CHUYÊN ĐỀ NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN NHẤT VỀ SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC VỤ GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS

Trong quá trình tồn tại và phát triển, do chịu nhiều tác động, sinh vật phải thích ứng với điều kiện môi trường và nguồn sống có giới hạn bằng những phản ứng thích nghi hình 1.1.. Sự thí

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO -  -

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO -  -

CHUYÊN ĐỀ: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN NHẤT VỀ SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC VỤ

GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS

NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN PHẦN SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC

VỤ GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS

Chương 1 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

1 Môi trường

Mỗi sinh vật đều sống trong môi trường đặc trưng của minh, ngoài đó ra, sinhvật không thể tồn tại được Ví dụ, cá sống trong nước, các con nhông cát sống trêncác bãi cát khô hạn, giun đất sống trong các lớp đất ẩm giàu mùn

Trên bề mặt Trái Đất có thể phân chia tổng quát thành 2 nhóm chính: Môitrường vô sinh hay không sống (abiotic) và môi trường hữu sinh hay môi trườngsinh vật (biotic) Môi trường vô sinh lại được chia thành: môi trường đất, nước vàkhông khí Cần nhớ rằng, trong quá trình phát triển tiến hóa, sinh vật thường tậptrung ở những nơi thuận lợi nhất cho đời sống Đó là môi trường nước rồi từ đósinh vật tiến chiếm đất liền, hình thành nên 2 nhóm sinh vật chủ yếu: sinh vật dướinước (aquatic organisms) và sinh vật trên cạn (Terrestrial organisms)

Trong môi trường bất kì, sinh vật phải tìm được các điều kiện thuận lơi cho sự cưtrú, kiếm ăn, làm tổ, sinh sản, nuôi con, đồng thời chống lại vật ăn thịt và dịch bệnh

Vậy, môi trường là một phần không gian bao quanh sinh vật, ở đó sinh vật có

quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với các yếu tố cấu tạo nên môi trường bằng những phản ứng thích nghi về hình thái cấu tạo, các đặc điểm sinh lí, sinh thái và tập tính.

Môi trường của sinh vật thường không ổn định, liên quan với các giai đoạn pháttriển của vỏ Trái Đất và sự biến đổi của khí hậu Ví dụ, sự hình thành lục địa và đạidương, siêu lục địa tan rã và sự trôi dạt của các mảng lục địa Những sinh vật đượchình thành và phát triển trong điều kiện như thế đã phải trải qua bao biến cố lớn lao vàthích nghi để tồn tại cho tới ngày nay Vỏ Trái đất chỉ mới bước vào trạng thái tươngđối yên tĩnh sau tuổi Băng hà lần cuối Đến nay, những biến động mang tính cục bộkhông phải đã chấm dứt như hoạt động của đai núi lửa, động đất, sóng thần

và cả những đổi thay mang tính toàn cầu do hoạt động của con người như lớp ôzôn

bị xói mòn, khí hậu Trái Đất đang ấm dần lên, mực nước đại dương ngày một dângcao, đe dọa không chỉ đến đời sống sinh giới mà cả với đời sống con người

Trong quá trình tồn tại và phát triển, do chịu nhiều tác động, sinh vật phải thích ứng với điều kiện môi trường và nguồn sống có giới hạn bằng những phản ứng thích nghi (hình 1.1) Sự tích nghi được hình thành trong quá trình tiến hóa của loài và mang tính tương đối, nhờ đó, sinh vật thỏa mãn được nguồn thức ăn, sinh sản, phát tán nòi giống, chống lại vật dữ và dịch bệnh có hiệu quả cho sự tồn tại và phát triển của loài.

2 Các nhân tố sinh thái

2.1 Các khái niệm

Yếu tố môi trường là thành phần cấu tạo nên môi trường Khi chúng tương tác

với sinh vật được gọi là những nhân tố sinh thái.

Vậy, nhân tố sinh thái chính là những yếu tố của môi trường mà sinh vật có

quan hệ trực tiếp hay gián tiếp bằng các phản ứng thích nghi Chẳng hạn, ở nơi

lộng gió cây tồn tại được là nhờ có bộ rễ cắm sâu xuống đất; nhiều loài có thân bò;côn trùng thường có cánh ngắn, thậm chí cánh tiêu giảm

Liên quan với môi trường, các nhân tố sinh thái được chia thành nhân tố vôsinh (abiotic - nhân tố không sống) và các nhân tố hữu sinh (biotic - nhân tố sinhvật) Nhân tố vô sinh gồm các nhân tố vật lí, hóa học và khí hậu, còn các nhân tốhữu sinh gồm cơ thể sinh vật và các mối quan hệ giữa chúng, kể cả con người vànhững hoạt động của con người

Theo ảnh hưởng tác động, các nhân tố sinh thái còn được chia ra thành 2 nhóm:

các nhân tố không phụ thuộc mật độ và các nhân tố phụ thuộc mật độ.

Nhân tố không phụ thuộc mật độ khi tác động lên sinh vật thì ảnh hưởng tác

động của chúng không phụ thuộc vào mật độ quần thể bị tác động Chúng thường

là những nhân tố vô sinh Ví dụ: tác động của ánh nắng giữa trưa lên một ngườicũng giống như tác động lên hàng chục, hàng trăm người khi bị phơi nắng

Nhân tố phụ thuộc mật độ khi tác động lên sinh vật thì ảnh hưởng tác động

của chúng phụ thuộc vào mật độ quần thể bị tác động Chúng thường là nhữngnhân tố hữu sinh Chẳng hạn, tác động của dịch bệnh lên những nơi dân cư thưathớt kém hơn nhiều so với những nơi dân cư quá đông

Trong tự nhiên, nhiều nhân tố có hàm lượng rất thấp, hiếm gặp so với nhu cầu tồn tại

và phát triển của sinh vật, chẳng hạn, trong đất nguyên tố Bo cần cho sự tăng trưởng

của thực vật, nhưng lại rất khó kiếm Bởi vậy, trong thực tế canh tác nông nghiêp,Justus von Liebig đã có nhận xét, sự sinh trưởng của thực vật bị giới hạn bởi số lượng

của một số loại muối khoáng, Từ đó (1840), ông đề xuất định luật tối thiểu:“Mỗi một loài thực vật đòi hỏi một loại và một lượng muối dinh dưỡng xác định, nếu số lượng là tối thiểu thì sự tăng trưởng của nó cũng chỉ đạt mức tối thiểu”.

Hình 1.1 Sự thích nghi của động và thực vật với các nhân tố môi trường để nâng cao mức sống sót, mức sinh sản và khả năng phát tán nòi giống (theo WRIGM ,

2004).

Từ khi hình thành, định luật Lebig thường được ứng dụng đối với các loạimuối vô cơ Về sau, quan niệm này được mở rộng, gồm một phổ rộng các nhân tốvật lí, trong đó nhiệt độ và lượng mưa thể hiện rõ nhất Định luật này cũng cónhững mặt hạn chế vì nó chỉ áp dụng trong trạng thái ổn định và có thể còn bỏ quavài mối quan hệ khác nữa Chẳng hạn, trong quan hệ giữa photpho và năng suất,Libig cho rằng, photpho là nguyên nhân tực tiếp làm thay đổi năng suất Sau người

ta phát hiện ra rằng, sự có mặt của muối nitơ không chỉ ảnh hưởng lên nhu cầunước của thực vật mà còn giúp cho thực vật lấy được photpho cả dưới dạng khôngthể đồng hóa được Như vậy, muối nitơ là nhân tố thứ 3 phối hợp tạo ra hiệu quả.Tuy nhiên, trong tự nhiên lại có nhiều nhân tố rất dư thừa và biến thiên rấtrộng như nhiệt chẳng hạn Từ thực tế trên và dựa trên khái niệm về các nhân tốgiới hạn của Bleckman (1905) và định luật tối thểu, Victor E Shelford (1940) đã

đưa ra định luật chống chịu (Tolerance Low) Shelford chỉ ra rằng: “Các trung tâm

phân bố của sinh vật thường là những vùng mà ở đó các điều kiện là tối ưu (optimum) giành cho một số lượng tương đối lớn các loài”.

