bướm và Chim ở Bắc Mỹ và Châu Úc có số loài tương tự với những loài khác nhưng mỗi nhóm sinh vật có thể có số loài phong phú nhất ở một vùng nào đó trên thế giới như Bướm có tính đa dạng

(2) Có sự điều chỉnh về đặc tính phân bố của các loài ưu thế trong các nhóm

sinh vật do sự thích nghi với môi trường sống thí dụ như bọ Cánh cứng,

Hình 1.1: Sự phân bố số loài Bọ cánh cứng Đường đồng đẳng thể hiện các khu vực đó có cùng số loài Ở hình trên, Bọ cánh cứng đa dạng nhất ở vùng nhiệt đới ẩm phía bắc của Châu Uïc, còn phần trung tân khô ráo thì ít loài hơn Hình dưới là ở Bắc Mỹ, sự đa dạng sinh học cao xuất hiện ở khu vực phía nam , đó là vùng khí hậu ấm, đa dạng địa hình và cấu trúc địa chất phức tạp (theo Pearson và Cassola, 1992).

Bướm và Chim ở Bắc Mỹ và Châu Úc có số loài tương tự với những loài khác nhưng mỗi nhóm sinh vật có thể có số loài phong phú nhất ở một vùng nào đó trên thế giới như Bướm có tính đa dạng nhất ở phiïa tây Châu Phi ở phần bắc xích đạo, đối với Chim, động vật có vú và Linh trưởng có tính đa dạng sinh học cao nhất thuộc về vùng đất ở miền trung và phía tây châu Phi (hình 1.2)

(3) Sự đa dạng sinh học ở đại dương tăng dần khi đi về xích đạo cũng tương

tự như ở đất liền Thí dụ như san hô của Châu Úc có hơn 50 giống nhưng trong đó 10 giống có ở phiïa nam vùng nhiệt đới Đối với động vật ngành có

Hình 1.2: Sự đa dạng thành phần loài Bướm và Chim có mối quan hệ chặc chẻ với sự đa dạng của Bọ cánh cứng ở Bắc Mỹ và Châu Uïc Mỗi điểm trên đồ thị thể hiện một vùng có diện tích 275 Km cho mỗi cạnh Vùng có nhiều Bọ thì có nhiều Chim (A) và Bướm (B) (theo Pearson và Cassola, 1992).

bao (Tunicates) sống ở biển Đại Tây Dương có 103 loài, trong khi đó có 600 loài ở vùng biển nhiệt đới Sự đa dạng này cùng chiều với sự đa dạng về phiêu sinh ở vùng xích đạo như trùng lổ (Foramini ferans) và sự tăng số loài ở biển sâu

(4) Một nguyên nhân khác của tính đa dạng sinh vật là do tác động của sự đa dạng vùng địa lý, của khí hậu và sự đa dạng về môi trường sống Các quần thể trên trái đất giảm do sự tăng độ ẩm, giảm tia sáng mặt trời và giảm lượng mưa Sự kém đa dạng của Châu Phi so với Nam Mỹ và Châu Á do ở Châu Phi có lượng mưa ít hơn và diện tích rừng nhỏ hơn Ngay cả trong các khu rừng nhiệt đới Châu Phi, vùng Sahel là vùng ít mưa nhất cũng có số loài thấp hơn vùng mưa nhiều ở phiïa nam Tuy nhiên vùng rừng cỏ của Đông và Trung Phi có sự đa dạng về thành phần loài Sơn dương (Antilope) và Ugulate mà những vùng khác không có Đối với động vật có vú, sự đa dạng xuất hiện ở vùng có lượng mưa trung bình cao hơn ở những vùng khô ráo hay ẩm thấp

(5) Sự đa dạng sinh học xuất hiện ở vùng có địa hình phức tạp tạo nên sự cách ly về di truyền, thích nghi về địa lý và hình thành loài mới Thí dụ trong một loài, từng nhóm khác nhau chiếm từng vị trí khác nhau từ chân núi đến đỉnh núi cao, thì các nhóm này có thể cách ly và hình thành các nhóm loài khác nhau, mỗi loài thích nghi mỗi vùng của ngọn núi Một quá trình tương tự cũng có thể xảy ra đối với lớp cá, chúng phân bố theo từng đoạn khác nhau của hệ thống cấp thoát nước và hình thành từng vùng phân nhỏ hơn Đối với những vùng điạ lý phức tạp, có sự khác biệt rỏ ràng về điều kiện đất đai khiến cho các loài sẽ hình thành các nhóm thích nghi riêng biệt với từng loại đất

