IX. Tiến hoá của sinh giớ
CHƯƠNG V: SINH THÁI HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
Thuật ngữ sinh thái học Ecology bắt nguồn từ hai chữ Hy lạp: Oikos là nhà, nơi ở; Logos là khoa học.
Theo nghĩa hẹp sinh thái học là khoa học về nơi ở. Hiểu rộng hơn nó là khoa học nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường xung quanh.
Đối tượng của sinh thái học bao gồm những cấp độ tổ chức của các cơ thể
sống có quan hệ với mơi trường từ cá thể đến quần thể, quần xã , hệ sinh thái đến sinh quyển.
Nội dung cơ bản của sinh thái học gồm những vấn đề sau
1.Nghiên cứu đặc điểm các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến đời sống của
các sinh vật và sự thích nghi của chúng với các điều kiện ngoại cảnh khác nhau. 2.Nghiên cứu nhịp điệu sống của các sinh vật.
3.Nghiên cứu các quần thể sinh học.
4.Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc của các quần xã.
5.Nghiên cứu sự chuyển hoá vật chất và năng lượng trong quần xã. 6.Nghiên cứu chu trình sinh địa hố của một số chất.
7.Nghiên cứu cấu trúc của sinh quyển.
8.Ứng dụng những kiến thứ sinh thái học vào đời sống, phục vụ cho lợi ích của con người.
I.Quần thể
1. Khái niệm
Quần thể là tập hợp những cá thể cùng lồi, cùng sinh sống trong khoảng khơng gian nhất định, ở một thời điểm nhất định. Những cá thể trong một quần
thể có khả năng giao phối với nhau, mỗi quần thể có một tập hợp gen tạo thành một cấu trúc di truyền chung. Tính di truyền của quần thể có liên quan trực tiếp tới những đặc tính sinh thái của quần thể (khả năng thích ứng, tính chống chịu,
tính thích nghi về sinh sản).
Nơi sinh sống của quần thể phù hợp với đặc điểm sinh học và khả năng vận chuyển của loài, đặc biệt đối với những loài chim, thú lớn.
Sau đây là ví dụ nêu lên sự hình thành những quần thể trên những môi trường thay đổi : Sự phân huỷ dần dần xác chết của một con thú theo 7 giai đoạn. Mỗi giai
đoạn ứng với một mơi trường mới. Ở mỗi mơi trường có những quần thể nhất định.
1. Ở xác thú nơi chết đầu tiên ta gặp những quần thể ruồi thuộc giống
Musca, Calliphora, Cyrtoneura. Chúng đẻ trứng trên da xác chết, ấu trùng ruồi
của những quần thể trên hoá nhộng khoảng 1 thuần.
2. Khi xác thú bắt đầu bốc mùi amoniac thì trên đó xuất hiện những quần thể ruồi thuộc giống Lucilia và Sarophaga.
3. Sau đó những cánh cứng thuộc giống Desmestes và bướm thuộc giống Aglossa được thu hút đến. Ấu trùng của những giống trên sử dụng mỡ của xác chết.
4. Khi protein của xác chết bị phân huỷ mạnh do sự lên men amoniac thì ruồi thuộc giống Piophila được thu hút đến.
5. Tiếp theo là giai đoạn gồm có những quần thể các giống Ophrya, Phora, Lonchae, Tyreophora, bọ cánh cứng Hister, Saprinus, Silpha, Necrophorus.
6.Khi xác chết đã khô, bét (Tyroglyphus uropoda) phát triển ngày càng
nhiều, đồng thời những cánh cứng (Attagenus, Anthreus) xuất hiện.
7.Khi xác chết chỉ cịn là những mảnh gân, cơ bám trên xương, thì xuất hiện những quần thể cánh cứng khác (Ptinus, Tenebrio).
2.Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quan hệ giữa các cá thể trong quần thể có thể là quan hệ hỗ trợ hoặc quan hệ
đấu tranh trực tiếp hoặc gián tiếp. Mối quan hệ sinh thái giữa những cá thể trong
quần thể bảo đảm cho quần thể tồn tại và khai thác được tối ưu nguồn sống của
môi trường tạo điều kiện cho quần thể phát triển.
a.Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể
Quan hệ hỗ trợ thể hiện qua hiệu quả nhóm. Hiệu quả nhóm là hiện tượng nảy sinh ra khi nhiều cá thể của một loài sống chung với nhau trong một vùng có diện tích (thể tích) hợp lý và có nguồn sống đầy đủ.
Ví dụ : Ở thực vật , hiện tượng rễ của các cây nối liền nhau tăng khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi (Vân sam hoặc thơng có 30% cá thể có rễ nối liền) nên hạn chế được gió, hạn chế sự mất hơi nước...
