Báo cáo bài tập lớn Sinh thái học: Sự thích nghi của động vật với điều kiện môi trường khắc nghiệt ở vùng hàn đới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo bài tập lớn "Sinh thái học: Sự thích nghi của động vật với điều kiện môi trường khắc nghiệt ở vùng hàn đới" được thực hiện nhằm nhằm tìm hiểu điều kiện môi trường khắc nghiệt ở vùng hàn đới, cách mà các loài động vật thích nghi với môi trường và sự thích nghi của một số loài sinh vật tại khu vực này. Những thông tin này có thể giúp mọi người có cái nhìn rõ hơn về sự thích nghi của các hệ sinh thái động vật trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, cũng như đóng góp một số thông tin quan trọng cho việc bảo tồn và quản lý các hệ sinh thái vùng hàn đới trong tương lai.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo bài tập lớn Sinh thái học: Sự thích nghi của động vật với điều kiện môi trường khắc nghiệt ở vùng hàn đới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN SỰ THÍCH NGHI CỦA ĐỘNG VẬT VỚI ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHẮC NGHIỆT Ở VÙNG HÀN ĐỚI MÔN HỌC: SINH THÁI HỌC – EN1005 Lớp: L02 – Nhóm: 03 Học kì: 232 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đào Thanh Sơn Thành phố Hồ Chí Minh – 04/2024
BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Họ và tên MSSV Nhiệm vụ Phần trăm đóng góp Soạn tệp trình chiếu Nguyễn Thị Vân Anh 2012606 100% Soạn thảo văn bản Bùi Hoàng Gia Bảo 2110774 Nội dung 1 100% Soạn thảo văn bản Hứa Đại Bảo 2152020 100% Thuyết trình Võ Hữu Bằng 2010922 Nội dung 2 100% Võ Ngọc Ánh Minh 2114087 Thuyết trình 100% Vũ Minh Quân 2011928 Mở đầu 100% Nguyễn Công Ngọc Thiện 2112351 Thuyết trình 100% Nguyễn Thị Hoài Thương 2014686 Soạn câu hỏi 100% Trần Ngọc Thùy Trinh 2115076 Nội dung 2 100%
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................... I LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 NỘI DUNG 1: ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHẮC NGHIỆT Ở VÙNG HÀN ĐỚI ........ 2 1.1. MÔI TRƯỜNG SỐNG.............................................................................................. 2 1.2. VÙNG HÀN ĐỚI ...................................................................................................... 2 1.3. ĐIỀU KIỆN KHẮC NGHIỆT Ở VÙNG HÀN ĐỚI ................................................ 3 1.3.1. Nhiệt độ .............................................................................................................. 3 1.3.2. Lượng mưa ......................................................................................................... 3 1.3.3. Điều kiện ánh sáng ............................................................................................. 4 1.3.4. Khối lượng băng và lượng tuyết tan ................................................................... 5 1.3.5. Điều kiện gió ...................................................................................................... 7 TÓM TẮT NỘI DUNG 1 ................................................................................................. 8 NỘI DUNG 2: SỰ THÍCH NGHI CỦA ĐỘNG VẬT Ở VÙNG HÀN ĐỚI ..................... 9 2.1. SỰ THÍCH NGHI...................................................................................................... 9 2.1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 9 2.1.2. Phân loại ............................................................................................................. 9 2.2. SỰ THÍCH NGHI CỦA MỘT SỐ LOÀI ĐỘNG VẬT ĐIỂN HÌNH Ở VÙNG HÀN ĐỚI ....................................................................................................................... 11 2.2.1. Chim cánh cụt ................................................................................................... 11 2.2.2. Gấu Bắc cực...................................................................................................... 15 2.2.3. Cáo Bắc cực ...................................................................................................... 17 I