Như vậy, mỗi cá thể, quần thể của loài hay quần xã, hệ sinh thái chỉ có thể tồntại trong một khoảng xác định của một nhân tố sinh thái Ví dụ: các loài thủy sinhvật có thể chống chịu được trong giới hạn pH của nước từ 6,5 đến 8,5; cá rô phisống được trong khoảng nhiệt độ 5,6 - 41,5oC Những khoảng xác định như thế

được gọi là giới hạn chống chịu (tolerant hay stress) hay giới hạn sinh thái

(Ecological limit).

Trong giới hạn này có 2 điểm hại (pessium): điểm hại dưới và điểm hại trênhay giới hạn dưới (Minimum) và giới hạn trên (Maximum), vượt qua chúng, sinhvật đều chết Trong giới hạn sinh thái có khoảng thuận lợi (optimum) và 2 khoảngchống chịu, nơi mà sinh vật sống bình thường, nhưng phải chi phí năng lượngnhiều hơn so với khoảng thuận lợi (hình 1.2)

Hình 1.2 Giới hạn sinh thái với khoảng cực thuận và các khoảng chống chịu của loài.

Theo giới hạn sinh thái, có loài có khoảng chống chịu rộng, có loài lại cókhoảng chống chịu hep Do vậy, người ta đưa ra khái niệm rộng (eury) và hẹp(cteno), nhiều (poly), ít (oligo) Các từ này là tiếp đầu ngữ cho tên các nhân tố,chẳng hạn, rộng nhiệt (eurythermal) và hẹp nhiệt (ctenothermal); rộng muối(euryhaline) và hẹp muối (ctenohaline), loài tôm sống ở độ muối cao của vùng cửasông là loài ưa mặn (polyhaline), còn loài sống ở phần đầu cửa sông là loài ưa nhạt(oligohaline)

Định luật Shelford được thừa nhận và áp dụng phổ biến không chỉ trong sựđánh giá sức chịu đựng của sinh vật với các nhân tố môi trường mà cả trong nghiêncứu về sự phân bố của các loài, các quần xã và hệ sinh thái khác nhau trên hànhtinh Về sau, định luật này còn được mở rộng và tạo ra nhiều hệ quả quan trọng

- Các loài có giới hạn sinh thái rộng đối với nhiều nhân tố, chúng có khả năng phân bố rộng trên bề mặt Trái Đất, thậm chí có loài phân bố toàn cầu

- Những loài có giới hạn sinh thái hẹp đối với nhiều nhân tố, chúng có vùngphân bố hẹp, thậm chí trở thành những loài đặc hữu (endemic), chỉ phân bố trongmôi trường đặc trưng rất ổn định, ví dụ như cá cóc Tam Đảo

- Khi một nhân tố này trở nên kém cực thuận cho đời sống thì sức chống chịuđối với các nhân tố khác cũng bị thu hẹp, chẳng hạn, nếu hàm lượng muối nitơthấp, thực vật đòi hỏi lượng nước nhiều hơn so với lượng nước mà nó đòi hỏi ởhàm lượng nitơ cao cho sự sinh trưởng bình thường

- Những cơ thể phát triển ở giai đọan sớm (trứng, ấu trùng, thiếu trùng, connon) hay cơ thể trưởng thành trong trạng thái sinh lí thay đổi (mang trứng, chửa đẻ,

ốm đau ) thì nhiều nhân tố của môi trường trở thành những nhân tố giới hạn

Các nhân tố môi trường còn có thể được gộp thành 2 nhóm: điều kiện tồn tại

và tài nguyên Các điều kiện tồn tại (conditions) thường là các nhân tố vô sinh,

không bị sử dụng đến cạn kiệt mà các loài không thể kiếm được, song có vai tròvừa điều chỉnh vừa giới hạn đối với đời sông của các loài Điều kiện tồn tại biếnđộng trong không gian và theo thời gian như nhiệt độ (các cực trị nóng, lạnh và giátrị trung bình), áp suất không khí, gió, pH (tính axit và kiềm), độ muối, lửa, cấutrúc đáy, độ sâu, độ đục, dòng chảy Tài nguyên (resources) là những nhân tố bất

kỳ (hữu sinh hay vô sinh) được sinh vật sử dụng có thể dẫn đến mức cạn kiệt Cácnguồn vô sinh gồm nước, muối, ánh sáng, ôxi và các nguồn hữu sinh như thức ăn

từ sinh vật trong những hoàn cảnh xác định Chúng là những đối tượng gây ra cạnhtranh trong nội bộ loài hay khác loài

2.2 Sự tương tác giữa các nhân tô môi trường

Các nhân tố môi trường đều phụ thuộc và chi phối lẫn nhau Ánh sáng đượccoi là nhân tố cơ bản của môi trường vật lí Ánh sáng tao ra nhiệt, nhất là dải sónghồng ngoại Nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời trải xuống mặt đất không đều liên quan vớithời gian và vĩ độ địa lí, địa hình nên chỗ này thì ấm hơn, chỗ khác thì lạnh hơn,gây ra sự chênh lệch áp suất giữa các vùng đưa đến sự hình thành các dòng khíthăng, khí giáng (theo độ cao) và gió Đi kèm với gió là sự vận động của hơi nước.Khi hơi nước bốc lên cao gặp lạnh ngưng tụ thành mây, gây ra mưa trên lục địa vàtrên mặt đại dương

Như vậy, thông thường nhân tố này là hệ quả hoạt động của nhân tố khác, cóquan hệ và chi phối lẫn nhau, tác động đồng thời lên đời sống sinh giới theo nhữnghướng khác nhau hoặc hỗ trợ, thúc đẩy nhau hoặc kìm hãm, thậm chí triệt tiêu nhau

2.3 Qui luật tác động của các nhân tố môi trường lên đời sống sinh vật

Để đánh giá tác động của các nhân tố môi trường lên cơ thể hay ở các cấp độ tổchức cao hơn (quần thể, quần xã), người ta luôn quan tâm đến các vấn đề dưới đây:

- Bản chất của từng nhân tố Mỗi một nhân tố gây tác động khác nhau lên các đặctính sinh lí - sinh thái và tập tính của loài mà nổi bật nhất là quá trình trao đổi chất

- Cường độ và liều lượng tác động của các nhân tố lên sinh vật mạnh hay yếu, nhiều hay ít, sinh vật sẽ phản ứng lại một cách tương ứng

- Phương thức tác động: Tác động có thể liên tục hay gián đoạn, có thể ổnđịnh hay dao động; dao động có thể theo chu kì hoặc không theo chu kì Nhữngphương thức này gây ảnh hưởng khác nhau lên đời sống

- Thời gian tác động: có thể dài ngắn khác nhau Tính chống chịu của sinh vậtvới thời gian tác động thể hiện rất phức tạp Trong điều kiện rét đậm kéo dài, nhiềucây trồng vật nuôi bị suy kiệt và chết Trong giới hạn chịu đựng, thời gian còn tạocho sinh vât làm quen với những hoàn cảnh nằm ngoài khoảng cực thuận

Sự biến đổi nhanh của khí hậu khi Trái Đất ấm lên, nhiều loài, nhất là các loài

có kích thước lớn, biến dị di truyền kém không kịp thích ứng sẽ lâm vào tình trạng

dễ bị diệt vong

- Các nhân tố tác động đến đời sống bao giờ cũng là một tổ hợp, tác động đồngthời Nói cách khác, sinh vật cùng một lúc phải phản ứng tức thời với tác động củatất cả các nhân tố

3 Nơi sống và ổ sinh thái

3.1 Nơi sống (habitat)

Nơi sống là địa chỉ, nơi cư trú hay nơi thường gặp của loài và được xác định bởi

quần xã thực vật và môi trường vô sinh, nơi mà loài thích nghi về mặt sinh học Ví dụ:

tán cây là nơi sống của các loài chim Ngay tán cây cũng cung cấp những nơi sốngkhác nhau và hỗ trợ khác nhau cho các loài trong đời sống hoang dã (hình 1.3)

Hình 1.3 Sự phân chia vùng dinh dưỡng của 5 loài chim hót Bắc Mĩ theo độ cao khác nhau của cây.

