Đa dạng di truyền là tất cả các gen di truyền khác nhau của tất cả các cá thể thực vật, động vật, nấm, vi sinh vật. Đa dạng di truyên tôn tại trong một loài và giữa các loài khác nhau.
Hoặc, “Đa dạng di truyền là sự đa dạng về thành phần gen ệiữa các cá thê trong cùng một loài, giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng vê gen có thể di truyễn được trong một quần thể hoặc giữa các quần thể”.
Đa dạng di truyền là biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyên được trong một loài, một quân xã, hoặc giữa các loài, các quân xã.
Một biến dị gen xuất hiện ờ một cá thể do đột biến gen hoặc đột biên nhiễm săc thê ờ các sinh vật sinh sản hữu tính, có thê được nhân rộng trong quần thể nhờ tái tổ hợp.
(Nhiễm sắc thể - đó là cấu trúc hoặc phân tử ADN mang các gen.
Mỗi NST là một phân từ ADN riêng rẽ, rât dài liên kêt với các protein histon để tạo thành chất bắt màu đậm gọi là chất nhiễm sắc. số lượng NST trong mỗi tế bào cơ thể của một loài là cố định và đặc trưng cho loài đó. Thí dụ, tế bào cơ thể người chứa 46, tế bào chuột chứa 40, tế bào cây đậu lá rọng chứa 12 NST. .7)..
Tập hợp các biến dị gen trong một quần thể giao phối cùng loài có đươc là nhờ chọn lọc. Mức sống sót của các biến dị khác nhau dẫn đến tần suất khác nhau của các gen trong tập hợp gen. Điều này cũng tương tự trong tiến hoá của quàn thể. Như vậy, tấm quan trọng của biến dị gen là rất rõ ràng - nó tạo ra sự thay đổi tiến hoá tự nhiên cũng như chọn lọc nhân tạo.
Chỉ một phần nhỏ (thuờng nhỏ hơn 1 %) vật chất di truyền của các sinh vật bậc cao là được biêu hiện ra ngoài thành các tính trạng kiêu hình hoặc chức năng của sinh vật; vai trò của những ADN còn lại và tâm quan trọng của các biến dị gen của nó vẫn chưa được làm rõ.
Ước tính cứ 109 gen khác nhau phân bố trên sinh giới thì có 1 gen không có đóng góp đối với toàn bộ đa dạng di truyền. Đặc biệt gen kiểm soát quá trình sinh hoá cơ bản, được duy trì bên vững ở các đơn vị phân loại khác nhau và thường ít có biến dị, mặc dù những biển dị này nếu có sê ảnh hường nhiêu đên tính đa dạng của sinh vật.
1.3.2.L Gen, A llen
• Gen - đó là một đoạn của vật chất di truyền qui định sự di truyền của tính trạng. Gen có thể tồn tại ở nhiều dạng gọi là các allen.
• Allen (Allele = Allelomorph)
Đó là những dạng khác nhau của một gen (one of the alternative forms of gene) qui định một tính trạng (hiện nay có thể mở rộng định nghĩa này dưới dạng các allen là những dạng khác nhau của một gen thuộc một locut nhất định). Trong tế bào lưỡng bội, đối với một gen bất kỳ luôn luôn
có 2 allen (mỗi allen từ mỗi bố mẹ), chúng có vị tri xác định ứên các nhiễm sắc thể tương đồng, thường thì 1 allen trội (A) hơn allen kia (a).
Những allen khác nhau của một gen có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và đặc điểm sinh lý của mỗi cá thể theo một cách khác nhau. Lợi dụng tính chât nàỵ các nhà khoa học đã tạo ra được các giông cây trông, vật nuôi cho năng suất cao, phẩm chất tốt thông qua con đường lai tạo.
Tuy nhiên, việc tạo giống cây mới theo phương pháp truyền thống này (chuyển hạt phấn từ cây này sang nhuỵ hoa của cây khác để tìm cách to hợp lại các gen giữa 2 cá thể thực vật nhằm tạo ra con lai mang những tính trạng mong muốn) bị hạn chế vì chỉ thực hiện được giữa các cá thể cùng loài hoặc họ hàng gân, do vậy phương pháp tạo cây chuyên gen đã ra đời (từ 1980). Phương pháp này cho phép nhà tạo giông cùng lúc đưa vào một thực vật những gen mong muốn từ những sinh vật sống khác nhau, không chì những loài thực vật có họ hàng gân. Kêt quả giông mới được tạo ra nhanh hơn, vượt qua những giới hạn của tạo giông truyên thông.
