Chuyên đề đa dạng sinh học và môi trường TS dương thanh hà

Đa dạng sinh học cũng bao gồm sự khác biệt trong các quần xã sinh học nơi các loài đang sinh sống, các hệ sinh thái trong đó các quần xã tồn tại và cả sự khác biệt của các mối tương tác

Phần 1.

SINH HỌC BẢO TỒN VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

Theo định nghĩa của Quỹ Quốc tế về Bảo tồn Thiên nhiên (World Wildlife Fund) thì

đa dạng sinh học là “sự phồn thịnh của cuộc sống trên trái đất, là hàng triệu loài động vật, thực vật và vi sinh vật, là những nguồn gen của chúng và là các hệ sinh thái phức tạp cùng tồn tại trong môi trường sống”

Như thế, đa dạng sinh học cần phải được xem xét ở ba mức độ Đa dạng sinh học ở mức độ loài bao gồm tất cả sinh vật trên trái đất từ vi khuẩn đến các loài động vật, thực vật và nấm Ở mức nhỏ hơn, đa dạng sinh học bao gồm sự khác biệt về gen giữa các loài, khác biệt

về gen giữa các quần thể cách ly nhau về địa lý cũng như khác biệt giữa các cá thể cùng chung sống trong một quần thể Đa dạng sinh học cũng bao gồm sự khác biệt trong các quần

xã sinh học nơi các loài đang sinh sống, các hệ sinh thái trong đó các quần xã tồn tại và cả sự khác biệt của các mối tương tác giữa chúng với nhau

1 Đa dạng loài.

Đa dạng loài bao gồm tất cả loài trên trái đất Mỗi loài thường được xác định theo một trong hai cách Thứ nhất, một loài được xác định là một nhóm các cá thể có những đặc tính hình thái, sinh lý, sinh hoá đặc trưng khác biệt với những nhóm cá thể khác (định nghĩa về hình thái của loài) Thứ hai là một loài có thể được phân biệt như là một nhóm cá thể có thể giao phối giữa chúng với nhau để sinh sản thế hệ con cái hữu thụ và không thể giao phối sinh sản với các cá thể của các nhóm khác (định nghĩa về sinh học của loài)

2 Đa dạng di truyền

Thể hiện sự sai khác về di truyền giữa các cá thể trong một quần thể và giữa các quần thể với nhau

Đa dạng di truyền trong nội bộ loài thường là kết quả của tập tính sinh sản của các cá thể trong quần thể Một quần thể là một nhóm các cá thể giao phối với nhau và sản sinh ra con cái hữu thụ Một loài có thể có một hay vài quần thể khác nhau Một quần thể có thể chỉ gồm một số ít cá thể hay có thể có hàng triệu cá thể

Các cá thể trong một quần thể thường rất khác nhau về mặt di truyền Sự đa dạng về

bộ gen có được do các cá thể có các gen khác nhau, gen là một đơn vị di truyền cùng với những chromosome được đặc trưng bởi những protein đặc biệt Các dạng khác nhau của gen được gọi là allen và những sự khác biệt nảy sinh qua đột biến, là những sự thay đổi xảy ra trong DNA, đơn vị cấu thành nhiễm sắc thể của cá thể Sự khác biệt của các allen trong gen

có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và sinh lý của các cá thể một cách khác nhau

Tổng số các sắp xếp của gen và allen trong quần thể được coi là quỹ gen (gene pool), trong khi một tổ hợp nào đấy của gen và allen trong bất kỳ cá thể nào thì được gọi là kiểu di truyền (genotype) Kiểu hình (phenotype) của một cá thể nói lên các đặc điểm về hình thái, sinh lý, sinh hoá là kết quả của biểu hiện kiểu gen trong một môi trường nhất định

Sai khác di truyền cho phép các cá thể thích ứng với những thay đổi của môi trường Nhìn chung, các loài quí hiếm ít có sự đa dạng di truyền hơn các loài có phân bố rộng và kết quả là chúng dễ bị tuyệt chủng hơn khi điều kiện môi trường thay đổi

Đa dạng về hệ sinh thái là thước đo sự phong phú về sinh cảnh, nơi ở, tổ sinh thái và các hệ sinh thái ở các cấp độ khác nhau Sự đa dạng này được phản ảnh quan trọng nhất bởi

sự đa dạng về sinh cảnh (biotops), các quần xã sinh vật và các quá trình sinh thái trong sinh quyển