3.2 Ổ sinh thái (Ecological nich)

Ổ sinh thái “là một không gian sinh thái (hay siêu không gian) được giới hạn

bởi các giới hạn sinh thái mà trong đó các nhân tố sinh thái quyết định đến sự tồn tại và phát triển lâu dài của cá thể loài trong không gian (hình 1.4) Đây là ổ sinh thái chung (toàn phần), còn ổ sinh thái thành phần là một không gian sinh thái

trong đó “các nhân tố thiết yếu đảm bảo cho hoạt động của một chức năng nào đó

của cơ thể” như ổ sinh thái sinh sản, ổ sinh thái dinh dưỡng Tập hợp các ổ sinh

thái thành phần sẽ cho ổ sinh thái chung.

Muối nitơ

Độ ẩm (%) Max

Max Min

Min

Hình 1.4 Một ổ sinh thái đơn giản với không gian 3 chiều Không gian này

được giới hạn bởi 3 giới hạn sinh thái của nhiệt độ, độ ẩm và muối nitơ.

Ngoài ra, người ta còn đưa ra khái niệm ổ sinh thái cơ bản (fundamental nich) và

ổ sinh thái thực (real nich) Ổ sinh thái cơ bản chỉ ra một không gian mà sinh vật sống

trong đó không chịu một áp lực sinh học nào (cạnh tranh, kí sinh, dịch bênh ), còn ổsinh thái thực chỉ ra một không gian mà sinh vật sống trong đó phải chịu sự khống chế

sinh học của các loài khác Chẳng hạn, Giáp xác bơi nghiêng (Gammarus duebeni)

sống đơn độc trong vùng nước lợ ở bờ biển nước Anh, còn trong thủy vực nước

ngọt ở Iceland loài này phải chung sống với loài Gammarus pulex.

Về không gian, ổ sinh thái hẹp hơn so với nơi sống Nói cách khác, nơi sống

có thể bao gồm nhiều ổ sinh thái Chẳng hạn, tán cây (hình 1.3) là nơi sống củanhiều loài chim có ổ sinh thái khác nhau Hồ ao có thể dung nạp nhiều ổ sinh tháiriêng của các loài thủy sinh vật: sinh vật sống nổi, sống đáy, sống ven bờ

Aa

B C

Hình 1.5 Ổ sinh thái của 3 loài.

Đường gạch chỉ ra các nhân tố môi trường Loài A có ổ ST cách li với loài B và C.

Loài B và C có ổ ST gối lên nhau, do đó 2 loài này cạnh tranh với nhau.

Trong tự nhiên, ổ sinh thái của các loài có thể cách li nhau, có thể chồng gối lênnhau Do sự chồng lấp như thế, nhất là ổ sinh thái dinh dưỡng, các loài sẽ cạnh tranhvới nhau Mức độ cạnh tranh mạnh, yếu phụ thuộc vào sự chồng lấp nhiều hoặc ít, khicác ổ sinh thái chồng khít lên nhau sẽ dẫn đến sự cạnh tranh loại trừ (hình 1.5)

Trong nhiều trường hợp, những địch thủ cạnh tranh với nhau cũng có thể chung sống trong cùng một nơi, khi có sự phân ly ổ sinh thái của chúng Sự cạnh tranh có thể giảm đến tối thiểu, khi kẻ cạnh tranh ưu thế có thể sử dụng nguồn thức ăn khác Chẳng hạn, chim gõ kiến ăn côn trùng trong vỏ cây, không cạnh tranh với chim ăn côn trùng có cánh Dơi và nhạn đều ăn côn trùng có cánh, nhưng dơi bắt mồi vào chiều tối, còn nhạn săn

mồi vào ban ngày Nhiều khi, “nguồn sống” cũng là khoảng không gian được các loài

khác nhau sử dụng để tìm kiếm thức ăn, tranh nhau chỗ làm tổ Ví dụ: sự phân chia

“nguồn sống” của 5 loài chim sống trên tán cây rừng vân sam ở Maine.

Trong nhiều trường hợp 2 loài cạnh tranh trực tiếp do chung nguồn sống khi một trong 2 loài được chuyển từ nơi khác đến sống với loài bản địa Đương nhiên, một trong chúng sẽ lâm vào

tình trạng diệt vong hoặc phải rời bỏ đi nơi khác theo nguyên lí “cạnh tranh loại trừ” Chẳng

hạn, khi thỏ được chuyển từ châu Âu đến Australia, nhiều loài thú có túi nhỏ bị suy giảm và diệt vong do chúng cạnh tranh không nổi với thỏ về thức ăn và nơi đào hang làm tổ.

Chương 2 MỐI QUAN HỆ TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG VÀ SINH VẬT

1 Các nhân tố môi trường và tác động của chúng lên đời sống sinh vật

- Cường độ và chế độ chiếu sáng biến đổi theo những quy luật thiên văn xácđịnh, liên quan với sư vận động của Trái Đất quanh trục của mình sinh ra ngàyđêm và quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo xác định sinh ra các mùa (hình 2.2).

Hình 2.2 Do trục Trái Đất lệch với mặt phẳng quỹ đạo quanh Mặt Trời một góc 23,5 o nên khi vận động quanh Mặt Trời, các mùa được hình thành với 4 vị trí quan trọng: Hạ chí-Đông chí, Xuân phân-Thu phân Ngày Hạ chí ánh sáng mặt trời chiếu thẳng góc với Chí tuyến Bắc, mùa hạ thống trị ở Bắc Bán Cầu, còn Nam Bán Cầu là mùa đông Ngước lại, ngày Đông chí, ánh sáng mặt trời chiếu thẳng góc với Chí tuyến Nam, mùa hạ thống trị ở Bán cầu Nam, còn

ở Bắc Bán Cầu là mùa đông Ngày Xuân phân và Thu phân, ánh sáng mặt trời chiếu thẳng

góc với xích đạo và chùm lên đến các địa cực, ngày đêm dài bằng nhau.

- Cường độ chiếu sáng giảm từ xích đạo đến các cực do độ cong của bề mặt Trái Đất và ánh sáng bị hấp thụ bởi lớp khí ngày một dày thêm (hình 2.3)

Hình 2.3.

a- Phổ bức xạ Mặt Trời ở ngoài ngưỡng và trong khí quyển; b- Lượng bức xạ MT (%) phản

xạ từ mặt biển lặng vào khí quyển như một hàm của góc chiếu; c- Sự biến đổi tổng bức xạ theo vĩ độ và theo mùa ở Bắc Bán cầu.(đường cong thể hiện các vĩ độ).

- Cường độ ánh sáng biến đổi rất mạnh theo địa hình trên bề mặt Trái Đất (độ cao, núi, rừng, đất, biển ).

