Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Định nghĩa Theo Công ước Đa dạng sinh học, khái niệm "Đa dạng sinh học" (biodiversity, biological diversity) có nghĩa là sự khác nhau giữa các sinh vật sống ở tất cả mọi nơi, bao gồm: các hệ sinh thái trên cạn, trong đại dương và các hệ sinh thái thuỷ vực khác, cũng như các phức hệ sinh thái mà các sinh vật là một thành phần, ; thuật ngữ này bao hàm sự khác nhau trong một loài, giữa các loài và giữa các hệ sinh thái. Có thể coi, thuật ngữ "đa dạng sinh học" lần đầu tiên được Norse và McManus (1980) định nghĩa, bao hàm hai khái niệm có liên quan với nhau là: đa dạng di truyền (tính đa dạng về mặt di truyền trong một loài) và đa dạng sinh thái (số lượng các loài trong một quần xã sinh vật). Có nhiều định nghĩa về đa dạng sinh học được đưa ra, định nghĩa được đưa ở trên là định nghĩa được dùng trong Công ước Đa dạng sinh học. Các định nghĩa khác về Đa dạng sinh học: - toàn bộ gen, các loài và các hệ sinh thái trong một vùng hoặc trên toàn thế giới . - tính đa dạng của sự sống dưới mọi hình thức, mức độ và mọi tổ hợp, bao gồm đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái . [FAO] - tính đa dạng, trạng thái khác nhau về đặc tính hoặc chất lượng (R.Patrick,1983) - sự đa dạng và tính khác nhau của các sinh vật sống và các phức hệ sinh thái mà chúng tồn tại trong đó. Tính đa dạng có thể định nghĩa là một số lượng xác định các đối tượng khác nhau và tần số xuất hiện tương đối của chúng. Đối với đa dạng sinh học, những đối tượng này được tổ chức ở nhiều cấp độ, từ các hệ sinh thái phức tạp đến các cấu trúc hoá học là cơ sở phân tử của vật chất di truyền. Do đó, thuật ngữ này bao hàm các hệ sinh thái, các loài, các gen khác nhau và sự phong phú tương đối của chúng. (OTA, 1987). - tính đa dạng của sự sống và các quá trình hoạt động của nó (U .S. Forest Service, 1990). - bao gồm tất cả các loài thực vật, động vật, vi sinh vật, các hệ sinh thái và quá trình sinh thái học mà chúng tham gia . Đây là khái niệm bao trùm cho mức độ phong phú của tự nhiên, bao gồm cả số lượng và tần số xuất hiện của các hệ sinh thái, các loài và các gen di truyền trong một tổ hợp xác định. (McNeely et al., 1990). 1 - tính đa dạng của sự sống ở mọi cấp độ tổ chức, biểu hiện bởi số lượng và tần số xuất hiện tương đối của các đối tượng (gen, sinh vật, hệ sinh thái) (EPA, 1990). - toàn bộ sự đa dạng và khác nhau giữa các sinh vật sống và trong chính sinh vật đó, cũng như đối với các hệ sinh thái mà các sinh vật tồn tại trong đó; bao hàm cả đa dạng hệ sinh thái hoặc đa dạng quần xã, đa dạng loài và đa dạng di truyền (Pending legislation, U .S. Congress 1991). - tính đa dạng của sinh vật ở mọi cấp độ, từ những biến dị di truyền trong cùng một loài đến sự đa dạng của các loài, giống/chi, họ và thậm chí cả các mức phân loại cao hơn; bao gồm cả đa dạng hệ sinh thái, gồm cả các quần xã sinh vật trong các sinh cảnh cụ thể và các điều kiện vật lý mà chúng sinh sống trong đó (Wilson, 1992). - là phức hệ vượt quá sự hiểu biết và có giá trị không thể đo đếm được, đa dạng sinh học là toàn bộ tính đa dạng của sự sống trên trái đất (Ryan, 1992). - tính đa dạng về cấu trúc và chức năng của các dạng sống ở các mức di truyền, quần thể, loài, quần xã và hệ sinh thái (Sandlund et al., 1993). 