Mục lục bài họcĐang ở d03-b1
Biodiversity, Its Origins and the Causes of Its Loss
Three kinds of diversity. Species diversity combines the number of species present, called species richness, with how evenly individuals are distributed among them, called evenness. Genetic diversity is the range of alleles within a species, and it determines whether a population can adapt to a change. Habitat diversity is the range of different habitats in an area, and it largely determines the other two: more habitats mean more niches and therefore more species.
Measuring it. Counting species is not enough, because two communities with the same number of species can differ enormously in how vulnerable they are. Simpson's diversity index takes evenness into account: D equals N times N minus one, divided by the sum of n times n minus one, where N is the total number of individuals and n is the number of each species. A higher value of D means higher diversity. Its limitations must also be known: it is a dimensionless number meaningful only when comparing communities measured the same way, it says nothing about which species are present so a community full of invasive species can still score highly, and its value depends on how the sampling was done.
Where diversity comes from. Diversity arises through speciation: populations become isolated, typically by a geographical barrier, and then diverge under different selection pressures until they can no longer interbreed. Plate tectonics has driven this on a global scale by separating and joining land masses over millions of years, which is why isolated land masses such as Australia and Madagascar have so many species found nowhere else. Diversity has also been reduced repeatedly by mass extinctions, after each of which it took millions of years to recover.
Why species are being lost now. The main causes are habitat destruction and fragmentation, which is the largest single cause; invasive species; pollution; human population growth and the consumption that accompanies it; and overharvesting. Some species are far more vulnerable than others: those with small populations, narrow niches or specialised diets, low reproductive rates, large body size, long generation times, restricted geographical ranges especially on islands, and those that migrate and therefore depend on several habitats remaining intact at once. The IUCN Red List classifies species by criteria including population size, rate of decline, geographical range and degree of fragmentation, which allows conservation effort to be directed and allows change over time to be measured.
Ba loại đa dạng. Đa dạng loài kết hợp số loài có mặt, gọi là độ giàu loài, với mức độ phân bố đồng đều của các cá thể giữa những loài đó, gọi là độ đồng đều. Đa dạng di truyền là dải các alen trong nội bộ một loài, và nó quyết định việc một quần thể có thích nghi được với một thay đổi hay không. Đa dạng sinh cảnh là số lượng các loại sinh cảnh khác nhau trong một khu vực, và nó phần lớn quyết định hai loại kia: nhiều sinh cảnh nghĩa là nhiều ổ sinh thái, và do đó nhiều loài.
Đo đa dạng. Chỉ đếm số loài là chưa đủ, vì hai quần xã có cùng số loài vẫn có thể khác nhau rất xa về mức dễ tổn thương. Chỉ số đa dạng Simpson tính tới cả độ đồng đều: D bằng N nhân với N trừ một, chia cho tổng của n nhân với n trừ một, trong đó N là tổng số cá thể và n là số cá thể của từng loài. Giá trị D càng lớn thì đa dạng càng cao. Cũng phải nắm các giới hạn của nó: đây là một số không có đơn vị, chỉ có nghĩa khi so sánh các quần xã được đo bằng cùng phương pháp; nó không nói gì về việc loài nào có mặt, nên một quần xã đầy loài ngoại lai xâm hại vẫn có thể cho giá trị cao; và giá trị của nó phụ thuộc vào cách lấy mẫu.
Đa dạng đến từ đâu. Đa dạng hình thành qua quá trình hình thành loài: các quần thể bị cách ly, thường là bởi một rào cản địa lý, rồi phân hoá dần dưới các áp lực chọn lọc khác nhau cho tới khi không còn giao phối được với nhau. Kiến tạo mảng đã thúc đẩy quá trình này ở quy mô toàn cầu bằng cách tách rời và ghép nối các khối lục địa qua hàng triệu năm, và đó là lý do các khối đất cô lập như Australia và Madagascar có rất nhiều loài không tìm thấy ở nơi nào khác. Đa dạng cũng đã nhiều lần bị suy giảm bởi các đợt tuyệt chủng hàng loạt, mà sau mỗi đợt phải mất hàng triệu năm mới phục hồi.