Trong nước, ánh sáng giảm theo độ sâu cả về thành phần quang phổ, cường độ

và thời gian chiếu sáng Trong nước ngọt, ánh sáng có thể đạt đến độ sâu từ 1-2đến 5-6m tùy theo độ đục, trừ hồ Baical (40m), còn ở khơi đại dương ánh sáng cóthể xâm nhập đến độ sâu 200m, dưới đó là một màn đêm vĩnh cửu Theo độ sâu, ởnước sạch, cường độ bức xạ của tia đỏ nhanh chóng giảm đến 99% tại độ sâu 4m,chủ yếu biến thành nhiệt, trong khi đó ánh sáng lam (blue) chỉ giảm khoảng 70% ở

độ sâu 70m (hình 2.4)

Hình 2.4 Sự xâm nhập của ánh sáng xuống tầng nước đại dương.

- Cường độ chiếu sáng còn bị nhiễu loạn bởi nhiều yếu tố của khí hậu thời tiết (mây, mưa, giông ) và các chất chứa trong môi trường

Ánh sáng không chỉ tạo nhiệt làm Trái Đất ấm lên mà còn là “nguồn sống”của thực vật Những sinh vât mang màu có khả năng tiếp nhận năng lượng MặtTrời để thực hiện quang hợp, tạo ra nguồn thức ăn sơ cấp đồng thời làm cho hànhtinh này hoàn toàn khác biệt với các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời

Bức xạ quang hợp của cây xanh chủ yếu là dải ánh sáng trắng với bước sòng3600-7600Ǻ Đối với thực vật, khả năng quang hợp biến động đến hàng trăm lần,liên quan với nhiều nhân tố khác Khả năng đó được xác định bởi tốc độ quang hợpkhi bức xạ tia tới ở mức bão hòa, nhiệt độ ở điều kiện cực thuận và độ ẩm cao, cònhàm lượng CO2 và O2 ở mức bình thường

Khả năng quang hợp của thực vật C3 và C4 rất khác nhau Ở thực vật C4 (Zea

mays, Saccharum officinal, Sargum vulgare và nhiều cây thân thảo khác) tốc độ

quang hợp liên tiếp tăng khi cường độ bức xạ quang hợp tích cực vượt ngoài cường

độ bình thường trong thiên nhiên Nhóm này có tới hàng nghìn loài thuộc 17 họ,

nhiều loài nhất là các họ Amaranthaceae, Protoulacaceae và Chenopodiaceae.

Ởthực vật C3, tốc độ quang hợp tăng khi cường độ chiếu sáng rất thấp, đặcbiệt ở các cây ưa bóng (rêu)

Thực vật C3 gồm các loài như Triticum vulgare, Secale cereale, Lolium

perenne, Dactylis glomerata, Trifolium repens, tất cả cây thuộc chi Quercus, Fagus, Beluta và Pinus.

Liên quan đến cường độ chiếu sáng và nhu cầu ánh sáng, thực vật được chia

thành 3 nhóm sinh thái: cây ưa sáng, cây ưa bóng và cây chịu bóng.

Cây ưa sáng là những loài đòi hỏi cường dộ chiếu sáng cao, ưa mọc ở nhữngnơi trống trải, lá mỏng, màu xanh nhạt do chứa lượng sắc tố không nhiều Sảnphẩm quang hợp tăng khi cường độ chiếu sáng tăng, nhưng đạt cực đại ở cường độchiếu sáng thấp hơn cường độ chiếu sáng cực đại Trong rừng nhiệt đới những cây

ưa sáng còn tạo nên 3-5 tầng vượt tán, nhiều cây đạt đến độ cao đến 40-50m

Cây ưa bóng đòi hỏi ánh sáng khuếch tán, thường sống dưới tán các cây ưasáng hoặc nơi có bóng rợp Lá dày, chứa nhiều sắc tố nên mầu thẫm hơn và thườngmọc ngang để tiếp nhận ánh sáng tốt hơn Sản phẩm quang hợp cực đại đạt được ởcường độ chiếu sáng trung bình

Cây chịu bóng về bản chất, là cây ưa sáng, nhưng thích nghi sống ở nơi ítánh sáng, thường phân bố ở đáy rừng Sản phẩm quang hợp tăng khi cường độchiếu sáng tăng Những đại diện của cây chịu bóng khá đa dạng như Gừng, Riềng,Vạn niên thanh, Ráy

Nhờ sự xuất hiện khác nhau của các nhóm sinh thái, rừng, nhất là rừng mưanhiệt đới thường phân nhiều tầng, tạo nên những sinh cảnh khác nhau cho cácnhóm động vật khác nhau cư trú

Liên quan với chế độ chiếu sáng, thực vật còn được chia thành nhóm cây

ngày dài và cây ngày ngắn, đặc trưng cho vùng vĩ độ trung bình ở Bán cầu Bắc.

Cây dài ngày trong thời kì ra hoa kết trái đòi hỏi các pha sáng nhiều hơn pha tối

Ngược lại, cây ngày ngắn trong thời trong thời kỳ ra hoa kết hạt lại đòi hỏi các phatối nhiều hơn pha sáng.

Ở thềm lục địa, các loài tảo Đỏ (Rhodophyta) thích nghi với cường độ chiếu

sáng thấp và thời gian chiếu sáng ngắn nhờ có nhóm sắc tố bổ sung (phycoerythrin)hấp thụ được nguồn năng lượng rất thấp của Mặt Trời ở tầng nước sâu

Động vật cũng đòi hỏi ánh sáng cho sự sống của mình, nhưng không quáchặt chẽ Nhiều loài động vật có thể sống được ở nơi không có ánh sáng như trongđất, trong các hang tối hay trong tầng nước sâu đại dương

Một lượng nhỏ tia tử ngoại giúp cho động vật chuyển hóa các vitamin cầnthiết, song liều lượng cao lại gây hại cho quá trình trao đổi chất ở cả động và thực

vật, Các tia X, α, β với cường độ nhất định thường gây đột biến gen đối với cơ thể.

Liên quan đến ánh sáng, động vật được chia thành: nhóm loài ưa hoạt độngban ngày, nhóm loài ưa hoạt động ban đêm và nhóm loài ưa hoạt động vào lúcchuyển tiếp ngày qua đêm (hoàng hôn) hoặc đêm qua ngày (bình minh)

Nhóm thứ nhất được đặc trưng bởi sự phát tiển của cơ quan thị giác và thân

có màu sắc, thậm chí rất sặc sỡ Ở nhóm 2, mắt thường kém phát triển hoặc rất tinh(hổ, mèo, cú), nhưng đại bộ phận cơ thể nhuộm mầu xỉn đen Ở nhiều loài sinh vậtbiển sống sâu, cơ quan thị giác tiêu giảm, được thay bằng cơ quan phát sáng hoặc

sự phát triển của xúc giác

Màu sắc cơ thể có ý nghĩa sinh học rất quan trọng trong đời sống của các loài:

- Các cá thể của loài dựa vào màu sắc để nhận biết nhau Những loài sống đàn thường có màu sắc đàn như các điểm, xoang màu trên cơ thể

- Màu sắc cơ thể giúp cho loài ngụy trang để trốn khỏi kẻ thù hoặc để rình bắtmồi Côn trùng là nhóm động vật có khả năng ngụy trang xuất sắc nhất trong giớiđộng vật nhờ sự biến đổi màu sắc và cả hình dạng thân đến bất ngờ (bọ lá, bọ que).(hình 2,5) Một số loài còn biến đổi màu sắc thân theo thời gian liên quan vớicường độ chiếu sáng trong ngày hay sự thay đổi màu sắc của môi trường(Cameron, tắc kè )

Hình 2.5 Màu sắc ngụy trang của bướm lá (a), bọ que Australia (b) và sự biến đổi hình dạng của cá

ngựa Phyllopteryx eques (c) để sống ẩn dật trong các đám rong, cỏ biển.

