Giáo trình: Đa dạng sinh học - PGS.TS Tô Thất Tháp

Chia sẻ: Trần Văn Thảo | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

1.868
lượt xem 590
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Theo Công ước Đa dạng sinh học, khái niệm "Đa dạng sinh học" (biodiversity, biological diversity) có nghĩa là sự khác nhau giữa các sinh vật sống ở tất cả mọi nơi, bao gồm: các hệ sinh thái trên cạn, trong đại dương và các hệ sinh thái thuỷ vực khác, cũng như các phức hệ sinh thái mà các sinh vật là một thành phần,...

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình: Đa dạng sinh học - PGS.TS Tô Thất Tháp

PGS. TS. TÔN THẤT PHÁP Giáo trình ĐA DẠNG SINH HỌC 1
Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Định nghĩa Theo Công ước Đa dạng sinh học, khái niệm "Đa dạng sinh học" (biodiversity, biological diversity) có nghĩa là sự khác nhau giữa các sinh vật sống ở tất cả mọi nơi, bao gồm: các hệ sinh thái trên cạn, trong đại dương và các hệ sinh thái thuỷ vực khác, cũng như các phức hệ sinh thái mà các sinh vật là một thành phần,...; thuật ngữ này bao hàm sự khác nhau trong một loài, giữa các loài và giữa các hệ sinh thái. Có thể coi, thuật ngữ "đa dạng sinh học" lần đầu tiên được Norse và McManus (1980) định nghĩa, bao hàm hai khái niệm có liên quan với nhau là: đa dạng di truyền (tính đa dạng về mặt di truyền trong một loài) và đa dạng sinh thái (số lượng các loài trong một quần xã sinh vật). Có nhiều định nghĩa về đa dạng sinh học được đưa ra, định nghĩa được đưa ở trên là định nghĩa được dùng trong Công ước Đa dạng sinh học. Các định nghĩa khác về Đa dạng sinh học: - toàn bộ gen, các loài và các hệ sinh thái trong một vùng hoặc trên toàn thế giới . - tính đa dạng của sự sống dưới mọi hình thức, mức độ và mọi tổ hợp, bao gồm đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái . [FAO] - tính đa dạng, trạng thái khác nhau về đặc tính hoặc chất lượng (R.Patrick,1983) - sự đa dạng và tính khác nhau của các sinh vật sống và các phức hệ sinh thái mà chúng tồn tại trong đó. Tính đa dạng có thể định nghĩa là một số lượng xác định các đối tượng khác nhau và tần số xuất hiện tương đối của chúng. Đối với đa dạng sinh học, những đối tượng này được tổ chức ở nhiều cấp độ, từ các hệ sinh thái phức tạp đến các cấu trúc hoá học là cơ sở phân tử của vật chất di truyền. Do đó, thuật ngữ này bao hàm các hệ sinh thái, các loài, các gen khác nhau và sự phong phú tương đối của chúng. (OTA, 1987). - tính đa dạng của sự sống và các quá trình hoạt động của nó (U .S. Forest Service, 1990). 2
- bao gồm tất cả các loài thực vật, động vật, vi sinh vật, các hệ sinh thái và quá trình sinh thái học mà chúng tham gia . Đây là khái niệm bao trùm cho mức độ phong phú của tự nhiên, bao gồm cả số lượng và tần số xuất hiện của các hệ sinh thái, các loài và các gen di truyền trong một tổ hợp xác định. (McNeely et al., 1990). - tính đa dạng của sự sống ở mọi cấp độ tổ chức, biểu hiện bởi số lượng và tần số xuất hiện tương đối của các đối tượng (gen, sinh vật, hệ sinh thái) (EPA, 1990). - toàn bộ sự đa dạng và khác nhau giữa các sinh vật sống và trong chính sinh vật đó, cũng như đối với các hệ sinh thái mà các sinh vật tồn tại trong đó; bao hàm cả đa dạng hệ sinh thái hoặc đa dạng quần xã, đa dạng loài và đa dạng di truyền (Pending legislation, U .S. Congress 1991). - tính đa dạng của sinh vật ở mọi cấp độ, từ những biến dị di truyền trong cùng một loài đến sự đa dạng của các loài, giống/chi, họ và thậm chí cả các mức phân loại cao hơn; bao gồm cả đa dạng hệ sinh thái, gồm cả các quần xã sinh vật trong các sinh cảnh cụ thể và các điều kiện vật lý mà chúng sinh sống trong đó (Wilson, 1992). - là phức hệ vượt quá sự hiểu biết và có giá trị không thể đo đếm được, đa dạng sinh học là toàn bộ tính đa dạng của sự sống trên trái đất (Ryan, 1992). - tính đa dạng về cấu trúc và chức năng của các dạng sống ở các mức di truyền, quần thể, loài, quần xã và hệ sinh thái (Sandlund et al., 1993). 