CHUYÊN ĐỀ: SỰ THÍCH NGHI CỦA CÁC CẤP ĐỘ TỔ CHỨC SỐNG CÁ THỂ, QUẦN THỂ, QUẦN XÃ SINH VẬT VỚI MÔI TRƯỜNG Đơn vị: THPT chuyên Lê Hồng Phong – Nam Định Nam Định, tháng 8/2015 A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sinh vật tồn phát triển môi trường có điều kiện sống phù hợp Môi trường sống nơi tồn tại, sinh trưởng, phát triển tiến hóa sinh vật Môi trường hay nói thành phần cấu trúc thường xuyên biến động làm cho sinh vật bị lệch khỏi ngưỡng tối ưu Dĩ nhiên sinh vật phải điều chỉnh hoạt động chức thể để trở lại trạng thái ổn định, gần với ngưỡng tối ưu vốn có Nếu biến động mạnh vượt khả tự điều chỉnh trạng thái thể sinh vật lâm vào cảnh diệt vong Trong trình tiến hóa, biến cố lớn lao vỏ trái đất xảy ra, nhiều nhóm loài động thực vật bị tiêu diệt, nhiều nhóm loài có may thoát nạn tìm chỗ “ẩn nấp” nơi hang hốc hay tầng nước sâu, số nhóm loài khác kịp biến đổi hình thái, kiểu gen, sinh lí tập tính để thích nghi với điều kiện trở thành loài có mức tiến hóa cao phát triển phong phù Lịch sử sinh giới trình phân hóa tiến hóa liên tục loài kiểm soát ngặt nghèo quy luật chọn lọc tự nhiên Vậy cấp độ tổ chức sống có biến đổi để thích nghi nào, nội dung mà muốn trình bày chuyên đề: “Sự thích nghi cấp tổ chức sống cá thể, quần thể, quần xã sinh vật với môi trường” Mục đích chuyên đề Trong giảng dạy sinh thái học cho học sinh chuyên, sinh thái thích nghi vấn đề hay, sâu sắc khó khai thác làm rõ với học sinh Trong khuôn khổ chuyên đề này, tập trung trình bày thích nghi cấp độ cá thể, quần thể, quần xã với môi trường Ở cấp cá thể khai thác phản ứng thích nghi sinh vật với môi trường thể dạng biến đổi hình thái, sinh lí tập tính sinh thái Đối với cấp quần thể, tập trung khai thác khả tự điều chỉnh số lượng cá thể quần thể để đạt trạng thái cân bằng, phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường kiểu sống mà trình tiến hóa loài “lựa chọn” cho chiến lược để tồn Ở cấp quần xã lại chủ yếu chứng minh quần xã môi trường tồn tại, phân hóa tiến hóa loài thông qua mối quan hệ loài quần xã mà thể rõ quan hệ cạnh tranh sinh vật ăn sinh vật Ngoài ra, sưu tầm số câu hỏi đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia để vận dụng làm rõ cho phần lý thuyết Rất mong nhận góp ý thầy cô để chuyên đề thêm hoàn thiện B PHẦN NỘI DUNG I Sự thích nghi cá thể sinh vật với môi trường sống Sinh vật tồn phát triển môi trường có điều kiện sống phù hợp Môi trường sống nơi tồn tại, sinh trưởng, phát triển tiến hóa sinh vật Những nhân tố môi trường có ảnh hưởng trực tiếp, gián tiếp tác động qua lại tới tồn tại, sinh trưởng, phát triển hoạt động sinh vật gọi nhân tố sinh thái Người ta chia nhân tố sinh thái thành nhóm: nhóm nhân tố sinh thái vô sinh nhóm nhân tố sinh thái hữu sinh Sống môi trường sinh vật phải thích nghi với nhân tố sinh thái môi trường Những phản ứng thích nghi sinh vật với môi trường thể dạng biến đổi hình thái, sinh lí tập tính sinh thái Các nhân tố sinh thái thường biến thiên phạm vi rộng, sinh vật tồn phát triển khoảng giá trị xác định nhân tố gọi giới hạn sinh thái Trong giới hạn sinh thái mình, biến đổi thích nghi hình thái, sinh lí, tập tính sinh thái thể theo hướng sau: Nâng cao khả đồng hóa nhân tố môi trường cho tồn phát triển thịnh vượng loài - Ví dụ: thực vật có khả thỏa mãn nhu cầu ánh sáng cho quang hợp, thỏa mãn nhu cầu nước, chất khoáng (hệ rễ thực vật có nhiều lông hút tế bào biểu bì kéo dài tạo thành (H1), lục lạp phân bố nhiều lớp tế bào mô giậu … (H2) Hình 1: lông hút rễ Hình 2: giải phẫu - Động vật: có khả vận động tốt để săn mồi, ẩn nấp tránh kẻ thù, biến đổi hình thái, sinh lí để đạt phương thức kiếm ăn hiệu Nâng cao khả sinh sản loài mức sống sót cao non Chọn lọc tự nhiên ủng hộ đặc điểm làm tăng hội sống sót thành đạt sinh sản cá thể Ở tất loài có cân mức độ sống sót với đặc điểm tần số sinh sản, số lượng sinh chăm sóc bố mẹ Hiện người ta cho có hai nhân tố chủ yếu thúc đẩy tiến hóa sinh vật theo hình thức sinh sản lần sinh sản nhiều lần đời Đó tỷ lệ sống sót sinh khả sống sót cá thể trưởng thành để lại sinh sản Khi tỷ lệ sống sót cá thể thấp, đặc biệt điều kện môi trường hay biến đổi môi trường biết trước khả sinh sản kiểu bùng nổ lớn Các cá thể trưởng thành có khả sống sót môi trường hay thay đổi Khả sinh sản số lượng lớn cá thể non làm tăng khả sống sót của vài cá thể Sinh sản nhiều lần đời phù hợp với sinh vật sống môi trường ổn định, nơi cá thể trưởng thành tồn lâu dài sinh sản nhiều lần Trong trường hợp có nhiều cá thể nên cạnh tranh giành nguồn sống gay gắt, nhiên số lượng tương đối lớn cá thể non cung cấp đủ nguồn sống có hội tốt sống sót tới có khả sinh sản H3 Cá hồi (sinh sản