2.2.4. Tuần lộc ............................................................................................................ 19 2.2.5. Kỳ lân biển ....................................................................................................... 20 2.2.6. Thỏ Bắc Cực ..................................................................................................... 22 2.2.7. Tuyến trùng ...................................................................................................... 22 2.2.8. Tôm Krill .......................................................................................................... 23 TÓM TẮT NỘI DUNG 2 ............................................................................................... 26 KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 28 II
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Vị trí địa lý của vùng hàn đới (Nguồn:Internet) ............................................................................... 2 Hình 2: Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa tại một số khu vực vùng hàn đới (Nguồn: Internet) .......................4 Hình 3: Mặt Trời lúc nửa đêm tại Kiruna, Thụy Điển (Nguồn: Internet) ......................................................5 Hình 4: Minh họa khối lượng băng tuyết tại vùng cực (Nguồn: Internet) .....................................................6 Hình 5: Các nhà khoa học làm việc trong những cơn gió mạnh ở Nam Cực (Nguồn: Internet)....................8 Hình 6: Chim cánh cụt (Nguồn: Internet) .................................................................................................... 12 Hình 7: Lông và lớp mỡ của chim cánh cụt (Nguồn: Internet) .................................................................... 13 Hình 8: Dạng cơ thể chim cánh cụt (Nguồn: Chim cánh cụt) ...................................................................... 14 Hình 9: Máu lưu thông trong cơ thể chim cánh cụt (Nguồn: Máu lưu thông trong cơ thể chim cánh cụt) .14 Hình 10: Lông của gấu Bắc Cực (Nguồn: Lông gấu Bắc Cực) .................................................................... 15 Hình 11: Mắt của gấu Bắc Cực (Nguồn: Mắt gấu Bắc Cực)........................................................................ 16 Hình 12: Cơ thể to lớn của gấu Bắc Cực (Nguồn: Gấu Bắc Cực) ................................................................ 16 Hình 13: Cáo Bắc Cực (Nguồn: Cáo Bắc Cực) ............................................................................................ 17 Hình 14: Lông cáo Bắc Cực vào mùa hè (Nguồn: Lông cáo Bắc Cực) ....................................................... 18 Hình 15: Lông cáo Bắc Cực vào mùa đông (Nguồn: Lông cáo Bắc Cực) ................................................... 18 Hình 16: Bộ trao đổi nhiệt ngược dòng ở bàn chân (Nguồn: Chân cáo Bắc Cực ) ......................................19 Hình 17: Tuần lộc (Nguồn: Tuần lộc) .......................................................................................................... 19 Hình 18: Sự thay đổi màu mắt của tuần lộc (Nguồn: Mắt tuần lộc) ............................................................ 20 Hình 19: Kì lân biển (Nguồn: Kì lân biển)................................................................................................... 21 Hình 20: Thỏ Bắc Cực (Nguồn: Thỏ Bắc Cực) ............................................................................................ 22 Hình 21: Tuyến trùng (Nguồn: Tuyết trùng) ................................................................................................ 23 Hình 22: Tôm Krill (Nguồn: Internet).......................................................................................................... 24 I