1.2. Đối tượng môn học Đa dạng sinh học là một phân môn của sinh học, đa dạng sinh học lấy đối tượng là toàn bộ sinh vật sống trên trái đất làm đối tượng nghiên cứu của mình. Sự đa dạng của đời sống được làm rõ bằng nhiều cách khác nhau. Một số hướng của sự đa dạng này có thể bắt đầu được tạo nên nhờ vào phân biệt giữa các yếu tố khác nhau. Có 3 nhóm đa dạng cơ bản được tạo nên là: đa dạng di truyền; đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái. Đa dạng di truyền bao gồm các thành phần của các mã di truyền cấu trúc cơ thể (nucleotides, genes, chromosomes) và sự biến đổi trong cấu trúc giữa các cơ thể của cùng một quần thể và giữa các quần thể khác nhau. Đa dạng loài bao gồm các bậc phân loại và các thành phần của nó, từ các cá thể đến các loài, chi và cao hơn. 3
Đa dạng hệ sinh thái bao gồm các mức độ sinh thái khác nhau của quần thể, thông qua nơi ở và ổ sinh thái, đến sinh cảnh. Như vậy, đa dạng sinh học sẽ tập trung nghiên cứu sự đa dạng trong sinh vật từ di truyền cho đến các hệ sinh thái. Tuy nhiên, đối với mỗi cấp độ đa dạng sẽ có những mặt thuận lợi và khó khăn riêng khi tiến hành nghiên cứu. Đối với đa dạng di truyền, các quần thể được thiết lập từ các cá thể, mỗi một cá thể có một thành phần nhiễm sắc thể, các nhiễm sắc thể được cấu thành từ các gen và gen được cấu thành từ nucleotide. Ngược lại, trong đa dạng loài, giới, ngành, họ, chi, loài, dưới loài, quần thể và cá thể hình thành nên một chuổi tổ hợp, trong đó tất cả các nhân tố ở mức thấp hơn nằm trong mỗi mức cao hơn. Cùng với quá trình tiến hoá, sự tổ chức phân loại này của đa dạng sinh học phản ánh một khái niệm tổ chức trung tâm của sinh học hiện đại. 1.3. Sơ lược lịch sử về đa dạng sinh học Những bằng chứng minh họa được cung cấp từ các hóa thạch và phân tử, một vài sự kiện lớn về sự sống trên trái đất, cùng với niên đại của chúng được tái hiện trong bảng sau: Kỷ Thời kỳ Thời gian Các sự kiện lớn nguyên (triệu năm) Tiền Precambrian 4500 Khởi thủy sự sống, các tổ cambrian chức đa bào đầu tiên Paleozoic Cambrian 550 Tất cả các ngành lớn xuất hiện được ghi nhận từ hóa thạch, bao gồm động vật có xương sống đầu tiên Ordovician 500 Cá có hàm đầu tiên Silurian 440 Sự xâm chiếm đất liền bởi thực vật và chân khớp Devonian 410 Sự đa dạng hóa của cá xương (teleost), xuất hiện lưỡng thê và côn trùng Carboniferous 360 Rừng được bao phủ bởi thực vật có mạch, xuất hiện bò sát và sự ưu thế của lưỡng thê 4
Permian 290 Sự tuyệt chủng của nhiều loài không xương sống ở biển, xuất hiện bò sát giống thú và côn trùng ngày nay. Mesoic Triassic 250 Nguồn gốc và sự đa dạng chủ yếu là bò sát, xuất hiện thú, cây hạt trần chiếm ưu thế Jurassic 210 Bò sát thống trị và cây hạt trần chiếm ưu thế, xuất hiện chim Cretaceous 140 Xuất hiện thực vật hạt kín, sự thống trị của bò sát và nhiều nhóm động vật không xương sống bị tuyệt chủng và kết thúc một giai đoạn Cenozoic Tertiary 65 Đa dạng hóa của thú, chim, côn trùng hút phấn và hạt kín. Tertiary muộn/tiền Quaternary- thời kỳ đỉnh cao của đa dạng sinh học Quaternary 1.8 Xuất hiện loài người (Nguồn:www.IUCN.org) Qua bảng trên cho thấy rằng có vẻ như tất cả các sinh vật đều có chung một nguồn gốc. Tất nhiên, đa dạng sinh học đã được tăng lên từ giai đoạn giữa, ước tính khoảng 3.5-4.0 tỷ năm trước (trái đất có tuổi khoảng 4,5- 5,0 tỷ năm, vì vậy