lần đời) H4 Mèo (sinh sản nhiều lần đời) Áp lực chọn lọc ảnh hưởng tới dung hòa số lượng kích thước cá thể Những thực vật động vật có tỷ lệ cá thể non bị chết cao thường có khả sinh nhiều chúng có kích thước nhỏ Với số loài khác, bố mẹ có vai trò lớn việc gia tăng đáng kể hội sống sót Nhiều động vật, bố mẹ tiếp tục chăm sóc thời gian sau mang thai ấp trứng Chăm sóc có giai đoạn học tập năm đầu đời quan trọng cho thích nghi đời loài có đặc tính Nâng cao khả phát tán nòi giống nhiều hình thức nhằm mở rộng vùng phân bố loài - Ví dụ: + Di cư động vật Nhiều loài chim di cư phương nam để tránh mùa đông lạnh phương Bắc + Sự phát tán số loại quả, hạt thực vật H5 Sự phát tán quả, hạt nhờ gió H6 Sự di cư đàn sếu số loài thực vật Như vậy, thích nghi sinh vật với môi trường đa dạng, phong phú nhờ biến dị di truyền Do sinh vật “trung hòa” tác dụng vật lí yếu tố sinh học môi trường, chí chuyển tác dụng yếu tố theo hướng có lợi cho chúng Các thích nghi giúp sinh vật tồn phát triển II Sự thích nghi quần thể sinh vật với môi trường Một số “chiến lược” để tồn quần thể sinh vật: Quần thể sinh vật tổ chức sống mức cao cá thể, có đặc điểm thành phần cấu trúc hoạt động chức mà cá thể Quần thể tập hợp cá thể loài, sinh sống khoảng không gian xác định, vào thời điểm định Quần thể có khả sinh sản, tạo thành hệ Như vậy, sống quần thể cá thể có hội tham gia sinh sản, trì nòi giống, có đầy đủ khả để khai thác tối đa nguồn sống chống lại cách có hiệu rủi ro gây nhân tố sinh thái Để thích nghi, loài sinh vật thường có xu hướng hình thành nhiều quần thể, gọi loài đa hình Những loài có vùng phân bố hẹp, điều kiện sống khong đồng nhấtvà ổn định thường hình thành quần thể hay gọi loài đơn hình trở thành loài đặc hữu Sự biến động nhân tố sinh thái tạo cho loài khả thích ứng khác để sống sót Do tiến hóa, loài “lựa chọn” cho kiểu sống phù hợp chiến lược để tồn * Trước biến động nhân tố vô sinh, loài có khả thích ứng chậm, dễ bị tổn thương thích nghi theo hướng: + Vùng phân bố hẹp + Quần thể nhỏ, kích thước thể lớn + Biến dị di truyền bị giới hạn + Tiềm sinh học thấp, số lượng non ít, tuổi thọ cao + Khả di cư hạn chế * Ngược lại với loài thích ứng cao lại hình thành đặc điểm thích nghi + Vùng phân bố rộng + Quần thể lớn, kích thước thể nhỏ + Biến dị di truyền cao + Tiềm sinh học cao, số lượng non nhiều, tuổi thọ thấp + Khả di cư cao Có thể nói, trình tiến hóa, chọn lọc tự nhiên tạo cho loài có kích thước thể lớn nhỏ “chiến lược sống còn” đặc trưng để tồn phát triển ổn định tự nhiên Những loài có kích thước thể nhỏ, sử dụng hết nguồn sống thường hình thành quần thể có số lượng cá thể nhiều Ngược lại loài có kích thước thể lớn, sử dụng nhiều nguồn sống quần thể thường có số lượng cá thể * Thích nghi chiến lược phát triển dân số quần thể: Trong tự nhiên quần thể có thích nghi chiến lược phát triển dân số Tùy thuộc vào môi trường ổn định hay không ổn định, quần thể lựa chọn mô hình tương ứng theo K hay theo r Trong điều kiện môi trường không bị giới hạn, gia tăng số lượng cá thể quần thể hoàn toàn phụ thuộc vào tiềm sinh học vồn có loài, tức số lượng tăng lên nhanh chóng theo thời gian, tuân theo quy luật hàm số mũ : ∆N/∆t = r.N Trong N số lượng cá thể quần thể, ∆N: mức sinh sản, ∆t: khoảng thời gian, r: tốc độ tăng trưởng riêng tức thời quần thể Đường cong tăng trưởng tương ứng có hình chữ J Đây mô hình lí thuyết thực tế môi trường không bị giới hạn Tuy nhiên, loài có kích thước nhỏ, tuổi thọ thấp lại có kiểu tăng số lượng với hàm mũ, song tăng trưởng thường bị suy giảm nhanh chóng Đó kiểu tăng trưởng vi sinh vật, tảo, nhiều loài côn trùng, thực vật năm… Ngược lại với loài trên, hầu hết loài phát triển số lượng điều kiện môi trường bị giới hạn, tuân theo hàm logistic: ∆N/∆t = rN [(K – N)/K] Trong K kích thước tối đa mà quần thể đạt được, cân với sức chứa môi trường Đường cong tương ứng phương trình có dạng chữ S mà theo thời gian số lượng cá thể tiệm cận, cân với sức chứa môi trường Hai hệ số quan trọng phương trình “K”, số lượng tối đa mà quần thể đạt được, cân với sức chứa môi trường “r”, thể tốc độ tăng trưởng nội quần thể điều kiện môi trường không bị giới hạn Ở nơi giầu nguồn sống, mật độ quần thể thấp, áp lực chọn lọc tự nhiên thấp tạo thuận lợi cho loài tăng khả sinh sản Ngược lại điều kiện mật độ đông, áp lực chọn lọc tự nhiên cao khai thác nguồn sống vốn ỏi cạnh tranh cá thể ngày mạnh làm giảm khả sinh sản quần thể Trên sở hệ số tăng trưởng r K, nhà sinh thái gọi hai mô hình kiểu “chọn lọc r” “chọn lọc K”, loài thể cách sống “chiến lược chọn lọc r” hay “chiến lược chọn lọc K” Bảng sau đặc tính loài có chiến lược chọn lọc r loài có chiến lược chọn