Môi trường vật lý, đặc biệt là vòng tuần hoàn năm của nhiệt độ và lượng mưa, ảnh hưởng đến cấu trúc và đặc điểm của quần xã sinh học, quyết định địa điểm đó sẽ là rừng, đồng cỏ, sa mạc hay đất ngập nước Quần xã sinh vật cũng có thể biến đổi tính chất vật lý của

hệ sinh thái

Trong một quần xã sinh học, mỗi loài sử dụng một nhóm tài nguyên nhất định, tạo thành tổ sinh thái của loài đó Tổ sinh thái cho một loài thực vật có thể bao gồm loại đất mà loài đó sống, lượng ánh sáng mặt trời và độ ẩm mà loài đó cần, kiểu hệ thống thụ phấn và cơ chế phát tán của hạt, Tổ sinh thái của một loài động vật có thể bao gồm kiểu nơi sinh sống của loài, biên độ nhiệt độ mà loài đó có thể sống được, các loại thực phẩm và lượng nước mà chúng cần, Bất cứ thành phần nào của tổ sinh thái đều là nguồn tài nguyên có giới hạn và

do đó có ảnh hưởng đến giới hạn kích thước của quần thể

1 Những giá trị kinh tế trực tiếp

1.1 Giá trị cho tiêu thụ:

1.2 Giá trị sử dụng cho sản xuất:

2 Những giá trị kinh tế gián tiếp

2.1 Giá trị sử dụng không cho tiêu thụ:

Khả năng sản xuất của hệ sinh thái, Bảo vệ tài nguyên đất và nước, Điều hoà khí hậu, Phân huỷ các chất thải, Những mối quan hệ giữa các loài, Nghỉ ngơi và du lịch sinh thái, Giá trị giáo dục và khoa học, Quan trắc môi trường:

2.2 Giá trị lựa chọn

2.3 Giá trị tồn tại

2.4 Những khía cạnh mang tính đạo đức

Mỗi một loài đều có quyền tồn tại, Tất cả các loài đều quan hệ với nha, Con người phải sống trong một giới hạn sinh thái như các loài khác, Con người phải chịu trách nhiệm như những người quản lý trái đất, Sự tôn trọng cuộc sống con người và sự đa dạng văn hoá phải được đặt ngang tầm với sự tôn trong đa dạng sinh học, Thiên nhiên có những giá trị tinh thần và thẩm mỹ vượt xa giá trị kinh tế của nó, Đa dạng sinh học là cốt lõi đế xác định nguồn gốc sự sống:

Sinh học bảo tồn là tổng hợp tri thức của nhiều ngành khoa học, nghiên cứu các khía cạnh của khủng hoảng, xáo trộn về đa dạng sinh học Mục tiêu là hạn chế sự mát mát đa dạng sinh học, đặc biệt là sự tuyệt chủng của các loài, sự mất mát các nguồn gen và hạn chế sự suy thoái các hệ sinh thái Sự đa dạng sinh học trên trái đất bao gồm tất cả các loài sinh vật trên trái đất từ vi khuẩn đến các loài động vật, thực vật và nấm, sự đa dạng về di truyền tồn tại giữa các cá thể của loài, các quần xã trong đó các loài tồn tại và những sự tương tác của các quần xã trong hệ sinh thái với môi trường vật lý và hóa học xung quanh

Thực hiện: ThS Dương Thanh Hà

Lượng tính đa dạng sinh học cũng được sử dụng như là một phương thức để so sánh

sự đa dạng tổng thể của các quần xã khác nhau Số lượng loài trong một quần xã hay hệ sinh thái thường được mô tả là đa dạng Khái niệm đa dạng đề cập đến mức độ dao động thành phần loài khi các điều kiện môi trường thay đổi như thế nào Đa dạng áp dụng đối với một vùng địa lý rộng lớn gồm nhiều sinh cảnh Có nhiều phương thức khác nhau để định lượng đa dạng sinh học, tuy vậy, độ phong phú về loài (đa dạng )là chỉ số thông dụng nhất

để diễn tả đa dạng sinh học

Vùng nhiệt đới có tính đa dạng sinh học cao nhất với rất nhiều loài sinh sống trong các rừng nhiệt đới, các dãi san hô, các sông hồ và đáy biển sâu Phần lớn số loài hiện nay trên thế giới còn chưa được biết đến, chưa được đặt tên

Các thành phần của đa dạng sinh học có thể cho những sản phẩm có giá trị kinh tế trực tiếp phục vụ lợi ích của loài người hay những giá trị kinh tế gián tiếp mà không phải khai thác hay hủy hoại nguồn tài nguyên đa dạng sinh học

Giá trị trực tiếp có thể chia thành hai loại: giá trị tiêu thụ và giá trị sản xuất Giá trị tiêu thụ bao gồm các sản phẩm tiêu dùng cho cuộc sống hàng ngày như củi đốt và các loại sản phẩm khác và không xuất hiện ở thị trường trong nước và quốc tế Giá trị sản xuất là giá bán cho các sản phẩm thu lượm được từ thiên nhiên trên thị trường như gỗ, một số sản phẩm ngoài gỗ, các loài hoang dã cung cấp dược phẩm