sự sống đã xuất hiện khắp nơi hầu hết chúng đều tồn tại), đầu tiên sự gia tăng này diễn ra rất chậm. Một trong những sự thay đổi quan trọng đó là đã mở ra một sự phát triển lớn về đa dạng sinh học, đã tạo ra sinh vật đa bào. Các sinh vật đa bào có lẽ đã không đa dạng hóa cho đến 1,4 tỷ năm trước, lúc đó gần 60% sự sống trước đó đã hoàn toàn mất đi. Đặc biệt các động vật đa bào đã không bắt đầu đánh dấu sự đa dạng cho đến khoảng 600 triệu năm trước, vào lúc đó khoảng 80% sự sống trước đó đã bị biến mất. Các sinh vật vào thời kỳ này chỉ dài khoảng vài milimét. Đến Kỷ Palaeozoic (cổ sinh) và trên đá của thời kỳ Cambrian (550 triệu năm trước), các nhà khoa học đã tìm thấy sự xuất hiện ngẫu nhiên của các động vật đa bào (metazoan) có kích thước khá lớn. Các nhà khoa học đã ước tính rằng nếu sự bùng nổ đa dạng sinh học vào thời kỳ Cambrian được tiếp tục bằng một tỷ lệ hằng số cho đến nay thì đại 5
dương có thể xuất hiện 1060 họ metazoan, thay vì 103 như hiện nay (Sepkoski, 1997). Trên thực tế, tất cả các nhóm động vật lớn ngày nay đều được ghi nhận ở hóa thạch trong thời kỳ Cambrian (Kevin J Gaston, 2004). Gould, 1989 đã đưa ra giả thuyết rằng sự đa dạng của các tổ chức đạt cao nhất vào thời gian bùng nổ đa dạng sinh học của giai đoạn Cambrian. Sự chiếm cứ đất liền của động vật, thực vật (440 triệu năm trước), tiếp theo là sự đa dạng hóa của chúng, ngay sau các sinh vật đa bào trong biển. Vì vậy, sự sống của động vật đến từ chổ một ít loài hoàn thiện thành nhiều cấu trúc cơ thể khác nhau trong thời kỳ Cambrian, đến ngày nay chúng ta nhìn thấy nhiều loài nhưng ít cấu trúc cơ thể hơn. Khoảng 100 triệu năm trước đã có sự tăng lên và phát triển ổn định của đa dạng sinh học, chúng đã đạt đến cực điểm vào cuối thời kỳ Tertiary (đệ tam) và đầu Quaternary (đệ tứ), vào thời kỳ này có nhiều loài và số bậc phân loại động vật thực vật cao hơn (cả dưới biển và trên cạn) so với trước đó (Signor, 1990). 6
Chương 2 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA ĐA DẠNG SINH HỌC 2.1. Khái niệm chung về đa dạng sinh học 2.1.1. Các định nghĩa và ví dụ Theo định nghĩa của Quỹ Quốc tế về Bảo tồn Thiên nhiên (World Wildlife Fund) thì đa dạng sinh học là “sự phồn thịnh của cuộc sống trên trái đất, là hàng triệu loài động vật, thực vật và vi sinh vật, là những nguồn gen của chúng và là các hệ sinh thái phức tạp cùng tồn tại trong môi trường sống”. Như thế, đa dạng sinh học cần phải được xem xét ở ba mức độ. Đa dạng sinh học ở mức độ loài bao gồm tất cả sinh vật trên trái đất từ vi khuẩn đến các loài động vật, thực vật và nấm. Ở mức nhỏ hơn, đa dạng sinh học bao gồm sự khác biệt về gen giữa các loài, khác biệt về gen giữa các quần thể cách ly nhau về địa lý cũng như khác biệt giữa các cá thể cùng chung sống trong một quần thể. Đa dạng sinh học cũng bao gồm sự khác biệt trong các quần xã sinh học nơi các loài đang sinh sống, các hệ sinh thái trong đó các quần xã tồn tại và cả sự khác biệt của các mối tương tác giữa chúng với nhau. Sự khác biệt giữa đa dạng sinh học ở 3 mức độ khác nhau được thể hiện qua bảng 1.1. Bảng 1.1. Các mức độ đa dạng sinh học Đa dạng Đa dạng di truyền Đa dạng sinh thái loài Giới Quần thể Sinh đới (Biome) 7
