Bai giang da dang the gioi song

BÀI GIẢNG ĐA DẠNG THẾ GIỚI SỐNG (Diversity Of Life) HÀ NỘI - 2021 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương Phân loại giới sống 1.1 Lịch sử sống trái đất 1.1.1 Tiến hóa hóa học .4 1.1.2 Tiến hóa tiền sinh học 1.1.3 Tiến hóa sinh học .5 1.2 Các cấp độ tổ chức giới sống .5 1.3 Các quan điểm phân chia sinh giới 1.4 Sự đa dạng giới sống 1.4.1 Đa dạng dạng sống vô bào (vi rút) 1.4.2 Đa dạng sinh vật nhân sơ 1.4.3 Đa dạng sinh vật nhân thực .10 1.5 Các quy định phân loại 48 1.5.1 Đơn vị phân loại (Taxon) 48 1.5.2 Bậc phân loại (Category) hay vị trí/thứ hạng phân loại 48 1.5.3 Tên khoa học đơn vị phân loại 49 1.5.4 Cách trích dẫn tên khoa học 51 1.5.5 Cách xây dựng sử dụng khóa định loại lưỡng phân 51 Chương Đa dạng sinh học .53 2.1 Các cấp độ đa dạng sinh học 53 2.1.1 Đa dạng di truyền (Genetic diversity) - Đa dạng loài 53 2.1.2 Đa dạng loài (Species diversity) - đa dạng loài 53 2.1.3 Đa dạng hệ sinh thái (Ecosystem diversity) - Sự đa dạng hệ sinh thái 54 2.1.4 Điểm nóng đa dạng sinh học 56 2.1.5 Hiện trạng đa dạng sinh học Việt Nam 58 2.2 Giá trị đa dạng sinh học 63 2.3 Suy thoái đa dạng sinh học 63 2.4 Nguyên nhân gây suy thoái đa dạng sinh học .65 Chương Bảo tồn đa dạng sinh học 69 3.1 Khái niệm .69 3.2 Tiêu chí ưu tiên cho bảo tồn đa dạng sinh học 70 3.3 Luật pháp bảo tồn đa dạng sinh học 71 3.3.1 Luật pháp quốc tế 71 3.3.2 Luật pháp quốc gia 74 3.4 Các phương thức bảo tồn đa dạng sinh học 74 3.4.1 Bảo tồn chỗ hay Bảo tồn nguyên vị (In-situ conservation) 74 3.4.2 Bảo tồn chuyển chỗ hay Bảo tồn chuyển vị (Ex-situ conservation) 75 3.4.3 Bảo tồn khu bảo tồn (Circa situ conservation) hay Bảo tồn trang trại (On-farm conservation) .77 3.5 Bảo tồn với phát triển bền vững biến đổi khí hậu 78 3.5.1 Bảo tồn với biến đổi khí hậu 78 3.5.2 Bảo tồn với phát triển bền vững .78 3.6 Hiện trạng công tác bảo tồn đa dạng sinh học Việt Nam 79 3.6.1 Bảo tồn luật pháp 79 3.6.2 Tiến hành hoạt động bảo tồn .82 Chương Phương pháp nghiên cứu 84 4.1 Lập kế hoạch 84 4.2 Nghiên cứu tài liệu (kế thừa) 84 4.3 Điều tra thực địa 85 4.4 Xử lý số liệu viết báo cáo 85 4.4.1 Xây dựng danh lục loài 85 4.4.2 Đánh giá số đa dạng sinh học 86 4.4.3 Các số khác 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO .94 LỜI NĨI ĐẦU Lồi người sản phẩm thiên nhiên, tồn xã hội loài người liên quan mật thiết đến nguồn tài nguyên thiên nhiên sinh vật khác Do đó, nghiên cứu đa dạng giới sinh vật, nhằm sử dụng hợp lý việc bảo tồn đa dạng sinh học cần thiết Việc trang bị cho người học kiến thức, kĩ thái độ cần thiết đa dạng sinh học bảo tồn đa dạng sinh học quan trọng, để họ có khả vận dụng vào việc quản lý phát triển bền vững tài nguyên thiên nhiên, góp phần nâng cao ý thức trách nhiệm tồn xã hội cơng tác bảo tồn đa dạng sinh học Bài giảng biên soạn dựa