Như vậy, dù sử dụng phương pháp nào thì con người cũng đã góp phân tạo thêm sự đa dạng các cây trông, vật nuôi, nhăm bảo tôn và phát huy những nguồn gen quí, hiểm.
Thiết nghĩ, trong tương lai không xa ở nước ta một số nguồn gen bản địa, quí, hiêm như bưởi Phúc Trạch (Hà Tĩnh), cam Xã Đoài (Nghệ An)...
sẽ được phục hồi, nhân rộng bằng kỹ thuật chuyển gen.
Hiện nay, trên thế giới có 17 nước đã triển khai chuyển gen cây trồng, chủ yếu trên các đối tượng: cà chua, ngô, đậu tương, cải dầu và các giống bông, trong đó 99% lượng cây lương thực biến đổi gen được trồng ở bôn nước: Canada, Mỹ, Argentina và Trung Quôc. Diện tích trông cây chuyên gen toàn câu không ngừng tăng - từ 1,7 triệu ha năm 1996 lên 67,7 triệu ha vào năm 2003 (tăng gâp 40 lân). Tuy vậy, cuộc tranh luận toàn cầu về lợi, hại của cây chuyển gen vẫn còn bất phân thắng, bại (theo Nguyễn Văn Mùi, 2006).
1.3.2.2 Kiểu g e tt, kiểu hình
(Kiểu gen - Genotype - đó là cấu trúc di truyền của một sinh vật).
Tổng các gen và các allen trong một quần thể gọi là nguồn gen của quần thể và những tổ hợp của các allen mà mỗi cá the có được gọi là kiểu gen (hay kiểu di truyền).
Kiểu hình (Phenotype) của mỗi cá thể được thể hiện bằng các tính chât vê hình thái, sinh lý, hoá sinh và được đặc trưng bời các kiểu di truyền trong từng môi trường nhất định.
Kiểu hình (hiện trạng của cá thể) phụ thuộc vào quan hệ trội, lặn giữa các allen trong kiêu gen và vào môi tương tác giữa kiêu gen với môi trường (hình 5).
(A) K hác kiếu Môi trường
g en giống nhau
Kiểu hình khac n hau
X
X
(B) C ù n g kiểu Môi trường
g en khác nhau
Kiểu hình khác nhau
Hình 5. Kiểu hình được quyết định bởi kiểu gen và môi trường bao quanh.
(Alcock,1993. Theo Richard B. Primack, 1999)
Chú ý: Những loài quí hiếm thường đơn điệu về gen so với những loài phổ biến, phân bố rộng, do đó chúng thường rất nhạy cảm với sự biến đổi của môi trường nên dễ bị tuyệt chủng.
(Bản đồ gen người: ngày 26/6/2000 TS. Franci Collin - Giám đốc Viện nghiên cứu gen nhân loại Quốc gia Mỹ (NIH) đã công bố với toàn thế giới về bản đồ gen người. Theo đó, đã giải mã được hơn 95% bộ gen người - khoảng 38.000 gen, kinh phí tiêu tốn 3 tỷ đôla, tham gia nghiên cứu có
1000 nhà khoa học thuộc sáu nước: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật và Trung Quốc, đã tiến hành nghiên cứu trong 10 năm - chính thức từ 1990, mặc dù kế hoạch đã được vạch ra từ 1985, có tới 45 tỷ “phép tính” đã được thực hiện trên máy vi tính).
1.3.3. Đa dạn g các hệ sinh thái
Hệ sinh thái (HST) - đó là đơn vị gồm tất cà các sinh vật và các yếu tố vô sinh của một khu vực nhất định, có sự tác động qua lại và trao đổi vật chất với nhau. (Hoặc: một quần xã sinh vật cùng với môi trường vật lý bao quanh tạo thành một hệ sinh thái) (hình 6 ).
Khái niệm HST khác biệt với khái niệm quần xã ở chỗ nó nhấn mạnh hơn về các yếu tố vô sinh.
1 .3 .3 . ì . ''^ a n ^ a ^
Tất cả các loài sinh vật sống trong cùng một sinh cành xác định, ở một thời điểm nhất định và có những mối tương tác lẫn nhau (nhu các phàn của mạng lưới thức ăn, hay thông qua các ảnh hưởng khác nhau của chứng lên đặc tính môi trường) được gọi là quần xã.
