10. Lược sử vấn đề
2.2.1. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong phân tích nội dung ôn tập về các cấp tổ
chức sống quần thể, quần xã, sinh quyển
Tiếp cận HT khi nghiên cứu các cấp độ TCS là cách thức xem xét mỗi cấp độ TCS như là một hệ thống toàn vẹn, được tạo thành do sự tương tác giữa các bộ phận cấu thành với nhau và với môi trường, tạo nên cấu trúc xác định để thực hiện các chức năng sống của hệ như trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường, đặc biệt là khả năng tự điều chỉnh duy trì trạng thái cân bằng động nhờ đó mà tồn tại và phát triển.
Tiếp cận hệ thống để hình thành khái niệm đại cương về các cấp tổ chức sống trên cơ thể chính là vạch ra được các dấu hiệu bản chất của tổ chức sống được thể hiện ở từng cấp độ tổ chức Quần thể, quần xã và sinh quyển. Trên cơ sở đó, chúng tôi xác định được nội hàm của các khái niệm đại cương phức tạp về các cấp độ tổ chức sống trên cơ thể như sau:
2.2.1.1. Nội hàm của khái niệm quần thể
- Thành phần: Tập hợp các cá thể cùng loài.
- Tính xác định về mặt không gian và thời gian: Phân bố trong một vùng địa lý nhất định, vào một thời điểm nhất định.
- Cấu trúc: Các cá thể cùng loài trong QT tương tác, gắn bó chặt chẽ với nhau bằng các mối quan hệ sinh học, đặc biệt là quan hệ sinh sản; và thích nghi với môi trường sống. Mối quan hệ này là kết quả của một quá trình lịch sử dưới tác động của chọn lọc tự nhiên tạo nên một tổ chức thống nhất, thiết lập nên các đặc
nhóm tuổi, thành phần kiểu gen...Mỗi cấu trúc có một chức năng xác định (ví dụ: cấu trúc giới tính với chức năng đảm bảo khả năng sinh sản và hiệu quả sinh sản của QT), tương tác với nhau cùng thực hiện các chức năng sống của hệ.
- Chức năng: Cũng như bất kỳ TCS nào, QT thực hiện hoạt động chức năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường, sinh trưởng, phát triển và sinh sản, tăng sinh khối, duy trì sự tồn tại và vai trò của mình trong sinh giới. Đặc biệt, QT có khả năng tự điều chỉnh duy trì trạng thái cân bằng động. Các đặc trưng cấu trúc của QT: như mật độ, tỉ lệ đực cái, thành phần nhóm tuổi...có bản chất như là những hằng số sinh học được QT điều chỉnh duy trì sự ổn định của cả hệ thống. Sự tự điều chỉnh của QT có giới hạn nhất định, nếu tác động quá lớn, vượt ra khỏi sức chịu đựng của hệ, QT không thể tự điều chỉnh được và cuối cùng bị suy thoái và diệt vong.
- QT có cấu trúc ổn định tương đối, trao đổi chất, tự điều chỉnh, cân bằng động đảm bảo thích ứng với môi trường. Vì vậy, QT là một hệ toàn vẹn, tồn tại và phát triển tương đối ổn định trong không gian và theo thời gian, có mối quan hệ thứ bậc lệ thuộc với các cấp TCS bên dưới và bên trên nó.
- QT là đơn vị tiến hoá. Mỗi QT có một vốn gen riêng cùng các tần số gen đặc trưng. Trong QT luôn luôn có nguồn biến dị di truyền, phản ánh trạng thái động của QT. Bình thường tần số tương đối của các alen có khuynh hướng duy trì không đổi. Nhưng trong thực tế, quá trình đột biến không ngừng diễn ra, quá trình chọn lọc tự nhiên không ngừng tiếp diễn, làm cho vốn gen và thành phần kiểu gen của QT bị biến đổi. Tuy cách ly một cách tương đối với các QT lân cận nhưng giữa các QT trong loài vẫn có khả năng trao đổi gen. Như vậy, QT có khả năng biến đổi cơ cấu di truyền (tần số alen và tần số kiểu gen) qua các thế hệ.