khung chương trình nội dung môn học trường Đại học Sư phạm Hà Nội xây dựng, với mục đích phục vụ giảng dạy cho học viên tham gia giảng dạy môn Khoa học Tự nhiên, theo Quyết định 2454/QĐBGDĐT, việc Ban hành Chương trình bồi dưỡng cho giáo viên Trung học sở dạy môn Khoa học tự nhiên Do kiến thức mơn học liên tục có thay đổi, cần cập nhật thường xuyên liệu suốt q trình dạy học mơn học Chúng xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Ban chủ nhiệm khoa SinhKTNN, phòng Khoa học Công nghệ & Hợp tác quốc tế, đồng nghiệp trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2; giáo sư đồng nghiệp Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật, Đại học quốc gia Hà Nội trường Đại học sư phạm Hà Nội Mặc dù cố gắng, giảng tránh thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý chân thành từ bạn đọc Xin trân trọng cảm ơn! Chương Phân loại giới sống Mục tiêu:  Nêu tóm tắt lịch sử sống trái đất  Trình bày số hệ thống phân chia sinh giới  Giới thiệu thông tin Vi rút, Vi khuẩn, Nguyên sinh vật, Nấm, Thực vật, Động vật vai trò chúng tự nhiên người  Trình bày số quy định phân loại học  Biết cách thu thập, quan sát, mô tả mẫu vật để tra cứu xác định tên khoa học số loài quen thuộc 1.1 Lịch sử sống trái đất Lịch sử tiến hóa sống Trái Đất trình tiến hóa sinh vật từ sống xuất trái đất Trái Đất hình thành vào khoảng 4,5 tỉ năm trước qua chứng hóa thạch cho thấy sống hình thành vào khoảng 3,7 tỉ năm Quá trình phát sinh phát triển sống trải qua giai đoạn tiến hóa hóa học, tiến hóa tiền sinh học tiến hóa sinh học 1.1.1 Tiến hóa hóa học Giai đoạn tiến hố hố học giai đoạn tiến hóa từ chất vơ tạo thành hợp chất hữu Giai đoạn bao gồm bước, bước 1: hình thành chất hữu đơn giản từ chất vô cơ; bước 2: hình thành đại phân tử từ hợp chất hữu đơn giản bước 3: hình thành đại phân tử tự nhân đơi Q trình hình thành chất hữu đơn giản từ chất vơ cơ: Khoảng 4,6 tỉ năm trước, khí ngun thủy Trái Đất có chứa khí nước, khí CO2, khí NH3 khí N2 Khí lúc chưa có khí O2 Các chất vơ hình thành hợp chất hữu đơn giản gồm nguyên tố C H cacbonhidro; hợp chất hữu gồm nguyên tố C, H, O saccarit lipit; hợp chất hữu nguyên tố C, H, O, N axit amin nucleôtit từ nguồn lượng tự nhiên xạ Mặt Trời, phóng điện khí quyền, hoạt động núi lửa,… Sự hình thành chất hữu từ chất vơ dựa giả thuyết Oparin (Nga) Handan (Anh) năm 1920 chứng thực nghiệm Milơ Urây năm 1953 Quá trình hình thành đại phân tử từ hợp chất hữu đơn giản: chất trùng hợp protein axit nucleic hình thành nhờ đọng chất hữu đơn giản hoà tan đại dương nguyên thuỷ, bùn sét nóng Giả thuyết hình thành đại phân tử protein từ trùng hợp ngẫu nhiên đơn phân, axit amin bùn sét nóng chứng minh thực nghiệm Fox cộng năm 1950 (hỗn hợp axit amin khơ đun nóng nhiệt độ 150 - 180°C (tương tự điều kiện bầu khí nguyên thủy khơng có ơxi) tạo chuỗi peptit ngắn (protein nhiệt)) Từ đưa kết luận: Quá trình hình thành đại phân tử tự nhân đôi: Các giả thuyết cho rằng, phân tử tự nhân đôi xuất axit ribonucleic (ARN) phân tử tự nhân đôi xuất trước chế tự nhân đôi không cần đến tham gia enzim (protein) Các đơn phân nucleotit tự tập hợp để hình thành đoạn ngắn ARN mà không cần đến enzim chứng minh nhiều thí nghiệm Đầu tiên có nhiều phân tử ARN khác chiều dài thành phần nuclêôtit Tiếp theo, chọn lọc tự nhiên giữ lại phân tử ARN có khả nhân đơi tốt (hoạt tính enzim tốt hơn) làm vật chất di truyền; sau từ ARN (1 mạch) tổng hợp nên phân tử axit deoxyribonucleic (AND, mạch), có cấu trúc bền vững hơn, lưu trữ bảo quản thông tin di truyền tốt Lúc này, ADN thực chức lưu giữ bảo quản thông tin di truyền, ARN làm nhiệm vụ dịch mã 1.1.2 Tiến hóa tiền sinh học Sự xuất đại phân tử ARN, ADN prôtêin chưa thể sống (sự sống thể có tương tác đại phân tử tố chức định tế bào) Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học giai đoạn hình thành nên tế bào sơ khai (protobiont) sau hình thành nên tế bào sống Các đại phân tử lipit, protein, axit nucleic nước tập trung nhau, phân tử lipit kị nước nên hình thành lớp màng licoprotein bao bọc lấy tập hợp đại phân tử tạo nên giọt nhỏ li ti khác Dưới tác dụng chọn lọc tự nhiên tạo nên tế bào sơ khai/tế bào nguyên thủy (protobiont) Các tế bào sơ khai có khả trao đổi chất lượng, phân chia trì thành phần hóa học thích hợp chọn lọc tự nhiên giữ lại nhân rộng Các nhà khoa học tạo giọt gọi lipoxom thông qua thực nghiệm cho lipit số chất hữu khác vào nước Một số lipoxom có biểu đặc tính sơ khai sống phân đơi, trao đổi chất với mơi trường Ngồi ra, nhà khoa học tạo cấu trúc gọi giọt côaxecva từ hạt keo Trong dung dịch, giọt có khả tăng kích thước trì cấu trúc tương đối ổn định 1.1.3 Tiến hóa sinh học Từ tế bào sơ khai tiến hố hình thành nên tế bào sinh vật nhân sơ tổ tiên (khoảng 3,5 tỉ năm) tác động chọn lọc tự nhiên Sau đó, từ tế bào nhân sơ tổ tiên tiến hoá cho dạng thể nhân sơ khác, thể nhân thực, đơn bào nhân thực (khoảng 1,5- 1,7 tỉ năm), sau đa bào nhân thực (khoảng 670 triệu năm) Quá trình tiến hoá sinh học diễn liên tục tạo toàn sinh giới 1.2 Các cấp độ tổ chức giới sống Tổ chức giới sống: Thế giới sống tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc chặt chẽ, tế bào đơn vị cấu tạo nên thể sinh vật, từ Phân tử (Molecule)→ Bào quan (Organelles) → Tế bào (Cell) → Cơ thể (Individual) → Quần thể (Population) → Quần xã (Community) → Hệ sinh thái (Ecosystem) → Khu sinh học (Biome) → Sinh (Biosphere), cấp độ tổ chức sống là: tế bào, thể, quần thể, quần xã hệ sinh thái Các cấp độ tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc (tổ chức sống cấp làm tảng để xây dựng nên tổ chức sống cấp trên; tổ chức sống cao khơng có đặc điểm tổ chức sống cấp thấp mà cịn có đặc tính trội “Những