The Living World: Biodiversity · ⁨Thế giới sống: Đa dạng sinh học⁩

Đa dạng sinh học là sự đa dạng của sự sống, được đo lường ở ba cấp độ:

• Đa dạng di truyền – sự đa dạng của các gen bên trong một loài. Sự đa dạng di truyền cao hơn giúp một quần thể phản ứng tốt hơn với nhân tố gây áp lực môi trường; một cổ chai dân số (sự sụt giảm mạnh về số lượng) làm mất đi sự đa dạng này và để lại những cá thể còn sót lại dễ bị tổn thương.
• Đa dạng loài – số lượng các loài (độ phong phú loài) và mức độ phân bố đều đặn của các cá thể giữa chúng.
• Đa dạng môi trường sống – sự đa dạng của các môi trường sống trong một khu vực.

Các hệ sinh thái có độ phong phú loài cao hơn thì bền vững hơn: chúng phục hồi sau xáo trộn dễ dàng hơn, vì sự đa dạng về loài có thể lấp đầy các vai trò khi điều kiện thay đổi. Mất môi trường sống loại bỏ các loài theo một trình tự có thể dự đoán được – các loài chuyên biệt (có nhu cầu hẹp) biến mất trước, sau đó là các loài phổ biến cứng cỏi hơn, và các loài cần lãnh thổ rộng lớn suy giảm khi phạm vi phân bố thu hẹp lại.

Dịch vụ hệ sinh thái là những lợi ích miễn phí mà thiên nhiên ban tặng cho con người, gồm bốn nhóm chính:

• Cung cấp – các sản phẩm: thực phẩm, nước ngọt, gỗ, sợi.
• Điều hòa – các quá trình giữ cho điều kiện ổn định: điều hòa khí hậu, lọc nước, thụ phấn, kiểm soát lũ lụt.
• Văn hóa – giá trị vô hình: giải trí, thẩm mỹ, giá trị tâm linh và giáo dục.
• Hỗ trợ – các dịch vụ tạo điều kiện cho các dịch vụ khác tồn tại: chu trình dinh dưỡng, hình thành đất, quang hợp.

Các hoạt động do con người gây ra có thể phá vỡ các dịch vụ này, dẫn đến chi phí kinh tế và sinh thái thực tế – ví dụ, việc mất đi các loài thụ phấn buộc nông dân phải trả tiền cho công tác thụ phấn mà ong bee từng làm miễn phí.

Địa lý sinh vật đảo nghiên cứu số lượng loài mà một hòn đảo (hoặc bất kỳ mảng môi trường sống cô lập nào) chứa đựng. Số lượng này đạt đến trạng thái cân bằng giữa hai tốc độ:

• Nhập cư của các loài mới – cao hơn ở các đảo gần lục địa hơn.
• Tuyệt chủng của các loài bản địa – thấp hơn ở các đảo lớn hơn.

Vì vậy, các đảo lớn và gần nhau chứa nhiều loài nhất; các đảo nhỏ và xa xôi chứa ít loài nhất. Sự cô lập cũng thúc đẩy tiến hóa: các loài trên đảo thường trở thành loài chuyên biệt do nguồn tài nguyên hạn chế, và nhiều loài là đặc hữu – chỉ tìm thấy ở nơi đó. Điều này khiến chúng trở nên mong manh. Khi một loài xâm lấn (thường là loài phổ biến cứng cỏi) xuất hiện, nó có thể cạnh tranh vượt trội các loài chuyên biệt, vốn không còn nơi nào để chạy trốn.

Mỗi loài đều có một phạm vi chịu đựng – dải điều kiện (nhiệt độ, độ mặn, pH, ánh sáng) mà nó có thể sống sót. Gần giữa là dải tối ưu nơi các cá thể phát triển tốt; về phía rìa là vùng áp lực nơi chúng sống sót nhưng gặp khó khăn trong việc tăng trưởng hoặc sinh sản; vượt quá giới hạn thì chúng sẽ chết. Khả năng chịu đựng sinh thái áp dụng cho cả một cá thể đơn lẻ lẫn toàn bộ một loài, và nó quyết định nơi một sinh vật có thể sinh sống cũng như cách nó đối phó với sự thay đổi.