- Màu sắc thân như là dấu hiệu giới tính của loài Ở nhiều loài sự khácnhau về màu sắc giữa cá thể đực và cái xuất hiện ngay từ khi còn non (cá Khổngtước, cá Chọi, cá Rô cờ), song một số loài sự khác nhau đó chỉ xuất hiện khi đến

tuổi thành thục (cá hồi Viến Đông ), gọi là hiện tượng “khoác áo cưới”.

- Màu sắc thân rất sặc sỡ như tín hiệu báo sự nguy hiểm Đặc tính này cómặt ở những sinh vật trong cơ thể có chứa chất độc nguy hiểm Nhiều loài tuy

trong cơ thể hoàn toàn không chứa chất độc, nhưng “bắt chước” màu sắc của những loài thực sự độc để dọa những vật ăn thịt chúng Đó là màu sắc “dọa nạt”.

1.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ là nhân tố sinh thái rất quan trọng đối với đời sống Nhiệt độ phân

bố không đều theo vĩ độ địa lí và địa hình, theo độ cao và độ sâu tầng nước, theongày đêm và theo mùa Ở các vĩ độ cao hay ở vùng nhiệt đới xích đạo nhiệt độhoặc rất thấp (trên các đỉnh núi cao) hoặc rất cao, khá ổn định trong năm, nhưng ở

vĩ độ trung bình lại rất dao động theo mùa Càng lên cao trong tầng đối lưu hoặccàng xuống sâu trong tầng nước đại dương và các hồ sâu, nhiệt độ giảm dần rồi ổnđịnh (hình 2.6 và 2.7)

Những loài sống ở điều kiện nhiệt độ khác nhau đều có những đặc điểm thíchnghi riêng Cây ở vùng lạnh thường có vỏ dày, xốp chứa khí, phủ bởi lông tơ hoặcsáp, trong mùa đông gần như ngừng sinh trưởng, có “chồi ngủ đông” Tương tự, ở cácloài động vật thân phủ lông và có lớp mỡ dưới da dầy, có tập tính di cư trú đông vàngủ đông Sống ở nơi hoang mạc khô và nóng các loài động vật chuyển các sinh hoạtvào ban đêm hay cư trú trong các hang hốc với nhiệt độ thích hợp Các loài côn trùng

có vỏ kitin óng ánh để phản xạ lại ánh sáng hoặc có khoang khí chống nóng

Hình 2.6 Sự biến thiên của nhiệt độ trong khí quyển.

Độ sâu

Nhiệt độ ( o C) Tầng nước mặt, ấm

Tầng nước đệm

Tầng nước sâu, lạnh)

Hình 2.7 Sự phân bố của nhiệt độ theo độ sâu thủy vực.

Nhờ những đặc tính riêng, nhiều loài có khả năng sống trong điều kiện nhiệt độ

rất thấp Ví dụ: ấu trùng sâu ngô (Pyrausta nubilaris) chuẩn bị qua đông chịu được

nhiệt độ âm 27,2oC, cá tuyết (Boregonus saida) hoạt động tích cực ở nhiệt độ -2oCgiữa các tảng băng trôi Một số loài có giới hạn sinh thái rất rộng như loài chân bụng

(Hydrobia aponensis) chịu được sự dao động nhiệt độ từ -1oC đến +60oC

Liên quan với khả năng điều hòa thân nhiệt, sinh vật được chia thành nhómbiến nhiệt (poikilothermal) hay ngoại nhiệt (ectothermal) và nhóm đồng nhiệt(homothermal) hay nội nhiệt (endothermal)

Ởnhóm thứ nhất, thân nhiệt biến đổi theo sự biến đổi của nhiệt độ môi trường (hình 2.8) Chúng gồm tất cả các loài vi sinh vật, Protozoa, thực vật, động vật không xương sống và động vật có xương sống với tim 2 ngăn và 3 ngăn Ngược lại, ở nhóm thứ 2 như

các loài chim và thú, thân nhiệt luôn ổn định, độc lập với sự biến đổi nhiệt độ củamôi trường Nhờ vậy, chúng có ưu thế hơn trong chinh phục bề mặt Trái Đất.

Hình 2.8 Trao đổi nhiệt giữa cơ thể động vật biến nhiệt và môi trường

Trong quá trình sống, khả năng tích tụ và thải nhiệt của các loài động vật biếnnhiệt thấp hơn nhiều so với những loài đồng nhiệt Ví dụ, cá chép có khối lượng 105gtrong một ngày đêm chỉ thải ra 10,2 kcal/kg cơ thể dưới dạng nhiệt, trong khi một consáo nặng 75g với khoảng thời gian như thế thải ra 270 kcal/kg cơ thể

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh vật biến nhiệt khác nhau rất khác nhau Tronggiới hạn sinh thái, tốc độ trao đổi chất của sinh vật tăng khi nhiệt độ môi trườngtăng, và ngược lại Nhờ vậy, trong nghiên cứu vant’ Hoff (1887) đã đưa ra công

thức tính “hệ số nhiệt” (Q 10 ) như sau:

Bằng các thực nghiệm, mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian phát triển của một giai đoạn hay cả đời sống động vật biến nhiệt được thể hiện bằng công thức dưới đây:

T = n(x - k)T: là tổng nhiệt hữu hiệu ngày cần cho sự phát triển của một giai đoạn hay

cả đời sống; n- số ngày cần cho sự hoàn thành một giai đoạn phát triển hay cả đời

sống; x: nhiệt độ môi trường; k: nhiệt độ ngưỡng của sự phát triển

Ởđộng vật biến nhiệt, kích thước cơ thể thường tăng theo chiều đi từ vĩ độ caoxuống vĩ độ thấp, ngược lại, ở động vật đồng nhiệt, những quần thể của loài haynhững loài gần nhau về nguồn gốc, kích thước cơ thể lại tăng theo chiều ngược lạiliên quan với quá trình trao đổi chất của chúng (quy tắc Bergman) Tuy nhiên,những loài sống ở nơi quá lạnh, các phần thò ra của cơ thể (đuôi, tai) thường thunhỏ lại (quy tắc Allen) so với những quần thể sống ở vĩ độ thấp hơn

Nói chung, mỗi loài đều có giới hạn sinh thái riêng đối với nhiệt độ nên chúng cóvùng phân bố riêng, đặc trưng cho loài Sự phân bố của chúng thường được kiếm soátbởi các điều kiện môi trường dưới cực thuận (sub-optimum) Điều kiện dưới cựcthuận có quan hệ với nhiều nhân tố khác để tạo nên những hiệu ứng tổng hợp đối vớiđời sống, Do đó, những quy tắc Bergman, Allen cũng chỉ có ý nghĩa tương đối

và đỉnh núi cao

Nước là môi trường rất thuận lợi cho sự ra đời của sự sống trên Trái Đất, nơitồn tại và phát triển của thế giới thủy sinh vật Sống trong nước, các loài thủy sinhvật có những thích nghi rất tinh tế cả về hình dạng, các đặc tính sinh lí-sinh thái vàlối sống để có thể chiếm lĩnh được toàn bộ khối nước đại dương Tuy nhiên, sựsống thường tập trung ở tầng nước mặt, nhất là ở dải độ sâu 0-100m, càng xuốngsâu sự sống càng trở nên nghèo nàn (xem chương Sinh quyển)

Ởtrên cạn, nước được cấp bởi mưa và độ ẩm không khí Trong đất, nước tồntại dưới dạng tự do trong các khe mạch và túi nước ngầm hay dưới dạng nước liênkết với các cấu tử của đất.