(6) Yếu tố lịch sử cũng là một trong những yếu tố quan trọng quyết định tính

đa dạng sinh học, những vùng cổ xưa sẽ có tính đa dạng sinh học cao hơn vùng mới hình thành Thí dụ như thành phần loài san hô ở vùng Ấn Độ Dương và Tây Thái Bình Dươngü cao gấp nhiều lần so với thành phần loài san

hô ở Đại Tây Dương

Theo hình 1.3 cho thấy có khoảng 50 loài ở vùng Ấn Độ - Thái Bình Dương nhưng lại có khoảng 20 loài ở vùng biển Caribbean và cận Đại Tây Dương Những vùng đất cổ sẽ có nhiều thời gian để nhận các loài từ các vùng khác nhau trên trái đất đi đến và cũng có nhiều thời gian để chúng thích nghi với hoàn cảnh mới

II Đa dạng động vật

1 Nguyên nhân và tầm quan trọng của tính đa dạng ở động vật.

Ước tính cách nay 5000 triệu năm đã có sự sống và sinh vật đầu tiên xuất hiện cách nay khoảng 3800 triệu năm Với một lịch sử lâu dài như thế, sự tiến hóa đã mang lại tính đa dạng sinh vật của ngày hôm nay mà chúng ta biết được

Hình 1.3: Sự phân bố của các giống san hô trên trái đất, thể hiện sự tập trung chủ yếu ở phiïa tây Thái Bình Dương và Ấn Độ dương và một ít ở Caribbean Con số trên đường đồng đẵng chỉ số giống, các điểm nằm trên một đường có cùng số giống (Theo Swtehli và Wells, 1971).

Một cách tính toán cơ bản về sự đa dạng sinh học là dựa và sự biến đổi hay sự khác biệt của từng cá thể trong một quần thể hay trong một loài Chọn lọc tự nhiên đã giữ lạûi những cá thể nổi bật nhất mà chúng có thể tồn tại và sinh sản được Theo quá trình tiến hoá, những dạng thích nghi khác nhau xuất hiện vào từng thời kỳ khác nhau đã hình thành nên loài mới và có cả sự phân chia thành hai loài khác nhau từ một loài ban đầu

Một nhân tố khác góp phần vào sự gia tăng tính đa dạng của sinh vật là sự

đa dạng của các nhân tố môi trường cụ thể là có rất nhiều ổ sinh thái (niche) trên trái đất Loài hay quần thể có thể nhận lấy từ một nguồn gene vào thời xa xưa để hình thành nên 2 loài mới cũng coi như là kết quả của sự khác biệt về vùng sinh sống, thức ăn, vòng đời hay nhịp và chu kỳ sinh sản

Sự thích nghi theo nhiều hướng khác nhau có thể thúc đẩy tính đa dạng sinh học theo nhiều trường hợp và hệ thống phân loại khác nhau Sự đồng tiến hoá hay sự cộng sinh của nhiều loài cũng tạo ra sự đa dạng

Hầu hết các nhà nghiên cứu đều cho rằng sinh vật hiện nay xuất phát từ một vài loài tổ tiên ban đầu xuất hiện cùng một thời kỳ, các loài này trãi qua thời gian tiến hóa để hình thành nên hệ sinh vật ngày nay Những loài nào không có khả năng cạnh tranh sẽ bị loại trừ

2 Những quan điểm chung về sự đa dạng động vật.

Theo sự phân chia của Whittaker thì động vật là một trong 5 giới sinh vật, xuất hiện cách nay khoảng 1400 triệu năm (theo kết quả phân tích hóa thạch) Ngày nay đã phân loại và mô tả khoảng hơn một triệu loài động vật, con số này sẽ tăng lên do sự phát hiện thêm loài ở vùng nhiệt đới như Châu Phi, Đông Nam

Á, Châu Úc và Nam Mỹ Chỉ có một điểm mà ta muốn nói đến là tính đa dạng và số lượng loài hiện nay có nguồn gốc từ một vài loài ban sơ, có nhiều bằng chứng

chứng minh cho ý tưởng này là cấu trúc của roi (flagella), tính thống nhất của sợi gene, hình thái và cấu trúc phân tử của từng loài