lọc K Chiến lược chọn lọc r Chiến lược chọn lọc K Kích thước thể nhỏ Kích thước thể lớn Tuổi thọ thấp, tuổi sinh sản lần đầu đến Tuổi thọ cao, tuổi sinh sản lần đầu đến sớm muộn Sức sinh sản cao, khả khôi phục số Sức sinh sản thấp, khả khôi phục số lượng nhanh lượng chậm Rất mẫn cảm với tác động Chịu tác động chủ yếu nhân tố nhân tố vô sinh hữu sinh Như giống khái niệm loài đẻ lần loài đẻ nhiều lần, khái niệm chọn lọc K chọn lọc r thể hai thái cực phổ đặc điểm lịch sử đời sống thực sinh vật Cơ sở chọn lọc K chọn lọc r dựa lí thuyết sức chứa môi trường giúp cho nhà khoa học đề xuất giả thuyết thay tiến hóa lịch sử đời sống sinh vật Hình 7: Tăng trưởng quần thể dự đoán theo mô hình logistic: Tỷ lệ tăng trưởng quần thể chậm lại N tiến gần tới K Đường màu đỏ đường cong tăng trưởng logistic rmax =1,0 K = 1500 cá thể Đường màu xanh quần thể tăng trưởng liên tục theo hàm mũ với rmax ỏ Khả tự điều chỉnh số lượng cá thể quần thể Quần thể có khả tự điều chỉnh số lượng cá thể để đạt trạng thái cân bằng, phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường Cơ chế trì trạng thái cân quần thể chế điều hòa mật độ, thông qua tác động lên mức sinh sản mức tử vong nhân tố phụ thuộc mật độ định Các nhân tố phụ thuộc mật độ bao gồm mối quan hệ như: quan hệ hỗ trợ, quan hệ cạnh tranh cá thể quần thể, quan hệ vật ăn thịt – mỗi, quan hệ kí sinh – vật chủ…Các nhân tố sinh thái phụ thuộc mật độ chịu tác động trực tiếp nguồn sống từ môi trường Để tồn tại, quần thể phải trì kích thước đặc trưng Kích thước quần thể số lượng cá thể, khối lượng hay lượng tích lũy cá thể, phân bố khoảng không gian quần thể Kích thước quần thể dao động từ kích thước tối thiểu đến kích thước tối đa + Kích thước tối thiểu đảm bảo trì phát triển quần thể Nếu kích thước quần thể giảm xuống mức tối thiểu quần thể rơi vào tình trạng suy giảm dẫn tới diệt vong + Kích thước tối đa giới hạn cuối số lượng mà quần thể đạt được, cân với khả cung cấp nguồn sống môi trường Nếu kích thước lớn, cạnh tranh cá thể ô nhiếm, bệnh tật…tăng cao dẫn tới số cá thể di cư khỏi quần thể Vai trò quan hệ cạnh tranh sinh học loài Cạnh tranh loài cạnh tranh xảy cá thể loài Sự cạnh tranh mật độ quần thể cao vượt giới hạn chịu đựng môi trường thức ăn nơi ở, thể tập tính chiếm lãnh thổ, kí sinh loài, ăn thịt lẫn nhau, tự tỉa thưa… Mật độ quần thể lớn, cạnh tranh loài gay gắt, liệt dẫn tới phân hóa ổ sinh thái nơi làm xuất loài đường cách li sinh thái cách li địa lí thiết lập nên trạng thái cân sinh học tự nhiên Trong trình cạnh tranh cá thể quần thể, cá thể có sức sống cao (các khỏe mạnh thắng thế), có khả sinh sản cao có nhiều khả truyền vốn gen sang hệ sau, nhờ giúp cho loài tồn tại, phát triển tiến hóa Các quan hệ kí sinh loài hay ăn thịt đồng loại không phổ biến, ý nghĩa giúp loài tồn tại, phát triển tiến hóa Rõ ràng cạnh tranh sinh học loài động lực tiến hóa thiết lập trạng thái cân tự nhiên III Sự thích nghi quần xã sinh vật với môi trường Như biết quần thể tự hoàn thành chức sống nên tồn độc lập mà phải dựa vào quần thể khác, tạo nên tổ hợp quần thể thuộc loài khác đời tổ chức cao gọi quần xã sinh vật Quần xã sinh vật tập hợp quần thể sinh vật thuộc nhiều loài khác sống không gian thời gian định Các sinh vật quần xã có mối quan hệ gắn bó với với môi trường sống chúng tạo thành thể thống nhất, quần xã có cấu trúc tương đối ổn định Các sinh vật quần xã thích nghi với môi trường sống chúng Những sinh vật sống quần xã gắn bó với mật thiết nhiều mối quan hệ loài với hỗ trợ đối kháng, quan hệ với môi trường để tạo nên chu trình vật chất biến đổi lượng Nhờ quần xã trở thành tổ chức đặc trưng thuộc tính mà quần thể loài Quần xã không tham gia kiểm soát hoạt động chức phát triển tiến hóa loài mà “thành viên sống” hệ sinh thái Sự có mặt quần xã biến đổi môi trường vật lí thành thực thể sinh động: hầu hết nguyên tố trơ trở thành chất có hoạt tính sinh học tham gia vào thành phần cấu trúc chất sống, khoáng vật nghiền vụn biến đổi thành đất…Nói chung vật chất lượng tồn môi trường tự nhiên tích tụ nhiều dạng biến đổi thông qua hoạt động chức quần xã Quần xã không sống dựa vào môi trường mà cải tạo môi trường theo hướng có lợi cho phát triển thông qua mối quan hệ tương hỗ chúng làm cho Trái đất khác xa so với hành tinh khác hệ Mặt trời Sống sinh cảnh xác định nên mối quan hệ số loài số lượng cá thể loài mối quan hệ thuận nghich: số loài đa dạng số lượng cá thể loài giảm ngược lại Trong thiên nhiên xuất số quy luật sau: - Trong trình phát triển quần xã số lượng loài tăng lên số lượng cá thể loài lại giảm Nếu quần xã trạng thái suy thoái ngược lại - Khi từ cực đến xích đạo hay từ vùng khơi vào bờ, số