LỜI MỞ ĐẦU Nhắc đến vùng hàn đới, chúng ta đều nghĩ ngay đến băng tuyết và giá lạnh. Trên khắp thế giới, tất cả các sinh vật nói chung và các loài động vật nói chung đang sống trong vùng hàn đới đều luôn phải đối mặt với những thách thức khắc nghiệt từ môi trường sống đặc biệt mà chúng sinh sống. Vùng hàn đới không chỉ được đặc trưng bởi những điều kiện thời tiết cực đoan như lạnh giá và tuyết phủ, mà còn bởi sự biến đổi không ngừng của môi trường sinh sống. Trước sự biến đổi khí hậu toàn cầu, vùng hàn đới đang chịu sự ảnh hưởng ngày càng nặng nề từ việc tăng nhiệt độ, giảm băng tuyết, và sự biến đổi của môi trường. Điều này đặt ra thách thức đối với sự tồn tại của các loài động vật, và yêu cầu chúng thích nghi với môi trường sống mới và thay đổi. Bởi vậy, sự thích nghi của động vật với điều kiện môi trường khắc nghiệt trong vùng hàn đới luôn là một chủ đề nghiên cứu thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và nhà quản lý môi trường trên toàn thế giới. Vì những lí do trên, nhóm chọn thực hiện nghiên cứu đề tài : “Sự thích nghi của động vật với điều kiện môi trường khắc nghiệt ở vùng hàn đới”, nhằm tìm hiểu điều kiện môi trường khắc nghiệt ở vùng hàn đới, cách mà các loài động vật thích nghi với môi trường và sự thích nghi của một số loài sinh vật tại khu vực này. Những thông tin này có thể giúp mọi người có cái nhìn rõ hơn về sự thích nghi của các hệ sinh thái động vật trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, cũng như đóng góp một số thông tin quan trọng cho việc bảo tồn và quản lý các hệ sinh thái vùng hàn đới trong tương lai. 1
NỘI DUNG 1: ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHẮC NGHIỆT Ở VÙNG HÀN ĐỚI 1.1. Môi trường sống Trong Sinh Thái Học, môi trường sống (“habitat”) là một khái niệm đề cập đến các tài nguyên và điều kiện môi trường trong một khu vực tạo ra sự cư trú của sinh vật, là nơi có sự tồn tại và sinh sản của một hoặc nhiều sinh vật nhất định. 1.2. Vùng hàn đới Vùng hàn đới là một trong những vùng địa lý quan trọng của trái đất, nằm giữa vùng cực bắc và vùng cực nam, với các đặc điểm môi trường và khí hậu đặc biệt. Vùng hàn đới nằm từ vĩ độ 66°33′ về phía Bắc và vĩ độ 66°33′ về phía Nam, bao gồm các vùng trên cực Bắc và cực Nam, cũng như một phần của Greenland, Alaska, Canada, Nga, các quốc gia Skandinav, Nam Cực và các đảo như Iceland. Điều kiện khắc nghiệt của vùng hàn đới tạo ra một môi trường sống khó khăn đối với sinh vật và con người. Các cộng đồng dân cư phải phát triển các kỹ thuật đặc biệt để sống sót, và hầu hết sinh vật sống ở đây có các đặc điểm cơ thể và hành vi phù hợp để chịu đựng điều kiện khắc nghiệt này. Hình 1: Vị trí địa lý của vùng hàn đới (Nguồn:Internet) 2
1.3. Điều kiện khắc nghiệt ở vùng hàn đới 1.3.1. Nhiệt độ Vùng hàn đới có khí hậu khắc nghiệt. Cả Bắc Cực và Nam Cực đều lạnh do vị trí ở đỉnh và đáy hành tinh khiến hai nơi này không nhận được ánh sáng trực tiếp từ Mặt Trời. Ở đây, Mặt Trời luôn nhô lên ở vị trí thấp trên đường chân trời, ngay cả giữa mùa hè. Vào mùa đông, Mặt Trời nằm hẳn bên dưới đường chân trời và không xuất hiện trong nhiều tháng. Ngoài ra, bề mặt màu trắng của băng và tuyết ở vùng cực cũng có độ phản xạ cao. Điều này có nghĩa phần lớn năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời chiếu tới đều bị phản chiếu ngược trở lại không gian, khiến không khí bên trên mặt đất tương đối lạnh. Nhiệt độ trung bình hàng năm ở Bắc Cực là -40 độ C vào mùa đông và 0 độ C vào mùa hè. Nhiệt độ trung bình của Nam Cực thấp hơn, ở mức -60 độ C vào mùa đông và -28,2 độ C vào mùa hè 1. 1.3.2. Lượng mưa Hầu hết các vùng khí hậu cận cực có lượng mưa rất ít, thường không quá 380 mm (15 in) trong cả năm. Cách xa bờ biển, lượng mưa chủ yếu xảy ra vào những tháng ấm hơn, trong khi ở những vùng ven biển có khí hậu cận cực, lượng mưa lớn nhất thường là trong những tháng mùa thu khi độ ấm tương đối của đất liền trên biển là lớn nhất. Lượng mưa thấp, theo tiêu chuẩn của các vùng ôn đới hơn với mùa hè dài hơn và mùa đông ấm hơn, thường là đủ để xem sự thoát hơi nước rất thấp để cho phép địa hình ngập nước ở nhiều khu vực có khí hậu cận cực và cho phép tuyết phủ trong mùa đông 2. Một ngoại lệ đáng chú ý của mô hình này là khí hậu cận