Sự phân bố của các loài hiện nay không chỉ là kết quả của lịch sử lâu dài mà còn là kết quả ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái Thuyết lục địa trôi dạt là một bằng chứng lịch sử hùng hồn nhất để nói lên sự phân bố của động vật trên trái đất Simpson (1983) phân chia trái đất thành 6 vùng địa sinh học theo sự phân bố tương ứng của động vật đó là vùng cực (Palearctic), bắc Mỹ (Nearctic), Ấn độ - Mã lai (Oriental), Ethiopi, Trung Nam Mỹ (Neotropical) và Úc châu

Ngày nay sự phân bố của động vật bị chi phối mạnh bởi con người nhất là việc buôn bán giữa các quốc gia Những con vật được mang đến vùng đất mới sẽ thích nghi với những vùng có điều kiện gần giống với nơi chúng ở trước kia từ đó có thể chúng sẽ gia tăng số lượng, lan truyền bệnh tật kể cả những loài địa phương và ảnh hưởng đến hệ sinh thái thí dụ như kiến lửa và bọ cánh cứng Nhật ở Mỹ, kiến Argentina ở Địa trung hải

3 Các yếu tố ảnh hưởng tính đa dạng động vật

Theo Darwin thì chọn lọc tự nhiên và tiến hóa là cơ sở của việc tạo ra sự đa dạng loài từ một dạng tổ tiên có cấu tạo đơn giản trong suốt quá trình lịch sử của trái đất Thuyết Darwin được trình bày như sau (1) có một cá thể có sự biến đổi về hình dạng, vòng đời, sinh lý, tập quán sẽ gây biến đổi về di truyền, (2) chọn lọc tự nhiên thích ứng cho những loài có khả năng tồn tại và sinh sản tốt, (3) sự biến đổi về tần số allele và sự thích nghi tăng lên gây ra đột biến và thay đổi kiểu

di truyền và (4) hình thành nên loài mới từ một loài ban đầu

Sự phân chia loài mới từ một loài ban đầu trong cùng một vùng địa lý đã làm tăng sự đa dạng loài, có nhiều thí dụ chứng minh như chim sẻ, kỳ nhông, động vật châu Úc, Cá rô ở hồ Victoria, kiến ở Camponotus Trong những

trường hợp khác, chúng ta cũng có thể thấy sự quay trở lại trong quá trình tiến hóa với kết quả là những loài không có quan hệ với nhau nhưng lại có hình dạng giống nhau Cũng có sự biến mất loài làm giảm đi tính đa dạng động vật nhưng nhìn chung sự đa dạng sinh học sẽ gia tăng chậm dần dần qua các giai đoạn địa chất Sự biến mất đột ngột đó liên quan đến những thay đổi khủng khiếp về khí hậu và môi trường Ngày nay người ta đã chứng minh được rằng vào thời kỳ mất

đi những động vật có kích thước lớn và những loài chim không bay được cũng là thời kỳ xuất hiện con người ở Bắc Mỹ, Madagasca và New Zealand

III Tính đa dạng sinh học ở vùng nhiệt đới

1 Các nguyên lý chung

Có nhiều bằng chứng để chứng minh tính đa dạng sinh học ở vùng nhiệt đới, hiện nay có nhiều giả thuyết tiến bộ được vận dụng để giải thích quan điểm này

1 Theo tính chất địa lý thì vùng nhiệt đới có khí hậu ổn định hơn vùng ôn đới Ở vùng nhiệt đới các loài thích nghi theo vùng địa lý có thể sống ở những vùng tương tự trong khi đó những loài vùng ôn đới có sự khác biệt từ bắc đến nam và sinh vật thể hiện sự phản ứng trở lại với từng thời kỳ băng hà Chỉ có những loài ôn đới mới có khả năng di cư và cạnh tranh với những loài đang tồn tại

2 Quần xã vùng nhiệt đới cổ hơn vùng ôn đới vì vùng này có nhiều thời gian cho sự tiến hóa Những loài mới thích nghi với điều kiện sống mới, có thời gian dài hơn cho quá trình thích nghi Điều kiện sinh sống và tập tính sinh sản thể hiện sự thích nghi rỏ nét

3 Khí hậu nóng, ẩm ở vùng nhiệt đới tạo điều kiện cho nhiều loài tồn tại Những loài sống vùng ôn đới phải có những hoạt động sinh lý chống lại