Cây lấy nước và muối khoáng hòa tan từ các mao mạch đất nhờ bộ lông hút,song có tới 97-99% nước mà cây kiếm được thoát khỏi bề mặt lá Đó là chiến lượcsống còn của thực vật Nhờ vậy, dòng nước và muối khoáng được cây vận chuyểnliên tục từ đất lên lá, ở đấy muối khoáng được giữ lại cho quang hợp, còn nướcthoát ra khí quyển

Cây lấy nước và muối khoáng từ các mao mạch đất, song nếu đường kính maomạch nhỏ hơn 0,2-0,8μm, lông hút cũng không thể xâm nhập vào được Bởi vậy, đấtcàng mịn, khả năng giữ nước càng tốt, đất trở nên yếm khí, cây vẫn bị chết Ngượclại, đất quá xốp, tuy thoáng khí, nhưng khả năng giữ nước kém, trở nên khô hạn Do

đó, từ mối quan hệ giữa độ ẩm và cấu trúc của đất, người ta đưa ra khái niệm về “độ

héo vĩnh viễn” của thực vật, nghĩa là lượng nước còn chứa trong đất (tính bằng %) mà

ở đấy cây bắt đầu héo và chết Độ héo vĩnh viễn giảm dần từ đất hạt mịn đến đất hạt

thô (cao ở đất than bùn, giảm đi ở đất limon-bùn, đạt cực tiểu ở cát thô)

Độ ẩm là nhân tố sinh thái giới hạn quan trọng đối với các loài sinh vật trêncạn Trong nghiên cứu, ngoài việc đo đạc độ ẩm tương đối (tính bằng %), người ta

còn sử dụng đại lượng “độ hụt bão hòa” Đó là hiệu số giữa áp suất hơi nước trong

điều kiện bão hòa và áp suất hơi nước trong thực tế Các nghiên cứu khẳng địnhrằng, sự thoát hơi nước thường tỉ lệ thuận với độ hụt bão hòa chứ không phải là độ

ẩm tương đối

Những nơi có độ ẩm cao, nhất là trong rừng mưa nhiệt đới, các cây bì sinh, khísinh phát triển rất phong phú Đây còn là nơi sống của nhiều loài động vật cần độ ẩmcao như ruồi, muỗi, vắt sống ở lớp khí và đất ẩm bề mặt hay giun đất sống trong đất

Khi độ ẩm thấp, khả năng thoát hơi nước từ thực vật gia tăng, cây càng vận chuyển được nhiều chất dinh dưỡng lên lá, sản lượng chất hữu cơ tích lũy trong cơ thể

thông qua quang hợp càng cao Các nghiên cứu chỉ ra rằng, “hiệu quả thoát hơi nước”,

tức là số gam chất hữu cơ (khối lượng khô) được tích lũy trong cơ thể thực vật khi lượng

nước thoát khỏi lá là 1000g Đối với cây nông nghiệp và hoang dã, hiệu quả này cóthể đạt đến 2 hoặc nhỏ hơn 2, còn đối với những cây chịu hạn, giá trị đó cao hơn.

Liên quan với độ ẩm và nhu cầu nước, thực vật được chia thành nhóm cây ưa ẩm

(hydrophil), sống ở nơi độ ẩm cao gần mức bão hòa, nhóm cây ưa ẩm vừa (mesophil) và

nhóm cây chịu hạn (xenophil), sống ở những nơi khô hạn và rất khô hạn.

Nhóm cây chịu hạn có nhiều đặc điểm sinh lí sinh thái rất nổi bật:

- Trước hết, chúng có thể chứa một lượng nước lớn trong cơ thể: trong thân, trong lá, trong rễ và củ mọng nước

- Phát triển khả năng để giảm tối đa sự thoát hơi nước khỏi cơ thể bằng nhiềuhình thức: thân phủ sáp hoặc lông tơ dày; giảm bớt lỗ khí khổng, thậm chí khíkhổng đóng lại khi điều kiện quá khô hạn; giảm bớt diện tích lá, ở nhiều loài lábiến thành dạng lá kim hoặc thành gai; nhiều loài rụng lá trong thời kì khô hạn

- Phát triển các phương tiện tìm và kiếm nước: Ở cây có rễ cọc, rễ ăn sâuxuống tầng đất, ở cây có rễ chùm, rễ có khả năng chịu nóng và mở rộng diện tíchtrên gần sát mặt đất để hấp thụ nước từ sương đêm hay nước mưa rất ít ỏi Nhiềuloài cây còn phát triển rễ phụ để lấy ẩm trong không khí (đa, si )

- Khả năng “trốn hạn”, tức là thực vật tồn tại dưới dạng hạt, chỉ nhanh chóngnẩy mầm, phát triển thành cây, ra hoa, kết hạt trong những thời gian có mưa và độ

ẩm cao Hạt già rụng xuống sống vùi trong cát để chờ một chu kì phát triển mớivào năm sau Đây là đặc tính thích nghi rất cao của các loài thực vật phải sốngtrong điều kiện khắc nghiệt về nước và độ ẩm trên những cồn cát hay trên cáchoang mạc rất ít mưa

Động vật sống trong vùng khô hạn cũng có những thích nghi tương tự : tích lũynước trong cơ thể (tự do hay liên kết); giảm sự mất nước khỏi cơ thể nhờ thân đượcbọc bằng vỏ kitin, vảy sừng, lông thưa để giảm lỗ chân lông; giảm nhu cầu về nước,lấy nước từ thức ăn, đại tiểu tiện ít, phân khô, nước tiểu ít Những loài kém chịu hạnthường phát huy cao các tập tính sinh thái của mình như chuyển hoạt động vào banđêm và nơi có độ ẩm thích hợp (trong hang, bóng rợp ) khi quá khô nóng

Hiệu quả tác động của độ ẩm lên đời sống động thực vật không chỉ là tác độngđơn lẻ và còn phụ thuộc và bị chi phối bởi nhiều nhân tố khác như cường độ chiếu

sáng, nhiệt độ, áp suất khí quyển, gió Ví dụ: ở nhiều loài côn trùng khi nhiệt độgiảm thấp, “độ hụt bão hòa” cao, tuổi thọ sẽ rút ngắn do mất nước; khi độ ẩm quácao trong điều kiện nhiệt độ xuống thấp thì tỉ lệ tử vong của côn trùng lại rất lớn.

1.4 Tác động tổ hợp của nhiệt - ẩm

Nhiệt - ẩm là 2 yếu tố rất quan trọng của khí hậu toàn cầu, quyết định sự phân

bố, tồn tại và phát triển của loài, các quần xã sinh vật và các khu sinh học trênnhững vùng địa lí xác định Để mô tả mối quan hệ tác động tổ hợp nhiết-ẩm người

ta thành lập “khí hậu đồ”, nếu tồn tại trong đó các nhân tố nhiệt - ẩm thỏa mãn

được những nhu cầu sống của sinh vật (hình 2.9)

nhờ quá trình phong hóa đá gốc (đá mẹ), các hoạt động sống của sinh vật, nhất làthực vật và sự canh tác của con người.

Đất được đặc trưng bằng những tính chất vật lý (cấu trúc hạt, sức nén, độ tơixốp, chế độ nước và khí, độ pH ), hóa học (các muối khoáng và ion), mùn bã hữu

cơ và axit humic Song các thành phần chính của đất có trong 4 nhóm cơ bản: các

vật liệu khoáng, chất hữu cơ, không khí và nước Trong đất đầu bảng, vật liệu

khoáng chiếm tỉ lệ 45%, chất hữu cơ 5%, khí và nước mỗi loại chiếm 25%

Khoáng và chất hữu cơ của đất được phân hóa thành các lớp, sắp xếp theotrật tự xác định với bề dày khác nhau, thích hợp với đời sống riêng của các loài,được gọi là “phẫu diện đất” (hình 2.10)

Hình 2.10 Cấu trúc của một phẫu diện đất từ tầng mặt đến đá gốc.