+ Ở động vật: các cá thể của quần thể ở nhiều lồi động vật chỉ có thể sinh sản
được bình thường và quần thể chỉ có thể tồn tại được khi quần thể có một số lượng
cá thể nhất định: một đàn voi châu Phi chi tồn tại được phải có ít nhất 25 con. b. Quan hệ đấu tranh giữa những cá thể trong quần thể
Khi số lượng cá thể của một quần thể lên quá cao không phù hợp với nguồn sống, sẽ dẫn đến trạng thái thừa dân và gây ảnh hưởng xấu đến những cá thể trong quần thể.
+Hiện tượng tự tỉa ở thực vật: Hiện tượng tự tỉa tự nhiên xảy ra khi thiêu
chất dinh dưỡng trong đất, ánh sáng không đủ, khi đó hàng loạt cá thể bị tiêu diệt sớm hơn tuổi thọ.
+ Ở động vật
-Ảnh hưởng của mật độ với sự ô nhiễm môi trường và trạng thái sinh lý. Khi cấy mọt bột người ta đã phát hiện được mật độ tối thích.
-Hiện tượng ăn lẫn nhau khi mật độ cao. Khi mật độ quần thể lên cao và do thiếu thức ăn đã gây ra hiện tượng ăn lẫn nhau hoặc ăn trứng chúng đẻ ra (cá lớn nuốt cá bé, tôm he, sâu bọ, rắn hổ mang..)
-Hiện tượng cạnh tranh do mật độ cao: cạnh tranh nơi ở hay vùng làm tổ. c.Mối quan hệ giao tiếp giữa những cá thể trong quần thể
Mối quan hệ giao tiếp giữa những cá thể trong quần thể có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì tổ chức bầy, đàn. Phương tiện giao tiếp được gọi là ngôn ngữ. Ngôn ngữ ở động vật rất đa dạng gồm nhiều hình thức khác nhau.
+Liên hệ bằng tác nhân hóa học: Cụ thể bằng các pheromon, các chất dẫn dụ sinh học (chất dẫn dụ giới tính, chất đánh dấu, chất báo động)
+Liên hệ bằng thị giác: Cụ thể qua màu sắc (màu sắc giới tính, màu sắc bảo vệ...) tư thế (sinh dục, bảo vệ) trạng thái sinh lý (chim há mỏ địi ăn, tình cảm nét mặt của khỉ, chó).
+Liên hệ bằng thính giác : tiếng hát, tiếng kêu (gọi bầy, gọi cái, báo động,
địi ăn, thơng báo nguồn thức ăn, tự vệ hoặc tấn công...)
+Liên hệ bằng xúc giác : cụ thể qua động tác kích thích của mẹ, con hoặc
đực cái trong mùa sinh sản
Đây là một trong những đặc trưng cơ bản của quần thể mang đặc tính thích ứng bảo đảm hiệu quả sinh sản của quần thể trong những điều kiện thay đổi của
ngoại cảnh. Người ta phân biệt ở 3 cấp độ.
-Thành phần giống bậc I : là tỷ số giữa số lượng cá thể đực với cái của trứng
đã thụ tinh. Ở đa số các loài động vật tỷ lệ này
11 1
≈ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Thành phần giống bậc II : Tỷ lệ đực cái khi trứng nở hoặc con sơ sinh. -Thành phần giống bậc III : Tỷ lệ đực cái ở cá thể trưởng thành. Tỷ lệ đực
cái bậc III đặc biệt quan trọng liên hệ với tập tính sinh dục và tiềm năng sinh sản.
Ở Ngỗng Vịt thành phần giới tính bậc III là
4060 60
. Gà Gô Mỹ, Cun Cút, Thỏ số lượng con đực cao hơn con cái.
Những loài đa thê (gà, hươu nai..) có số lượng con cái nhiều gấp 2 hoặc 3 thậm chí 10 lần.
Thành phần giới tính bậc III không ổn định mà thay đổi → sự tử vong của
đực, cái không đồng đều. Người ta ứng dụng để khai thác, bảo vệ.
b.Cấu trúc thành phần các nhóm tuổi là cơ cấu của quần thể, bảo đảm cho
quần thể có thể tồn tại được trong những điều kiện cụ thể của môi trường. +Khái niệm về tuổi và nhu cầu sinh học đối với mỗi nhóm tuổi.
-Khái niệm tuổi ở đây để chỉ thời gian đã sống của cá thể với đơn vị tính
theo năm, tháng, tuần lễ ngày giờ hoặc phút, hoặc tuổi để chỉ các giai đoạn của
đời sống (tuổi sinh thái): giai đoạn trước sinh sản (Tuổi I), giai đoạn sinh sản (tuổi
II) và giai đoạn sau sinh sản (tuổi III).