điều kiện lạnh và băng giá, chúng có tập tính riêng như không hoạt động, ngủ đông hay di cư để tránh thời kỳ giá lạnh mùa đông Nhiều loài động vật và thực vật không thể thiïch nghi điều kiện khác hơn vùng nhiệt đới thì khó có thể tạo sự tiến hóa

4 Vùng nhiệt đới có nhiều áp lực tác động như do dịch hại, sâu bệnh và ký sinh trùng vì vùng này không có mùa đông lạnh để hạn chế sự phát triển của nhiều quần thể dịch bệnh Những loài tồn tại hiện nay là những loài kháng bệnh hay chúng có khả năng tồn tại một quần thể có số lượng thấp

Do đó nghiên cứu sinh học vùng nhiệt đới là sinh học của những loài có số lượng thấp Ngược lại vùng ôn đới ít có áp lực dịch bệnh cho phép một vài loài ưu thế và một vài loài không cạnh tranh

5 Vùng nhiệt đới nhận nhiều năng lượng mặt trời trong một năm hơn là vùng ôn đới nên các quần thể vùng nhiệt đới có năng suất sinh học cao hơn từ đó nguồn tài nguyên phong phú hơn có thể cung cấp cho nhiều loài, tuy nhiên mối quan hệ giữa năng suất và loài là quan hệ nghịch, tức tính đa dạng cao thì năng suất không cao

2 Sự đa dạng ở các vùng đặc trưng

a Rừng mưa nhiệt đới

Rừng mưa nhiệt đới là một trong những vùng có tính đa dạng sinh học cao trên thế giới nhất là sự đa dạng về hệ sinh thái nhưng tính đa dạng này suy giảm nhanh chóng do sự tàn phá của con người (hình 1.4) Mặc dù hiện nay rừng nhiệt đới chiếm khoảng 7% diện tích trái đất nhưng nó chứa khoảng 1/2 số loài sinh vật tồn tại trên trái đất, ước tính này dựa trên kết quả thu thập mẫu côn trùng và giáp xác vì đây là hai nhóm có số loài cao nhất (hình 1.7) Theo ước tính

cho thấy số loài côn trùng được phát hiện ở rừng mưa nhiệt đới là 5-30 triệu, nếu số loài này thực sự là 30 triệu thì số loài côn trùng được phát hiện ở rừng mưa

cho thấy số loài côn trùng được phát hiện ở rừng mưa nhiệt đới là 5-30 triệu, nếu số loài này thực sự là 30 triệu thì số loài côn trùng được phát hiện ở rừng mưa nhiệt đới chiếm hơn 90% số loài trên thế giới

Số liệu về chim và thực vật khá chính xác như thực vật có hoa, Khỏa tử, Dương xỉ có khoảng 86000 loài ở vùng nhiệt đới Châu Mỹ, 38000 loài ở vùng nhiệt đới Châu Phi và Madagascar trong khi đó chỉ có 45000 loài vùng nhiệt đới Châu Á bao gồm New Guinea và Châu Úc Con số này chiếm 2/3 số loài thực vật xuất hiện trên trái đất (250000 loài) và có hơn 100000 loài được phát hiện ở vùng rừng nhiệt đới

Có khoảng 30% số loài chim trên thế giới sống ờ rừng nhiệt đới, trong đó

1300 loài ở vùng nhiệt đới Châu Mỹ, 400 loài được phát hiện ở vùng nhiệt đới Châu Phi và có khoảng 900 loài sống ở rừng nhiệt đới Châu Á Hình ảnh này thực sự thấp hơn số loài thực tế vì chưa tính được số loài di cư Tuy vậy đây chưa là số liệu chính xác thể hiện sự tồn tại của một loài chim, nó có thể thay đổi khi môi trường sống thay đổi như ở Đảo New Guinea, 78% số loài chim không phải là chim biển thì sống phụ thuộc hoàn toàn vào rừng

2 Rạn San hô

Tập đoàn của các động vật biển có kích thước rất nhỏ mà lại xây dựng nên một hệ sinh thái rạn san hô to lớn ở Đại dương có thể coi như là rừng nhiệt đới về mặt đa dạng loài và tính phức tạp của nó Sự phong phú này được giải thích trên

cơ sở năng suất sinh học sơ cấp ở rạn san hô cao hơn Thí dụ ở rạn san hô có năng suất sinh học sơ cấp khoảng 2500 g sinh khối /m2/năm so với 125 g sinh khối /m2/năm ở các vùng biển khác Sự khác biệt về năng suất sinh học sơ cấp là do môi trường nước vùng rạn san hô trong hơn khiến cho ánh sáng mặt trời có thể

xuyên thấu sâu hơn Một nhân tố khác là tính thích nghi và sự mở rộng vùng phân bố của các loài san hô, thích nghi cao độ với các tác động môi trường