lượng loài tăng lên số lượng cá thể loài lại giảm Bức tranh hoàn toàn ngược lại từ xích đạo lên cực hay từ ven bờ khơi - Khi từ thấp lên cao hay từ mặt biển xuống đáy đại dương, số lượng loài số lượng cá thể loài giảm Quần xã môi trường tồn tại, phân hóa tiến hóa loài Các loài quần xã sống phụ thuộc vào Một loài động vật tồn nơi cối cần nơi thức ăn Do vây quần xã thực vật vừa hỗ trợ vừa giới hạn phát triển quần xã động vật Tuy nhiên có mặt quần xã động vật, loài thực vật bộc lộ thích nghi “tinh tế” vừa để phát triển tiến hóa, vừa tự bảo vệ trước việc trở thành thức ăn động vật sinh gai góc, chứa chất độc…Tích cực hơn, đơm hoa, kết trái, sinh mật, tỏa hương để quyến rũ chim, côn trùng tham gia thụ phấn, chí có mùi hương đặc trưng để hấp dẫn loài côn trùng xác định Thực vật gửi “lòng tin” vào động vật để phát tán nòi giống Sống tổ chức nào, điều kiện nào, loài đông thực vật thích nghi để phản ứng lại tác động nhân tố vô sinh hữu sinh Quần xã sinh vật tồn dạng, kích thước mức độ mối tương tác quần thể cấu tạo nên nó, đồng thời tổ chức chặt chẽ, cao mức quần thể gồm xếp loài theo bậc xác định, thiết lập nên mối quan hệ khác quần thể để có “đặc tính trội” Hơn mối quan hệ đa dạng phức tạp loài không trì tính tổ chức chung quần xã mà kiểm soát lẫn nhau, mối quan hệ chủ yếu cạnh tranh, vật ăn thịt – mồi, kí sinh – vật chủ… Quần xã sinh vật không nơi tồn mà môi trường phân hóa tiến hóa loài thông qua mối quan hệ hỗ trợ đối kháng Đương nhiên nhiều loài sống sinh cảnh bị giới hạn không gian nguồn sống, chúng buộc phải chia sẻ với nơi kiếm ăn sinh sản, nguồn dinh dưỡng sở giảm số lượng cá thể mình, phân li ổ sinh thái để tránh cạnh tranh với nhau, đôi với điều phát triển dấu hiệu hình thái, đặc điểm sinh lí, sinh hóa đặc tính sinh thái để vừa có khả khai thác thức ăn tốt hơn, vừa tránh bị ăn thịt cách hiệu Những kết hình thành từ mối quan hệ loài trình lịch sử tạo hội cho loài liên tục phân hóa tiến hóa theo đường khác a Vai trò quan hệ cạnh tranh khác loài tiến hóa đa dạng sinh học Quan hệ cạnh tranh khác loài quan hệ hai hay nhiều loài, chúng tranh giành nguồn sống thức ăn, nơi ở….và tất loài bị ảnh hưởng bất lợi Những loài có quan hệ sinh thái gần có nhu cầu sống giống quan hệ cạnh tranh gay gắt Cạnh tranh có hai loại + Quan hệ cạnh tranh không loại trừ: loài hoàn toàn thắng mà tất loài bất lợi + Quan hệ cạnh tranh loại trừ có loài thắng thế, loài khác bị hai Cạnh tranh nguyên nhân dẫn đến phân li ổ sinh thái, ảnh hưởng đến phân hóa hình thái sinh vật, đồng thời nhờ có phân hóa ổ sinh thái mà mức độ cạnh tranh giảm bớt, điều kiện định loài chung sống với cách hòa bình Bình thường đấu tranh sinh tồn, thể có loài thắng, loài thua Loài thắng thường loài có vị trí phân loại cao tiềm sinh học lớn (sinh trưởng nhanh, sinh sản nhiều, rộng sinh cảnh hơn…), số lượng ban đầu lớn hơn, mẫn cảm với biến đổi nhân tố sinh thái Bên cạnh đó, cạnh tranh ảnh hưởng tới phân bố địa lí, nơi loài Điều đặc biệt rõ trường hợp loài ngẫu nhiên xâm nhập vào vùng đất Hình Sự phân li ổ sinh thái loài chim chích Do đó, nhiều nhà sinh thái học cho quan hệ cạnh tranh khác loài quan hệ sinh thái bản, động lực chọn lọc tự nhiên, có vai trò quan trọng tiến hóa đa dạng sinh học b Vai trò quan hệ sinh vật ăn sinh vật khác tiến hóa đa dạng sinh học Quan hệ sinh vật ăn sinh vật khác mối quan hệ loài sử dụng loài khác làm thức ăn, quan hệ động vật ăn thức vật, động vật ăn thịt (vật - mồi) thực vật bắt sâu bọ… * Mối quan hệ thực vật động vật Thực vật sinh vật tự dưỡng, xuất trước có mặt giới động vật đồng thời nguồn thức ăn cho loài động vật ăn thực vật Về mặt dinh dưỡng động vật ăn thực vật lại đóng vai trò trung gian chuyển nguồn thức ăn thực vật cho động vật ăn thịt Để nuôi sống động vật, vừa tránh khỏi hủy diệt động vật khai thác, động vật có nhiều hình thức thích nghi đặc biệt tinh tế Trước tiên phân hóa đa dạng thành phần loài, dạng sống để cư trú sinh cảnh, đồng thời phát triển phong phú số lượng sinh vật lượng, tạo nên nguồn thức ăn cho giới động vật đến mức dư thừa Thực vật có nhiều tiềm biến đổi, thích nghi mặt hình thái phát triển hình dạng, kích thước, cấu trúc thể (thân gỗ to, cao, lớp vỏ cứng, dày, thân, biến đổi thành gai…)Nhiều loài chứa chất đặc biệt (chất tạo mùi, chất độc…) thể quan sinh sản nhằm giảm thiểu khai thác loài động vật Thực vật không thích nghi cách bị động trước khai thác động vật mà nhiều loài biết lợi dụng động vật tồn Ví dụ sống cộng sinh kiến kiến, nhiều loài thực vật thụ phấn nhờ côn trùng, chim có hình thức thích nghi tinh tế để lôi động vật tham gia vào trình sinh sản hình thành màu sắc hoa sặc sỡ, phát triển hương thơm túi