- Khoáng là kết quả phong hóa của đá mẹ và các chất được đem đến từ các lớp phía trên với kích thước thay đổi (< 0,002 - 2,0mm)

- Vật liệu hữu cơ được hình thành bởi “rác rưởi” sinh vật ngay trên lớp mặt.Thành viên tham gia phân hủy đất rất đa dạng, (vi sinh vật, chân khớp, giun đất,động vật có xương sống kích thước nhỏ sống trong đất), trong đó giun đất đóng vaitrò rất quan trong trong sự hình thành và cải tạo đất

- Nước và khí (O2, CO2, N2, CH4 ) xâm chiếm các khe đất Nước với các

chất vô cơ và hữu cơ hòa tan tạo nên “dung dịch đất”.

- Phức keo (colloidal complex) là một liên kết rất chặt chẽ giữa mùn đã đượccắt nhỏ, đang bị phân hủy và vật liệu khoáng, nhất là sét Cấu trúc này được xem là

“trái tim và linh hồn” của đất (Kormondi, 1996).

Sự hình thành đất là một quá trình, phụ thuộc vào khí hậu (nhiệt độ, nắng, mưa),địa hình (cao, trũng, hướng gió thịnh hành ), vật liệu gốc, sinh vật và thời gian, cũngnhư hoạt động canh tác của con người Trong mỗi khu vực, đất được chia thành cácnhóm khác nhau theo mối quan hệ giữa kết cấu và các đặc tính của đất (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa kết cấu của đất và các đặc tính của đât

Bùn (phù Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình sa)

Đất nhiều Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình mùn

Đất được chia thành các dạng khác nhau, phân bố ở các vĩ độ có khí hậu khácnhau: đất nâu và glây Bắc cực; đất pôtzon, đất nâu, argillic ở rừng lá kim; đất xám,pôtzon đỏ, pôtzon vàng ở rừng gỗ hốn tạp; đất ferralit, laterit, chua phèn ở vĩ độ thấp

1.6.1 Các chất vô cơ:

Các chất vô cơ rất phong phú trong thiên nhiên, có thể xem đất, nước và khíquyển như những chiếc va-li chứa mọi nguyên tố hóa học và các hợp chất củachúng Nhiều chất rất cần cho đời sống sinh vật, song nhiều chất chỉ là chất trơ tồntại như chất dự trữ mà trong điều kiện xác định mới được chuyển hóa thành cácchất hữu ích cho đời sống, có chất trở thành độc hại đối với loài này hay loài khác

Trong khí quyển nhiều chất tồn tại dưới dạng nguyên tố, song quan trọngnhất là ôxi (gần 21% thể tích), nitơ (khoảng 78%), cacbondioxit (CO2) hoặc cáchợp chất vô cơ đơn giản (H2O, NOx, SOx, ) và nhiều tạp chất khác

Trong đất các chất hóa học nằm dưới dạng khoáng, có nguồn gốc từ đá gốcđược giải phóng ra bởi quá trình phong hóa Chúng tồn tại dưới dạng các ôxit,muối hoặc các ion chứa trong dịch đất hoặc bị hấp phụ trên bề mặt các hạt đất như

CO32-, SO42-, F2O3, FeAl2O3, P2O5, CO2, H2O, Ca2+, Mg2+, Na+, K+

Trong nước, các chất vô cơ rất giầu do tiếp nhận từ khí quyển hay từ sự rửa trôicủa mặt đất, dưới dạng hòa tan hoặc kết tủa xuống đáy tồn tại như một dạng dự trữ.Thông qua con đường hấp thụ khoáng của thực vật hoặc bằng con đường thẩmthấu và nhờ quá trình quang hợp của thực vật hay tảo, các nguyên tố hóa học trựctiếp tham gia vào sự hình thành các chất hữu cơ phức tạp, rồi sau đó bị phân hủybởi vi sinh vật, chúng lại trở lại môi trường

1.6.2 Các chất hữu cơ: được đặc trưng chủ yếu bởi sự gắn kết giữa nguyên tử

cacbon và hidro Cấu trúc hydro-cacbon xuất hiện trong quang hơp Nhờ đó mộtphần năng lượng Mặt Trời được tích tụ trong các hợp chất hữu cơ dưới dạng hóanăng, sau được sinh vật dị dưỡng sử dụng như một nguồn sống

Phần lớn các chất hữu cơ đơn giản có thể hòa tan trong nước, trở thành thức ănquan trọng cho các loài sinh vật có kích thước nhỏ (vi sinh vật, Protozoa ) Mảnh vụn

từ xác động thực vật hay từ các chất bài tiết của chúng đang bị phân hủy trở thànhthức ăn cho các loài động vật ăn detrit Đương nhiên, một số chất hữu cơ không đượcsinh vật sử dụng do cấu trúc phức tạp về mặt hóa học Sự phân hủy của chúng đòi hỏithời gian dài và cần những men đặc hiệu của các nhóm vi sinh vật

1.7 Dòng và tác động của dòng lên đời sống sinh vật

Dòng là khái niêm chỉ tất cả sự vận động định hướng của vật chất từ nơi nàyđến một nơi khác do nhiều nguyên nhân Đó là các dòng khí (gió, dòng khí thăng-giáng), dòng nước (dòng sông, hải lưu, dòng triều, dòng đối lưu trong tầng nước).

Gió không chỉ phân bố lại nhiệt - ẩm trên hành tinh mà còn giữ vai trò quantrọng trong đời sống thực vật trên cạn: giúp cây thụ phấn (mang phấn hoa, hươngdẫn dụ côn trùng) và phát tán nòi giống Ở nhiều loài thực vật, hạt hình cánh, cótúm lông tơ, bông nhờ đó, chúng có thể phát tán rất xa (hình 2.12)

Những loài chim (diều hâu, hải âu, nhạn biển ) còn dựa vào các dòng khíthăng-giáng để bay liệng trong không gian

Hình 2.12 Sự thích nghi của các loài thực vật với sự phát tán nhờ gió Ở chúng, các bào tử có kích thước rất nhỏ và rất nhẹ hoặc hạt có cánh, có túm lông để gió mang đi rất xa, nhiều khi xa đến hàng trăm cây số.

Những cây sống ở những nơi lộng gió thường có thân thấp, phát cành sớm

hoặc có rễ cọc cắm sâu vào lòng đất hoặc có “thân rễ” (cây đước), nhiều cây thân

thảo có thân bò và rễ bám chắc vào đất (bìm bìm biển, muống biển ) Nhiều cây

gỗ có “bạnh rễ” rất lớn (hình 2.13) hay phát triển rễ phụ (đa, si ).

Hình 2.13 Bạnh rễ của cây gỗ cao ở rừng Côn Đảo.

Dòng biển (hải lưu, dòng triều ) có vai trò tương tự như các dòng khí, mangthức ăn đến cho các loài sống cố định hay ít di động (san hô, huệ biển, thânmềm ) và tham gia vào quá trình thụ tinh, phát tán nòi giống và phân bố lại cácloài trong biển.

