I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
A. Khái niệm về biến động số lượng
– Biến động số lượng là sự tăng hay giảm số lượng cá thể trong quần thể. Thông thường, khi đạt đến kích thước tối đa, cân bằng với sức chứa của môi trường (sinh sản cân bằng với tử vong) thì số lượng cá thể của quần thể thường giao động quanh giá trị cân bằng.
– Biến động số lượng được coi là phản ứng tổng hợp của quần thể trước sự biến đổi của điều kiện sống, đặc biệt là nguồn thức ăn và không gian sống, thứ đến nhưng không kém quan trọng là các nhân tố môi trường khác như: chế độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm, vật ăn thịt, dịch bệnh…
B. Các dạng biến động số lượng
Phụ thuộc vào tác động của các nhân tố môi trường, biến động số lượng của quần thể được chia thành 2 dạng: biến động không theo chu kì và theo chu kì.
1. Biến động không theo chu kì.
– Biến động số lượng không theo chu kì gây ra do các tác nhân ngẫu nhiên như: bão, lụt, cháy, ô nhiễm, khai thác quá mức…
– Những nguyên nhân ngẫu nhiên do không kiểm soát được thường nguy hại cho đời sống của các loài, nhất là những loài có vùng phân bố hẹp và kích thước quần thể nhỏ.
2. Biến động theo chu kì.
Biến động theo chu kì gây ra do các yếu tố hoạt động có chu kì: chu kì ngày đêm, chu kì mùa hay chu kì thủy triều…
a. Chu kì ngày đêm.
Đây là hiện tượng phổ biến của các loài sinh vật có kích thước nhỏ và tuổi thọ thấp. Ví dụ: số lượng cá thể của các loài thực vật nổi tăng vào ban ngày, giảm vào ban đêm. Ngược lại, số lượng cá thể của các loài động vật nổi lại tăng vào ban đêm, giảm vào ban ngày do chúng sinh sản tập trung vào ban đêm.
b. Chu kì tuần trăng và hoạt động của thủy triều.
– Rươi sống ở nước lợ ven biển Bắc Bộ đẻ rộ nhất vào các ngày thuộc pha trăng khuyết, sau rằm tháng 9 và pha trăng non đầu tháng 10 âm lịch, làm cho kích thước quần thể tăng vọt vào các thời điểm đó. Do vậy, cư dân ven biển mới có câu “tháng 9 đôi mươi, tháng 10 mồng 5”.
– Số lượng cá thể của đàn cá suốt (Leresthes tenuis) ở ven biển Califoocnia tăng, liên quan với sự sinh sản của đàn bố mẹ theo con nước triều. Cá chỉ đẻ trứng trên bãi cát đỉnh triều vào con nước cường trong tháng, trùng với đêm không trăng. Trứng được vùi trong cát. Sau đúng 14 ngày, vào đêm trăng tròn của tháng, con nước cường lần thứ 2 tràn đến cũng là lúc trứng nở, cá con theo dòng triều ra biển.
c. Chu kì mùa
Trong năm, xuân hè là thời gian thuận lợi nhất cho sinh sản và phát triển của cá loài động thực vật, nhất là những loài sống ở vùng ôn đới; còn mùa đông do điều kiện sống khó khăn (Nhiệt độ và độ ẩm thấp, nguồn thức ăn khan hiếm), mức tử vong cao. Do vậy, kích thước quần thể biến đổi 1 cách tương ứng, tạo nên sự biến động theo mùa. Ví dụ: trong mùa hè và mùa đông có sự tăng, giảm số lượng cá thể của các loài thực vật, nhiều loài côn trùng, ếch nhái, cá, chim…
d. Chu kì nhiều năm.
– Sự biến động số lượng theo chu kì nhiều năm, thậm chí biến động đó xảy ra 1 cách tuần hoàn được thấy ở nhiều loài chim, thú sống ở phương Bắc. Ví dụ: sự biến động số lượng của thỏ rừng và mèo rừng ở Bắc Mĩ với chu kì 9-10 năm. Loài chuột thảo nguyên (Lemmus lemmus) có chu kì biến động số lượng cá thể 3-4 năm.
– Chu kì biến động số lượng của đàn cá cơm ở biển Peru là 10-12 năm, liên quan đến hoạt động của hiện tượng El-Nino. Số lượng cá thể của các loài chim biển cũng biến động theo, phù hợp với nguồn thức ăn của chúng là cá cơm.