mật… Thực vật tạo nên hình thức đặc biệt khác để “nhờ” loài động vật phát tán nòi giống khắp nơi cách có hiệu gai, mấu (cỏ may, cỏ xước, ké) để bám vào lông; hạt bảo vệ tốt, không bị biến đổi quan tiêu hóa động vật, theo phân phát tán (hạt dẻ, hồ tiêu, cà phê…) Một số loài thực vật thích nghi theo kiểu bắt động vật làm mồi (hình 8) Hình 8: Cây bắt côn trùng Rõ ràng thực vật động vật thuộc hai giới khác xa song nhờ mối quan hệ sinh vật ăn sinh vật mà chúng phân hóa tiến hóa song song (đồng tiến hóa) để tạo nên giới sinh vật đa dạng, thích nghi * Mối quan hệ vật - mồi: Đây quan hệ mà loài động vật ăn thịt bắt loài động vật khác làm thức ăn Trong cạnh tranh sống còn, loài sinh vật trải qua trình tiến hóa hướng đến làm giảm tác động khai thác vật lại tăng hiệu săn bắt mồi Hai đặc tính đối lập tồn thể sinh vật mối quan hệ khác loài tùy theo vị trí chuỗi thức ăn Ví dụ để đảm bảo cho việc bắt mồi hiệu quả, động vật ăn thịt thường có đặc điểm thích nghi hình thái khả bắt mồi có nanh vuốt nhọn, khả chạy nhanh, có màu sắc ngụy trang để dễ rình mồi….Còn mồi tự trang bị cho khả bảo vệ chứa chất độc, hình thành gai góc, tiềm tăng trưởng kích thước thể phát triển số lượng, nghệ thuật ngụy trang, khả chạy trốn, tập tính sống bầy đàn…) Con mồi vật tiến hóa theo kiểu “vỏ quýt dày có móng tay nhọn” Như quan hệ sinh vật ăn sinh vật, đặc biệt quan hệ vật - mồi góp phần quan trọng vào điều chỉnh số lượng cá thể số lượng loài quần xã, đảm bảo cân sinh học quần xã Đây quan hệ bao trùm tự nhiên làm cho vật chất chu chuyển lượng biến đổi Sự phát triển tiến hóa quần xã – diễn sinh thái a Khái niệm diễn sinh thái Diễn sinh thái trình phát triển tiến hóa quần xã sinh vật Đó trình biến đổi quần xã qua giai đoạn, tương ứng với biến đổi môi trường Trong trình diễn thế, song song với trình biến đổi quần xã trình biến đổi điều kiện tự nhiên khí hậu, thổ nhưỡng… Quá trình diễn phát triển từ quàn xã nghèo nàn, có độ đa dạng thấp sang quần xã phát triển có độ đa dạng cao gọi diễn lên; ngược lại diễn biến đổi từ quần xã có độ đa dạng cao sang quần xã suy thoái gọi diễn suy thoái Có loại diễn sinh thái * Diễn nguyên sinh: diễn khởi đầu từ môi trương chưa có sinh vật với giai đoạn: + Giai đoạn tiên phong: sinh vật phát tán tới hình thành nên quần xã + Giai đoạn giữa: gồm sinh vật biến đổi thay lẫn + Giai đoạn cuối: hình thành quần xã đỉnh cực * Diễn thứ sinh: xuất môi trường có quần xã sinh sống, quần xã bị hủy diệt thay đổi tự nhiên hoạt động người Quần xã phục hồi, thay dần quẫn xã bị hủy diệt Diễn thứ sinh biến đổi dãy quần xã nối tiếp, điều kiện thuận lợi, diễn thứ sinh dẫn đến quần xã ổn định, có độ dạng thấp Trong thực tế, người ta thấy nhiều quần xã có khả phục hồi thấp, dẫn tới kết quần xã bị suy thoái Như diễn xem trình định hướng, dự đoán Những thay đổi qua thời kì địa chất (hàng triệu năm) xem mở đầu cho tiến hóa hữu cơ, song quần xã sinh vật trình diễn thường ngắn, khoảng nghìn năm hay ngắn Thực chất, diễn hay phát triển quần xã sinh vật trình giải mâu thuẫn xuất nội loài cấu trúc nên quần xã quần xã với môi trường Không thế, biến đổi xảy không quẫn xã sinh vật mà với môi trường vật kí, đảm bảo thống toàn vẹn quần xã với môi trường cách biện chứng thông qua mối liên hệ thuận nghịch Kết trình dẫn đến thiết lập cấu trúc (thành phần, số loài số lượng cá thể loài) mối quan hệ cạnh tranh chung sống loài nhằm trì trạng thái hệ cân với điều kiện đất đai, khí hậu vùng Tùy theo kích cỡ quần xã hay hệ mà thời gian cần cho phát triển để đạt đến trạng thái đỉnh cực chúng khác nhau, có ngắn, có kéo dài hàng triệu năm kể từ khởi đầu trình tiến hóa hữu b Nguyên nhân diễn sinh thái Nguyên nhân diễn sinh thái tương tác thành phần nội quần xã (nguyên nhân bên trong) với vai trò quan trọng loài ưu tương tác quần xã với ngoại cảnh (nguyên nhân bên ngoài) * Nguyên nhân bên cạnh tranh gay gắt loài quần xã Trong số loài sinh vật, nhóm loài ưu đóng vai trò quan trọng diễn Hoạt động mạnh mẽ nhóm loài ưu làm thay đổi điều kiện sống, từ tạo hội cho nhóm loài khác có khả cạnh tranh cao trở thành loài ưu Nói cách khác diễn thế, nhóm loài ưu “tự đào huyệt chôn mình” Hoạt động khai thác tài nguyên người chặt cây, đốt rừng, xây đập ngăn sông….là nguyên nhân quan trọng làm biến đổi nhiều dẫn đến làm suy thoái quẫn xã sinh vật Đồng thời người góp phẫn cải tạo tự nhiên làm cho quần xã sinh vật phong phú * Nguyên nhân bên tác động mạnh mẽ ngoại cảnh lên quần xã Sự thay đổi môi trường vật lí, thay đổi khí hậu thường gây nên biến đổi sâu sắc cấu trúc quần xã Mưa bão, lũ lụt, hạn hán….là yếu tố sinh thái ngoại cảnh gây nên chết hàng loạt loài sinh vật Trên vùng bị hủy diệt tự