2.2.1.2. Nội hàm của khái niệm quần xã
- Thành phần: Tổ hợp các QT thuộc các loài khác nhau
- Tính xác định về mặt không gian và thời gian: Phân bố trong một vùng địa lý xác định, vào một thời điểm nhất định.
- Cấu trúc: QX không phải là tổ hợp của các loài bất kỳ. Các QT khác loài trong QX tương tác, gắn bó chặt chẽ với nhau bằng các mối quan hệ sinh học, đặc biệt là quan hệ dinh dưỡng và thích nghi với môi trường sống. Mối quan hệ này là kết quả của một quá trình lịch sử lâu dài, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, thiết
lập nên các đặc trưng cấu trúc mà cấp độ QT không có như: thành phần loài, độ đa dạng, sự phân bố của các loài trong không gian, quan hệ dinh dưỡng của QX. Mỗi một cấu trúc có chức năng nhất định. Ví dụ: cấu trúc dinh dưỡng của QX thông qua chuỗi và lưới thức ăn có chức năng trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.
- Chức năng: Cũng như bất kỳ TCS nào, QX thực hiện hoạt động chức năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường, sinh trưởng và phát triển. Chu trình tuần hoàn vật chất là biểu hiện của quá trình trao đổi chất và năng lượng giữa QX với sinh cảnh, thông qua quá trình “đồng hoá” - tổng hợp các chất hữu cơ, chủ yếu từ năng lượng mặt trời do các sinh vật (SV) tự dưỡng thực hiện và quá trình “dị hoá”, nhờ vậy vật chất được tuần hoàn để năng lượng được chuyển hoá liên tục bảo đảm cho QX tồn tại và phát triển ổn định. Đặc biệt, QX có khả năng tự điều chỉnh duy trì trạng thái cân bằng động. Các đặc trưng sinh học của QX như: thành phần loài, độ đa dạng, sự phân bố của các loài trong không gian, quan hệ dinh dưỡng của QX... có bản chất như là những hằng số sinh học được QX điều chỉnh duy trì sự ổn định của cả hệ thống. Sự tự điều chỉnh của QX có giới hạn nhất định, nếu sự tác động vượt quá giới hạn, QX mất khả năng tự điều chỉnh và hậu quả là suy thoái và bị phá huỷ.
- QX có cấu trúc ổn định tương đối, thực hiện các chức năng sống trao đổi chất, tự điều chỉnh, cân bằng động đảm bảo thích ứng với môi trường. Vì vậy, QX là một hệ toàn vẹn, tồn tại và phát triển tương đối ổn định trong không gian và theo thời gian, có mối quan hệ thứ bậc lệ thuộc với các cấp TCS bên dưới và bên trên nó. - QX có quá trình vận động phát triển. DTST là quá trình phát triển tiến hoá của QX, trong đó có sự thay thế lần lượt của QX này bằng QX khác để có được QX cuối cùng tương đối ổn định. Trong quá trình diễn thế xảy ra những thay đổi lớn về cấu trúc thành phần loài, cấu trúc phân tầng, các mối quan hệ trong QX..., đó chính là quá trình giải quyết các mâu thuẫn phát sinh trong nội bộ QX và giữa QX với môi trường, đảm bảo sự thống nhất toàn vẹn giữa QX với môi trường.
2.2.1.3. Nội hàm của khái niệm sinh quyển
- Thành phần: Tất cả các SV sống trong các lớp đất, nước và không khí của Trái Đất.
- Tính xác định về mặt không gian và thời gian: Phân bố trên Trái Đất, sâu tới 100m trong thạch quyển, toàn bộ thuỷ quyển tới đáy biển sâu khoảng 10 -11km và lên cao tới 20km trong khí quyển, xuất hiện và phát triển khoảng 3,5 tỉ năm.