C. Cơ chế điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể.
Biến động số lượng là sự phản ứng tổng hợp của quần thể trước những thay đổi của các nhân tố môi trường để quần thể duy trì trạng thái của mình phù hợp với hoàn cảnh mới. Cơ chế điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể được thực hiện dựa trên sự thay đổi mối quan hệ chủ yếu giữa mức sinh sản – tử vong, thông qua các hình thức:
1. Cạnh tranh là nhân tố điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể.
– Khi mật độ quần thể tăng vượt quá sức chịu đựng của môi trường thì không còn 1 cá thể nào có thể kiếm đủ thức ăn. Cạnh tranh giữa các cá thể xuất hiện làm cho mức tử vong tăng, còn mức sinh sản lại giảm. Do đó, kích thước quần thể giảm, phù hợp với sức chứa của môi trường.
– Hiện tượng “tự tỉa thưa” là kết quả cạnh tranh giữa các cá thể trong quần thể. Ví dụ, khi nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, bìa rừng thông trên Tây Nguyên xuất hiện rất nhiều thông “mạ”. Do mật độ quá dày, nhiều cây non không cạnh tranh nổi ánh sáng và muối khoáng bị chết dần, số còn lại đủ duy trì mật độ vừa phải, cân bằng với điều kiện môi trường chúng sống.
– Trong tự nhiên, “tự tỉa thưa” gặp phổ biến đối với cả thực vật và động vật.
2. Di cư là nhân tố điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể.
Ở động vật, mật độ đông tạo ra những thay đổi đáng kể về các đặc điểm hình thái, sinh lí và tập tính sinh thái của các loài cá thể. Những biến đổi đó có thể gây ra sự di cư của cả đàn hay 1 bộ phận đàn, làm cho kích thước quần thể giảm. Chẳng hạn, châu chấu (Lacustra migratoria) do biến dị cá thể, trong quần thể có những cá thể cánh dài và những cá thể cánh ngắn; Khi kích thước quần thể vượt khỏi ngưỡng tối ưu, chỉ cần sự kích động của 1 cá thể trong đàn cũng đủ làm cho nhóm cánh dài di cư khỏi quần thể. Chuột thảo nguyên (Lemmus lemmus, L.sibericus) tiến hành di cư cả đàn khi mật độ quá đông.
3. Vật ăn thịt, vật kí sinh và dịch bệnh là những nhân tố điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể.
– Vật ăn thịt, vật kí sinh và dịch bệnh tác động lên con mồi, vật chủ và con bệnh phụ thuộc mật độ, nghĩa là tác động của chúng tăng lên khi mật độ quần thể cao và ngược lại.
– Trong quan hệ kí sinh – vật chủ, vật kí sinh hầu như không giết chết vật chủ mà chỉ làm cho nó suy yếu, do đó, dễ bị vật ăn thịt tấn công. Đó cũng là cách để vật kí sinh đa vật chủ làm phương tiện xâm nhập sang 1 vật chủ khác.
– Vật ăn thịt là nhân tố quan trọng khống chế kích thước quần thể con mồi, ngược lại, con mồi cũng là nhân tố quan trọng điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể vật ăn thịt. Mối quan hệ 2 chiều này tạo nên trạng thái cân bằng sinh học trong thiên nhiên.
– Trong quan hệ con mồi – vật ăn thịt, nhiều trường hợp, khi số lượng con mồi quá đông, hiệu quả tấn công của vật ăn thịt giảm. Chính vì vậy, cách tụ họp của con mồi là 1 trong các biện pháp bảo vệ có hiệu quả trước sự tấn công của động vật ăn thịt, trong khi, nhiều động vật ăn thịt lại họp thành bầy để săn bắt con mồi có hiệu quả cao hơn.
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Bài 1.
Biến động số lượng là gì? Trình bày về các dạng biến động số lượng cá thể trong một quần thể. Nêu các ví dụ tương ứng mỗi dạng.
Hướng dẫn giải
1) Khái niệm biến động số lượng:
Khi đạt đến kích thước tối đa, cân bằng với nguồn sống của môi trường, số lượng cá thể của quần thể thường biến động quanh giá trị cân hằng gọi là hiện tượng biến động số lượng.