Giá trị gián tiếp của đa dạng sinh học bao gồm những giá trị không cho tiêu thụ như năng suất của hệ sinh thái, chức năng bảo vệ nguồn tài nguyên đất và nước, mối tương tác qua lại giữa các loài hoang dã, cây trồng và điều hòa khí hậu Đa dạng sinh học là một phần của cơ sở xây dựng ngành du lịch sinh thái và nghỉ ngơi Đa dạng sinh học cũng có tiềm năng cung cấp những giá trị khác chưa phát hiện nhưng có thể mang lại lợi ích cho tương lai của xã hội loài người

Đa dạng sinh học cong có giá trị của ự tồn tại thê rhiện trên khoản tiền mà con người sẵn sàng trả để có thể bảo tồn đa dạng sinh học Bảo tồn đa dạng sinh học cũng có thể dựa trên các nền tảng về đạo đức cũng như kinh tế Một trong những quan niệm đạo đức lớn là mỗi loài đều có quyền tồn tại Con người không có quyền tiêu diệt các loài mà ngược lại phải

nỗ lực hành động nhằm bảo vệ các loài

Phần 2.

NHỮNG MỐI ĐE DỌA ĐỐI VỚI ĐA DẠNG SINH HỌC

1 Khái niệm về tuyệt chủng

Khái niệm tuyệt chủng có rất nhiều ý nghĩa và khác nhau tùy thuộc vào từng bối cảnh

cụ thể Một loài bị coi là tuyệt chủng (extinct) khi không còn một cá thể nào của loài đó còn sống sót tại bất kỳ nơi nào trên thế giới Nếu như một số cá thể của loài còn sót lại chỉ nhờ vào sự kiểm soát, chăm sóc, nuôi dưỡng của con người, thì loài này được coi là đã bị tuyệt chủng trong thiên nhiên hoang dã (extinct in the wild) Trong hai trường hợp trên, các loài có thể coi như bị tuyệt chủng trên phạm vi toàn cầu (globally extinct)

Một loài bị coi là tuyệt chủng cục bộ (locally extinct) nếu như chúng không còn sống sót tại nơi chúng đã từng sinh sống, nhưng người ta vẫn còn tìm thấy chúng tại những nơi khác trong thiên nhiên

Một số nhà sinh học sử dụng cụm từ loài bị tuyệt chủng về phương diện sinh thái học (ecologically extinct), điều đó có nghĩa là số lượng cá thể loài còn lại ít đến nổi tác dụng của

nó không có chút ý nghĩa nào đến những loài khác trong quần xã

1.1 Tuyệt chủng là một quá trình tự nhiên

Sự tuyệt chủng loài xảy ra thậm chí không bắt nguồn từ những xáo động to lớn Lý thuyết tiến hóa nói rõ rằng một loài có thể bị dồn vào tuyệt chủng do không cạnh tranh nổi với một loài khác hay do bị ăn thịt Một loài có thể tiến hóa từ một loài khác để đáp ứng với những thay đổi của môi trường hay là do sự thay đổi ngẫu nhiên của quỹ gen Hiện tại chúng

ta cũng không biết đầy đủ những nhân tố xác định sự phồn thịnh hay suy thoái của một loài, nhưng ít nhất chúng ta có thể khẳng định rằng sự tuyệt chủng là một hiện tượng nằm trong chu trình vận động của tự nhiên tương tự như sự hình thành loài

Nếu tuyệt chủng là một phần trong các quá trình tự nhiên, thì tại sao lại phải suy nghĩ

và quan tâm nhiều đến chuyện mất mát các loài Câu trả lời nằm trong mối tương quan về sự tuyệt chủng và hình thành loài Sự hình thành loài là một quá trình diễn ra rất chậm, qua sự tích luỹ dần các đột biến và những sự chuyển đổi các allen qua cả hàng chục ngàn năm thậm chí cả hàng triệu năm Theo Kirchner và cộng sự (2001), trung bình trái đất cần khoảng 10 triệu năm để hồi phục sự đa dạng từ những tuyệt chủng mang tính toàn cầu Nếu tốc độ của việc hình thành loài tương đương hay vượt quá tốc độ tuyệt chủng, sự đa dạng sinh học được duy trì hay tăng lên Trong lịch sử các thời kỳ địa chất, đa dạng sinh học tương đối ổn định nhờ sự cân bằng giữa sự hình thành loài mới và sự tuyệt diệt loài cũ Tuy nhiên trong những khoảng thời gian ngắn hơn, tốc độ đa dạng hóa kém hơn nhiều so với tốc độ tuyệt chủng Điều đó có nghĩa là sự tiến hóa của sinh giới sẽ không theo kịp với những sự tuyệt chủng nhanh chóng