cực xảy ra ở độ cao lớn ở các vùng ôn đới khác có lượng mưa cực kỳ cao do sự nâng lên về mặt địa lý. Núi Washington, với nhiệt độ đặc trưng của khí hậu cận cực, nhận được lượng mưa trung bình tương đương 101,91 inch (2.588,5 mm) lượng mưa mỗi năm. Các khu vực ven biển của Khabarovsk cũng có lượng mưa lớn hơn nhiều vào mùa hè do ảnh hưởng về mặt địa lý (lên tới 175 milimét (6,9 in) vào tháng 7 ở một số khu vực), trong khi bán đảo núi Kamchatka và đảo 1 An Khang (2022), Bắc Cực hay Nam Cực lạnh hơn?, https://vnexpress.net/bac-cuc-hay-nam-cuc-lanh-hon. 2 Wikipedia, Khí hậu cận Bắc Cực, https://vi.wikipedia.org/wiki/khi-hau-can-bac-cuc. 3
Sakhalin thậm chí còn ẩm hơn do độ ẩm địa lý không bị giới hạn những tháng ấm hơn và tạo ra những dòng sông băng lớn ở Kamchatka. Labrador, ở miền đông Canada, ẩm ướt tương tự trong suốt cả năm do vùng áp thấp Iceland bán kiên cố và có thể nhận được lượng mưa tương đương tới 1.300 mm (51 in) mỗi năm, tạo ra một lớp tuyết dày tới 1,5 mét (59 in) không tan chảy cho đến tháng Sáu 3. Hình 2: Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa tại một số khu vực vùng hàn đới (Nguồn: Internet) 1.3.3. Điều kiện ánh sáng Do độ nghiêng trục quay của Trái Đất khoảng 23° 27', nên về mùa hè của một trong hai bán cầu thì thời gian ban ngày (khoảng thời gian có ánh sáng từ Mặt Trời) sẽ tăng dần lên theo sự tăng lên của vĩ độ (theo giá trị tuyệt đối, nếu coi các vĩ độ ở Nam Bán cầu có dấu âm) và đến một giá trị nhất định của vĩ độ thì Mặt Trời sẽ không lặn trong một số ngày nhất định. Độ dài thời gian có Mặt Trời lúc nửa đêm tăng lên từ 1 ngày tại vòng cực (vĩ độ 66° 3 Wikipedia, Khí hậu cận Bắc Cực, https://vi.wikipedia.org/wiki/khi-hau-can-bac-cuc 4
33') tới khoảng 6 tháng tại cực. Tại các vĩ độ như thế, thông thường người ta gọi hiện tượng này là ban ngày vùng cực 4. Tại hai cực bắc và nam của Trái Đất thì Mặt Trời chỉ mọc và lặn có một lần mỗi năm. Trong vòng 6 tháng khi Mặt Trời nằm phía trên đường chân trời tại các cực thì nó chuyển động liên tục xung quanh đường chân trời, đạt đến vòng tròn chuyển động cao nhất của nó trên bầu trời vào sát thời điểm hạ chí tại mỗi cực. Do hiện tượng khúc xạ nên Mặt Trời lúc nửa đêm có thể thấy tại các vĩ độ thấp hơn đáng kể so với vòng cực, mặc dù nói chung không vượt quá 1 độ (phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết tại mỗi địa phương). Ví dụ, người ta có thể nhìn thấy Mặt Trời lúc nửa đêm tại một số vùng thuộc Iceland, mặc dù phần lớn lãnh thổ của nó nằm dưới vòng Bắc cực một cách đáng kể (đảo Grímsey là ngoại lệ). Ngay cả những vùng xa nhất về phía bắc của Scotland (và những nơi nào có cùng vĩ độ) cũng có "hoàng hôn" lờ mờ trên bầu trời phương bắc vào khoảng thời gian này. Hình 3: Mặt Trời lúc nửa đêm tại Kiruna, Thụy Điển (Nguồn: Internet) 1.3.4. Khối lượng băng và lượng tuyết tan Phần lục địa xa nhất phía cực nam có xấp xỉ 90% lượng băng của thế giới, với trữ lượng khoảng 1/3 lượng nước ngọt của Trái Đất đang bị giữ dưới dạng băng ở đây. Băng ở Nam Cực có nơi dày 3,5km. Trong khi đó, ở Bắc Cực, lớp băng lạnh này chỉ dày từ 2m đến 4m. 4 Wikipedia, Ban ngày vùng cực, https://vi.wikipedia.org/wiki/ban-ngay-vung-cuc 5
Thực tế là gần như toàn bộ lục địa Nam Cực được bao phủ bởi một tảng băng khổng lồ dày đến 1 dặm, tại một số địa điểm, nó có thể dày tới gần 3 dặm và điều này thực sự khó tin đối với rất nhiều người. Lớp băng dày này là điều khiến khu vực Nam Cực trở thành nơi khó tồn tại nhất đối với sự sống. Hơn 90% băng trên thế giới, khoảng 29 triệu km3 bị đóng băng ở Nam Cực 5. Theo Quartz, lượng tuyết rơi tại Nam Cực đã và đang ngày càng tăng dần theo thời gian. Các phát hiện được trình bày tại Hội nghị Liên minh Khoa học Trái Đất Châu Âu tổ chức tại Viên, Áo hôm 9/4 tiết lộ, lượng tuyết rơi hằng năm đã tăng khoảng 10% kể từ đầu những năm 1800 6. Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, lượng tuyết rơi tại Nam Cực trong khoảng thời gian 2001-2010 nhiều hơn 272 tỷ tấn so với những năm 1800-1810. Lượng tuyết này thậm chí còn đủ lấp đầy hai Biển chết 7. Hình 4: Minh họa khối lượng băng tuyết tại vùng cực (Nguồn: Internet) 5 Lê Yến (2019), Những điều thú vị về Nam Cực mà có thể bạn chưa biết, https://www.vietravel.com/vn/nhung-dieu- thu-vi-ve-nam-cuc-ma-co-the-ban-chua-biet 6,7 Khoa học – Công nghệ (2018), Nam Cực ghi nhận tình trạng tuyết rơi kỷ lục do... Trái đất nóng lên, https://tinhuytthue.vn/nam-cuc-ghi-nhan-t-igrave-nh-trang-tuyet-roi-ky-luc-do 6