đặc tính trội có nhờ xếp tương tác phận để làm tăng độ phức tạp tổ chức”_Campbell, 2008); hệ thống mở tự điều chỉnh (Sinh vật tổ chức không ngừng trao đổi vật chất lượng với môi trường → sinh vật không chịu tác động mơi trường mà cịn góp phần làm biến đổi môi trường; Mọi cấp độ tổ chức từ thấp đến cao có chế tự điều chỉnh để đảm bảo trì điều hòa cân hệ thống → hệ thống cân phát triển); Tất cấp độ liên tục tiến hóa (các sinh vật có chung nguồn gốc ln tiến hóa theo nhiều hướng khác → giới sống đa dạng phong phú) - Tế bào: Là đơn vị cấu trúc chức sống Các hoạt động sống thể dựa hoạt động tế bào Tế bào cấu tạo từ phân tử, đại phân tử, bào quan - Cơ thể/cá thể: Mỗi vật thể sống gọi cá thể sinh vật Cá thể cấu tạo từ tế bào (cơ thể đơn bào) đến hàng trăm nghìn tỉ tế bào (cơ thể đa bào) - Quần thể: Là tập hợp cá thể thuộc loài sinh sống sinh cảnh định Chúng cách ly tương cá thể thuộc quần thể khác loài Quần thể xem đơn vị sinh sản tiến hố lồi - Quần xã: Gồm nhiều quần thể thuộc loài khác chung sống sinh cảnh thời gian định Trong quần xã có mối tương tác cá thể (cùng loài khác loài) mối tương tác quần thể khác loài Các sinh vật giữ cân mối tương tác lẫn để tồn - Hệ sinh thái: Bao gồm quần xã sinh vật khu vực sống quần xã (sinh cảnh) Trong hệ sinh thái, sinh vật luôn tác động lẫn tác động qua lại với nhân tố vô sinh mơi trường tạo thành hệ thống hồn chỉnh tương đối ổn định Ví dụ: Tại đầm lầy, có sinh vật sản xuất rong, tảo, cỏ ven bờ,… tạo thành nguồn thức ăn cho động vật ăn thực vật cá, tôm, cua,… Các động vật ăn thực vật nguồn thức ăn cho động vật ăn thịt ếch, rắn, rùa,… Các sinh vật đầm lầy phụ thuộc lẫn tác động với mơi trường sống (đất, nước, khơng khí, ánh sáng,…) chặt chẽ tạo thành hệ sinh thái - Sinh quyển: Còn gọi tầng sinh thái, tập hợp tất hệ sinh thái khí , thuỷ quyền, địa Trái Đất Đây cấp tổ chức cao lớn sống, hệ thống khép kín phần lớn tự điều chỉnh 1.3 Các quan điểm phân chia sinh giới Ngay từ thời Aristotel (TK – TCN), giới sống chia thành giới Thực vật (những sinh vật đứng im chỗ, không ăn mà lớn) Động vật (những sinh vật chuyển động, ăn sinh vật khác lớn lên) Sau này, có thay đổi quan niệm, cách phân chia sơ khai tồn đến tận Thế kỷ 18 qua cơng trình Linnaeus (1753) R H Haekel (1866) xây dựng hệ thống giới, với xuất giới Protista (các sinh vật có kích thước hiển vi gần đơn bào (gồm vi khuẩn, động vật thực vật khơng điển hình) Copeland (1956) cho khác biệt chưa có nhân có nhân thật lớn khác biệt nhóm sinh vật Cho nên ơng đề xuất Hệ thống giới với việc tách giới Protista thành giới Tiền nhân (Monera) Sinh vật phân cắt (Protoctista) Whitaker (1969), nấm khác biệt với thực vật tổ chức tế bào, kiểu dinh dưỡng, hình thức sinh sản,… Vì xây dựng hệ thống giới với xuất giới Nấm (Fungi), sở chia ba kiểu dinh dưỡng cho thể có nhân bậc cao quang hợp, hấp