Vì sao các loài đang mất đi hiện nay. Các nguyên nhân chính là phá huỷ và chia mảnh sinh cảnh, vốn là nguyên nhân đơn lẻ lớn nhất; loài ngoại lai xâm hại; ô nhiễm; tăng trưởng dân số cùng mức tiêu dùng đi kèm; và khai thác quá mức. Một số loài dễ tổn thương hơn hẳn: loài có quần thể nhỏ, ổ sinh thái hẹp hoặc thức ăn chuyên hoá, tốc độ sinh sản thấp, kích thước cơ thể lớn, thời gian thế hệ dài, vùng phân bố hẹp đặc biệt là trên đảo, và những loài di cư nên phụ thuộc vào việc nhiều sinh cảnh cùng lúc còn nguyên vẹn. Sách Đỏ IUCN phân loại các loài theo những tiêu chí gồm quy mô quần thể, tốc độ suy giảm, phạm vi phân bố địa lý và mức độ chia mảnh, nhờ đó nỗ lực bảo tồn được định hướng và biến động theo thời gian được đo lường.
Hai khu rừng được khảo sát trên cùng diện tích ô mẫu. Rừng X có 4 loài với số cá thể lần lượt 30, 28, 25, 17. Rừng Y có 4 loài với số cá thể lần lượt 88, 6, 4, 2. Hãy tính chỉ số Simpson cho từng khu, so sánh, và nêu ba giới hạn của kết luận rút ra.
Rừng X. Tổng N bằng 30 cộng 28 cộng 25 cộng 17 bằng 100. Tính n nhân với n trừ một cho từng loài: 30 nhân 29 bằng 870; 28 nhân 27 bằng 756; 25 nhân 24 bằng 600; 17 nhân 16 bằng 272. Tổng bằng 870 cộng 756 cộng 600 cộng 272 bằng 2 498. Tử số bằng 100 nhân 99 bằng 9 900. Vậy D bằng 9 900 chia 2 498 bằng 3,96.
Rừng Y. Tổng N bằng 88 cộng 6 cộng 4 cộng 2 bằng 100. Tính từng loài: 88 nhân 87 bằng 7 656; 6 nhân 5 bằng 30; 4 nhân 3 bằng 12; 2 nhân 1 bằng 2. Tổng bằng 7 700. Vậy D bằng 9 900 chia 7 700 bằng 1,29.
So sánh và đọc ý nghĩa. Hai khu rừng có cùng độ giàu loài là 4 và cùng tổng số cá thể là 100, nhưng chỉ số Simpson của rừng X cao hơn rừng Y khoảng ba lần. Toàn bộ khác biệt đến từ độ đồng đều: rừng X có bốn loài phân bố khá đều, còn rừng Y bị một loài áp đảo chiếm 88%.
Ý nghĩa sinh thái, và đây là phần được chấm. Ba loài hiếm trong rừng Y đang ở ngưỡng nguy hiểm — loài chỉ còn 2 cá thể gần như chắc chắn sẽ biến mất sau một xáo trộn nhỏ. Rừng Y vì vậy có khả năng chống chịu thấp hơn nhiều, dù bảng thống kê số loài không hề cho thấy điều đó. Đây chính là thứ mà phép đếm loài bỏ sót và chỉ số Simpson bắt được.
Giới hạn 1 — không có ngưỡng tuyệt đối. Con số 3,96 tự nó không có nghĩa là cao hay thấp. Chỉ số này không có đơn vị và chỉ dùng được để so sánh, và chỉ so sánh được khi hai quần xã được khảo sát bằng cùng phương pháp, cùng kích thước ô mẫu, cùng mùa và cùng nỗ lực lấy mẫu.
Giới hạn 2 — không phân biệt loài nào. Chỉ số chỉ nhìn vào con số. Nếu rừng X có bốn loài đều là loài ngoại lai xâm hại vừa lan tới, nó vẫn cho D cao trong khi giá trị bảo tồn thực tế lại rất thấp. Vì vậy chỉ số phải luôn được báo cáo kèm danh sách loài.
Giới hạn 3 — phụ thuộc cách lấy mẫu. Ô mẫu quá nhỏ sẽ bỏ sót các loài hiếm, làm D bị thổi phồng theo hướng cho thấy quần xã đồng đều hơn thực tế. Khảo sát vào một mùa cụ thể sẽ bỏ sót các loài chỉ xuất hiện theo mùa. Và vị trí đặt ô mẫu nếu không ngẫu nhiên sẽ đưa vào thiên lệch của người khảo sát.