nhiên, quần xã sinh vật hình thành phát triển Kết tác động ngoại cảnh lên quần xã đào thải loài thích ứng, đồng thời tiếp nhận loài sinh vật thích nghi với điều kiện sống Cứ vậy, quần xã biến đổi từ dạng sang dạng khác hình thành nên quần xã ổn định Trong diễn thế, quần xã tác động ngược trở lại làm thay đổi ngoại cảnh Như diễn trình cải tổ mặt cấu trúc, hoạt động chức mối quan hệ loài quần xã sinh vật với môi trường vật lí, có đóng góp trình xảy ra, từ mức thấp quần thể đến mức hệ thống phát triển hướng đến ổn định Do diễn thế, thành viên cấu trúc mối quan hệ lượng thông tin hệ sinh thái thay đổi cách có quy luật để toàn hệ thống đạt đến trạng thái cân với môi trường sống IV Một số câu hỏi vận dụng (trích từ đề thi học sinh giỏi) Câu Một khu rừng lớn bị cháy để lại bãi đất trống a Những loài có đặc điểm sau nhanh chóng tới định cư vùng đất rừng đó? Hãy giải thích (1 - Loài lâu năm, – Loài sinh sản nhanh, – loài sinh trưởng nhanh, – loài phát tán mạnh, – loài có khả tự vệ cao chống lại kẻ thù tự nhiên chống lại loài ăn thịt) b Các loài có chiến lược chọn lọc (K hay r)? Tại sao? c Hãy mô tả trình diễn xảy bãi đất trống thời gian dài Hướng dẫn trả lời: a Các đặc điểm 2, 3, -> có tiềm sinh học cao b – loài có chiến lược chọn lọc r - Do nguồn sống dồi dào, có cạnh tranh đáp ứng khả sinh trưởng sinh sản loài -> tăng số lượng cá thể quần thể c – Đầu tiên quần cỏ phát tán đến (quần xã tiên phong) - Khi môi trường sống biến đổi theo hướng thuận lợi (đất có bổ sung chất hữu xác sinh vật, tăng độ ẩm,…), thay thể loài thực vật có kích thước bụi, gỗ nhỏ gỗ lớn - Cuối xã tương đối ổn định, với thảm thực vật phát triển - Đây dạng diễn nguyên sinh Câu a Những thành phần tạo nên độ đa dạng loài quần xã? Hãy giải thích hai quần xã có số lượng loài thể khác mức độ đa dạng loài? b Hãy nêu hai giả thuyết để giải thích vùng nhiệt đới lại có độ đa dạng loài cao vùng ôn đới vùng cực? c Những hoạt động người trực tiếp gây nên thoái đa dạng sinh học? Hướng dẫn: a - Độ đa dạng loài quần xã yếu tố: độ giàu loài (số lượng loài) độ phong phú loài - Do quần xã có tỉ lệ loài cao với quần xã có tỉ lệ loài tương đương b Chế độ ánh sáng,nước vùng nhiệt đới có khác biệt so với vùng ôn đới vùng cực c – Phá hủy môi trường sống: làm thủy điện,… - Di chuyển loài: làm phá vỡ mối quan hệ sinh thái loài, thay đổi ổ sinh thái loài,… - Khai thác mức làm cho số lượng cá thể quần thể xuống mức tối thiểu, dẫn đến tuyệt chủng Câu Nhiều nhà sinh thái học cho quan hệ cạnh tranh khác loài quan hệ sinh thái bản, động lực chọn lọc tự nhiên, có vai trò quan trọng tiến hóa đa dạng sinh học Hãy chứng minh điều đó? Hướng dẫn: - Quan hệ cạnh tranh khác loài quan hệ hai hay nhiều loài, chúng tranh giành nguồn sống thức ăn, nơi ở… tất loài bị ảnh hưởng bất lợi Những loài có quan hệ sinh thái gần có nhu cầu sống giống quan hệ gay gắt + Quan hệ cạnh tranh không loại trừ loài hoàn toàn thắng mà tất loài bị bất lợi Ví dụ: Paramecium caudatum Paramecium bursaria + Quan hệ cạnh tranh loại trừ có loài thắng loài khác bị bại Ví dụ: Paramecium caudatum Paramecium aurelia - Cạnh tranh nguyên nhân dẫn đến phân li ổ sinh thái khác nhau, ảnh hưởng tới phân hóa hình thái sinh vật, đồng thời nhờ có phân hóa ổ sinh thái mà mức độ cạnh tranh giảm bơt Ví dụ: loài chim sẻ ăn hạt đảo thuộc quần đảo Galapagos, loài khác kích thước mỏ nên chúng sử dụng loại hạt có kích thước khác - Cạnh tranh ảnh hưởng tới phân bố địa lí, nơi loài Điều đặc biệt rõ trường hợp loài ngẫu nhiên xâm nhập vào vùng đất Ví dụ: chuột cống chuột đàn - Cạnh tranh động lực trình tiến hóa Câu a Tại có loài mật độ cao độ thường gặp lại thấp, ngược lại có loài độ thường gặp cao mật độ lại thấp? b Có nhận xét số lượng cá thể loài vùng có độ đa dạng loài cao vùng có độ đa dạng loài thấp? Nêu ví dụ giải thích Hướng dẫn: a – Loài có mật độ cao độ thường gặp lại thấp do: + Điều kiện sống phân bố không + Loài có tập quán sống tập trung theo nhóm - Loài có mật độ thấp độ thường gặp cao do: + Điều kiện sống phân bố đồng + Loài có tập quán sống riêng lẻ b Nhận xét giải thích: - Ở vùng có độ đa dạng loài cao số lượng cá thể loài Ví dụ: Động, thực vật rừng nhiệt đới phong phú đa dạng, số lượng cá thể loài môi trường có nhiều loại thức ăn phù hợp cho nhiều loài, loài thích nghi với vùng định môi trường không gian hẹp -> có nhiều loài có khả cạnh tranh nhiều -> số lượng cá thể loài - Ở vùng có độ đa dạng loài thấp số lượng cá thể loài nhiều Ví dụ: Ở hệ thực vật rừng ôn đới, động vật bắc cực… số lượng cá thể loài cao môi trường loại thức ăn, diện tích phân bố loại thức ăn lại lớn -> loài hơn, số lượng cá thể loài lại nhiều Câu Lá sống vùng