(Kingdom) (Population) Ngành Cá thể (Individual) Vùng sinh thái (Phyla) (Bioregion) Lớp (Class) Nhiễm sắc thể Cảnh quan (Chromosome) (Landscape) Bộ (Order) Gene Hệ sinh thái (Ecosystem) Họ (Family) Nucleotide Nơi ở (Habitat) Giống Tổ sinh thái (Niche) (Genera) Loài (Species) (Nguồn:Peter J.Bryant. Biodiversity and conservation) 2.1.2. Các nội dung của đa dạng sinh học 2.1.2.1. Đa dạng loài Đa dạng loài bao gồm tất cả loài trên trái đất. Mỗi loài thường được xác định theo một trong hai cách. Thứ nhất, một loài được xác định là một nhóm các cá thể có những đặc tính hình thái, sinh lý, sinh hoá đặc trưng khác biệt với những nhóm cá thể khác (định nghĩa về hình thái của loài). Thêm vào đó, sự khác biệt về DNA cũng được sử dụng để phân biệt những loài có đặc điểm hình thái bên ngoài gần như giống hệt nhau (loài đồng hình), như các loài vi khuẩn. Thứ hai là một loài có thể được phân biệt như là một nhóm cá thể có thể giao phối giữa chúng với nhau để sinh sản thế hệ con cái hữu thụ và không thể giao phối sinh sản với các cá thể của các nhóm khác (định nghĩa về sinh học của loài). Định nghĩa về hình thái của loài thường được các nhà sinh học hay các nhà phân loại học, sử dụng để định loại, đặt tên khoa học cho những mẫu vật là những loài mới. Định nghĩa về sinh học của loài là định nghĩa thường được các nhà sinh học di truyền sử dụng do đây là cơ sở trong mối liên hệ về gen hơn là các đặc điểm về cấu tạo hình thái khác. Tuy nhiên, trong thực tế, định nghĩa sinh học của loài là khó sử dụng bởi vì nó đòi hỏi những kiến thức về các cá thể thực sự có khả năng trong việc giao phối với nhau, những thông tin như vậy thường 8
không phải lúc nào cũng có sẵn. Do vậy, trong thực tế các nhà sinh học thực hành thường mô tả các loài này bằng các đặc điểm hình thái cho đến khi loài đó được các nhà phân loại đặt tên La tinh. Hiện nay, có khoảng 1,7 triệu loài đã được mô tả. Ít nhất là hai lần số đó còn chưa mô tả, chủ yếu là côn trùng và các nhóm chân khớp khác trong vùng nhiệt đới (Bảng 1.2). Bảng 1.2. Tổng số các loài đã được mô tả Nhóm Số loài mô tả Nguồn Vi khuẩn và tảo lam 4.760 Nấm 46.938 Tảo 26.900 Rêu 17.000 WCMC. 1998 Hạt trần 980 IUCN. 1997 Hạt kín 258.000 IUCN. 1997 Động vật nguyên sinh 35.000 Bọt biển (Thân lỗ) 5.000 Ruột khoang 9.000 Giun tròn và giun dẹp 24.000 Giáp xác 40.000 Côn trùng 950.000 IUCN. 1997 Các nhóm Chân khớp và 130.000 các nhóm động vật không xương sống khác Thân mềm 70.000 Da gai 6.100 Cá 28.100 Lưỡng cư 5.578 Bò sát 8.134 Chim 9.932 Thú 4.842 1.680.264 9
Kiến thức của chúng ta về số lượng loài là chưa chính xác do nhiều loài khó thấy còn chưa được phân loại học chú ý. Ví dụ như ve bét, giun tròn và nấm sống trong đất và các loài côn trùng sống trong rừng nhiệt đới có kích thước rất nhỏ và khó nghiên cứu. Các loài này có thể lên tới hàng trăm ngàn thậm chí triệu loài. Các loài vi khuẩn cũng được biết rất ít. Chỉ có khoảng 4000 loài vi khuẩn được các nhà vi sinh vật biết đến do những khó khăn trong việc nuôi cấy và định loại. Việc lấy mẫu khó khăn đã cản trở chúng ta nghiên cứu tìm hiểu về số lượng các loài trong đại dương. Đại dương có lẽ là nơi có tính đa dạng lớn nhất. Một ngành động vật mới, ngành Loricefera lần đầu tiên phát hiện vào năm 1983 nhờ vào các mẫu vật thu được ở đáy biển sâu và không nghi ngờ gì là sẽ có nhiều loài hơn nữa sẽ được phát hiện. Các quần xã sinh vật mới sẽ còn được khám phá thường các quần xã này nằm trong các vùng hẻo lánh nơi mà con người khó tới gần được. Các kỹ thuật thăm dò chuyên biệt, đặc biệt ở các vùng biển sâu và các vùng trời các rừng nhiệt đới đã khám phá ra các cấu trúc quần xã khác thường. Các quần xã động vật khác nhau, đặc biệt là côn trùng, thích ứng cuộc sống dưới tán lá tầng cao của rừng rậm nhiệt đới, hiếm khi chúng thích nghi được với điều kiện sống ở trên mặt đất. Một vùng rừng mưa miền núi hẻo lánh nằm giữa Việt Nam và Lào vừa mới được các nhà sinh học khảo sát trong thời gian gần đây. Tại đây họ đã phát hiện được một số loài thú mới cho khoa học đó là Mang lớn (Megamuntiacus vuquangensis), Sao La (Pseudoryx nghetinhensis), Mang Trường