1.3.5. Điều kiện gió Ở vùng cực, gió lạnh có thể trở thành một yếu tố nguy hiểm và khắc nghiệt đối với sức khỏe và sự sống của con người và động vật. Dưới đây là một số điểm cụ thể để nói rõ về gió lạnh ở vùng cực: • Độ lạnh cực độ: Gió lạnh ở vùng năm cực thường có nhiệt độ rất thấp, thậm chí có thể xuống dưới -50 độ C. Điều này tạo ra một môi trường cực kỳ khắc nghiệt và đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng để đối phó. • Sức mạnh và tốc độ: Gió lạnh ở vùng năm cực thường có tốc độ cao và có thể cực kỳ mạnh mẽ. Sức mạnh của gió này có thể làm bay mất vật liệu và gây ra sự cản trở đối với việc di chuyển của con người và động vật. • Ảnh hưởng đến cơ thể: Tiếp xúc với gió lạnh ở vùng năm cực có thể gây ra mất nhiệt nhanh chóng cho cơ thể con người và động vật. Điều này có thể dẫn đến nguy cơ mắc các vấn đề về sức khỏe như cảm lạnh, đông máu, và thậm chí là đông lạnh. • Tác động vào da và đường hô hấp: Gió lạnh có thể làm khô và tổn thương da, làm cho da trở nên khô và nứt nẻ. Nó cũng có thể gây ra các vấn đề về hô hấp, đặc biệt là cho những người có vấn đề về đường hô hấp như hen suyễn hoặc viêm phế quản. • Cản trở tầm nhìn: Gió lạnh thường đi kèm với sự đổi chiều và tăng cường hiện tượng tuyết và băng gió. Điều này có thể làm giảm tầm nhìn và tạo ra điều kiện giao thông nguy hiểm, đặc biệt là trên các tuyến đường phong cảnh đồi núi và băng tuyết. Trong tất cả các điều kiện này, việc chuẩn bị kỹ lưỡng, đảm bảo bảo vệ cơ thể và cung cấp các phương tiện an toàn là rất quan trọng để đối phó với gió lạnh ở vùng năm cực. Nam Cực là quê hương của những cơn gió bất thường thổi hướng xuống mặt đất (Katabatic wind). Chúng hình thành do sự kết hợp giữa không khí lạnh và hình dáng lục địa. Theo John King, nhà khoa học đến từ Cơ quan nghiên cứu Nam Cực tại Cambridge, Anh, bề mặt lạnh liên tục, đặc biệt trong suốt mùa đông Nam Cực khi mặt trời luôn ở vị trí thấp hoặc phía trên đường chân trời, dẫn tới sự hình thành của lớp không khí lạnh mỏng. Do Nam Cực có hình vòm, lớp không khí này có xu hướng vận động từ lục địa ra ven biển. Từ tháng 2/1912 đến 12/1913, các nhà khoa học đã đo vận tốc gió ở Cape Denison, một 7
mũi đá ở vịnh Commonwealth phía đông Nam Cực. Vận tốc gió cao nhất là 153 km/h vào ngày 6/7/1913 8. Hình 5: Các nhà khoa học làm việc trong những cơn gió mạnh ở Nam Cực (Nguồn: Internet) Tóm tắt nội dung 1 Qua các nội dung được đề cập phần trên, ta biết được vùng hàn đới là một khu vực địa lý quan trọng với các đặc điểm môi trường và khí hậu đặc biệt. Vùng hàn đới nằm giữa vĩ độ 66°33' về phía Bắc và vĩ độ 66°33' về phía Nam, bao gồm các vùng trên cực Bắc và cực Nam cũng như một số lãnh thổ và đảo. Điều kiện khắc nghiệt của vùng này bao gồm nhiệt độ cực thấp, lượng mưa ít, ánh sáng mặt trời thay đổi theo mùa và lượng băng tuyết lớn. Bên cạnh đó, gió lạnh cũng là một yếu tố quan trọng ở vùng hàn đới, có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe và sự sống của con người và động vật. Các cơn gió bất thường như gió Katabatic thường xuyên xuất hiện ở Nam Cực, có thể có tốc độ rất cao, đặc biệt vào mùa đông. Điều này làm cho vùng hàn đới trở thành một môi trường sống khắc nghiệt, đòi hỏi sự thích nghi đặc biệt và phải phát triển các kỹ thuật đặc biệt để sinh sống và sinh tồn. 8 Phương Hoa (2015), Những vùng hút gió bão trên Trái Đất, https://vnexpress.net/nhung-vung-hut-gio-bao-tren-trai- dat. 8
