Bài giảng bảo tồn đa dạng sinh học Nguyễn Mộng c3
Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Chương 3. Bảo tồn ở cấp quần thể và loài Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1. Những bất cập của quần thể nhỏ Một loài đặc biệt dễ bị tuyệt chủng khi chỉ có một vài quần thể nhỏ. 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. 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. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Nguyên tắc chung là cố gắng bảo vệ 500 -1.000 cá thể cho các loài động vật có xương sống 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. Diện tích dao động tối thiểu (Minimum Dynamic Area - MDA): có thể ước tính được bằng cách nghiên cứu các kích thước khác nhau về nơi cư trú của các cá thể hay các nhóm quần thể trong loài. 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. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Tuy có ngoại lệ, song cần có các quần thể lớn để bảo tồn hầu hết các loài vì những loài nào có quần thể nhỏ đều có nguy cơ bị tuyệt diệt. Các quần thể nhỏ dễ bị suy giảm nhanh về số lượng và bị tuyệt chủng cục bộ vì 3 nguyên nhân chính như sau: • 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; • 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 Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1.1. Những vấn đề về mặt di truyền Mất tính biến dị di truyền Biến đổi về số lượng cá thể trong quần thể Sự biến đổi môi trường và các thiên tai Những cơn lốc tuyệt chủng Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 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. Các cá thể có thể có những allen nhất định hoặc tổ hợp của các allen mang những đặc điểm cần thiết cho phép chúng tồn tại trong những điều kiện mới. Trong một quần thể, một số allen nhất định có thể thay đổi tần số xuất hiện, từ dạng rất phổ biến cho đến rất hiếm. Các allen mới xuất hiện trong quần thể thông qua đột biến. 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 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. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Khi xem xét một ví dụ có tính lý thuyết về một quần thể cách ly mà trong đó có 2 allen trong một gen, Wright đã đưa ra phương trình biễu diễn khả năng giảm sút tính dị hợp tử (các cá thể có hai dạng allen khác nhau trên cùng một gen) trong một thế hệ (∆F) cho một quần thể các con trưởng thành đang sinh sản (Ne): ∆F = Theo phương trình này, nếu quần thể gồm 50 cá thể thì mỗi thế hệ có thể giảm 1% tính dị hợp tử do mất đi những allen hiếm và nếu quần thể có 10 cá thể thì mỗi thế hệ sẽ giảm đi 5%. Phương tình trên cho thấy thuộc tính biến dị di truyền có thể mất đi một cách đáng kể trong những quần thể nhỏ và sống cách ly. Ne2 1 Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Các quần thể nhỏ có sự phân ly di truyền thường mẫn cảm hơn với các ảnh hưởng có hại đến gen, ví dụ: Suy thoái do giao phối nội dòng (inbreeding depression): có rất nhiều cơ chế khác nhau nhằm ngăn chặn sự giao phối nội dòng trong quần thể tự nhiên. 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 sẽ gây nên sự suy thoái cận dòng 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 biểu hiện những allen nguy hại được di truyền lại từ cha mẹ. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Suy thoái do giao phối xa (outbreeding depression): trong tự nhiên, các cá thể thuộc các loài khác nhau hiếm khi giao phối với nhau bởi một loạt các cơ chế cách ly về tập tính, sinh lý và hình thái. Khi một loài trở nên hiếm hay nơi cư trú của nó bị hủy hoại thì sự giao phối xa có thể xảy ra. 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. Những con lai này sẽ không bao giờ có được tổ hợp chính xác các gen đảm bảo cho các cá thể tồn tại trong những điều kiện nhất định. Sự suy thoái do giao phối xa đặc biệt quan trọng đối với thực vật trong đó sự thụ phấn bị động xảy ra trong chừng mực nào đó là do sự tình cờ gặp phấn hoa của loài khác. Một loài cây hiếm mọc gần một loài cây phổ biến khác có họ hàng gần có thể sẽ bị phấn hoa của cây phổ biến lấn át, dẫn đến sự ra đời của dòng con cái bất thụ hay làm mờ đi sự khác biệt giữa các loài Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 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 như ô nhiễm, các dịch bệnh mới hay sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Một khi không có đủ tính biến dị di truyền, các loài có thể bị tuyệt diệt . thể cần thiết để bảo tồn một loài. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Nguyên tắc chung là cố gắng bảo vệ 500 -1.000 cá thể cho các loài động vật có xương sống để bảo tồn sự biến dị di. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Chương 3. Bảo tồn ở cấp quần thể và loài Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1. Những bất cập của. 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. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Tuy