Các sự kiện tự nhiên làm xáo trộn hệ sinh thái trên mọi thang thời gian, và một sự kiện tự nhiên duy nhất có thể tương đương hoặc vượt qua một sự kiện do con người gây ra. Các quá trình của Trái Đất diễn ra theo ba mẫu hình thời gian:

• Chu kỳ – các chu kỳ đều đặn (mùa, thủy triều).
• Kỳ cục – các sự kiện thỉnh thoảng, không đều (cháy rừng, lũ lụt, núi lửa phun trào).
• Ngẫu nhiên – không có quy luật (một tiểu hành tinh va chạm).

Trên thang thời gian địa chất, khí hậu Trái Đất đã thay đổi do nhiều nguyên nhân, và mực nước biển đã dâng lên và hạ xuống theo lượng băng hà – mỗi lần thay đổi đều tái tạo lại các vùng habitat rộng lớn. Động vật hoang dã phản ứng bằng cách di cư, di chuyển ngắn hoặc dài để theo đuổi các điều kiện thích hợp.

Một sự thích nghi là một đặc điểm di truyền cải thiện khả năng sống sót và sinh sản trong một môi trường. Sự thích nghi nảy sinh thông qua lựa chọn tự nhiên – sự thay đổi gen từng bước tích lũy qua nhiều thế hệ, chứ không xảy ra trong vòng đời của một cá thể. Khi môi trường thay đổi, các cá thể phải thay đổi hành vi, di chuyển, hoặc tử vong; nếu sự thay đổi diễn ra nhanh hơn khả năng thích nghi của một quần thể, nó sẽ suy giảm. Một yếu tố xáo trộn chu kỳ như cháy rừng thường là một phần của chu trình khỏe mạnh, và nhiều loài đã thích nghi với nó (một số quả thông chỉ mở ra dưới nhiệt độ của ngọn lửa).

Sự thay thế sinh thái là sự thay đổi dần dần, có trật tự trong một cộng đồng theo thời gian:

• Thay thế sơ khai bắt đầu trên đá trơ trụi không có đất – sau khi băng tan hoặc dung nham nguội đi. Các loài tiên phong như rêu tảo đến trước và từ từ hình thành đất. Quá trình này diễn ra chậm chạp.

• Sự diễn thế thứ cấp xảy ra sau một tác động làm giữ nguyên lớp đất – như sau hỏa hoạn hoặc ruộng nương bỏ hoang – do đó diễn ra nhanh hơn nhiều.

Sự diễn thế có xu hướng tiến tới một cộng đồng đỉnh cao tương đối ổn định. Hai vai trò đặc biệt định hình cộng đồng vượt xa tỷ lệ số lượng của chúng: một loài chủ chốt, những hoạt động giúp duy trì cấu trúc cộng đồng (bỏ đi nó thì cộng đồng sụp đổ – hải cẩu biển kiểm soát số lượng nhím), và một loài chỉ báo, sự hiện diện hay sức khỏe của nó phản ánh tình trạng của toàn bộ hệ sinh thái (rêu tảo biến mất nơi không khí ô nhiễm).

Ví dụ minh họa. Một hồ nước chứa 3 loài cá với 5, 3 và 2 cá thể ($N=10$). Chỉ số Đa dạng Simpson $=1-\sum\left(\tfrac{n}{N}\right)^2 = 1-\left[(0.5)^2+(0.3)^2+(0.2)^2\right] = 1-0.38 = 0.62$. Giá trị gần 1 cho thấy đa dạng cao; gần 0 cho thấy một loài chiếm ưu thế. Việc thêm vào một loài thứ tư có kích thước cân bằng sẽ đẩy chỉ số này lên cao hơn.

• Mô tả đa dạng sinh học ở ba cấp độ: di truyền, loài và môi trường sống, và liên hệ mức độ đa dạng cao hơn với sự phục hồi lớn hơn.
• Các loài chuyên biệt (nhu cầu hẹp) dễ bị tổn thương hơn các loài thông dụng khi môi trường sống thay đổi.
• Phân biệt sự diễn thế sơ cấp (đá trơ, không có đất, chậm) với sự diễn thế thứ cấp (đất còn nguyên vẹn, nhanh hơn).
• Giải thích về loài chủ chốt (tác động vượt trội) và loài chỉ báo (phản ánh sức khỏe hệ sinh thái).
• Nêu tên bốn dịch vụ hệ sinh thái (cung cấp, điều tiết, văn hóa, hỗ trợ) kèm ví dụ.