NỘI DUNG 2: SỰ THÍCH NGHI CỦA ĐỘNG VẬT Ở VÙNG HÀN ĐỚI 2.1. Sự thích nghi 2.1.1. Khái niệm Thích nghi được hiểu là sự biến đổi, thay đổi hay điều chỉnh một đặc điểm nào đó để tăng tỉ lệ sống sót, sinh sản và sự phát triển của sinh vật. Khả năng của một sinh vật phát triển những đặc điểm nhất định nhằm cải thiện cơ hội sống sót của nó trong môi trường mà chúng sống, sự thay đổi đó còn gọi là đặc điểm thích nghi. Sinh vật phải luôn thích nghi để tồn tại trong điều kiện chúng sống. Nói cách khác, sự thích nghi là một đặc điểm của sinh vật được chọn lọc tự nhiên ưu ái. Động vật sống ở vùng khí hậu rất lạnh phải có những đặc điểm đặc biệt để tự bảo vệ mình trước cái lạnh khắc nghiệt. Những đặc điểm và thói quen giúp động vật thích nghi với môi trường xung quanh là kết quả của quá trình tiến hóa. Tùy theo môi trường sống, động vật tự thích nghi. Những động vật này có thể được phân loại thành động vật vùng cực. 2.1.2. Phân loại Sự thích nghi được phân thành ba loại: (1) Thích nghi về cấu trúc, hình thái: Sự thích nghi này trong tự nhiên là một quá trình quan trọng mà các sinh vật tiến hóa để tối ưu hóa việc sinh tồn trong môi trường sống của mình. Các sinh vật thích nghi với môi trường bằng cách thay đổi hình dạng cơ thể, điều này giúp chúng tạo ra những lợi thế sinh tồn. Sự thích nghi hình thái, cấu trúc trong tự nhiên cho phép các sinh vật tận dụng tối đa môi trường sống của mình. Thông qua việc thay đổi hình dạng cơ thể, chúng có thể di chuyển, săn mồi, tránh kẻ săn mồi và tăng khả năng sinh tồn. Điều này cho thấy sự sáng tạo và khả năng thích nghi tuyệt vời của tự nhiên. Sinh vật thích nghi với điều kiện môi trường khác nhau của môi trường, thể hiện qua các đặc điểm về hình thái, cấu tạo giải phẫu và hoạt động sinh lý. Có hai quy tắc thường thấy: 9
(i) Quy tắc về kích thước cơ thể (quy tắc Becman) 9: Động vật hằng nhiệt sống ở vùng có khí hậu lạnh thì có kích thước cơ thể lớn hơn so với những động vật cùng loài sống ở vùng nhiệt đới ấm áp (tỉ số giữa diện tích bề mặt cơ thể với thể tích cơ thể (S/V) giảm, để hạn chế sự toả nhiệt của cơ thể). Đồng thời, chúng có lớp mỡ dày nên khả năng chống rét tốt. (ii) Quy tắc về các bộ phận tai, đuôi, chi... của cơ thể (quy tắc Anlen) Động vật hằng nhiệt sống ở vùng ôn đới có tai, đuôi, chi ... bé hơn tai, đuôi, chi... của loài động vật tương tự sống ở vùng nóng. Ví dụ: sự thích nghi hình dạng là hình dạng vây cá. Vây của cá được thiết kế đặc biệt để giúp chúng di chuyển trong môi trường nước. Vây trước của cá thường có cấ trúc hình chữ V, giúp cá di chuyển nhanh chóng và linh hoạt. Vây sau của cá thường có cấu trúc hình chữ C, giúp cá đạt được sự ổn định và điều chỉnh hướng di chuyển. Sự thích nghi hình dạng vây cá cho phép chúng di chuyển hiệu quả trong nước và tăng khả năng săn mồi cũng như tránh kẻ săn mồi. (2) Thích ứng về hành vi sống: Sự thích nghi hành vi trong tự nhiên là một khía cạnh quan trọng của sự thích nghi trong tự nhiên. Các sinh vật thích nghi với môi trường bằng cách thay đổi hành vi của mình để tối ưu hóa cơ hội sinh tồn và sinh sản. Ví dụ: Tìm kiếm thức ăn, xây tổ và tổ chức đàn là những ví dụ điển hình về sự thích nghi hành vi trong tự nhiên Cách các sinh vật tìm kiếm thức ăn. Để sống sót, các sinh vật phải tìm kiếm và tiếp cận nguồn thức ăn phù hợp. Có những sinh vật có khả năng di chuyển để tìm kiếm thức ăn, trong khi những sinh vật khác có thể sử dụng cơ chế săn mồi hoặc kỹ năng săn bắt để đạt được thức ăn. Xây tổ cũng là một hành vi thích nghi phổ biến trong tự nhiên. Các sinh vật xây tổ để tạo ra một môi trường an toàn và thuận lợi cho việc sinh sống và sinh sản. Ví dụ, chim có thể xây tổ trên cây hoặc trong hang để bảo vệ trứng và con non khỏi mối nguy hiểm. 9 Bergmann ang Geographical and latitudinal variation in growth patterns and adult body size of animals 10