1.2 Tuyệt chủng do con người gây ra

Tác động dễ nhận thấy đầu tiên về hoạt động của con người vào tỷ lệ tuyệt chủng có thể thấy vào sự sa sút các loài thú lớn ở Australia và Nam, Bắc Mỹ vào thời gian mà con người bắt đầu thống trị hai lục địa này từ hàng ngàn năm trước Chỉ một thời gian ngắn sau khi con người đặt chân đến, 74% đến 86% các loài thú lớn, có trọng lượng hơn 40 kg, trong các vùng này bị tuyệt chủng Nguyên nhân trực tiếp của sự tuyệt chủng này có thể là do săn bắn, và nguyên nhân gián tiếp là do đốt rừng và khai hoang

Thực hiện: ThS Dương Thanh Hà

2 Nguyên nhân của tuyệt chủng

Mối nguy hại chính ảnh hưởng đến đa dạng sinh học có liên quan đến các hoạt động của con người là: phá hủy, chia cách, làm suy thoái (kể cả ô nhiễm) nơi sinh sống; khai thác quá mức các loài phục vụ cho các mục đích sử dụng của loài người; du nhập các loài ngoại lai và gia tăng các dịch bệnh Hầu hết các loài bị đe dọa chịu ảnh hưởng của ít nhất là hai trong số các yếu tố nói trên, những yếu tố này làm cho sự tuyệt chủng sẽ tiếp diễn nhanh hơn, bất chấp mọi cố gắng nhằm bảo vệ loài Các mối hiểm hoạ đe dọa đa dạng sinh học nêu ở trên gây ra do việc sử dụng, khai thác tài nguyên ngày càng tăng và mức tăng dân số quá nhanh của loài người

2.1 Sự phá hủy những nơi cư trú

Các rừng mưa bị đe dọa, Sa mạc hóa

2.2 Các nơi cư trú bị chia cắt manh mún và cách ly

2.3 Nơi cư trú bị phá hủy và ô nhiễm

Cho dù nơi sinh sống không bị ảnh hưởng một cách trực tiếp do việc phá hủy hay chia cắt, nhưng các quần xã và các sinh vật sống trong đó có thể bị ảnh hưởng sâu sắc do các hoạt động khác của con người Dạng nguy hiểm nhất của phá hủy môi trường là sự ô nhiễm Nguyên nhân chủ yếu của tình trạng này là do thuốc trừ sâu, hóa chất và các chất thải công nghiệp, chất thải sinh hoạt của con người và các ô nhiễm gây ra bởi các nhà máy ô tô, cũng như các trầm tích lắng đọng do sự xói mòn đất từ các vùng cao, sườn núi

- Ô nhiễm do thuốc trừ sâu

- Ô nhiễm nước:

- Ô nhiễm không khí: các hoạt động của con người làm thay đổi và làm ô nhiễm bầu không khí của trái đất Các dạng ô nhiễm không khí như:

Mưa axit: các nền công nghiệp như luyện thép, các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu là than hay dầu đã thải ra một lượng lớn các khí NOx, SOx vào không khí, các khí này khi gặp hơi nước trong không khí sẽ tạo ra axit nitric và axit sulfuric Các axit này liên kết với những đám mây và khi tạo thành mưa đã làm giảm độ pH của nước mưa xuống rất thấp Mưa axit sẽ làm giảm độ pH của đất và của nước trong các hồ, ao, sông suối trên lục địa Mưa axit đã tiêu diệt nhiều loài động và thực vật Do độ axit của các hồ ao tăng lên, nhiều cá con của nhiều loài cá và cả những con cá trưởng thành cũng bị chết Độ axit tăng và nước bị

ô nhiễm là nguyên nhân chính làm suy giảm đáng kể các quần thể động vật lưỡng cư trên thế giới Đối với phần lớn các loài động vật lưỡng cư, ít nhất một phần trong chu kỳ sống của chúng phụ thuộc vào môi trường nước, độ pH của nước giảm làm cho tỷ lệ trứng và ấu trùng

bị chết tăng cao

Sương mù quang hoá: Xe ô tô, các nhà máy điện và các hoạt động công nghiệp thải ra các khí hydrocacbon, khí NO Dưới ánh sáng mặt trời, các chất này tác dụng với khí quyển và tạo ra khí ozon và các chất phụ phẩm khác, tất cả khí này được gọi chung là sương mù quang hóa (photo-chemical smog) Nồng độ ozon cao ở tầng khí quyển gần mặt đất sẽ giết chết các

mô thực vật, làm cho cây dễ bị tổn thương, làm hại đến các quần xã sinh học, giảm năng suất nông nghiệp Các quần xã sinh học trên toàn cầu cũng có thể bị phá hủy hay bị thay đổi do các hợp chất chứa nitơ trong không khí theo mưa và bụi lắng đọng tự do và do đó có thể ảnh hưởng đến nguồn sản xuất lương thực và thực phẩm