1.2. Đối tượng môn học Đa dạng sinh học là một phân môn của sinh học, đa dạng sinh học lấy đối tượng là toàn bộ sinh vật sống trên trái đất làm đối tượng nghiên cứu của mình. Sự đa dạng của đời sống được làm rõ bằng nhiều cách khác nhau. Một số hướng của sự đa dạng này có thể bắt đầu được tạo nên nhờ vào phân biệt giữa các yếu tố khác nhau. Có 3 nhóm đa dạng cơ bản được tạo nên là: đa dạng di truyền; đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái. Đa dạng di truyền bao gồm các thành phần của các mã di truyền cấu trúc cơ thể (nucleotides, genes, chromosomes) và sự biến đổi trong cấu trúc giữa các cơ thể của cùng một quần thể và giữa các quần thể khác nhau. Đa dạng loài bao gồm các bậc phân loại và các thành phần của nó, từ các cá thể đến các loài, chi và cao hơn. Đa dạng hệ sinh thái bao gồm các mức độ sinh thái khác nhau của quần thể, thông qua nơi ở và ổ sinh thái, đến sinh cảnh. Như vậy, đa dạng sinh học sẽ tập trung nghiên cứu sự đa dạng trong sinh vật từ di truyền cho đến các hệ sinh thái. Tuy nhiên, đối với mỗi cấp độ đa dạng sẽ có những mặt thuận lợi và khó khăn riêng khi tiến hành nghiên cứu. Đối với đa dạng di truyền, các quần thể được thiết lập từ các cá thể, mỗi một cá thể có một thành phần nhiễm sắc thể, các nhiễm sắc thể được cấu thành từ các gen và gen được cấu thành từ nucleotide. Ngược lại, trong đa dạng loài, giới, ngành, họ, chi, loài, dưới loài, quần thể và cá thể 2 hình thành nên một chuổi tổ hợp, trong đó tất cả các nhân tố ở mức thấp hơn nằm trong mỗi mức cao hơn. Cùng với quá trình tiến hoá, sự tổ chức phân loại này của đa dạng sinh học phản ánh một khái niệm tổ chức trung tâm của sinh học hiện đại. 1.3. Sơ lược lịch sử về đa dạng sinh học Những bằng chứng minh họa được cung cấp từ các hóa thạch và phân tử, một vài sự kiện lớn về sự sống trên trái đất, cùng với niên đại của chúng được tái hiện trong bảng sau: Kỷ nguyên Thời kỳ Thời gian (triệu năm) Các sự kiện lớn Tiền cambrian Precambrian 4500 Khởi thủy sự sống, các tổ chức đa bào đầu tiên Paleozoic Cambrian 550 Tất cả các ngành lớn xuất hiện được ghi nhận từ hóa thạch, bao gồm động vật có xương sống đầu tiên Ordovician 500 Cá có hàm đầu tiên Silurian 440 Sự xâm chiếm đất liền bởi thực vật và chân khớp Devonian 410 Sự đa dạng hóa của cá xương (teleost), xuất hiện lưỡng thê và côn trùng Carboniferous 360 Rừng được bao phủ bởi thực vật có mạch, xuất hiện bò sát và sự ưu thế của lưỡng thê Permian 290 Sự tuyệt chủng của nhiều loài không xương sống ở biển, xuất hiện bò sát giống thú và côn trùng ngày nay. Mesoic Triassic 250 Nguồn gốc và sự đa dạng chủ yếu là bò sát, xuất hiện thú, cây hạt trần chiếm ưu thế Jurassic 210 Bò sát thống trị và cây hạt trần chiếm ưu thế, xuất hiện chim Cretaceous 140 Xuất hiện thực vật hạt kín, sự thống trị của bò sát và nhiều