Tổ chức đàn cũng là một hình thức thích nghi hành vi quan trọng. Các sinh vật sống thành đàn để tăng cường sự bảo vệ, tìm kiếm thức ăn hiệu quả và tăng khả năng sinh sản. Ví dụ, bầy sư tử thường tổ chức đàn để săn mồi lớn hơn và chia sẻ công việc trong việc chăm sóc con non. (3) Thích ứng sinh lý: Sự thích nghi của các hệ thống cơ thể có trong cơ thể sinh vật cho phép nó thực hiện một số phản ứng sinh hóa nhất định. Cơ chế và quá trình sự thích nghi chức năng giúp sinh vật điều chỉnh hoạt động cơ quan, tạo ra các cơ chế bảo vệ và tương tác với môi trường xung quanh dưới một số hình thức sau đây: Điều chỉnh hoạt động cơ quan: Các sinh vật thích nghi bằng cách điều chỉnh hoạt động cơ quan để phù hợp với môi trường. Ví dụ: khi nhiệt độ môi trường tăng, các sinh vật có thể điều chỉnh quá trình hô hấp hoặc cơ địa như mở rộng các mạch máu để tản nhiệt. Cơ chế bảo vệ: Sự thích nghi chức năng trong tự nhiên cũng liên quan đến việc sinh vật tạo ra các cơ chế bảo vệ để đối phó với môi trường khắc nghiệt. Ví dụ: một số loài cây có khả năng tổng hợp các chất chống oxi hóa để chống lại tác động của tia tử ngoại từ mặt trời. Tương tác với môi trường: Sinh vật thích nghi chức năng bằng cách tương tác với môi trường xung quanh. Điều này có thể bao gồm việc tìm kiếm thức ăn, xây tổ, tạo ra các môi trường sống phù hợp và tương tác với các loài khác. Ví dụ: chim cánh cụt có thể tạo ra các tổ bằng cách sử dụng các vật liệu có sẵn trong môi trường để bảo vệ và ấp trứng. Sự thích nghi này trong tự nhiên là một quá trình phức tạp và đa dạng, giúp sinh vật tồn tại và phát triển trong môi trường khắc nghiệt. Hiểu về các cơ chế và quá trình này là rất quan trọng để khám phá và tôn trọng sự đa dạng của cuộc sống trên Trái Đất. 2.2. Sự thích nghi của một số loài động vật điển hình ở vùng hàn đới 2.2.1. Chim cánh cụt Chim cánh cụt thuộc bộ Sphenisciformes, họ Spheniscidae - lấy theo chi Spheniscus nghĩa là hình nêm, là một nhóm chim nước không bay được. Chúng hầu như chỉ sống ở 11
Nam bán cầu 10. Loài chim cánh cụt sống lớn nhất là chim cánh cụt hoàng đế ( Aptenodytes forsteri và loài chim cánh cụt nhỏ nhất là chim cánh cụt xanh nhỏ (Eudyptula nhỏ). Nam cực được mệnh danh là nơi có điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất thế giới, do đó các điều kiện giúp chim cánh cụt thích nghi với khí hậu hàn đới khắc nghiệt ở vùng cực. Hình 6: Chim cánh cụt (Nguồn: Internet) 2.2.1.1. Lớp lông dày mịn Lớp lông cánh cụt rất dày, có thể lên đến hàng chục lớp. Các lớp lông thường được tổ chức một cách chặt chẽ và mỗi lớp lông có chức năng riêng để giữ ấm và ngăn chặn mất nhiệt. Lông của chim cánh cụt cũng thường được phủ một lớp chất liệu chống nước tự nhiên hoặc được tạo ra từ các tác nhân dầu tự nhiên. Lông trên đầu và cổ của chim cánh cụt thường dài và mở rộng ra, tạo ra một loại "mũ" tự nhiên giúp che chắn gió lạnh và giữ ấm cho các phần quan trọng như đầu và cổ. Lông cánh cụt giữ nhiệt độ cơ thể chúng và bảo vệ chúng khỏi gió lạnh và nước lạnh. Tiêu biểu, loài chim cánh cụt hoàng đế dựa vào hai yếu tố vật lý chính để cách nhiệt với thế giới bên ngoài: lông và mỡ. Khi nhiệt độ không khí mùa đông giảm xuống -40° và gió thổi lên tới 100 km/h (60 mp/h), nhiệt độ cơ thể của chim cánh cụt được duy trì ở mức 37°C (98,6°F). Lớp phủ lông vũ của loài chim này được làm từ nhiều loại lông bao gồm cả lông viền (contor feather) và lông tơ (down feather), giúp chúng có thể chống thấm và giảm thoát nhiệt một cách hiệu quả. Các loài chim cánh cụt đều có màu trắng ở phần bụng và màu sẫm (chủ yếu là đen) ở phần lưng. Nó có tác dụng giúp cho chúng được ngụy trang tốt. Kẻ thù săn tìm chúng từ phía dưới (chẳng hạn cá kình hay hải cẩu báo) 10 National Geographic news, Penguin and amazing knowledge 12