- Cấu trúc: Tất cả SV trên Trái Đất tương tác, gắn bó chặt chẽ với nhau bằng các mối quan hệ sinh học, đặc biệt là quan hệ dinh dưỡng và thích nghi với môi trường sống. Mối quan hệ này được thiết lập ngay khi sự sống và các nhóm SV xuất hiện, đồng thời trải qua một quá trình tiến hoá lâu dài và ngày càng hoàn thiện, thiết lập nên các nhóm SV phụ thuộc vào nhau một cách mật thiết về mặt sinh thái như thực vật và động vật ăn thực vật, những động vật và vi sinh vật sống cộng sinh với nhau, ký sinh - vật chủ, vật dữ - con mồi... Chính mối tương tác này tạo nên các đặc điểm cấu trúc của SQ đó là đa dạng sinh học (đa dạng về gen, đa dạng về loài và đa dạng hệ sinh thái), cấu trúc dinh dưỡng (nhóm SV tự dưỡng, nhóm SV dị dưỡng), cấu trúc về các mối quan hệ sinh học. Mỗi một đặc điểm cấu trúc có một chức năng nhất định. Ví dụ: Nhóm SV tự dưỡng và nhóm SV dị dưỡng thực hiện chức năng tổng hợp vật chất và phân huỷ vật chất. Hay đa dạng sinh học có vai trò rất lớn trong việc giữ cân bằng sinh thái của SQ, giữ cho khí hậu được ổn định, bảo vệ nguồn nước, đặc biệt đa dạng hệ sinh thái chính là cơ sở sinh tồn của sự sống cho cả Trái Đất, đảm bảo cho sự chu chuyển oxy và các nguyên tố dinh dưỡng khác trên toàn hành tinh.
- Chức năng: Cũng như tất cả các cấp độ TCS khác, SQ là hệ mở, có quá trình trao đổi vật chất và năng lượng thông qua chu trình tuần hoàn vật chất và chuyển hoá năng lượng trên phạm vi toàn cầu. SQ có quá trình “đồng hoá” hay còn gọi là quá trình tổng hợp vật chất (bằng phương thức quang hợp và hoá tổng hợp), và quá trình “dị hoá” hay còn gọi là quá trình phân giải vật chất (nhờ quá trình hô hấp hiếu khí của tất cả các loài động thực vật, hô hấp kỵ khí hoặc lên men của các vi sinh vật), nhờ vậy vật chất được quay vòng còn năng lượng được chuyển hoá. Chu trình tuần hoàn vật chất và sự chuyển hoá năng lượng được duy trì bởi chính mối tương quan giữa hai quá trình này của sinh giới. Và cũng chính nhờ sự hiện diện của chu trình này làm cho SQ có khả năng tự điều chỉnh, giữ cân bằng các chất có trong môi trường (tỉ phần khí CO2, O2 trong khí quyển..), điều hoà cán cân nhiệt - ẩm (nhiệt độ trên Trái Đất), điều tiết khí hậu toàn cầu, đảm bảo cho sự trường tồn,
sự đa dạng của tất cả các HST. Hai quá trình này giúp cho SQ tồn tại phát triển, đạt đến trạng thái trưởng thành, cân bằng ổn định như ngày nay nếu không bị chính con người huỷ hoại.
- Sự phát sinh và phát triển của sự sống qua các đại địa chất chính là quá trình lịch sử hình thành, phát triển tiến hoá của SQ. Dấu hiệu nổi bật của tiến hoá ở cấp độ SQ là chu trình vật chất và biến đổi năng lượng diễn ra ngày càng ổn định và bền vững nhờ thiết lập được các hằng số sinh học như độ đa dạng, sự phức tạp của lưới và chuỗi thức ăn, tỉ phần các chất khí trong khí quyển..., là quá trình tăng sinh khối, đa dạng hoá các TCS, mở rộng phạm vi tồn tại của sự sống. SQ đã trải qua quá trình phát triển tiến hoá hàng tỷ năm và đạt được trạng thái cân bằng ổn định như ngày nay [36].
Trên cơ sở hiểu sâu sắc nội hàm của các cấp tổ chức sống quần thể, quần xã, sinh quyển như đã phân tích trên, GV sẽ định hướng cho việc giảng dạy các khái niệm này trong quá trình dạy học. Đặc biệt, trong khâu ôn tập, hoàn thiện kiến thức được thể hiện chủ yếu ở các bài ôn tập chương, GV cần quán triệt sâu sắc quan điểm này. Trên cơ sở phân tích nội hàm của các khái niệm, đối chiếu với mục tiêu của chương trình, GV xác định được các biện pháp phù hợp để thiết kế các bài ôn tập chương sao cho khái quát hóa được các dấu hiệu bản chất của các cấp tổ chức sống trên cơ thể như đã phân tích trên.