Sơn (Muntiacus truongsonensis) và Mang lá (Muntiacus rooseveltorum). Trên phạm vi toàn thế giới còn cần rất nhiều nổ lực để có thể hoàn thiện được danh mục đầy đủ các loài. Mỗi năm các nhà phân loại trên thế giới mô tả được khoảng 11.000 loài, và như vậy, để có thể mô tả hết các loài trên thế giới (ước tính 10 đến 30 triệu loài) dự kiến phải tốn từ 750 năm đến 2.570 năm, trong khi đó có nhiều loài đã bị tuyệt chủng trước khi chúng được mô tả và đặt tên. 2.1.2.2. Đa dạng di truyền Đa dạng di truyền bao gồm các thành phần các mã di truyền cấu trúc nên cơ thể sinh vật (nucleotides, genes, chromosomes) và sự sai 10
khác về di truyền giữa các cá thể trong một quần thể và giữa các quần thể với nhau. Hình 2: Đa dạng di truyền của loài Keo má trắng Platycercus eximius (ở Úc) thể hiện qua màu sắc và đốm thân. Sơ đồ còn chỉ ra các vùng phân bố của chúng (Nguồn: Richard B Primack). Đa dạng di truyền trong nội bộ loài thường là kết quả của tập tính sinh sản của các cá thể trong quần thể. Một quần thể là một nhóm các cá thể giao phối với nhau và sản sinh ra con cái hữu thụ. Một loài có thể có một hay vài quần thể khác nhau. Một quần thể có thể chỉ gồm một số ít cá thể hay có thể có hàng triệu cá thể. Các cá thể trong một quần thể thường rất khác nhau về mặt di truyền. Sự đa dạng về bộ gen có được do các cá thể có các gen khác nhau, gen là một đơn vị di truyền cùng với những nhiễm sắc thể được đặc trưng bởi những protein đặc biệt. Các dạng khác nhau của gen được gọi là allen và những sự khác biệt nảy sinh qua đột biến, là những sự thay đổi xảy ra trong DNA, đơn vị cấu thành nhiễm sắc thể của cá thể. Sự khác biệt của các allen trong gen có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và sinh lý của các cá thể một cách khác nhau. Sự sai khác di truyền tăng lên khi con cái nhận được đầy đủ tổ hợp gen và nhiễm sắc thể của bố mẹ trong quá trình tái tổ hợp gen xảy 11
ra trong quá trình sinh sản hữu tính. Gen được trao đổi giữa các nhiễm sắc thể trong quá trình giảm phân và tổ hợp mới được tạo thành khi nhiễm sắc thể từ bố mẹ kết hợp để tạo nên một tổ hợp thống nhất cho con cái. Tổng số các sắp xếp của gen và allen trong quần thể được coi là quỹ gen (gene pool), trong khi một tổ hợp nào đấy của gen và allen trong bất kỳ cá thể nào thì được gọi là kiểu di truyền (genotype). Kiểu hình (phenotype) của một cá thể nói lên các đặc điểm về hình thái, sinh lý, sinh hoá là kết quả của biểu hiện kiểu gen trong một môi trường nhất định. Sai khác di truyền cho phép các cá thể thích ứng với những thay đổi của môi trường. Nhìn chung, các loài quí hiếm phân bố hẹp ít có sự đa dạng di truyền hơn các loài có phân bố rộng và kết quả là chúng dễ bị tuyệt chủng hơn khi điều kiện môi trường thay đổi. 2.1.2.3. Đa dạng quần xã và hệ sinh thái Đa dạng về hệ sinh thái là thước đo sự phong phú về sinh cảnh, nơi ở, tổ sinh thái và các hệ sinh thái ở các cấp độ khác nhau. Sự đa dạng này được phản ảnh quan trọng nhất bởi sự đa dạng về sinh cảnh, các quần xã sinh vật và các quá trình sinh thái trong sinh quyển. Chẳng hạn như sự phân bố của các loài sinh vật theo không gian khác nhau, nghĩa là đặc trưng cho từng sinh cảnh khác nhau. Rừng nhiệt đới thường xanh đã phân thành nhiều tầng và các thuỷ vực cũng phân thành các tầng nước khác nhau về thuỷ lý, thuỷ hoá để sử dụng tối ưu năng lượng của hệ sinh thái và tạo cho tính đa dạng sinh học càng cao. Môi trường vật lý, đặc biệt là vòng tuần hoàn năm của nhiệt độ và lượng mưa, ảnh hưởng đến cấu trúc và đặc điểm của quần xã sinh vật, quyết định địa điểm đó sẽ là rừng, đồng cỏ, sa mạc hay đất ngập nước . Quần xã sinh vật cũng có thể biến đổi tính chất vật lý của hệ sinh thái. Ví dụ, trong một hệ sinh thái trên cạn, tốc độ gió, độ ẩm, nhiệt độ và tính chất đất đai có thể bị ảnh hưởng do cây cối và các động vật sống tại đó. Trong một quần xã sinh vật, mỗi loài sử dụng một nhóm tài nguyên nhất định, tạo thành tổ sinh thái của loài đó. Tổ sinh thái cho một loài thực vật có thể bao gồm loại đất mà loài đó sống, lượng ánh sáng mặt trời và độ ẩm mà loài đó cần, kiểu hệ thống thụ phấn và cơ chế phát tán của hạt,... Tổ sinh thái của một loài động vật có thể bao 12
