Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Chương 3. Bảo tồn ở cấp quần thể và loài Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1. Những bất cập của quần thể nhỏ Một loài đặc biệt dễ bị tuyệt chủng khi chỉ có một vài quần thể nhỏ. Sự tuyệt chủng nhanh chóng của các quần thể có kích thước nhỏ đã dẫn đến khái niệm quần thể tối thiểu của một loài có thể sống được (Minimum Viable Population - MVP), nói lên số lượng nhỏ nhất của các cá thể trong quần thể nào đó có khả năng tồn tại qua một quãng thời gian xác định. Shaffer (1981) “Mỗi quần thể tối thiểu có thể sống được của bất kỳ một loài nào là một quần thể cách ly nhỏ nhất có 99% cơ hội tiếp tục tồn tại trong suốt 1.000 năm nữa, bất chấp những tác động không lường trước do thiên tai cũng như những biến động về quần thể, môi trường và di truyền”. Điểm mấu chốt của MVP - quần thể tối thiểu có thể sống được - là căn cứ theo chỉ số này có thể dự tính số lượng cá thể cần thiết để bảo tồn một loài. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Nguyên tắc chung là cố gắng bảo vệ 500 -1.000 cá thể cho các loài động vật có xương sống để bảo tồn sự biến dị di truyền. Đối với những loài có độ dao động kích thước quần thể lớn, ví dụ như đối với một số loài động vật không xương sống và các loài cây hàng năm, thì người ta cho rằng sự bảo tồn một quần thể gồm khoảng 10.000 cá thể sẽ là một chiến lược đem lại hiệu quả. Diện tích dao động tối thiểu (Minimum Dynamic Area - MDA): có thể ước tính được bằng cách nghiên cứu các kích thước khác nhau về nơi cư trú của các cá thể hay các nhóm quần thể trong loài. Người ta đã ước tính được rằng, để bảo tồn những quần thể tối thiểu của các loài thú cần bảo tồn một diện tích vào khoảng từ 10.000 đến 100.000 ha. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Tuy có ngo i l , song c n có các qu n th l n ạ ệ ầ ầ ể ớ đ b o t n h u h t các loài vì nh ng loài nào có ể ả ồ ầ ế ữ qu n th nh đ u có nguy c b tuy t di t. Các ầ ể ỏ ề ơ ị ệ ệ qu n th nh d b suy gi m nhanh v s l ng ầ ể ỏ ễ ị ả ề ố ượ và b tuy t ch ng c c b vì 3 nguyên nhân chính ị ệ ủ ụ ộ nh sau: ư • Nh ng v n đ v m t di truy n; ữ ấ ề ề ặ ề • Nh ng dao đ ng v s l ng qu n th do ữ ộ ề ố ượ ầ ể nh ng bi n đ ng ng u nhiên trong t l sinh và ữ ế ộ ẫ ỷ ệ t l ch t; ỷ ệ ế • Nh ng nhi u đ ng môi tr ng do nh ng bi n ữ ễ ộ ườ ữ ế đ i v s b t m i, c nh tranh, d ch b nh, ngu n ổ ề ự ắ ồ ạ ị ệ ồ th c n c ng nh các r i ro v thiên tai x y ra ứ ă ũ ư ủ ề ả b t th ng nh cháy, l l t hay h n hán ấ ườ ư ũ ụ ạ Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1.1. Những vấn đề về mặt di truyền  Mất tính biến dị di truyền  Biến đổi về số lượng cá thể trong quần thể  Sự biến đổi môi trường và các thiên tai  Những cơn lốc tuyệt chủng Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1. Mất tính biến dị di truyền Tính biến dị di truyền có tầm quan trọng đặc biệt vì nó cho phép quần thể sinh vật thích nghi được với những biến đổi của môi trường. Biến dị di truyền xảy ra do các cá thể có những dạng gene khác nhau được gọi là allen. Các cá thể có thể có những allen nhất định hoặc tổ hợp của các allen mang những đặc điểm cần thiết cho phép chúng tồn tại trong những điều kiện mới. Trong một quần thể, một số allen nhất định có thể thay đổi tần số xuất hiện, từ dạng rất phổ biến cho đến rất hiếm. Các allen mới xuất hiện trong quần thể thông qua đột biến. Trong các quần thể nhỏ, tần số xuất hiện của các allen có thể thay đổi một cách ngẫu nhiên từ thế hệ này sang thế hệ khác tùy thuộc vào cá thể được giao phối. Quá trình trên gọi là sự phân ly gen (genetic drift). Khi một allen có tần suất xuất hiện thấp trong một quần thể nhỏ thì xác suất mất mát ngẫu nhiên trong từng thế hệ là đáng kể. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế  Khi xem xét một ví dụ có tính lý thuyết về một quần thể cách ly mà trong đó có 2 allen trong một gen, Wright đã đưa ra phương trình biễu diễn khả năng giảm sút tính dị hợp tử (các cá thể có hai dạng allen khác nhau trên cùng một gen) trong một thế hệ (∆F) cho một quần thể các con trưởng thành đang sinh sản (Ne):  ∆F =  Theo phương trình này, nếu quần thể gồm 50 cá thể thì mỗi thế hệ có thể giảm 1% tính dị hợp tử do mất đi những allen hiếm và nếu quần thể có 10 cá thể thì mỗi thế hệ sẽ giảm đi 5%. Phương tình trên cho thấy thuộc tính biến dị di truyền có thể mất đi một cách đáng kể trong những quần thể nhỏ và sống cách ly. Ne2 1 Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Các quần thể nhỏ có sự phân ly di truyền thường mẫn cảm hơn với các ảnh hưởng có hại đến gen, ví dụ:  Suy thoái do giao phối nội dòng (inbreeding depression): có rất nhiều cơ chế khác nhau nhằm ngăn chặn sự giao phối nội dòng trong quần thể tự nhiên. Trong các quần thể lớn của hầu hết các loài động vật, các cá thể thường không giao phối với các cá thể đồng huyết tộc gần mình. Sự giao phối nội dòng sẽ gây nên sự suy thoái cận dòng đặc trưng bởi việc ít con cái, hoặc con cái không khoẻ mạnh hay vô sinh.  Một cách lý giải hợp lý nhất cho sự suy thoái do giao phối nội dòng là biểu hiện những allen nguy hại được di truyền lại từ cha mẹ. Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế  Suy thoái do giao phối xa (outbreeding depression): trong tự nhiên, các cá thể thuộc các loài khác nhau hiếm khi giao phối với nhau bởi một loạt các cơ chế cách ly về tập tính, sinh lý và hình thái.  Khi một loài trở nên hiếm hay nơi cư trú của nó bị hủy hoại thì sự giao phối xa có thể xảy ra. Kết quả là con cái của chúng thường yếu hay bất thụ do thiếu sự tương đồng của các nhiễm sắc thể cũng như không có hệ enzym thích hợp. Những con lai này sẽ không bao giờ có được tổ hợp chính xác các gen đảm bảo cho các cá thể tồn tại trong những điều kiện nhất định.  Sự suy thoái do giao phối xa đặc biệt quan trọng đối với thực vật trong đó sự thụ phấn bị động xảy ra trong chừng mực nào đó là do sự tình cờ gặp phấn hoa của loài khác. Một loài cây hiếm mọc gần một loài cây phổ biến khác có họ hàng gần có thể sẽ bị phấn hoa của cây phổ biến lấn át, dẫn đến sự ra đời của dòng con cái bất thụ hay làm mờ đi sự khác biệt giữa các loài Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Mất tính mềm dẻo tiến hóa: những allen hiếm và những tổ hợp allen bất thường tuy chưa thể hiện ngay những ưu điểm của mình song rất có thể lại vô cùng thích hợp trong những điều kiện môi trường trong tương lai. Sự suy thoái tính biến dị di truyền trong những quần thể cực nhỏ có thể sẽ hạn chế khả năng phản ứng của quần thể với những biến đổi dài hạn của môi trường như ô nhiễm, các dịch bệnh mới hay sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Một khi không có đủ tính biến dị di truyền, các loài có thể bị tuyệt diệt [...]... hiếm, đang có nguy cơ tuyệt diệt thường không tái lập được quần thể bằng cách gieo hạt Để tăng cơ hội thành công, thường cho hạt nẩy mầm và chăm sóc cây con trong các điều kiện môi trường ổn định Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Chiến lược bảo tồn chuyển vị  Chiến lược tốt nhất nhằm bảo tồn đa dạng sinh học là bảo tồn các quần xã và quần thể ngay trong điều kiện tự nhiên là bảo tồn nguyên vị hay bảo. .. bảo tồn nguyên vị hay bảo tồn tại chổ (in situ; on-site preservation)  Đối với nhiều loài hiếm thì bảo tồn nguyên vị chưa phải là giải pháp khả thi trong điều kiện những áp lực của con người ngày càng gia tăng Giải pháp để ngăn cho loài khỏi bị tuyệt chủng là bảo tồn các cá thể trong những điều kiện nhân tạo Chiến lược này là bảo tồn ngoại