– Có 2 dạng biến động số lượng gồm: biến động không theo chu kì và biến động theo chu kì.
2) Các dạng biến động số lượng
a) Biến động không theo chu kì:
Là các biến động đột ngột theo chiều hướng tăng hay giảm số cá thể trong quần thể do điều kiện bất thường của thời tiết như thiên tai, hạn hán, dịch bệnh, hoạt động của con người.
Ví dụ: Rừng tràm U Minh thượng bị cháy vào tháng 3 năm 2000 đã giết chết hàng loạt động vật và thực vật rừng.
b) Biến động theo chu kì:
b1- Biến động theo chu kì ngày đêm:
– Xuất hiện phổ biến ở sinh vật phù du.
Ban ngày, tảo ở biển được chiếu sáng, sinh sản tăng. Ngược lại ban đêm sẽ có số lượng giảm xuống.
b2- Biến động theo chu kì tuần trăng và hoạt động của thủy triều:
– Vào mùa trăng, cua ẩn nấp và thiếu thức ăn nên sinh sản kém và ngược lại.
– Vùng ven biển Bắc Bộ vào rằm tháng 9 và rằm tháng 10 âm lịch là mùa đẻ rộ nhất của rươi.
b3- Biến động theo chu kì mùa:
– Ở nước ta, biến động theo mùa là phổ biến, liên quan đến khí hậu và nguồn thức ăn trong quần thể.
Ví dụ: Ruồi, muỗi phát triển từ tháng 3 đến tháng 6, còn ếch thì phát triển vào mùa mưa.
b4- Biến động theo chu kì nhiều năm:
Cá cơm ở vùng biển Peru có chu kì biến động là 7 năm. Dòng nước nóng Ninô chảy về làm nhiệt độ nước tăng 5°C, nồng độ muối thay đổi, làm cá cơm chết hàng loạt.
Bài 2.
Mật độ cá thể của quần thể được điều chỉnh như thế nào để đạt trạng thái cân bằng của quần thể?
Hướng dẫn giải
1) Các nhân tố điều chỉnh mật độ cá thể của quần thể:
– Trong điều kiện môi trường thuận lợi như đầy đủ thức ăn, chỗ ở, kẻ thù ít…….. sức sinh sản của quần thể tăng, mức tử vong giảm, làm số lượng cá thể biến động theo hướng tăng nhanh.
– Khi mật độ cá thể trong quần thể tăng cao, thức ăn và chỗ ở bị thiếu hụt sẽ dẫn đến cạnh tranh, làm tăng mức tử vong, giảm mức sinh sản, một số di cư dẫn đến mật độ cá thể trong quần thể được điều chỉnh giảm xuống.
2) Trạng thái cân bằng của quần thể:
+ Mỗi quần thể sống trong một môi trường xác định, có xu hướng được điều chỉnh ở trạng thái số lượng cá thể ổn định gọi là trạng thái cân bằng quần thể.
+ Cơ chế điều hòa mật độ của quần thể là sự thống nhất mốì tương quan giữa tỉ lệ sinh sản và tỉ lệ tử vong, nhờ đó tốc độ sinh trưởng của quần thể được điều chỉnh.
Bài 3: Vì những nguyên nhân nào, số lượng cá thể trong một quẩn thể bị biến động?
Hướng dẫn giải
1) Do sự thay đổi các nhân tố sinh thái vô sinh:
– Các nhân tố sinh thái vô sinh không bị chi phối bởi mật độ cá thề quần thể của quần thể, còn được gọi là nhân tố không phụ thuộc mật độ.
– Khí hậu là nhân tố ảnh hưởng rõ rệt nhất.
– Nhiệt độ môi trường quá thấp sẽ gây chết nhiều động vật, nhất là động vật biến nhiệt như ếch, nhái.
Ví dụ: Rét đậm kéo dài ở miền Bắc vào tháng giêng, năm 2008, làm chết nhiều trâu bò và các động, thực vật khác.
2) Do sự thay đổi các nhân tố hữu sinh:
– Các nhân tố hữu sinh bị chi phối bởi mật độ cá thể của quần thể còn được gọi là nhân tố phụ thuộc mật độ quần thể.
– Biến động số lượng phụ thuộc sự cạnh tranh giữa các cá thể, cạnh tranh làm thay đổi mức tử vong, sức sinh sản, di cư và nhập cư.