Do đặc điểm sinh lý ở các nhóm tuổi khác nhau nên nhu cầu của chúng (thức
ăn, nhiệt độ, oxy...) cũng khác nhau. Vì thế ở một số loài cá, các cá thể ở các
nhóm tuổi khác nhau sống tách rời nhau (cá bơn Platessa platessa ở biển Đức). +Hình tháp tuổi
Hình tháp tuổi biểu thị sự tương quan về số lượng tương đối các cá thể thuộc các nhóm tuổi khác nhau, được sắp xếp từ nhóm tuổi thấp lên nhóm tuổi cao. Sự sắp xếp các nhóm tuổi như vậy thờng theo hình tháp. Hình tháp tuổi được biểu thị bằng những hình chữ nhật có cùng chiều cao chồng lên nhau. Mỗi hình biểu thị số lượng cá thể (hoặc %). Dạng của hình tháp tuổi phụ thuộc vào tuổi thọ trung bình,
tỷ lệ sinh và tỷ lệ tử vong của các nhóm tuổi. Có thể phân hình tháp tuổi của quần thể thành 3 dạng biểu thị ba trạng thái khác nhau.
c.Sự phân bố của cá thể trong quần thể
Mỗi quần thể đều có một khu vực sinh sống nhất định. Khu vực sinh sống của quần thể cung cấp cho mọi cá thể nhu cầu sinh sống. Sự khai thác nguồn sồn không chỉ phụ thuộc số lượng cá thể của quần thể mà còn phụ thuộc vào sự phân bố của các cá thể trên khu vực đó. Có 3 kiểu phân bố :
+Kiểu phân bố đồng đều : Cây rừng, lúa trên cánh đồng, cây thông trong rừng thông. Trai Tellina tenuis sống trên bờ cát của biển Manche có kiểu phân bố này. +Kiểu phân bố ngẫu nhiên: Kiểu phân bố này chỉ gặp ở trong những trường hợp
-Các điều kiện sống phân bố đồng đều trong môi trường.
-Dạng phát triển (I). Đáy tháp rất rộng, chứng tỏ tỷ lệ sinh cao. Các cạnh thoai thoải và đỉnh tháp nhọn thể hiện tử vong cao, song với tỷ lệ sinh cao nên yếu tố bổ sung phong phú bảo đảm cho quần
thể phát triển mạnh.
-Dạng ổn định (II) : Đáy tháp rộng vừa phải
chứng tỏ tỷ lệ sinh không cao lắm. Cạnh tháp đứng hơn dạng trên chứng tỏ tỷ lệ tử vong đã giảm nhiều do đó yếu tố bổ sung chỉ đủ bù đắp cho tỷ lệ tử vong.
-Dạng giảm sút (III). Đáy hẹp chứng tỏ tỷ lệ sinh thấp nên số lượng cá thể sinh ra thấp, yếu tố bổ sung yếu nên quần thể ở trong tư thế giảm sút
có thể đi đến diệt vong. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nói chung, trong tự nhiên quần thể có xu thế
ở dạng ổn định. Dạng ổn định có thể tạm thời bị
thay đổi, tuy nhiên quần thể có khả năng tự điều
chỉnh để trở về trạng thái ổn định. I II III
Kiểu phân bố đồng đều và ngẫu nhiên có ý nghĩa sinh học lớn : giảm bớt sự cạnh tranh về dinh dưỡng, đặc biệt đối với động vật ăn thịt, hạn chế sự lây lan
bệnh tật, tạo điều kiện cho sự phát tán cá thể rộng rãi ra khắp khu vực sống, tận
dụng triệt để nguồn sống tiềm tàng trong môi trường. +Kiểu phân bố theo nhóm
Đây là kiểu phân bố phổ biến nhất, trong đó các cá thể của quần thể tập trung
theo từng nhóm ở những nơi có điều kiện sống tốt nhất. Kiểu phân bố này thích
ứng với sự phân bố khơng đồng đều các điều kiện sinh thái (thức ăn, nhiệt độ, ánh
sáng, nơi ở...trong khu vực sống của quần thể).
Kiểu phân bố theo nhóm có nhiều ý nghĩa sinh học, có liên quan đến hiệu quả của nhóm. Hiện tượng sinh sản vô sinh bằng chồi mọc ra từ hệ rễ hoặc ở
những loài cây mà hạt của chúng khơng có khả năng phát tán xa tọứn thổồngộc kiểu phân bố này.
+Phương pháp xác định các kiểu phân bố trong quần thể : Phương pháp phân bố phương sai.
Gọi n là số lần đi thu mẫu, m là số lượng cá thể trung bình của n lần đi thu mẫu. S2 = 1 - n m) (xi 2 ∑ − nếu x < 30
Đựa vào trị số của S2 ta có thể xác định được kiểu phân bố của quần thể. -Phân bố đồng đều khi S2 = 0
-Phân bố ngẫu nhiên khi S2 = m
-Phân bố theo nhóm khi S2 > m nếu S2 càng lớn, mức độ tập trung của nhóm càng lớn.
(a) (b) (c)
Hình : Ba kiểu phân bố cá thể của quần thể (Dreux 1974)