Trong một quần xã sinh vật, mỗi loài sử dụng m ột nhóm tài nguyên nhât định, tạo thành ô sinh thái của loài đó. Nói cách khác, nơi đuợc một loài chiếm giữ và vai trò của nó trong đời sống của loài - loài sống ở đâu ? bằng cái gì? tất cả các hoạt động của nó diễn ra lúc nào ? gọi là ổ sinh thái.
Thí dụ: ổ sinh thái của một loài có thể bao gồm: loại đất m à loài đó sinh sống, lượng ánh sáng và độ ầm mà nó cần... (đối với thực vật); hoặc biên độ nhiệt mà loài đó có thể sống được, loại thực phẩm mà nó ăn, lượng nước nó cầ n ... (đối với động vật).
Chú ý: Bất cứ thành phần nào của ổ sinh thái đều là nguồn tài nguyên có giới hạn, và do đó có ảnh hưởng đến giới hạn kích thước của quần thể.
Thí dụ: những quần thể của các loài dơi đặc trưng ở chỗ phải có nơi để ngủ - đó là các hang núi đá vôi, vì vậy kích thước của quần thể doi phụ thuộc vào tổng số hang đá vôi có ở địa điểm đó.
Ổ sinh thái thường bao gồm các giai đoạn của diễn thế m à loài đó tồn tại. Một loài nhất định nào đó thường gắn -liền với một giai đoạn của diễn thế.
Thí dụ: những con bướm ưa nắng và những cây một năm (hay một mùa - annual plants) thường tìm thấy rất nhiều trong những giai đoạn đầu của quá trình diễn thế khi xuất hiện những khoảng trống trong rừng nguyên
sinh. \j
A. C ác nhãn tô chuyển dỏng nhanh
của dòng chày cao: vàn tốc nước vả câc dang quốn Ihể động vật sự chuyển động không đéu
Hình 6. So sánh ba hệ sinh thái sông
(Theo Từ điển Đa dạng sinh học và Phát triển bền vững, 2001)
Diễn thế
Trong sinh thái học, diễn thế - đó là sự phát triển một cách có trình tự, chậm chạp của các quần xã thực vật và động vật ữong một vùng xác định theo thời gian.
Thường thì một quần xã sinh vật ban đầu biến đổi dần về cấu trúc và xác lập các mối quan hệ nội bộ và mối quan hệ giữa quần xã với môi trường để đạt được trạng thái ổn định cuối cùng (trạng thái đỉnh cực - climax).
Diễn thế sinh thái
Đó là quá trình phát triển hay thay thế liên tiếp theo thời gian của một quần xã sinh vật này bằng một quần xã sinh vật khác thường phức tạp hơn để đạt đến trạng thái ổn định cuối cùng trong một vùng xác định.
Có hai loại diễn thế được thừa nhận, đó là: diễn thế sơ cấp và diễn thé thứ cấp.
• Diễn th ế sơ cấp
Diễn thế sơ cấp xảy ra ờ những nơi đất càn cỗi không có lớp thổ nhưỡng - đá ữần trụi, vách đá dựng đứng, dòng dung nham và đụn cát. Điều kiện của những nơi này rất cực đoan và không thích hợp với sự sinh trưởng của đa số thực vật và do đó với cà động vật nữa. Các loài thực vật tiên phong phải thích nghi được với điều kiện khô hạn, không có lớp thổ nhưỡng đó. Tảo lam, rêu và địa y là những đại diện đầu tiên. Chúng được loại cỏ một năm kế tiếp, theo sau là các loại hai năm và lâu năm rồi đến cây bụi và cây thân gỗ. Tiến trình này bị chi phối bỡi tốc độ tích tụ của lớp thổ nhưỡng và việc tăng độ ẩm.
Thí dụ: ngày 7 tháng 8 năm 1883, núi lửa ừên đảo Krakatao nằm giữa Giava và Xumatra bùng nổ. Phần lớn diện tích của đảo bị biến mất, phần còn lại bị phủ kín một lớp vỏ những mảnh vụn núi lửa nóng bỏng dày 60m. Toàn bộ sự sống ở đây bị huỷ diệt. Một năm sau thấy xuất hiện một số cỏ và một con nhiện. Năm 1908, có 202 loài động vật sống ở đây, năm 1919 có 621 loài, năm 1934 có 880 loài. Hiện nay đã là một khu rừng trẻ.