Các kim loại độc hại: xăng có chứa chì, các hoạt động khai mỏ, luyện kim và các hoạt động công nghiệp khác thải ra một lượng lớn chì, thiếc và nhiều loại kim loại độc hại khác vào khí quyển Các hợp chất này trực tiếp gây độc cho cuộc sống của động và thực vật

- Sự thay đổi khí hậu toàn cầu:

- Sự du nhập các loài ngoại lai

- Sự tuyệt chủng hàng loạt (mass extinction)

Khi môi trường suy thoái do hoạt động của con người, quần thể của các loài sẽ bị giảm về số lượng, một số loài sẽ bị tuyệt chủng Các nhà sinh thái học đã nghiên cứu kiểm chứng và thấy rằng không phải tất cả các loài đều có mức độ dễ tuyệt chủng như nhau; một

số nhóm loài đặc biệt dễ bị tuyệt chủng Các loài này rất cần được theo dõi cẩn thận và phải được quản lý với những nổ lực nhằm bảo tồn chúng Các loài đặc biệt dễ tuyệt chủng thường nằm trong các nhóm loài sau đây:

1 Các loài có vùng phân bố địa lý hẹp

2 Các loài chỉ tồn tại với một hay vài quần thể

3 Các loài có kích thước quần thể nhỏ

4 Các loài có quần thể đang suy giảm về số lượng

5 Các loài có mật độ quần thể thấp

6 Các loài cần một vùng cư trú rộng lớn

7 Các loài có kích thước cơ thể lớn

8 Các loài không có khả năng di chuyển tốt

9 Các loài di cư theo mùa

10 Các loài ít có tính biến dị di truyền

11 Các loài với nơi sống đặc trưng

12 Các loài đặc trưng tìm thấy ở môi trường ổn định

13 Các loài sống thành bầy đàn

14 Các loài là đối tượng săn bắn và hái lượm của con người

Các đặc điểm trên đây của các loài có xu hướng dễ bị tuyệt chủng không phải là những đặc điểm riêng biệt, chúng thường có xu hướng tạo thành từng nhóm đặc điểm Ví dụ, các loài kích thước cơ thể lớn thường có mật độ quần thể thấp và địa bàn rộng - nghĩa là có tất cả các đặc điểm của một loài có xu hướng dễ bị dẫn đến tuyệt chủng Bằng cách xác định các đặc điểm làm loài dễ bị dẫn đến tuyệt chủng, các nhà sinh học bảo tồn có thể dự tính được những việc làm cần thiết nhằm quản lý các loài dễ bị tuyệt chủng

Khái niệm tuyệt chủng có rất nhiều ý nghĩa và khác nhau tùy thuộc vào từng bối cảnh

cụ thể Sự tuyệt chủng có thể ở phạm vi toàn cầu (globally extinct), cục bộ (locally extinct) hay tuyệt chủng về phương diện sinh thái (ecologically extinct) Hoạt động của con người đã

Thực hiện: ThS Dương Thanh Hà

làm cho nhiều loài tuyệt chủng Hơn 99% những loài tuyệt chủng thời cận đại là do con người

Nguy cơ lớn nhất đe dọa đa dạng sinh học là việc mất nơi cư trú Các nơi cư trú đặc biệt đang bị hủy hoại là các khu rừng mưa, rừng khô nhiệt đới, các vùng đất ngập nước, các vùng đồng cỏ ôn đới, rừng ngập mặn và các rạn san hô

Nơi cư trú bị chia cắt là quá trình mà nơi cư trú là khu vực rộng lớn, liên tục bị giảm

về diện tích hay bị xé lẻ ra làm hai hay nhiều phần nhỏ Hậu quả là làm cho các loài dễ bị mất mát nhanh chóng do tạo ra những rào chắn ngăn cản sự phát tán, định cư và kiếm mồi của động vật

Ô nhiễm môi trường làm cho nhiều loài không thể tồn tại nơi sinh sống của mình Ô nhiễm môi trường bao gồm sử dụng quá mức thuốc trừ sâu, các chất thải công nghiệp, phân bón hóa học; và ô nhiễm không khí gây ra mưa axit, lắng đọng nitơ, sương mù quang hóa và khí ozôn

Việc khai thác quá mức là nguyên nhân thứ hai sau nguyên nhân mất nơi cư trú và là một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn các loài đến tuyệt chủng

Các hoạt động của con người là nguyên nhân du nhập hàng ngàn loài đến những vùng đất mới trên toàn thế giới Một số loài du nhập nhanh chóng phát triển và có tác động xấu đến các loài bản địa

Dịch bệnh và ký sinh thường gia tăng khi các loài động vật bị nuôi nhốt trong những khu bảo tồn thiên nhiên và không thể di chuyển, đi lại trong một địa bàn rộng lớn Các loại bệnh dịch này có thể là nguy cơ đe dọa đối với một số loài quí hiếm