rất khó phân biệt màu trắng của bụng chim cánh cụt với màu phản chiếu từ mặt nước. Bộ lông sẫm màu trên lưng chúng giúp chúng thoát khỏi các kẻ thù từ phía trên. 11 Hình 7: Lông và lớp mỡ của chim cánh cụt (Nguồn: Internet) 2.2.1.2. Dạng cơ thể Cơ thể của chim cánh cụt dạng hình nêm, hạn chế diện tích tiếp xúc với không khí lạnh, giúp giữ nhiệt độ cơ thể ổn định. Dạng cơ thể thon gọn này có hiệu quả vượt trội trong việc giảm ma sát với nước, từ đó giúp loài chim này bơi nhanh hơn và săn mồi hiệu quả hơn, cũng như để trốn thoát kẻ thù. Cánh của chúng đã tiến hóa thành các chân chèo và không có tác dụng để bay trong không gian. Tuy nhiên, bộ cánh là một trong những yếu tố giúp chim cánh cụt thích nghi cực tốt với môi trường dưới nước. Với bộ lông mượt thì một lớp không khí được duy trì, đảm bảo cho sức nổi của chúng. Ngoài ra, lớp không khí này còn có tác dụng giúp cho chim cánh cụt chịu được nước lạnh. Trên mặt đất, chim cánh cụt dùng đuôi và các cánh để duy trì cân bằng cho thế đứng thẳng của chúng. Chim cánh cụt có thể đi lạch bạch bằng hai chân hoặc trượt bằng bụng của chúng dọc theo lớp tuyết, một chuyển động gọi là "trượt băng", điều này cho phép chúng tiết kiệm năng lượng trong khi vẫn có thể chuyển động tương đối nhanh 12. 11 Nick Engelmann. “Adapt or Die!”, https://www.quarkexpeditions.com/blog/adapt-or-die-adaptation-is-the-key-to- survival-in-the-antarctic 12 United Park and Resorts. “Physical Characteristics”, https://seaworld.org/animals/all-about/penguins/physical- characteristics/ 13
Hình 8: Dạng cơ thể chim cánh cụt (Nguồn: Chim cánh cụt) 2.2.1.3. Máu lưu thông đặc biệt và khả năng thích nghi với nước lạnh Chim cánh cụt có một cơ chế tuần hoàn đặc biệt, có thể hoạt động như một loại chất chống đông lạnh nhằm đảm bảo giữ đủ độ ấm cho cơ thể giúp chúng không bị đóng băng. Bàn chân của chim cánh cụt đã tiến hóa để đảm bảo chúng mất ít nhiệt nhất có thể. Bàn chân của chim cánh cụt giữ nhiệt bằng cách hạn chế sự lưu thông của máu trong thời tiết thật sự lạnh nhằm giữ nhiệt độ của bàn chân trên mức đóng băng 13. Cẳng chân của chim cánh cụt hoạt động như một hệ thống trao đổi nhiệt. Các mạch máu đến và đi từ bàn chân rất hẹp và đan chặt vào nhau. Máu từ cơ thể đến bàn chân sẽ được làm lạnh và sẽ được làm nóng lại một lần nữa khi quay trở lại cơ thể. Khi bàn chân nhận được máu lạnh, lượng nhiệt bị mất sẽ giảm đi, trong khi cơ thể vấn đảm bảo đủ độ ấm.2.1.3. Hệ thống tuần hoàn máu Hệ thống tuần hoàn máu của chim cánh cụt có khả năng điều chỉnh để giữ cho máu ở nhiệt độ ổn định. Chúng có thể chấp nhận mức giảm nhiệt độ trong cơ thể để bảo vệ các bộ phận quan trọng như não. Ví dụ, nhiệt độ của các vùng ngoại vi (tay chân và da) của chim cánh cụt giảm xuống trong khi lặn trong khi nhiệt độ của các vùng lõi (tim, tĩnh mạch sâu và cơ ngực) được duy trì ở nhiệt độ bình thường. Hình 9: Máu lưu thông trong cơ thể chim cánh cụt (Nguồn: Máu lưu thông trong cơ thể chim cánh cụt) 13 VNscience, Tại sao bàn chân của chim cánh cụt không bị lạnh? Một sự thật thú vị về hệ thống tuần hoàn của nó 14
2.2.2. Gấu Bắc cực Gấu Bắc Cực Gấu trắng Bắc Cực (Ursus maritimus) là một loài động vật có vú lớn của bộ Ăn thịt (Carnivora), họ Gấu (Ursidae). Chúng là loài động vật sống gần địa cực tìm thấy xung quanh Bắc Băng Dương và sinh sống trên lãnh thổ của năm quốc gia khác nhau. Chúng có mặt ở ngoài khơi bờ biển phía bắc và tây bắc Alaska, Canada, Greenland, Svalbard (Na Uy) và Nga. Một số đặc điểm thích nghi khí hậu hàn đới để sống và sinh tồn trong môi trường cực lạnh như khu vực Bắc Cực. Một số đặc điểm giúp gấu Bắc cực thích nghi với môi trường khắc nghiệt ở vùng cực bao gồm: 2.2.2.1. Lớp lông dày và lớp mỡ dưới da Người ta thường cho rằng gấu Bắc Cực có bộ lông màu trắng. Tuy nhiên, bộ lông của gấu Bắc Cực không có sắc tố trắng; trên thực tế, da của gấu Bắc Cực có màu đen và lông của chúng trong suốt. Điều này giúp chúng ngụy trang tốt với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, gấu Bắc Cực cũng có một lớp mỡ dày trên cơ thể giúp giữ ấm khi bơi và lớp lông hai lớp giúp cách nhiệt chúng khỏi không khí lạnh giá của Bắc Cực 14. Ngoài ra, gấu Bắc cực không có lông mi, vì lông mi có thể gây đóng băng trên mắt khi nhiệt độ dưới 0 °C. Thay vào đó chúng có lớp màng mí mắt thứ ba, giống như của mèo, giúp cho chúng không bị chói băng và chói tuyết. Hình 10: Lông của gấu Bắc Cực (Nguồn: Lông gấu Bắc Cực) 14 World Wildlife Fund. “Why do polar bears have white fur? And nine other polar bear facts.”, https://www.worldwildlife.org/stories/why-do-polar-bears-have-white-fur-and-nine-other-polar-bear-facts 15