Mục lục bài họcĐang ở d02-b1
Populations, Interactions and Population Dynamics
Levels of organisation. A species is a group of organisms that can interbreed and produce fertile offspring. A population is all the individuals of one species in an area at one time. A community is all the populations living together. An ecosystem is the community together with the abiotic environment it interacts with. A habitat is where an organism lives; a niche is the full role it plays — what it eats, what eats it, when it is active, what conditions it tolerates. The distinction matters because two species can share a habitat but cannot occupy the same niche indefinitely: the better competitor eliminates the other, which is why closely related species coexist only by dividing the niche between them.
Interactions between species. Predation: one benefits, the other is killed. Herbivory: one benefits, the plant is damaged but usually survives. Parasitism: one benefits at the host's expense over time, and a successful parasite generally does not kill its host quickly. Mutualism: both benefit — nitrogen-fixing bacteria in root nodules receive sugars and supply nitrogen compounds. Competition: both are harmed, and it may be within a species or between species.
Population growth. Change equals births plus immigration minus deaths minus emigration. An S-curve passes through four phases — lag, exponential, transitional and plateau — and levels off at the carrying capacity, the maximum population an environment can sustain indefinitely. The plateau is not motionless: the population fluctuates around the carrying capacity, held there by negative feedback. A J-curve continues to grow exponentially past the carrying capacity and then crashes, and after such a crash the carrying capacity is often lower than before because the overshoot degraded the environment.
Limiting factors. Density-dependent factors act more strongly as the population becomes denser — disease, competition for food and space, predation, accumulation of waste. These provide the negative feedback that produces an S-curve. Density-independent factors act regardless of density — fire, flood, drought, an extreme winter, volcanic eruption. These can cause sudden crashes and are the usual trigger at the top of a J-curve. Whether a population follows an S-curve or a J-curve therefore depends on whether the limiting factors arrive gradually or suddenly.
Các cấp tổ chức. Loài là nhóm sinh vật có thể giao phối với nhau và sinh ra thế hệ con có khả năng sinh sản. Quần thể là toàn bộ cá thể của một loài trong một khu vực tại một thời điểm. Quần xã là toàn bộ các quần thể cùng sống với nhau. Hệ sinh thái là quần xã cùng với môi trường vô sinh mà nó tương tác. Nơi ở là nơi một sinh vật sống; ổ sinh thái là toàn bộ vai trò nó đảm nhiệm — nó ăn gì, cái gì ăn nó, nó hoạt động vào lúc nào, nó chịu được những điều kiện nào. Phân biệt này quan trọng vì hai loài có thể chung nơi ở nhưng không thể chiếm cùng một ổ sinh thái vô thời hạn: loài cạnh tranh tốt hơn sẽ loại bỏ loài kia, và đó là lý do các loài họ hàng gần chỉ chung sống được khi chia nhỏ ổ sinh thái ra.
Tương tác giữa các loài. Săn mồi: một bên có lợi, bên kia bị giết. Ăn thực vật: một bên có lợi, cây bị tổn hại nhưng thường vẫn sống. Ký sinh: một bên có lợi trên tổn hại của vật chủ theo thời gian, và một loài ký sinh thành công thường không giết vật chủ nhanh. Cộng sinh: cả hai cùng có lợi — vi khuẩn cố định đạm trong nốt sần rễ nhận đường và cung cấp hợp chất nitơ. Cạnh tranh: cả hai đều bị thiệt, và có thể diễn ra trong nội bộ một loài hoặc giữa các loài khác nhau.
Tăng trưởng quần thể. Biến động bằng số sinh cộng nhập cư trừ số tử trừ xuất cư. Đường cong chữ S đi qua bốn pha — chậm, luỹ thừa, chuyển tiếp và bình nguyên — rồi ổn định lại ở sức chứa của môi trường, tức số lượng tối đa mà môi trường nuôi được vô thời hạn. Pha bình nguyên không bất động: quần thể dao động quanh sức chứa, và được giữ ở đó bởi phản hồi âm. Đường cong chữ J tiếp tục tăng theo cấp số nhân vượt qua sức chứa rồi sụp đổ, và sau một cú sụp như vậy, sức chứa thường THẤP hơn trước vì giai đoạn vượt ngưỡng đã làm môi trường suy thoái.