Có 5 thời kỳ tuyệt chủng hàng loạt xảy ra trong quá khứ do các nguyên nhân từ thiên nhiên như biến động mức nước biển, hoạt động của núi lửa, thiên thạch và thay đổi khí hậu Các thời ký tuyệt chủng này kéo dài trong thời gian 350 triệu năm, gây ra những mất mát nặng nề về số lượng trong các bậc phân loại

Tuyệt chủng hàng loạt trong giai đoạn hiện nay, hay còn gọi là tuyệt chủng hàng loạt thứ 6, xảy ra từ hơn 1 triệu năm trước So với các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt xảy ra trong quá khứ thì tuyệt chủng hàng loạt trong giai đoạn hiện nay xảy ra rất nhanh và chủ yếu do con người

Khi môi trường suy thoái do hoạt động của con người, quần thể của các loài sẽ bị giảm về số lượng, một số loài sẽ bị tuyệt chủng Các loài động vật dễ bị tuyệt chủng có những đặc điểm như có vùng phân bố hẹp, có ít quần thể, các loài di cư theo mùa, các loài có giá trị kinh tế đối với con người,

Phần 3.

BẢO TỒN Ở CẤP QUẦN THỂ VÀ LOÀI

Một loài đặc biệt dễ bị tuyệt chủng khi chỉ có một vài quần thể nhỏ Khi kích thước quần thể giảm dưới mức nào đó do nơi ở bị mất, bị suy thoái, cắt đoạn hay do bị con người khai thác quá mức thì quần thể nhanh chóng thu nhỏ lại và đi đến tuyệt chủng Sự tuyệt chủng nhanh chóng của các quần thể có kích thước nhỏ đã dẫn đến khái niệm quần thể tối thiểu của một loài có thể sống được (minimum viable population - MVP), nói lên số lượng nhỏ nhất của các cá thể trong quần thể nào đó có khả năng tồn tại qua một quãng thời gian xác định

Theo Shaffer (1981) “Mỗi quần thể tối thiểu có thể sống được của bất kỳ một loài nào

là một quần thể cách ly nhỏ nhất có 99% cơ hội tiếp tục tồn tại trong suốt 1.000 năm nữa, bất chấp những tác động không lường trước do thiên tai cũng như những biến động về quần thể, môi trường và di truyền” Điểm mấu chốt của MVP - quần thể tối thiểu có thể sống được - là căn cứ theo chỉ số này có thể dự tính số lượng cá thể cần thiết để bảo tồn một loài

Muốn có được một ước tính tương đối chính xác về quần thể tối thiểu có thể sống được của một loài (MVP) thì cần phải có một nghiên cứu cụ thể về động thái số lượng của quần thể và nghiên cứu phân tích điều kiện môi trường nơi cư trú của chúng Một vài nhà khoa học đã khuyến nghị một nguyên tắc chung là cố gắng bảo vệ 500 -1.000 cá thể cho các loài động vật có xương sống bởi vì con số này có vẻ như đủ để bảo tồn sự biến dị di truyền

Đối với những loài có độ dao động kích thước quần thể lớn, ví dụ như đối với một số loài động vật không xương sống và các loài cây hàng năm, thì người ta cho rằng sự bảo tồn một quần thể gồm khoảng 10.000 cá thể sẽ là một chiến lược đem lại hiệu quả

Khi một loài đã có chỉ số quần thể tối thiểu có thể sống được thì có thể ước tính được diện tích dao động tối thiểu (minimum dynamic area - MDA) cho loài đó Người ta đã ước tính được rằng, để bảo tồn những quần thể tối thiểu của các loài thú cần bảo tồn một diện tích vào khoảng từ 10.000 đến 100.000 ha

Các quần thể nhỏ dễ bị suy giảm nhanh về số lượng và bị tuyệt chủng cục bộ vì 3 nguyên nhân chính: những vấn đề về mặt di truyền; những dao động về số lượng quần thể do những biến động ngẫu nhiên trong tỷ lệ sinh và tỷ lệ chết; và những nhiễu động môi trường

do những biến đổi về sự bắt mồi, cạnh tranh, dịch bệnh, nguồn thức ăn cũng như các rủi ro về thiên tai xảy ra bất thường như cháy, lũ lụt hay hạn hán

1 Mất tính biến dị di truyền

Tính biến dị di truyền có tầm quan trọng đặc biệt vì nó cho phép quần thể sinh vật thích nghi được với những biến đổi của môi trường Biến dị di truyền xảy ra do các cá thể có những dạng gene khác nhau được gọi là allen

Trong các quần thể nhỏ, tần số xuất hiện của các allen có thể thay đổi một cách ngẫu nhiên từ thế hệ này sang thế hệ khác mà điều này lại tùy thuộc vào cá thể được giao phối Quá trình trên gọi là sự phân ly gen (genetic drift) Khi một allen có tần suất xuất hiện thấp trong một quần thể nhỏ thì xác suất mất mát ngẫu nhiên trong từng thế hệ là đáng kể