gồm kiểu nơi sinh sống của loài, biên độ nhiệt độ mà loài đó có thể sống được, các loại thức ăn và lượng nước mà chúng cần,... Bất cứ thành phần nào của tổ sinh thái đều là nguồn tài nguyên có giới hạn và do đó có ảnh hưởng đến giới hạn kích thước của quần thể. Các hệ sinh thái trong sinh quyển tồn tại ở hai môi trường có sự khác biệt về các đặc tính lý hoá và sinh học. Đó là môi trường trên cạn và môi trường dưới nước. Các hệ sinh thái trên cạn được đặc trưng bởi các quần hệ thực vật, chiếm sinh khối lớn và gắn liền với khí hậu địa phương, do đó tên của quần xã cảnh quan vùng địa lý gọi là khu sinh học (biome), thường là tên của quần hệ thực vật ở đấy. Khu sinh học là một hệ sinh thái lớn, đặc trưng bởi kiểu khí hậu đặc thù, bao gồm các loài động vật sống trong quần hệ thực vật, thích ứng tốt với môi trường tự nhiên. Nhìn chung trên lục địa đã hình thành các biom chính như sau: Đài nguyên hay đồng rêu (Tundra) Đồng rêu bao quanh bắc cực và vành đai phần bắc của lục địa Âu Á, Bắc Mỹ, chiếm khoảng 20% diện tích trái đất. Đây là một vùng nhiều đầm lầy giá lạnh, băng tuyết với nhiều đụn rêu rãi rác. Mùa đông dài khắc nghiệt, mùa hè ngắn. Số loài thực vật rất ít, chủ yếu là rêu, địa y và cỏ bông lau, phong lùn và liễu miền cực. Động vật đặc trưng là hươu tuần lộc, hươu kéo xe, thỏ, có sói Bắc cực, gấu trắng Bắc cực, chim cánh cụt,…Nhiều loài chim sống thành từng bầy lớn, chúng di cư xuống vùng vĩ độ thấp để tránh rét mùa đông. 13
Rừng mưa nhiệt đới (Tropical rain forests) Xuất hiện ở vùng gần xích đạo. Khí hậu luôn ấm (từ 20 đến 25 0C) lượng mưa dồi dào (ít nhất 1900 mm/năm). Rừng mưa là một biome có độ giàu có nhất, cả về độ đa dạng và tổng sinh khối. Rừng mưa nhiệt đới có cấu trúc phức tạp, với nhiều cấp độ của đời sống. Hơn một nửa các dạng sống trên cạn xuất hiện trong biom này. Trong khi nhiều động vật sống trên mặt đất, thì hầu hết các động vật rừng mưa nhiệt đới có đời sống trên các cây gỗ. Các động vật đó trải qua toàn bộ đời sống của chúng trên tán rừng. Các loại côn trùng ở các rừng mưa nhiệt đới rất phong phú và phần lớn trong số chúng là chưa được xác định. Mối là đặc trưng cho sự phân hủy của chu trình dinh dưỡng của gỗ. Chim có xu hướng màu sắc sáng, thường tạo cho chúng tìm kiếm thức ăn như các loài sâu ngoại lai. Bò sát và lưỡng thê xuất hiện nhiều. Khỉ hầu (Lemurs), Cu li (sloths), và khỉ (monkeys) ăn các loài trái cây 14
trong rừng mưa nhiệt đới. Nhóm loài ăn thịt lớn nhất là nhóm mèo. Sự xâm chiếm và phá hủy nơi ở đang là nguy cơ cho các loài động vật, thực vật ở đây. Một vài rừng nhiệt đới ở Ấn Độ, Đông Nam Á, Tây Phi, Trung và Nam Mỹ có tính mùa và các cây ở đó rụng lá vào mùa khô. Rừng ôn đới (temperate forests) Sinh cảnh rừng ôn đới xuất hiện ở miền đông của Bắc Mỹ, Đông Á, và nhiều nước Châu Âu. Lượng mưa nhiều từ 750-1500 mm. Sự phát triển theo mùa được xác định rõ ràng giữa 140 đến 300 ngày. Các loài thực vật ưu thế bao gồm sồi, thích, và những cây gỗ lớn lá rụng khác. Cây gỗ của rừng lá rụng có tán lá rộng, trong đó chúng rụng đi vào mùa thu và mọc trở lại vào mùa xuân. Mật độ tán lá cho phép sự phát triển tốt cho các tầng cây bụi ở bên dưới, một tầng cây thảo, và sau đó thường được bao phủ bởi rêu và dương xỉ. Sự sắp xếp bên dưới này đã cung cấp nhiều nơi ở cho nhiều loại côn trùng và chim. Các rừng lá rụng ngoài ra còn chứa nhiều thành phần của họ gậm nhấm, trong đó chúng cấp thức ăn cho linh miêu, chó sói, và cáo (foxes). Ngoài ra vùng này là nơi ở của nai và gấu đen. Mùa Đông ở đây không lạnh như ở rừng phương bắc, vì vậy mà nhiều loài bò sát và lưỡng thê có khả năng sống sót. Đồng cỏ (Grasslands) 15