Yếu tố giới hạn. Yếu tố phụ thuộc mật độ tác động mạnh hơn khi quần thể đông hơn — dịch bệnh, cạnh tranh thức ăn và không gian, áp lực săn mồi, tích tụ chất thải. Chính nhóm này tạo ra phản hồi âm sinh ra đường cong chữ S. Yếu tố không phụ thuộc mật độ tác động bất kể mật độ — cháy, lũ, hạn, một mùa đông khắc nghiệt, núi lửa phun. Nhóm này gây sụp đổ đột ngột và thường là ngòi nổ ở đỉnh của đường cong chữ J. Vì vậy việc một quần thể đi theo đường S hay đường J phụ thuộc vào việc các yếu tố giới hạn xuất hiện dần dần hay đột ngột.
Một loài hươu được đưa lên một hòn đảo không có thú săn mồi. Số lượng đi từ 25 con lên khoảng 2 000 con trong 20 năm, rồi sụp xuống còn khoảng 300 con trong hai mùa đông, và sau đó ổn định quanh 500 con. Hãy giải thích diễn biến, và cho biết vì sao mức ổn định cuối cùng lại thấp hơn mức đỉnh rất nhiều.
Giai đoạn 1 — pha chậm rồi pha luỹ thừa. Ban đầu 25 con là quá ít nên tốc độ tăng tuyệt đối nhỏ dù tỷ lệ sinh cao. Sau đó, vì đảo không có thú săn mồi và nguồn thức ăn còn dồi dào, gần như mọi con non đều sống sót và quần thể tăng theo cấp số nhân. Đây là điều kiện điển hình tạo ra đường cong chữ J: một loài vào môi trường mới, chưa có yếu tố giới hạn nào tác động.
Giai đoạn 2 — vượt quá sức chứa mà không nhận ra. Điểm mấu chốt cần nêu là quần thể đã vượt sức chứa từ trước khi có bất kỳ dấu hiệu nào. Hươu ăn hết lớp cỏ và chồi non, rồi chuyển sang ăn vỏ cây và cây con — tức bắt đầu tiêu vào chính vốn tái tạo của thảm thực vật. Trong một mùa hè ấm, thảm thực vật vẫn còn đủ để nuôi 2 000 con, nên không có phản hồi nào kìm quần thể lại.
Giai đoạn 3 — sụp đổ do một yếu tố không phụ thuộc mật độ. Mùa đông khắc nghiệt là yếu tố không phụ thuộc mật độ: nó tác động bất kể quần thể đông hay thưa. Nhưng hậu quả của nó thì phụ thuộc mật độ, vì một quần thể đã ở trạng thái đói và đã ăn cạn nguồn dự trữ sẽ không chịu nổi. Kết quả là chết hàng loạt trong hai mùa đông.
Giai đoạn 4 — vì sao ổn định ở 500 chứ không quay về 2 000. Đây là phần ăn điểm cao nhất. Sức chứa không phải một con số cố định của hòn đảo — nó phụ thuộc vào trạng thái của thảm thực vật. Trong giai đoạn vượt ngưỡng, đàn hươu đã ăn vỏ cây làm chết cây trưởng thành, ăn hết cây con nên không có thế hệ thay thế, và giẫm nát lớp đất mặt gây xói mòn. Thảm thực vật vì thế bị suy thoái lâu dài, và sức chứa mới thấp hơn hẳn sức chứa ban đầu.
Câu tổng quát để viết trong bài luận. Vượt quá sức chứa không chỉ gây sụp đổ quần thể — nó còn hạ chính sức chứa xuống. Đây là một vòng phản hồi dương, và nó là lý do các nhà sinh thái coi việc vượt ngưỡng nguy hiểm hơn nhiều so với việc chỉ đơn thuần ở gần ngưỡng. Nguyên tắc này áp dụng y hệt cho ngư trường, cho rừng và cho tầng nước ngầm.