nhóm động vật không xương sống bị tuyệt chủng và kết thúc một giai đoạn Cenozoic Tertiary 65 Đa dạng hóa của thú, chim, côn trùng hút phấn và hạt kín. Tertiary muộn/tiền Quaternary- thời kỳ đỉnh cao của đa dạng sinh học Quaternary 1.8 Xuất hiện loài người (Nguồn:www.IUCN.org) Qua bảng trên cho thấy rằng có vẻ như tất cả các sinh vật đều có chung một nguồn gốc. Tất nhiên, đa dạng sinh học đã được tăng lên từ giai 3 đoạn giữa, ước tính khoảng 3.5-4.0 tỷ năm trước (trái đất có tuổi khoảng 4,5-5,0 tỷ năm, vì vậy sự sống đã xuất hiện khắp nơi hầu hết chúng đều tồn tại), đầu tiên sự gia tăng này diễn ra rất chậm. Một trong những sự thay đổi quan trọng đó là đã mở ra một sự phát triển lớn về đa dạng sinh học, đã tạo ra sinh vật đa bào. Các sinh vật đa bào có lẽ đã không đa dạng hóa cho đến 1,4 tỷ năm trước, lúc đó gần 60% sự sống trước đó đã hoàn toàn mất đi. Đặc biệt các động vật đa bào đã không bắt đầu đánh dấu sự đa dạng cho đến khoảng 600 triệu năm trước, vào lúc đó khoảng 80% sự sống trước đó đã bị biến mất. Các sinh vật vào thời kỳ này chỉ dài khoảng vài milimét. Đến Kỷ Palaeozoic (cổ sinh) và trên đá của thời kỳ Cambrian (550 triệu năm trước), các nhà khoa học đã tìm thấy sự xuất hiện ngẫu nhiên của các động vật đa bào (metazoan) có kích thước khá lớn. Các nhà khoa học đã ước tính rằng nếu sự bùng nổ đa dạng sinh học vào thời kỳ Cambrian được tiếp tục bằng một tỷ lệ hằng số cho đến nay thì đại dương có thể xuất hiện 10 60 họ metazoan, thay vì 10 3 như hiện nay (Sepkoski, 1997). Trên thực tế, tất cả các nhóm động vật lớn ngày nay đều được ghi nhận ở hóa thạch trong thời kỳ Cambrian (Kevin J Gaston, 2004). Gould, 1989 đã đưa ra giả thuyết rằng sự đa dạng của các tổ chức đạt cao nhất vào thời gian bùng nổ đa dạng sinh học của giai đoạn Cambrian. Sự chiếm cứ đất liền của động vật, thực vật (440 triệu năm trước), tiếp theo là sự đa dạng hóa của chúng, ngay sau các sinh vật đa bào trong biển. Vì vậy, sự sống của động vật đến từ chổ một ít loài hoàn thiện thành nhiều cấu trúc cơ thể khác nhau trong thời kỳ Cambrian, đến ngày nay chúng ta nhìn thấy nhiều loài nhưng ít cấu trúc cơ thể hơn. Khoảng 100 triệu năm trước đã có sự tăng lên và phát triển ổn định của đa dạng sinh học, chúng đã đạt đến cực điểm vào cuối thời kỳ Tertiary (đệ tam) và đầu Quaternary (đệ tứ), vào thời kỳ này có nhiều loài và số bậc phân loại động vật thực vật cao hơn (cả dưới biển và trên cạn) so với trước đó (Signor, 1990). 4 . thể, loài, quần xã và hệ sinh thái (Sandlund et al., 19 93). 1. 2. Đối tượng môn học Đa dạng sinh học là một phân môn của sinh học, đa dạng sinh học lấy đối tượng là toàn bộ sinh vật sống trên trái. gồm đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái . [FAO] - tính đa dạng, trạng thái khác nhau về đặc tính hoặc chất lượng (R.Patrick ,19 83) - sự đa dạng và tính khác nhau của các sinh. các sinh vật sống và trong chính sinh vật đó, cũng như đối với các hệ sinh thái mà các sinh vật tồn tại trong đó; bao hàm cả đa dạng hệ sinh thái hoặc đa dạng quần xã, đa dạng loài và đa dạng