khí hậu lạnh có đặc điểm thích nghi nào? Hướng dẫn: - Lá chúng có đặc điểm thích nghi làm giảm tối đa thoát nước mùa khô lạnh -> rụng vào mùa đông phải có đặc điểm chịu hạn - Lá nhỏ, xẻ thùy sâu, mép có cưa, lớp cutin dày - Những không rụng thường có tán hình tháp -> hấp thu xạ mặt trời cách hiệu góc độ nhỏ - Tán hình tháp với cành ngắn giúp tuyết không đọng lại -> cành không bị gãy, quang hợp mùa đông giá lạnh - Lá có hình kim -> giảm thoát nước nhiệt đối lưu -> hình kim mọc thành cụm, dày giúp hấp thụ nhiệt phản xạ từ bên cạnh ngăn cản gió làm nhiệt độ nước giữ lại khoảng không khí chùm - Lá hình kim, tỉ lệ S/V cao nên hấp thụ nhiều xa mặt trời Câu Giải thích số lượng loài quần xã lại giảm dần từ quần xã vùng xích đạo tới quần xã vùng cực? Hướng dẫn: - Do lịch sử tiến hóa: + Quần xã có thời gian tiến hóa dài trình hình thành loài xảy nhiều hơn, dẫn đến số lượng loài quần xã gia tăng + Mùa sinh trưởng xích đạo dài mùa sinh trưởng vùng xa xích đạo -> quần xã vùng xích đạo già + Ở vùng cực, gần cực, quần xã phải bắt đầu lại nhiều lần trình băng hà lặp lặp lại xóa sổ nhiều loài - Do yếu tố khí hậu: + Bức xạ mặt trời khác -> ánh sáng nhiệt độ môi trường khác + Lượng mưa độ ẩm khác -> Độ giàu loài nơi có nhiệt độ cao, lượng mưa nhiều cao so với nơi có nhiệt độ lượng mưa thấp Câu Trên sở sinh thái học, giải thích cạnh tranh sinh học loài động lực tiến hóa thiết lập trạng thái cân tự nhiên Hướng dẫn: - Cạnh tranh loài cạnh tranh xảy cá thể loài Sự cạnh tranh mật độ quần thể cao vượt khả cung cấp nguồn sống môi trường thức ăn nơi ở, thể tập tính lãnh thổ, kí sinh loài, ăn thịt lẫn nhau, tự tỉa thưa - Mật độ quần thể lớn, cạnh tranh loài gay gắt, liệt dẫn tới phân hóa ổ sinh thái nơi làm xuất loài đường cách li sinh thái cách li địa lí thiết lập nên trạng thái cân sinh học tự nhiên - Trong trình cạnh tranh cá thể quần thể, cá thể có sức sống cao (các khỏe mạnh thắng thế), có khả sinh sản cao có nhiều khả truyền vốn gen sang hệ sau, nhờ giúp cho loài tồn tại, phát triển tiến hóa Các quan hệ kí sinh loài hay ăn thịt đồng loại không phổ biến, có ý nghĩa giúp loài tồn tại, phát triển tiến hóa Câu Tại kích thước quần thể động vật vượt mức tối đa giảm xuống mức tối thiểu bất lợi quần thể Hướng dẫn: - Khi kích thước quần thể vượt mức tối đa nguồn sống môi trường bị khan hiếm, cạnh tranh loài diễn khốc liệt làm tăng tỷ lệ tử vong, dẫn tới kích thước quần thể giảm mạnh Các loài động vật có khả di cư kích thước vượt mức tối đa cá thể có sức sống tốt di cư, cá thể lại thường có sức sống khả thích nghi thấp - Khi kích thước xuống mức tối thiểu hỗ trợ loài hiệu (các cá thể khó kiếm ăn, khó tự vệ, …), cá thể xảy giao phối gần làm xuất đồng hợp lặn có hại.Vì vậy, quần thể xuống mức tối thiểu quần thể có nguy bị diệt vong C PHẦN KẾT LUẬN Kết luận: Chuyên đề phân tích số đặc điểm thích nghi cá thể, quần thể, quần xã với môi trường Chuyên đề tập trung làm rõ phản ứng thích nghi cá thể sinh vật với môi trường thể dạng biến đổi hình thái, sinh lí tập tính sinh thái cá thể Chuyên đề khai số “chiến lược” để tồn quần thể sinh vật nhấn mạnh thích nghi chiến lược phát triển dân số quần thể chọn lọc theo K hay chọn lọc theo r tùy thuộc vào môi trường ổn định hay không ổn định Bên cạnh đó, quần thể có khả tự điều chỉnh số lượng cá thể để đạt trạng thái cân bằng, phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường thông qua chế điều hòa mật độ, từ trì kích thước quần thể cách hợp lí Chuyên đề phân tích rõ vai trò mối quan hệ cá thể loài, khác loài tiến hóa đa dạng sinh học cuối phát triển tiến hóa quần xã thông qua diễn sinh thái Chuyên đề sưu tầm số câu hỏi đề thi học sinh giỏi vận dụng vấn đề lý thuyết trình bày Đề nghị Các sinh vật thích nghi với môi trường chúng thông qua trình chọn lọc tự nhiên qua nhiều hệ, giảng dạy giáo viên cần phân tích để học sinh thấy mối liên quan sinh thái học nói chung, sinh thái thích nghi nói riêng với sinh học tiến hóa, mối liên quan sinh thái học với vấn đề môi trường (chẳng hạn vấn đề sử dụng thuốc trừ sâu, vấn đề ô nhiễm môi trường…), qua cho học sinh đưa định môi trường Trong khuôn khổ chuyên đề, chưa sâu trình bày thích nghi cấp độ tổ chức sống cao hệ sinh thái sinh thể thông qua dòng lượng chu trình nguyên tố hóa học sinh vật môi trường Do mong nhận bổ sung, góp ý bạn đồng nghiệp để chuyên đề hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu giáo khoa chuyên Sinh học Trung học phổ thông Sinh thái học, NXB Giáo dục, Mai Sỹ Tuấn (chủ biên) Bài tập sinh thái học, NXB Giáo dục, Vũ Trung Tạng Sinh học, Cambell Sinh học, Villi [...]