Diễn thế sơ cấp còn xảy ra ờ cả các mặt nước thoáng. Nơi nào những biến đổi trên m ặt đất trơ trụi gần đó có xu hướng tăng thêm độ ầm thì mặt nước thoáng có xu hướng khô cạn thêm. Nó càng tiến triển thì độ sâu càng giảm. Diễn thế ở đây thực vật tiên phong là những loài mọc ngầm. Gần bờ hơn là các loài mọc nổi, nơi nông hơn nữa thi có lau, sậy, ngay canh bờ là cây bụi. Diễn thế tiến dần về trung tâm mặt nước, ao bị thu hẹp và biến thành đầm lầy than bùn và rồi tất yếu sẽ biến thành rừng trên đất cạn.
• D iễn th ế th ứ cấp
Diễn thế thứ cấp xảy ra ở vùng truớc kia đã CQ sinh vật nhưng đã bị rối loạn nhân tạo nhưng vẫn còn lại lớp thổ nhưỡng với m ột số sinh vật nhất định. Trường hợp điển hình là đất trồng ữ ọt bỏ hoang.
Trên thực tế, diễn thế diễn ra phức tạp do sự quấy nhiễu của con nguời. Nhưng nếu như nơi sống không bị quấy rối thì sẽ đạt được m ột cực đinh ít nhiều bền vững (về tiềm lực mà nói thi cực đỉnh là do yếu tố khí hậu của khu vực nơi có diễn thế xảy ra quyết định).
Các bậc dinh dưỡng
Các loài sinh vật trong một quần xã có thể được xếp loại theo cách chúng thu nhận năng lượng từ môi trường những thứ hạng này được gọi là cấp hay bậc dinh dưỡng, chúng bao gồm:
1. Vật sản xuất sơ cấp (thực vật bậc thấp và bậc cao).
2. Những sinh vật tiêu thụ sơ cấp (ăn những thực vật quang hợp.
3. Những sinh vật tiêu thụ thứ cấp (hay vật săn mồi): ăn những loài động vật khác.
4. Sinh vật phân huỷ - chủ yếu là Nấm và Vi khuẩn (là những loài sống trên những xác cây, xác động vật đã chết, ữên các chất thải. Chúng phá vỡ những mô tế bào phức tạp và các phân tử hữu cơ. Vật phân huỷ giải phóng các chất khoáng như Nitơ, Phốtpho, những chất này được thực vật và tảo sử dụng trở lại.
Chuỗi thức ăn, Mạng lưới thức ăn
Các mối quan hệ tương hỗ trong các cấp bậc dinh dưỡng tạo thành chuỗi thức ăn.
Trong tự nhiên, tồn tại một hiện trạng phổ biến là một loài có thể sử dụng nhiều loài thức ăn, các loài này là thành viên của các bậc dinh dưỡng thâp hom của chuỗi thức ăn, nhưng đồng thời nó là vật mồi của những động vật bắt mồi ở bậc dinh dưỡng cao hơn, do vậy một sự mô tả chính xác về cơ cấu tổ chức của các quần xã sinh vật là mạng lưới thức ăn, trong đó các loài liên hệ với nhau trong mối quan hệ dinh dưỡng phức tạp của chuỗi thức ăn (hình 7).
Chú ý: Trong những quần xã sinh vật có một số loài có vai trò quyết định khả năng tôn tại, phát triển của một số lớn các loài khác (gọi là loài chủ yếu). Do vậy, bảo tồn những loài chủ yếu phải được ưu tiên hàng đầu trong công việc bảo tôn. Vì ràng, nếu loài chủ yếu mất đi sẽ kéo theo hàng loạt các loài lệ thuộc khác cũng mất theo (trong chuỗi thức ăn thì các loài săn
mồi bậc cao là những loài chủ yếu, vì chúng là nhân tố có vai ứò kiểm soát sô lượng quần thể của những loài động vật ăn cỏ) (Relíòrt, 1992).
Thí dụ: tại nhiều noi, khi chó sói xám (Canis lupus) bị săn bắn đến mức tuyệt chủng, thì quần thể loài hươu (Odocoileus virginianus) sẽ bùng phát về số lượng, dẫn đến các loài cỏ bị suy giảm mạnh, việc này có tác động xấu ngược lại đến chính các loài hươu và các động vật ăn cỏ khác, kể cả các loài côn trùng. Hậu quả là thảm thực vật và độ che phủ bị giảm sút, dẫn đến đất bị xói mòn khiến nhiều loài sống trong đất bị đe dọa.