Các quần thể nhỏ mà có sự phân ly di truyền thường mẫn cảm hơn với các ảnh hưởng

có hại đến gen, ví dụ như sự suy thoái do giao phối nội dòng, sự mất tính mềm dẻo tiến hóa

Thực hiện: ThS Dương Thanh Hà

(evolutionary flexibility) và sự suy thoái do giao phối xa Những yếu tố nêu trên có thể góp phần làm giảm kích thước quần thể và tăng xác suất loài bị tuyệt chủng

Suy thoái do giao phối nội dòng (inbreeding depression): Trong các quần thể lớn của hầu hết các loài động vật, các cá thể thường không giao phối với các cá thể đồng huyết tộc gần mình Sự giao phối nội dòng, ví dụ giữa cha mẹ và con cái, cháu chắt hay sự tự thụ tinh ở các loài lưỡng tính thường sẽ gây nên sự suy thoái cận dòng được đặc trưng bởi việc ít con cái, hoặc con cái không khoẻ mạnh hay vô sinh

Một cách lý giải hợp lý nhất cho sự suy thoái do giao phối nội dòng là nó cho phép biểu hiện những allen nguy hại được di truyền lại từ cha mẹ

Suy thoái do giao phối xa (outbreeding depression): Khi một loài trở nên hiếm hay nơi cư trú của nó bị hủy hoại thì sự giao phối xa - tức là giao phối khác loài - có thể xảy ra Những cá thể không có khả năng tìm được những cá thể cùng loài để giao phối thì có thể giao phối với một loài họ hàng Kết quả là con cái của chúng thường yếu hay bất thụ do thiếu sự tương đồng của các nhiễm sắc thể cũng như không có hệ enzym thích hợp được di truyền từ những cha mẹ khác loài Hiện tượng đó được gọi là sự thoái hóa do giao phối xa Sự suy thoái do giao phối xa cũng có thể là kết quả của sự giao phối giữa các loài phụ hay giữa các quần thể của cùng một loài

Mất tính mềm dẻo tiến hóa: những allen hiếm và những tổ hợp allen bất thường tuy chưa thể hiện ngay những ưu điểm của mình song rất có thể lại vô cùng thích hợp trong những điều kiện môi trường trong tương lai Sự suy thoái tính biến dị di truyền trong những quần thể cực nhỏ có thể sẽ hạn chế khả năng phản ứng của quần thể với những biến đổi dài hạn của môi trường Một khi không có đủ tính biến dị di truyền, các loài có thể bị tuyệt diệt

Kích thước quần thể có hiệu quả (effective population size): cần bao nhiêu cá thể để

có thể duy trì được tính đa dạng sinh học trong một quần thể? Franklin (1980) cho rằng 50 cá thể có thể là số lượng tối thiểu cần thiết để duy trì tính biến dị di truyền Thông qua việc sử dụng các số liệu về tỷ lệ đột biến ở ruồi giấm Drosophila, Franklin đã gợi ý rằng, trong những quần thể có 500 cá thể, tỷ lệ biến dị di truyền mới hình thành do đột biến có thể bằng với tính biến dị di truyền bị mất đi bởi kích thước nhỏ của quần thể Dãi giá trị này được gọi là nguyên tắc 50/500, tức là các quần thể cách ly cần phải có ít nhất 50 cá thể và lý tưởng hơn là

có 500 cá thể nhằm duy trì tính biến dị di truyền của quần thể đó

Nguyên tắc 50/500 không dễ áp dụng trong thực tế vì với giả thiết rằng một quần thể

là tập hợp của N cá thể trong đó tất cả các cá thể đều cùng có khả năng giao phối và sinh sản Tuy nhiên, nhiều cá thể trong một quần thể lại không sinh sản được vì những lý do như tuổi tác, sức khoẻ yếu, vô sinh, suy dinh dưỡng, cơ thể nhỏ bé hoặc do các cấu trúc xã hội đã cản trở không cho một vài cá thể tìm ra “bạn đời” của mình Do những yếu tố nêu trên nên kích thước quần thể có hiệu quả (Ne) của những cá thể trong độ tuổi sinh sản thường là nhỏ hơn kích thước thực của quần thể (actual population size) Vì tỷ lệ mất tính biến dị di truyền là dựa vào kích thước quần thể có hiệu quả nên sự suy thoái tính biến dị có thể rất trầm trọng ngay cả khi kích thước thực tế của quần thể là khá lớn

Một quần thể có kích thước hiệu quả nhỏ hơn kích thước thực tế có thể xuất hiện trong những điều kiện sau:

Tỷ lệ giới tính không tương xứng: do ngẫu nhiên mà quần thể có thể có tỷ lệ không tương xứng giữa con đực và con cái Ví dụ, quần thể của các loài đơn giao (monogamous) như loài ngỗng gồm 20 con đực và 6 con cái thì chỉ có 12 cá thể sẽ tham gia vào họat động