... đối với quẫn xã sinh vật mà cả với môi trường vật kí, đảm bảo sự thống nhất toàn vẹn giữa quần xã với môi trường một cách biện chứng thông qua các mối liên hệ thuận nghịch Kết quả của quá trình trên dẫn đến sự thiết lập mới về cấu trúc (thành phần, số loài và số lượng cá thể của mỗi loài) cũng như về các mối quan hệ cạnh tranh và chung sống giữa các loài nhằm duy trì trạng thái của hệ cân bằng với các. .. cảnh lên quần xã Sự thay đổi môi trường vật lí, nhất là thay đổi khí hậu thường gây nên những biến đổi sâu sắc về cấu trúc của quần xã Mưa bão, lũ lụt, hạn hán….là các yếu tố sinh thái của ngoại cảnh gây nên sự chết hàng loạt các loài sinh vật Trên vùng bị hủy diệt của tự nhiên, quần xã sinh vật mới dần dần được hình thành và phát triển Kết quả của sự tác động của ngoại cảnh lên quần xã là sự đào thải... (các cá thể khó kiếm ăn, khó tự vệ, …), các cá thể xảy ra sự giao phối gần làm xuất hiện các đồng hợp lặn có hại.Vì vậy, khi quần thể xuống dưới mức tối thiểu thì quần thể có nguy cơ bị diệt vong C PHẦN KẾT LUẬN 1 Kết luận: Chuyên đề đã phân tích những một số đặc điểm trong sự thích nghi của cá thể, quần thể, quần xã với môi trường Chuyên đề tập trung làm rõ những phản ứng thích nghi của cá thể sinh. .. đầu từ môi trương chưa có hoặc rất ít sinh vật với các giai đoạn: + Giai đoạn tiên phong: các sinh vật đầu tiên phát tán tới hình thành nên quần xã mới + Giai đoạn giữa: gồm các sinh vật biến đổi tuần tự thay thế lẫn nhau + Giai đoạn cuối: hình thành quần xã đỉnh cực * Diễn thế thứ sinh: xuất hiện ở môi trường đã từng có một quần xã sinh sống, nhưng quần xã đã bị hủy diệt do những thay đổi của tự nhiên... kém thích ứng, đồng thời tiếp nhận những loài sinh vật thích nghi với điều kiện sống mới Cứ như vậy, quần xã biến đổi từ dạng này sang dạng khác hình thành nên quần xã ổn định Trong diễn thế, quần xã cũng tác động ngược trở lại làm thay đổi ngoại cảnh Như vậy diễn thế là quá trình cải tổ về mặt cấu trúc, các hoạt động chức năng và mối quan hệ giữa các loài và giữa quần xã sinh vật với môi trường vật. .. vấn đề của môi trường (chẳng hạn như vấn đề sử dụng thuốc trừ sâu, các vấn đề về ô nhiễm môi trường ), qua đó có thể cho học sinh đưa ra các quyết định về môi trường Trong khuôn khổ chuyên đề, chúng tôi chưa đi sâu trình bày sự thích nghi của cấp độ tổ chức sống cao nhất là hệ sinh thái và sinh quyển thể hiện thông qua dòng năng lượng và chu trình các nguyên tố hóa học giữa sinh vật và môi trường Do... bảo cân bằng sinh học trong quần xã Đây là quan hệ bao trùm trong tự nhiên làm cho vật chất chu chuyển và năng lượng được biến đổi 2 Sự phát triển tiến hóa của quần xã – diễn thế sinh thái a Khái niệm diễn thế sinh thái Diễn thế sinh thái là quá trình phát triển tiến hóa của quần xã sinh vật Đó là quá trình biến đổi tuần tự của quần xã qua các giai đoạn, tương ứng với sự biến đổi của môi trường Trong... trong cơ quan sinh sản nhằm giảm thiểu sự khai thác của các loài động vật Thực vật không chỉ thích nghi một cách bị động trước sự khai thác của động vật mà nhiều loài còn biết lợi dụng động vật trong sự tồn tại của mình Ví dụ như cuộc sống cộng sinh giữa kiến và cây kiến, nhiều loài nhất là những thực vật thụ phấn nhờ côn trùng, chim còn có các hình thức thích nghi rất tinh tế để lôi cuốn động vật tham... trong các đề thi học sinh giỏi vận dụng những vấn đề lý thuyết được trình bày 2 Đề nghị Các sinh vật thích nghi với môi trường của chúng thông qua quá trình chọn lọc tự nhiên qua nhiều thế hệ, do đó khi giảng dạy giáo viên cần phân tích để học sinh thấy được mối liên quan giữa sinh thái học nói chung, sinh thái thích nghi nói riêng với sinh học tiến hóa, mối liên quan giữa sinh thái học với các vấn đề của. .. Câu 6 Giải thích tại sao số lượng các loài trong một quần xã lại giảm dần từ các quần xã ở vùng xích đạo tới các quần xã ở vùng cực? Hướng dẫn: - Do lịch sử tiến hóa: + Quần xã nào có thời gian tiến hóa dài hơn thì quá trình hình thành loài xảy ra nhiều hơn, dẫn đến số lượng các loài trong quần xã gia tăng + Mùa sinh trưởng ở xích đạo dài hơn mùa sinh trưởng ở các vùng xa xích đạo -> quần xã ở vùng ... bó với với môi trường sống chúng tạo thành thể thống nhất, quần xã có cấu trúc tương đối ổn định Các sinh vật quần xã thích nghi với môi trường sống chúng Những sinh vật sống quần xã gắn bó với. .. tự nhiên Vậy cấp độ tổ chức sống có biến đổi để thích nghi nào, nội dung mà muốn trình bày chuyên đề: Sự thích nghi cấp tổ chức sống cá thể, quần thể, quần xã sinh vật với môi trường Mục đích... nên tổ hợp quần thể thuộc loài khác đời tổ chức cao gọi quần xã sinh vật Quần xã sinh vật tập hợp quần thể sinh vật thuộc nhiều loài khác sống không gian thời gian định Các sinh vật quần xã có