Rạn san hô lớn nhất trên thế giới là rạn Great Barrier ở phía đông châu Úc với diện tích 349000 km2 Vùng này có hơn 300 loài san hô, 1500 loài cá, 4000 loài nhuyển thể và 5 loài rùa, đồng thời cũng là bãi đẻ cho khoảng 252 loài chim Đây cũng là vùng bảo tồn khoảng 8% loài cá trên thế giới mặc dù nó chỉ chiếm 0.1% diện tích đại dương Có thể nói rạn san hô là một bộ phận của khu vực Ấn Độ -Tây Thái Bình Dương, đó là vùng biển cổ xưa có tính đa dạng sinh học cao với

2000 loài cá được phát hiện ở Philipines trong khi đó ở Hawai (khoảng giữa Thái Bình Dương) chỉ có 448 loài cá hay ở Bahama chỉ có 500 loài Số loài cá biển vùng

ôn đới thấp hơn rất nhiều so với vùng nhiệt đới, giữa Đai Tây Dương và Bắc Mỹ

chỉ có 250 loài cá và Địa Trung Hải chỉ có khoảng 400 loài Một sự so sánh về số loài giữa rừng mưa nhiệt đới và rạn san

hô cho thấy rừng nhiệt đới có nhiều loài đặc hữu hơn vì chúng có thể phân chia thành nhiều tiểu vùng, vã lại san hô không có loài phân bố hẹp khiến cho chúng không tạo nên được tính đa dạng về môi trường San hô phân bố rộng trong giai đoạn ấu thể vì vậy nó có thể được Hình 1.5: Rạn San hô ở vùng biểnnhiệt đới được hình thành từ hàng tỉ cá thể nhỏ

bé Đây là vùng cư trú cho nhiều loài sinh vật biển (hình của Les Kaufman).

phát hiện ở nhiều vùng rộng lớn nhất là các loài san hô ở Ấn Độ - Thái Bình Dương Thí dụ như 20% loài san hô đặc trưng cho quần đảo Hawai chỉ phân bố ở đảo Hawai

3 Số loài tồn tại trên trái đất

Một chiến lược cho sự bảo tồn đa dạng sinh học phải dựa trên cơ sở phân loại học, cần phải biết rỏ số loài tồn tại cho đến ngày nay và hiện nay có bao nhiêu loài phân bố Các nhóm sinh vật được nghiên cứu nhiều và biết rỏ ràng như chim, thú, thực vật có hoa thuộc vùng ôn đới nhưng những nhóm này chỉ là một số ít loài được phát hiện hàng năm Những nghiên cứu hiện nay dựa vào kỹ thuật sinh học phân tử nên dễ phát hiện được nguồn gốc và sự cách ly địa lý được coi là cơ sở cho sự phân ly đầu tiên, thí dụ như các nhà khoa học đã thấy ở New Zealand có 2 loài bò sát Tuatara khác nhau Những nhóm sinh vật ít được hiểu biết về nó là Côn trùng, Nhện, giun tròn và nấm thì có số loài mới phát hiện tăng khoảng 1-2%/năm, đa số loài trong nhóm này chưa được phát hiện trước kia Hiện nay có khoảng 1.5 triệu loài được mô tả nhưng có thể phần chưa được

mô tả nhiều gấp 2 lần con số này do đó ước tính số loài tồn tại trên thế giới có khoảng 5 triệu

Những loài mới vẫn tiếp tục được phát hiện, hai thí dụ trong số những phát hiện mới ở dạng “hoá thạch sống” tức là những loài được biết thông qua tài liệu hoá thạch, chúng được coi như là đã tuyệt chủng nhưng thật ra vẫn còn tồn tại

- Vào năm 1938 các nhà ngư loại học đã làm kinh ngạc thế giới bằng bài báo cáo về những loài cá lạ mà họ thu thập được ở Ấn Độ Dương Loài cá này với tên thường gọi là Latimeria chalumnae, thuộc nhóm cá biển

được biết trước kia là cá vây tay, nó là loài sống trong các vùng biển cổ