Các đồng cỏ xuất hiện trong vùng nhiệt đới và ôn đới với lượng mưa thấp hay mùa khô kéo dài. Các đồng cỏ xuất hiện ở Mỹ, Châu Phi, Châu Á, và Úc. Đất ở vùng này rất dày và phì nhiêu, vì vậy rất phù hợp cho nông nghiệp. Các đồng cỏ hoàn toàn không có cây gỗ, và có thể cung cấp lượng cỏ lớn cho các loài động vật ăn cỏ. Các đồng cỏ tự nhiên đã từng bao phủ hơn 40% bề mặt trái đất. Hầu hết các đồng cỏ ngày nay được sử dụng cho phát triển mùa màng, đặc biệt lúa mỳ và ngô. Các loài cỏ là thực vật chiếm ưu thế, trong khi đó động vật ăn cỏ và các loài đào hang là động vật chiếm ưu thế. Các đồng cỏ ôn đới bao gồm các thảo nguyên ở Nga, Các đồng hoang ở Nam Mỹ, và các đồng cỏ (prairies) ở Bắc Mỹ. Đời sống của động vật bao gồm chuột, chó đồng, thỏ, và các động vật khác sử dụng nhóm này làm thức ăn. Các đồng cỏ chứa một lượng cỏ lớn cho trâu bò và loài linh dương sừng dài, nhưng với những hoạt động của con người, một lượng lớn đồng cỏ đã bị suy thoái. Vùng cây bụi thấp (savanna) là một dạng đồng cỏ của nhiệt đới nhưng có một vài cây gỗ. Savanna chứa nhiều loài động vật ăn cỏ nhất (linh dương sừng dài, ngựa vằn, linh dương đầu bò và một số các loài khác). Môi trường ở đây cung cấp một quần thể lớn các loài ăn thịt như sư tử, báo ghepa (cheetahs), linh cẩu, và báo (leopards). Các thực vật nhỏ hơn không bị tiêu thụ bởi các loài ăn cỏ, chúng bị tấn công bởi mối và các loài phân hủy khác. 16
Cây bụi (Shrubland, Chaparral) Sinh cảnh cây bụi được ưu thế bởi các cây bụi nhưng lá nhỏ có màu xanh đậm thường có màng dày, biểu bì có sáp, và thân dưới đất dày vì vậy có thể chống chịu vào mùa hè khô và hay cháy. Một số loài cây lá tiêu giảm và phát triển thành gai. Các vùng cây bụi xuất hiện một phần ở Nam Mỹ, phía Tây Úc, miền trung Chile, và xung quanh biển Địa Trung Hải. Cây bụi dày đặc ở California, ở đó mùa hè nóng và rất khô, được gọi là chaparral. Loại cây bụi ở Địa Trung Hải thiếu một tầng dưới và có lớp mùn rác ở bề mặt đất do vậy cũng rất dễ cháy. Hạt của nhiều loài có đòi hỏi về sức nóng và hoạt động tạo sẹo do lửa để kích thích sự nảy mầm. Khu hệ động vật rất khác nhau giữa các vùng trong biome này và thường có tính đặc hữu. 17
Sa mạc (Deserts) Các sa mạc được đặc trưng bởi điều kiện khô và biên độ nhiệt lớn. Không khí khô dẫn đến biên độ nhiệt độ rộng vào ban ngày. Hoang mạc khác nhau nhiều phụ thuộc vào lượng mưa, khoảng dưới 250 mm/ năm. Một số hoang mạc khô đến nổi không có một loài thực vật nào có thể sống được. Ví dụ sa mạc Naomid ở Châu Phi, sa mạc Atacama- Sechura ở Chi lê và Pêru. Các loài cây trong sinh cảnh này đã phát sinh một loạt các thích nghi để lấy nước và chống chịu với điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt. Như cây có rể sâu để hút nước, lá biến thành gai nhọn,… Số loài động vật ít, động vật có xương sống cở lớn như lạc đà một bướu, linh dương, báo, sư tử,… Các loài gậm nhấm trong đất (chuột túi và chuột đàn) rất phong phú. Hầu hết các loài chim là chim chạy. Trong số các loài sâu bọ cánh cứng, họ Tenebrinidae chiếm ưu thế và là những loài đặc trưng của sa mạc. Sự thích ứng của động vật với đời sống hoang mạc rất rõ, biểu hiện ở những đặc điểm chống khô nóng. Ngoài ra có hiện tượng di cư theo mùa, ngủ hè hay dự trữ thức ăn, sinh sản đồng loạt vào thời kỳ có độ ẩm cao. 18