vi hay bảo tồn chuyển vị (ex-situ; off-site preservation) Nguyễn... khoa học thì việc tìm hiểu chỉ một loài nào đó sẽ được gọi là Sinh thái học cá thể (Autecology) Dưới đây là các nhóm câu hỏi về sinh thái học cá thể cần được làm sáng tỏ khi tiến hành thiết kế và thực hiện một cách có hiệu quả những chương trình bảo tồn ở mức quần thể Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Sinh thái học cá thể (Autecology)     Môi trường: loài này được tìm thấy trong những dạng. .. trường, ĐHKH Huế Sinh thái học cá thể (Autecology)   Điểm then chốt để bảo tồn và quản lý một loài hiếm, đang có nguy cơ tuyệt chủng là phải có hiểu biết đầy đủ về mối quan hệ sinh học của loài đó với môi trường chung quanh và tình trạng quần thể của loài đó Những thông tin như thế thường được gọi là lịch sử tự nhiên (natural history), hoặc đôi khi được gọi một cách đơn giản là Sinh thái học (Ecology),... lâu dài ở các quần xã sinh vật, nhưng các diễn biến này thường bị che khuất bởi các hiện tượng ngắn hạn Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Sự hình thành, tái lập các quần thể mới    Thay vì chỉ quan sát thụ động sự tiến tới tuyệt chủng của các loài đang nguy cấp, nhiều nhà sinh học bảo tồn đã bắt đầu xây dựng các cách tiếp cận nhằm bảo vệ những loài này Có 3 cách tiếp cận: Chương trình tái du nhập... tác sinh học: loài cần loại thức ăn gì và các nhu cầu khác cần có là gì? Những loài cạnh tranh thức ăn và các nhu cầu khác? Có những vật ăn mồi, sâu hại và các ký sinh trùng nào có tác động đến kích thước quần thể loài? Hình thái học: với kích thước, hình dạng, màu sắc và bề mặt cơ thể như thế nào thì cho phép loài tồn tại trong môi trường sinh sống của nó? Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Sinh. .. thể tồn tại được trong môi trường sống của mình? Các cá thể của loài giao phối và sinh sản như thế nào? Các cá thể của loài có quan hệ tương hổ với nhau như thế nào, hợp tác với nhau hay cạnh tranh?  Di truyền học: những biến đổi về hình thái và sinh lý giữa các cá thể có phải là do di truyền điều khiển hay không? Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế  Những thông tin cơ bản cần thiết cho việc bảo tồn. .. thế nào thì cho phép loài tồn tại trong môi trường sinh sống của nó? Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Sinh thái học cá thể (Autecology)  Sinh lý học: các cá thể của một loài cần bao nhiêu lượng thức ăn, nước, muối khoáng và các chất cần thiết khác để có thể tồn tại, sinh trưởng và sinh sản? Mỗi cá thể sử dụng nguồn nói trên với hiệu suất như thế nào? Loài có thể dễ bị tổn thương trong các điều... loài thường xuất hiện dưới dạng những quần thể tạm thời hay những quần thể không ổn định được hình thành do di cư Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Phân tích khả năng tồn tại của quần thể (PVA)    Là tiến trình xác định các mối đe dọa mà một loài phải đối phó và đánh giá khả năng tồn tại của loài trong một tương lai xác định PVA thường hướng về việc quản lý và bảo tồn các loài quý hiếm và các... thể thu thập từ 3 nguồn chính:  Tài liệu đã xuất bản  Các tài liệu không công bố  Đi thực địa Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Quan trắc các quần thể Bằng cách điều tra số lượng cá thể lặp đi lặp lại theo một quãng thời gian nhất định ta có thể xác định được những biến động quần thể theo thời gian Từ đó chúng ta biết được những xu hướng lâu dài của quần thể - Kiểm kê - Điều tra - Các nghiên cứu . Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế Chương 3. Bảo tồn ở cấp quần thể và loài Nguyễn Mộng Khoa Môi trường, ĐHKH Huế 1 Điểm mấu chốt của MVP - quần thể tối thiểu có thể sống được - là căn cứ theo chỉ số này có thể dự tính số lượng cá thể cần thiết để bảo tồn một loài. Nguyễn