thụ tiêu hóa tương ứng với nhóm sinh thái (sinh vật sản xuất – tiêu thụ – phân hủy) Hệ thống giới Gordon (1974): Tác giả cho mối quan hệ họ hàng sinh vật giới phải gần gũi với sinh vật khác giới giới phải có tổ tiên chung Theo ơng, gián đoạn lớn sinh giới tiền nhân nhân chuẩn việc tách tiền nhân thành giới riêng hợp lý Đối với sinh vật nhân chuẩn, ơng cho có mặt Protista khơng hợp lí, chia sinh vật nhân chuẩn thành giới (Thực vật, Nấm, Động vật), giới chứa phần Protista – Điều đảm bảo giới có tổ tiên chung Hệ thống giới với lĩnh vực sống Carl Woese (1990) P Raven (1999, 2003, 2011): Bằng phát trình tự thành phần hoá học ARNr 16S & 18S Vi khuẩn cổ – Archebacteria (sống môi trường cực trị: nước nóng, mặn) khác biệt so với Vi khuẩn thật – Eubacteria 1) chia sinh giới thành Domain - nhánh (còn gọi lĩnh vực sống): Cổ khuẩn (Archebacteria hay Archaea), Vi khuẩn (Bacteria hay Eubacteria) sinh vật có nhân (Eukaryota hay Eukaria) từ đề xuất hệ thống giới Khác biệt lớn hệ thống so với hệ thống giới việc tách giới Cổ khuẩn từ giới Vi khuẩn Trong năm gần đây, hệ thống phân chia sinh giới Campbell & al sử dụng tương đối nhiều để xác định vị trí giới hạn giới sinh vật Nếu năm 2004, Campbell & al nhắc đến hệ thống giới, đến năm 2008, tác giả đưa hệ thống gồm 24 nhóm (tương đương với 24 giới) sau hệ thống 20 nhóm (giới) vào năm 2013 2016 Trong hệ thống này, Tiền nhân chia thành siêu giới (lãnh giới) Vi khuẩn (Bacteria) Cổ khuẩn (Archaea) với 10 nhóm (giới); Nhân chuẩn chia thành 10 nhóm (giới), gồm: Động vật, Nấm Thực vật coi giới riêng biệt với nhóm (giới) khác là: Trùng roi động vật (Euglenozoans), Trùng lỗ (Forams), Tảo khuê (Diatoms), Trùng lông bơi (Ciliates), Tảo đỏ (Red algae) Amip (Tubulinids) Trong đó, Nấm xác định gần với Động vật Thực vật, số nhóm nhân thực (như Nấm nhầy tế bào, Trùng roi xoắn ) sát nhập vào nhóm khác Như vậy, nhiều nhóm đơn bào trước xếp vào giới động vật nấm thực vật (rõ hệ thống giới Gordon, 1974) coi nhóm (giới) riêng biệt (ví dụ: Amip, Trùng lỗ, Trùng lơng bơi, Trùng roi xoắn, Euglena, Trypanosoma, Leishmania trước nằm ngành Động vật nguyên sinh – Protozoa xếp thành giới riêng; Tảo silic, Tảo đỏ, Euglenophyta xếp vào giới thực vật coi giới riêng biệt) ) Vi khuẩn thật (Eubacteria) khác VK cổ cấu tạo, thành phần hố học, trình tự đặc trưng ARNr acid amin tính chất sinh lý học Tất hệ thống phân chia sinh giới nêu xây dựng sở liệu mức độ tổ chức thể, cấu tạo tế bào, khả dinh dưỡng, đặc điểm sinh sản sinh vật sau dẫn liệu bổ sung nhiễm sắc thể Nhờ phát triển khoa học, ngày có nhiều dẫn liệu đưa làm thay đổi vị trí giới hạn ngành, taxon bậc thấp Cho nên, việc phân chia sinh giới bị thay đổi, hệ thống tưởng hồn chỉnh lại trở nên khơng phù hợp, tác giả có quan điểm riêng giới sinh vật Vấn đề này, chưa ngã ngũ 1.4 Sự đa dạng giới sống Theo hệ thống