Hai loài chim ăn côn trùng cùng sống trên một loài cây thông. Nghiên cứu cho thấy loài A kiếm ăn chủ yếu ở ngọn cây và ngoài đầu cành, loài B kiếm ăn ở thân trong và gốc cành. Hãy giải thích hiện tượng này bằng khái niệm ổ sinh thái, và cho biết điều gì sẽ xảy ra nếu hai loài kiếm ăn ở cùng một chỗ.
Phân biệt nơi ở và ổ sinh thái. Hai loài chim này có cùng nơi ở — cùng loài cây thông, cùng khu rừng. Nhưng chúng có ổ sinh thái khác nhau, vì ổ sinh thái bao gồm toàn bộ vai trò của một loài: nó ăn gì, ăn ở đâu, ăn vào lúc nào, làm tổ ở đâu, chịu được những điều kiện nào, và bản thân nó là thức ăn của ai. Việc chia không gian kiếm ăn theo chiều cao và theo vị trí trên cành chính là hai ổ sinh thái riêng biệt.
Nguyên lý loại trừ cạnh tranh. Nếu hai loài chiếm chính xác cùng một ổ sinh thái trong cùng một khu vực, loài cạnh tranh hiệu quả hơn — dù chỉ hơn một chút — sẽ lấy được nhiều nguồn lực hơn, sinh sản tốt hơn, và qua nhiều thế hệ sẽ loại bỏ hoàn toàn loài kia khỏi khu vực. Kết cục có hai khả năng: loài yếu hơn tuyệt chủng cục bộ, hoặc nó bị đẩy sang một ổ sinh thái hẹp hơn.
Vì sao thực tế lại quan sát thấy sự phân chia. Chính vì kết cục trên, chọn lọc tự nhiên tác động mạnh lên những cá thể tránh được cạnh tranh trực tiếp. Qua nhiều thế hệ, hai loài phân hoá dần về hình thái và tập tính — kích thước mỏ, chiều dài chân, cách bám cành — theo hướng chuyên hoá vào phần không gian mà loài kia dùng ít. Hiện tượng này gọi là phân hoá ổ sinh thái, và nó là lời giải thích chuẩn cho việc các loài họ hàng gần vẫn chung sống được trong cùng một khu rừng.
Phân biệt ổ cơ bản và ổ thực tế, nêu để lấy điểm cao. Ổ sinh thái cơ bản là toàn bộ dải điều kiện và nguồn lực mà một loài về mặt sinh lý có thể sử dụng, tức khi không có cạnh tranh. Ổ sinh thái thực tế là phần nó thực sự chiếm khi có mặt các loài khác, và nó luôn hẹp hơn hoặc bằng ổ cơ bản. Ở ví dụ này, cả hai loài chim có thể có ổ cơ bản bao trùm toàn bộ cây, nhưng cạnh tranh đã nén ổ thực tế của mỗi loài về một phần.
Dự đoán có thể kiểm chứng, và đây là chi tiết ăn điểm. Nếu loại bỏ loài B khỏi khu vực, ổ thực tế của loài A sẽ mở rộng ra chiếm cả phần thân trong và gốc cành, vì cạnh tranh biến mất. Đây chính là kiểu thí nghiệm đã được dùng để chứng minh sự tồn tại của phân biệt giữa ổ cơ bản và ổ thực tế.
Bẫy 2 — coi pha bình nguyên của đường cong S là bất động. Quần thể vẫn dao động quanh sức chứa; cái giữ nó ở đó là phản hồi âm từ các yếu tố PHỤ THUỘC MẬT ĐỘ.
Bẫy 3 — nói sức chứa là một con số cố định của môi trường. Sau một giai đoạn vượt ngưỡng, sức chứa thường THẤP hơn ban đầu vì môi trường đã bị suy thoái — vượt ngưỡng không chỉ làm sụp quần thể mà còn hạ chính sức chứa xuống.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Ecosystems and Ecology gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.