Rừng lá kim (Taiga, Boreal Forest) Rừng lá kim phân bố rộng ở hầu hết các vùng phía Bắc của Bắc Âu và Bắc Mỹ. Ngoài ra, rừng này còn có vành đai xuất hiện ở một vài nơi khác, ở đó có các tên gọi khác nhau: khi nó ở gần các đỉnh núi gọi là rừng lá kim ở núi; và rừng mưa ôn đới dọc theo bờ biến Thái Bình Dương cho đến Nam California. Lượng mưa thấp khoảng 100 đến 400 mm/năm và có mùa sinh trưởng ngắn. Mùa đông lạnh và ngắn, trong khi đó mùa hè có xu hướng ấm. Rừng lá kim đặc trưng bởi các loài cây thẳng như Vân sam, Lãnh sam, Thiết sam và Thông. Các loài cây gỗ này có lá và vỏ bảo vệ dày, cũng như lá có dạng kim có thể chịu đựng trọng lượng của tuyết tích tụ lại. Các khu rừng lá kim hạn chế với các loài cây tầng thấp, và bề mặt đất được bao phủ bởi một lớp rêu và địa y. Thông, Tùng-bách, cây Dương đỏ, cây Phong và cây Phi lao là những loài cây phổ biến; chó sói, gấu Mỹ và tuần lộc là các loài động vật phổ biến. Tính ưu thế của một số loài được thể hiện rõ ràng, nhưng tính đa dạng thấp khi so sánh với các khu sinh quyển ôn đới và nhiệt đới. Các khu sinh học ở nước Môi trường nước ít khắc nghiệt hơn so với môi trường trên cạn. Các sinh vật thuỷ sinh bơi lội trong nước nhờ vào lực đẩy của nước và không phải đối phó với tình trạng khô hạn. Các chất dinh dưỡng hoà tan chi phối sự phân bố của các sinh vật. Các khu sinh học ở nước được chia thành khu sinh học nước ngọt và khu sinh học biển. Khu sinh học biển: 19
Khu sinh học biển chứa nhiều muối hoà tan hơn khu sinh học nước ngọt. Có hai phân hạng trong khu sinh học này đó là quần xã sống đáy và quần xã sống trong tầng nước. Theo độ sâu, quần xã sống đáy được chia thành vùng ven bờ và vùng sâu. Quần xã sống trong tầng nước được chia thành quần xã sống trôi nổi và quần xã tự bơi. Tầng nước từ 200 mét trở lên có ánh sáng xâm nhập vào được gọi là tầng giàu dinh dưỡng. Khu sinh học nước ngọt: Khu sinh học nước ngọt được chia thành 2 vùng là khu sinh học nước chảy và khu sinh học nước đứng. Nước trong các thuỷ vực nước ngọt lớn thường có sự phân tầng nhiệt độ. Ở một số hồ lớn vùng ôn đới thường có hiện tượng chu chuyển nước theo mùa, nhờ đó các chất dinh dưỡng được đưa từ tầng sâu lên tầng mặt, giúp cho sự phát triển của các sinh vật nổi trong hồ. 2.2. Vai trò của đa dạng sinh học 2.2.1. Những giá trị kinh tế trực tiếp 2.2.1.1. Giá trị cho tiêu thụ: Bao gồm các sản phẩm tiêu dùng cho cuộc sống hàng ngày như củi đốt và các loại sản phẩm khác cho các mục tiêu sử dụng như tiêu dùng cho gia đình và không xuất hiện ở thị trường trong nước và quốc tế. Những sản phẩm này không đóng góp gì vào giá trị GDP vì chúng không được bán cũng như không được mua. Những nghiên cứu về những xã hội truyền thống tại các nước đang phát triển cho thấy cộng đồng cư dân bản địa khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên xung quanh như củi đun, rau cỏ, hoa quả, thịt cá, dược phẩm và nguyên vật liệu xây dựng. Ví dụ 80% dân số trên thế giới vẫn dựa vào những dược phẩm mang tính truyền thống lấy từ các loài động vật, thực vật để sử dụng để sơ cứu ban đầu khi họ bị nhiễm bệnh. Trên 5.000 loài được dùng cho mục đích chửa bệnh ở Trung Quốc, Việt Nam và khoảng 2.000 loài được dùng tại vùng hạ lưu sông Amazon. Một trong những nhu cầu không thể thiếu được của con người là protein, nguồn này có thể kiếm được bằng săn bắn các loài động vật hoang dã để lấy thịt. Trên toàn thế giới, 100 triệu tấn cá, chủ yếu là các loài hoang dã bị đánh bắt mỗi năm. Phần lớn số cá này được sử dụng ngay tại địa phương 20