Whitaker (1969), sinh vật chia thành giới với giới: Trên giới PROKARYOTA gồm sinh vật chưa có nhân thực thụ (chưa có màng nhân màng bào quan), có giới Giới Khởi sinh hay Tiền nhân (Monera)2 Trên giới EUKARYOTA gồm sinh vật có nhân thực thụ (có màng nhân màng bào quan), có giới là: Giới Nguyên sinh vật (Protista), Giới Thực vật (Plantae), Nấm (Fungi) Động vật (Animalia) Hình 1.1 Hệ thống giới Whitaker (1969) (Hình theo Nguyễn Nghĩa Thìn, Đặng Thị Sy, 2004) 1.4.1 Đa dạng dạng sống vô bào (Virus) Vi rút (Virus)3, gọi Siêu vi khuẩn sinh vật siêu hiển vi, thể chưa có cấu tạo tế bào: thể có chất di truyền giữa, bao bọc vỏ protein Lõi acid nucleic (genom virus) bao bọc vỏ protein (capsid; thường AND kép ARN đơn, có dạng AND đơn ARN kép); hình que, hình cầu đa diện…; kích thước từ 10-300 nm (1 µm = 1000 nm) Có 4.000 lồi, ký sinh bắt buộc hầu hết sinh vật khác (từ vi khuẩn, protista đến nấm, thực vật, động vật), gây nhiều bệnh cho sinh vật khác Đến xác định khoảng 1000 bệnh vi rút gây cho thực vật; khoảng 70% số bệnh gây cho người động vật vi rút, như: cúm, viêm gan B, sởi, quai bị, HIV ) Theo Dương Đức Tiến & Võ Văn Chi (1978: 23), giới sinh vật chưa có nhân chia thành phân giới Vi khuẩn phân giới Vi khuẩn lam Virút xếp phân giới Vi khuẩn ) Viroid sinh vật mà thể chuỗi ARN vịng khơng có vỏ bọc protein (capsid) Viroid nhỏ nhiều lần so với virut, chúng phụ thuộc hoàn toàn vào tế bào vật chủ để nhân bản, ký sinh gây bệnh thực vật Để sinh sản, virút viroid phải xâm nhập vào tế bào vật chủ sau nhân Chính vậy, muốn phịng trừ dịch bệnh vi rút gây cần cắt đứt giai đoạn vật chủ (cắt đứt môi trường sống chúng), ví dụ: phịng chống bệnh cúm gà H5N1 phải tiêu hủy gia cầm bị bệnh kể gia cầm không bị bệnh gần nguồn bệnh để phá hủy môi trường sống vi rút gây bệnh Hình 1.2 Hình ảnh 3D Vi rút Sar-Cov-2 (Nguồn: commons.wikimedia.org) Do cấu tạo thể đặc biệt khơng có khả sống độc lập, số tác giả coi chúng chưa phải sinh vật, coi chúng loại hóa chất đặc biệt không Cho nên, nhiều ý kiến cho virút nằm ngưỡng cửa sống (trong tế bào vật chủ chúng có biểu sống, ngồi tế bào chúng thể vô sinh) 1.4.2 Đa dạng sinh vật nhân sơ Sinh vật nhân sơ sinh vật đơn bào (hiếm thành đôi – Phế cầu, thành chuỗi – Liên cầu khuẩn, thành đám – Tụ cầu khuẩn), thể có cấu tạo tế bào chưa có nhân hồn chỉnh (chất nhân tập chung thành vùng nhân khơng có màng bao bọc) chưa có màng bào quan, có giới Giới Khởi sinh hay Tiền nhân (Monera): Các sinh vật thuộc giới khởi sinh có nhiều hình dạng khác nhau, kích thước thể từ 0,5-5,5 µm; dinh dưỡng: dị dưỡng (hấp thụ: Clostridium; quang dị dưỡng: Rhodobacter, Chloroflexus) tự dưỡng (quang hợp: Vi khuẩn lam; quang hóa: Sulfolobus); sinh sản sinh dưỡng phân đơi thể, sinh sản vơ tính bào tử khơng tạo thể khơng có sinh sản hữu tính; nhiều đại diện khơng có khả sống độc lập