Hãy giải thích vì sao hổ, gấu trúc lớn, chim kiwi và các loài chim di cư đường dài lại có nguy cơ tuyệt chủng cao hơn hẳn chuột đồng hay bồ câu thành phố, bằng cách nêu các đặc điểm chung.
Đặc điểm 1 — kích thước cơ thể lớn và nhu cầu lãnh thổ rộng, ví dụ hổ. Một cá thể hổ cần lãnh thổ rất rộng để có đủ con mồi, nên ngay cả một khu rừng lớn cũng chỉ nuôi được số ít cá thể. Quần thể nhỏ có hai vấn đề: đa dạng di truyền thấp dẫn tới giao phối cận huyết, và nguy cơ tuyệt chủng do biến động ngẫu nhiên — chỉ vài năm sinh sản kém liên tiếp là đủ. Kích thước lớn cũng khiến hổ trở thành mục tiêu săn bắt có giá trị cao.
Đặc điểm 2 — ổ sinh thái hẹp và thức ăn chuyên hoá, ví dụ gấu trúc lớn. Một loài phụ thuộc gần như hoàn toàn vào một nguồn thức ăn duy nhất không có phương án dự phòng khi nguồn đó suy giảm. Chuyên hoá càng cao thì càng dễ bị tổn thương trước một thay đổi cụ thể, trong khi loài khái quát ăn được nhiều thứ thì chuyển sang nguồn khác được — đó là lý do chuột và bồ câu sống tốt ngay giữa thành phố.
Đặc điểm 3 — tốc độ sinh sản thấp và thời gian thế hệ dài. Gấu trúc và hổ sinh rất ít con và cách nhau nhiều năm, nên sau một cú suy giảm, quần thể cần hàng chục năm để phục hồi — nếu kịp phục hồi. Chuột sinh vài lứa mỗi năm, nên nó bù lại tổn thất trong vài tháng. Đây là lý do tốc độ sinh sản là một trong những tiêu chí quan trọng nhất của Sách Đỏ IUCN.
Đặc điểm 4 — vùng phân bố hẹp, đặc biệt trên đảo, ví dụ chim kiwi. Loài đặc hữu đảo tiến hoá trong điều kiện cách ly, thường không có thú săn mồi trên cạn, nên nó mất các đặc điểm phòng vệ — kiwi mất khả năng bay. Khi con người mang chuột, mèo và chồn tới, loài bản địa hoàn toàn không có tập tính phòng vệ tương ứng. Thêm nữa, vùng phân bố hẹp nghĩa là một sự kiện duy nhất — một trận cháy, một cơn bão, một dịch bệnh — có thể xoá sổ toàn bộ loài, vì không có quần thể nào ở nơi khác để tái định cư.
Đặc điểm 5 — di cư đường dài. Một loài chim di cư phụ thuộc vào nhiều sinh cảnh cùng lúc còn nguyên vẹn: nơi sinh sản, nơi trú đông, và các điểm dừng chân dọc đường. Chỉ cần một mắt xích bị phá — một vùng đất ngập nước duy nhất bị lấp — là cả tuyến di cư sụp đổ, dù hai đầu vẫn được bảo vệ tốt. Điều này khiến chúng đặc biệt khó bảo tồn, vì việc bảo vệ phải diễn ra ở nhiều quốc gia cùng lúc.
Câu tổng quát để trả lời câu hỏi dạng này. Nguy cơ tuyệt chủng cao đi kèm với quần thể nhỏ, chuyên hoá cao, sinh sản chậm và phân bố hẹp; nguy cơ thấp đi kèm với đặc điểm ngược lại. Bốn tiêu chí này cũng chính là khung mà Sách Đỏ IUCN dùng để phân hạng.
Bẫy 2 — nhớ ngược chiều của chỉ số Simpson. D càng LỚN thì đa dạng càng CAO. Nhiều học sinh nhớ ngược vì mẫu số càng lớn thì D càng nhỏ — hãy kiểm tra bằng ví dụ một loài duy nhất, khi đó D bằng gần 1, tức thấp nhất.
Bẫy 3 — coi chỉ số Simpson là kết luận đủ. Nó không nói loài nào có mặt, không có ngưỡng tuyệt đối, và phụ thuộc cách lấy mẫu; phải báo cáo kèm danh sách loài và kèm phương pháp khảo sát.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Biodiversity and Conservation gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.