Như vậy, khi các loài chủ yếu mất đi sẽ gây ra một loạt hiện tượng tuyệt chủng kèm theo (gọi là tuyệt chủng theo chuỗi) làm suy thoái hệ sinh thai.
Phú d u thực vát 1
(nhiều M O ạ T io lu t
Hình 7. Sơ đồ mạng lưới thức ăn được nghiên cứu tại hồ Gatun (Panama) (Theo Richard B. Primack, 1999)
(Panama - nước nằm ở Trung Mỹ, diện tích 77.080 km2, dân số hơn 1,9 triệu người; ở đây có kênh đào Panama nối Thái Bình Dương với Đại Tây Dương, kênh dài 81,6 km, rộng 150 m, sâu 12,5 m, được chính thức sử dụng vào năm 1920).
1.3.2.2. Q)a dạng h Ỵ s inh thẵỉỳ
Đa dạng hệ sinh thái là sự phong phú về trạng thái và loại hình của các HST khác nhau.
c ầ n lưu ý là, đánh giá định lượng về tính đa dạng ở mức quần xã, nơi cư trú hoặc hệ sinh thái còn gặp nhiều khó khăn, vì rằng ữong khi có thê định nghĩa về nguyên tắc thế nào là đa dạng di truyền và đa dạng loài, từ đó xây dựng các phương pháp đánh giá khác nhau, thì không có một định nghĩa và sự phân loại thống nhất nào về đa dạng hệ sinh thái ở mức toàn cầu, và trên thực té khó (Tánh giá được đa dạng hệ sinh thái ở các cấp độ khác ngoài cấp khu vực và vùng, và cũng chỉ thường xem xét đối với thảm thực vật.
Các hệ sinh -thái trong sinh quyển có thể chia thành các hệ sinh thái trên cạn, các hệ sinh thái nước mặn và các hệ sinh thái nước ngọt.
a/ C ác hệ sinh th ái trê n cạn chính của trá i đ ất
Các hệ sinh thái trên cạn được đặc trưng bởi các quần xã thực vật, vì trong các hệ sinh thái trên cạn thảm thực vật chiếm một sinh khối rất lớn và gắn liền với khí hậu địa phương (hình 8).
* Đài nguyên (Tundra)
Đài nguyên nói chung ở Bắc bán cầu, băng đóng gần như vĩnh viễn trên mặt đất. Mùa hạ băng chi tan một lớp mỏng trên mặt, nước không thấm sâu được nên có nhiều đầm lầy. Nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất không quá 10°c. Thực vật chủ yếu là rêu, địa y, liễu miền cực (chi cao bàng ngón tay). Động vật cũng nghèo, ít có những loài sống định cư. v ề thú có tuần lộc (Rangifer tarandus và R.caribon), bò xạ (Ovibos moschatus), ba loài chuột (Microtus), hai loài lemnut, cáo cực {Ạlopex lagopus). Những loài chim có: chim sè định cư (Pỉectrophones nivalís), gà (Lagopus albus và L.
lagopus), ngỗng tuyết (Chen hyperberea), cú lông trắng (Nyctea scandiacà).
Éch nhái, bò sát rất hiếm gặp.
* Taiga (rừng thông phư ơng Bắc)
Đó là một vùng rộng lớn tiếp giáp với vùng đài nguyên ở phía Nam, có mặt ở Bắc Mỹ, Bắc Âu và châu Á. Rừng taiga bao gồm chủ yếu những loài cây lá nhọn: thông (Pinus), linh sam (Abres), vân sam (Epicea), thông rụng lá (Larix). Động vật nghèo về số lượng loài và chủ yếu là loài di cư.
Thú lớn có: hươu canada (Cervus canadensis), nai sừng tấm (Alces machlis), nai canada (Alces amerìcana), ngoài ra còn có gấu, chó sói, cáo, nhím, sóc...
* R ừ n g rụng lá ôn đới
Rừng rụng lá ôn đới (còn được gọi là rừng lá rộng hay rừng lá ôn đới) phát triên mạnh ở phía đông Bắc Mỹ, Tây Âu và phía đông châu Á, nơi có lượng mưa hàng năm từ 750 - 1500 mm, mùa hè ấm, song mùa đông khí hậu trở nên khăc nghiệt. Rừng rụng lá vào thời gian lạnh trong năm. Trong