Sự biến động về sản phẩm sinh sản: ở nhiều loài, số lượng con non của từng cá thể thường có sự khác nhau đáng kể Điều này càng đúng hơn với thực vật mà trong đó một số cây chỉ có thể sinh ra một vài hạt trong khi đó có những cây khác lại sinh ra hàng ngàn hạt Việc sinh ra một số con cái không đồng đều trong quần thể sẽ dẫn đến sự suy giảm đáng kể của Ne do một số ít cá thể trong thế hệ hiện tại đã tạo nên sự không cân đối trong quỹ gen của thế hệ tiếp theo

Những dao động bất thường và những cản trở quần thể: đối với một số loài, kích thước quần thể dao động đáng kể từ thế hệ này sang thế hệ khác, làm cho kích thước quần thể

có hiệu quả sẽ dao động trong khoảng từ thấp nhất đến cao nhất Như vậy chỉ cần một năm có

sự suy giảm lớn về số lượng cá thể trong quần thể sẽ kéo theo sự giảm sút đáng kể của Ne Nguyên tắc này kéo theo một hiện tượng gọi là cản trở quần thể (population bottleneck), khi một quần thể bị giảm kích thước nghiêm trọng thì những allen hiếm trong quần thể sẽ bị mất

đi nếu không có cá thể nào mang những allen này sống sót và sinh sản Một loại cản trở đặc biệt thường gọi là hiệu ứng lập đàn (founder effect) sẽ xuất hiện khi một vài cá thể rời bỏ quần thể lớn để thành lập một quần thể mới Quần thể mới này thường có ít tính biến dị di truyền so với quần thể lớn nguyên thủy

2 Biến đổi về số lượng cá thể trong quần thể

Trong điều kiện môi trường ổn định lý tưởng, một quần thể sẽ phát triển cho đến khi đạt mức cao nhất khả năng chịu tải của môi trường Tới ngưỡng này, tỷ lệ sinh trung bình trên một cá thể là sẽ ngang bằng với tỷ lệ chết trung bình và sẽ không có sự thay đổi nào về kích thước của quần thể Tuy nhiên, trong thực tế, các cá thể của một quần thể thường không sinh ra một số lượng con cái trung bình mà hoặc là không sinh sản, hoặc số con cái ít hơn bình quân, hoặc là nhiều hơn bình quân Chừng nào kích thước quần thể còn lớn thì trị số trung bình sẽ cung cấp những chỉ số chính xác về hiện trạng đang tiếp diễn trong quần thể Tương tự, tỷ lệ chết trung bình trong một quần thể có thể được xác định thông qua nghiên cứu một số lượng lớn các cá thể trong quần thể

Khi kích thước quần thể giảm dưới 50 cá thể, sự khác nhau ở mỗi cá thể về sức sống được thể hiện bằng tỷ lệ sinh và tỷ lệ chết sẽ gây nên dao động kích thước quần thể một cách ngẫu nhiên Nếu kích thước quần thể dao động theo chiều đi xuống trong một năm nào đó do

tỷ lệ chết cao hơn và tỷ lệ sinh thấp hơn so với giá trị trung bình thì kết quả là quần thể bị thu nhỏ và sẽ trở nên mẫn cảm hơn so với những yếu tố biến động số lượng trong những năm tiếp theo Những dao động ngẫu nhiên về kích thước quần thể theo chiều hướng tăng lên thì cuối cùng sẽ bị giới hạn bởi khả năng chịu tải của môi trường và sau đó quần thể lại dao động theo chiều đi xuống Do vậy, mỗi khi quần thể bị thu nhỏ lại do nơi cư trú bị phá hủy hay bị chia cắt thì sự biến động số lượng quần thể sẽ trở thành một yếu tố quan trọng và quần thể đó rất

dễ bị tuyệt chủng

Ở nhiều loài động vật, các quần thể nhỏ thường không ổn định do cấu trúc xã hội bị phá vỡ khi quần thể giảm xuống đến một mức nhất định nào đó Các đàn động vật ăn cỏ hay các đàn chim có thể không có khả năng tìm kiếm thức ăn hay tự bảo vệ mình khi số lượng cá thể trong quần thể của chúng bị giảm xuống đến một mức nhất định Những động vật săn bắt mồi theo bầy như chó hoang hay sư tử có thể cần phải có một số lượng cá thể nhất định nào

đó thì mới săn mồi có hiệu quả Rất nhiều quần thể của loài động vật sống trong những khu phân bố rộng lớn như gấu hay cá voi có thể sẽ không tìm được bạn đời cho mình một khi mật

độ quần thể ở mức quá thấp Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Allee (Allee effect)

3 Sự biến đổi môi trường và các thiên tai

Thực hiện: ThS Dương Thanh Hà