2 Hoạt động của sinh vật làm biến đổi các điều kiện môi trường

Sinh vật không chỉ sống phụ thuộc vào các điều kiện môi trường mà còn gâytác động trở lại, làm cho môi trường biến đổi Nói cách khác, sinh vật tham gia cảitạo môi trường để giảm nhẹ tác động của môi trường lên đời sống của chính mình

Ở những bậc tổ chức càng cao (quần thể, quần xã) sức cải tạo môi trường càng lớn.Chẳng hạn, con người biết làm nhà, biết trang bị những phương tiện kĩ thuậttiên tiến để sinh hoạt, ăn ở, đi lại, đồng thời còn biến những cảnh quan hoang sơ(Natural Environnement) thành những cảnh quan văn hóa (CulturalEnvironnememt)

Trong quá trình tiến hóa của vỏ Trái Đất, khí quyển nguyên thủy nằm ở dạngkhử chứa đầy CO2, CO, N2, hơi nước Khi xuất hiện sinh vật mang màu (khuẩnlam, thực vật), thành phần của nó thay đổi cơ bản, từ dạng khử chuyển sang dạngoxy hóa Không những thế, sinh vật còn đóng vai trò rất quan trọng trong việc duytrì sự cân bằng và tính ổn định bền vững về thành phần các loại khí, giúp cho sinhgiới phát triển tiến hóa một cách ổn định

Sự phát triển của các loài, nhất là động vật có vỏ đá vôi đã làm cho bề mặthành tinh biến đổi sâu sắc: hình thành các lớp trầm tích silic, đá vôi dày hàngnghìn mét, những đảo và quần đảo san hô đồ sộ như những “Trường sơn”, điểnhình là Chắn lớn (Gread Barrier) san hô ở Thái bình dương

Những lớp phủ thực vật tạo nên vi khí hậu, thuận lợi cho đời sống nhiều loài,nhất là những sinh vật đất Rừng cây như lá phổi xanh của hành tinh

Những ví dụ nêu trên một lần nữa khẳng định, vai trò cải tạo môi trường của cácquần xã sinh vật cực kì to lớn, nổi bật nhất là sinh giới điều chỉnh và sửa chữa nhữnglệch lạc của môi trường vật lí, đưa mối quan hệ giữa nó và môi trường về trạng tháicân bằng ổn định thông qua các mối liên hệ hồi tiếp, mặc dầu, sinh giới và sự pháttriển của nó lại bị chi phối trực tiếp hay gián tiếp bởi các điều kiện môi trường

Chương 3 TẬP TÍNH ĐỘNG VẬT

Năm sáu mươi năm trước, các nhà nghiên cứu Nhật bản đã bắt đầu quan sáttập tính của khỉ sống ở đảo Koshima Người ta vất khoai lang trên bãi biển chonhững con khỉ rời khỏi rừng xuống kiếm ăn Trong chúng có một con nhặt đượckhoai, lau sạch cát trước khi ăn Đến năm sau, như thông lệ, đàn khỉ lại xuống bãi

biển, một con khỉ cái Imo được các nhà khoa học đặt tên, mang mẫu khoai lang xuống nước để rửa sạch cát Thế rồi những con khỉ cái sống với Imo làm theo.

Những con đực trưởng thành cảm thấy ngạc nhiên về hành động của nhóm khỉ cái

và chúng chẳng học theo Imo Ngược lại, những con khỉ non lại bắt chước mẹ rửa

khoai và quen làm việc đó cho đến khi trưởng thành Hiện nay, các bầy khỉ cả đựclẫn cái đều biết rửa khoai cũng như các loại thức ăn khác bằng nước mặn, thậm chícòn “bỏ muối” vào thức ăn và học bơi Những việc làm trên xuất hiện ở đàn khỉđược gọi là tập tính Vậy tập tính là gì? các loài động vật đã học được như thế nào?

Có những thói quen nào không cần phải học?

1 Tập tính - nội cân bằng và sự tiến hóa

Mọi hành động được động vật làm là những tập tính của nó, chẳng hạn, tìmnơi để ở, kiếm thức ăn, tránh vật ăn thịt, thụ tinh, sinh sản và nuôi con, thậm chí có

cả hành động “hi sinh” của cá thể nào đó cho sự tồn tại của đàn

Mục đích của tập tính ở động vật là cho phép cơ thể duy trì được nội cân

bằng (homeostasis), sống sót và sinh sản Chim làm tổ và ấp trứng cho đến khi con

nở Ở châu Phi những đàn động vật hoang dã đầu tiên di cư lên phía bắc, sau đó lạixuống phía nam liên quan với mùa mưa Khi còn non, cá Đĩa bơi xung quanh bố

mẹ để kiếm chất nhớt giầu dinh dưỡng được tiết ra từ bố mẹ Duy trì sự ổn địnhnhiệt, cân bằng nước và muối đều là tập tính được kiểm soát bởi nội cân bằng Nộicân bằng đòi hỏi các điều kiện trong cơ thể được duy trì ổn định tương đối, cần chođời sống Cơ thể ứng xử bằng nhiều cách để duy trì những điều kiện như thế

Ong mật đẻ trứng vào từng ô sáp trong tổ ong Trứng nở và phát triển quacác giai đoạn ấu trùng và nhộng trong các ô trước khi phát triển thành dạng trưởngthành Đôi khi nhiều con ong đang phát triển chết ngay trong các ô sáp, một vài

dạng ong mật còn chuyển những nhộng chết khỏi tổ để tránh ô nhiễm, trong khinhững loài ong khác lại không biết làm như thế Tập tính đặc biệt này phát triểnnhư thế nào?

Như chúng ta đã biết, sự thích nghi được thể hiện bằng các phản ứng về mặthình thái, sinh lí hay tập tính Quá trình chọn lọc tự nhiên, tập tính được hình thànhliên quan đến phản ứng dựa trên một đặc tính sinh lí, sinh thái bất kì Trong quầnthể những sai khác có thể xuất hiện đối với từng cá thể Tập tính có thể được xácđịnh bởi tính di truyền, xuất hiện ngay trong cơ thể từ lúc mới sinh Ở động vật,những tập tính giúp chúng có khả năng sống sót tốt hơn sẽ được duy trì từ thế hệnày sang thế hệ khác, còn những tập tính không đưa đến sự thích nghi với sự sốngsót sẽ ít có khả năng truyền lại qua sinh sản Theo cách đó, tập tính được xác định

giống như “dấu ấn” được chọn lọc một cách tự nhiên Tập tính của động vật cũng

tiến hóa như những đặc tính khác, chẳng hạn màu sắc lông, kích thước cơ thể

2 Sự nhận biết bằng giác quan

Ứng xử một cách phù hợp để duy trì nội cân bằng và tạo khả năng sống sót,phụ thuộc vào lượng thông tin chính xác về môi trường Cơ quan tiếp nhận vàcung cấp thông tin được gọi là cơ quan cảm giác

Mắt, tai, mũi, miệng và bề mặt da của chúng ta đóng vai trò như những cơquan cảm giác Nhờ vậy, chúng ta có thể nhận biết những thông tin về môi trường.Nếu một người bị nhốt trong buồng tối, không hề có tiếng động, nhiệt độ phòngcũng không hề thay đổi Theo thời gian, người đó sẽ không thể chịu được vì sựcăng thẳng và rồi bị phát điên Rõ ràng để tồn tại, chúng ta cần nhận biết về thếgiới bên ngoài nhờ các “thụ quan” để duy trì thân nhiệt, áp lực máu, sự cân bằngnước và các hoạt động trao đổi chất khác Không có các “thụ quan” như thế thì nộicân bằng cũng không được duy trì

Các cơ quan cảm giác và khả năng nhận biết thế giới xung quanh ở động vậtrất đa dạng đến kinh ngạc Ở nhiều loài rắn, cơ quan cảm giác tập trung trongkhoang miệng và lưỡi, nhờ đó, rắn có thể “ngửi” được các phân tử mùi trongkhông khí Chó có thể nghe được tiếng động có tần số cao hơn nhiều so với taingười Voi có thể nghe được tiếng động có tần số rất thấp so với tai người ở một