Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Cấu trúc hệ sinh thái và chuỗi, lưới thức ăn
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em mô tả được cấu trúc của một hệ sinh thái — quần xã sinh vật cộng với môi trường vô sinh mà quần xã đó trao đổi vật chất và năng lượng — và dựng được một lưới thức ăn từ danh sách loài, xác định đúng bậc dinh dưỡng của từng loài trong từng chuỗi cụ thể.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở Sinh học 10, em đã học sinh vật tự dưỡng tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ quang hợp, còn sinh vật dị dưỡng phải lấy chất hữu cơ có sẵn từ sinh vật khác (prior-grade review). Trong các bài trước của Sinh học 12 về quần thể và quần xã, em đã biết quần xã là tập hợp các quần thể thuộc nhiều loài khác nhau, cùng sống và tương tác trong một khu vực nhất định (same-grade bridge). Bài này đặt quần xã đó bên cạnh môi trường vô sinh xung quanh, để xem cả hệ thống vận hành theo dòng vật chất và năng lượng như thế nào.
Khởi động
Một ao nuôi cá ở đồng bằng sông Cửu Long bất ngờ bị đánh bắt hết sạch cá lóc, cá rô — những loài ăn thịt lớn nhất trong ao — chỉ trong một mùa. Vài tuần sau, người nuôi phát hiện tôm và cá nhỏ trong ao sinh sôi bất thường, rồi nước ao đục hẳn vì rong tảo bùng phát. Chỉ mất đi một nhóm loài ở gần đỉnh chuỗi thức ăn, vì sao cả hệ thống lại xáo trộn?
Kiến thức trọng tâm
Một hệ sinh thái gồm hai phần gắn chặt với nhau: quần xã sinh vật — toàn bộ các quần thể cùng sống và tương tác trong một khu vực — và môi trường vô sinh bao quanh nó: ánh sáng, nhiệt độ, nước, đất, các chất khoáng. Chỉ có quần xã sinh vật thôi thì chưa gọi là hệ sinh thái; điều làm nên một hệ sinh thái là sự trao đổi vật chất và năng lượng liên tục giữa quần xã đó với môi trường vô sinh xung quanh — sinh vật lấy nước, khí, khoáng chất từ môi trường, rồi trả lại môi trường qua hô hấp, bài tiết, xác chết phân giải.
Trong một quần xã, mỗi loài giữ một trong ba vai trò dinh dưỡng. Sinh vật sản xuất (SVSX) là những loài tự dưỡng — hầu hết là thực vật, tảo và một số vi khuẩn quang hợp — cố định năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá học tích trong chất hữu cơ. Sinh vật tiêu thụ (SVTT) là những loài dị dưỡng ăn sinh vật khác, chia thành nhiều bậc kế tiếp nhau: SVTT bậc 1 ăn trực tiếp SVSX, SVTT bậc 2 ăn SVTT bậc 1, cứ thế đi tiếp. Sinh vật phân giải (SVPG) — chủ yếu vi khuẩn và nấm — phân giải xác chết và chất thải của mọi bậc thành chất vô cơ, trả lại cho môi trường để SVSX dùng lại. Ba nhóm này không hoạt động độc lập: mất một nhóm, dòng vật chất và năng lượng của toàn hệ thống đứt đoạn — đúng như chuyện xảy ra ở ao cá đầu bài, khi mất SVTT bậc cao, số lượng SVTT bậc thấp hơn tăng vọt vì không còn ai kiểm soát chúng.
Chuỗi thức ăn là một dãy loài nối tiếp nhau theo quan hệ ăn — bị ăn. Vị trí của một loài trong dãy đó gọi là bậc dinh dưỡng: SVSX luôn là bậc 1, loài ăn trực tiếp SVSX là bậc 2, loài ăn SVTT bậc 2 là bậc 3, và cứ vậy. Nhưng trong tự nhiên, hiếm loài nào chỉ ăn đúng một loại thức ăn — một con cá thường ăn cả tôm lẫn cá con nhỏ hơn nó, một con cua vừa ăn mùn bã vừa ăn ấu trùng. Vì vậy nhiều chuỗi thức ăn có chung một số loài, đan xen thành lưới thức ăn — phản ánh đúng thực tế dinh dưỡng phức tạp của một quần xã hơn là một chuỗi đơn lẻ. Hệ quả quan trọng: bậc dinh dưỡng của một loài không cố định, nó phụ thuộc vào loài đó đang ở chuỗi nào trong lưới, không phải một con số gắn liền với tên loài.
Có hai kiểu chuỗi thức ăn. Chuỗi bắt đầu từ sinh vật tự dưỡng đúng như mô tả ở trên: SVSX quang hợp rồi bị ăn trực tiếp. Nhưng ở nhiều hệ sinh thái — đặc biệt là rừng ngập mặn — phần lớn năng lượng lại đi theo chuỗi thức ăn mùn bã hữu cơ: lá cây rụng xuống, bị vi sinh vật phân giải một phần thành mùn bã, rồi các loài ăn mùn bã (tôm, cua, một số loài cá) dùng nguồn này làm thức ăn chính. Vật chất hữu cơ trong mùn bã vẫn bắt nguồn từ quang hợp của cây — chỉ là nó đi vào chuỗi thức ăn sau khi cây đã rụng lá, không phải lúc còn sống bị ăn trực tiếp.
Ở rừng ngập mặn, phần lớn năng lượng đi vào chuỗi thức ăn qua con đường mùn bã hữu cơ, không chỉ qua sinh vật sản xuất còn sống.Xếp đúng nhóm chức năng của một loài là bước đầu tiên trước khi dựng được lưới thức ăn của nó.
Ví dụ
Dựng lưới thức ăn rừng ngập mặn và gán bậc dinh dưỡng
1
Một hệ sinh thái rừng ngập mặn có các loài sau: cây đước, tảo phù du, tôm bạc (ăn mùn bã lá đước và tảo phù du), cua còng (ăn mùn bã lá đước), cá bống (ăn tôm bạc và cua còng), cò trắng (ăn cá bống). Hãy dựng lưới thức ăn và xác định bậc dinh dưỡng của từng loài.
2
Cây đước và tảo phù du là hai sinh vật tự dưỡng duy nhất trong danh sách — đây là bậc dinh dưỡng 1 của mọi chuỗi trong lưới này. Cây đước cung cấp năng lượng chủ yếu qua con đường mùn bã (lá rụng), còn tảo phù du bị ăn trực tiếp.
3
Tôm bạc ăn mùn bã lá đước và tảo phù du — cả hai nguồn thức ăn của tôm bạc đều là SVSX hoặc sản phẩm từ SVSX, nên tôm bạc là SVTT bậc 1, tức bậc dinh dưỡng 2. Cua còng chỉ ăn mùn bã lá đước, cũng là SVTT bậc 1, bậc dinh dưỡng 2.
4
Cá bống ăn cả tôm bạc và cua còng — hai loài đều ở bậc dinh dưỡng 2 — nên cá bống là SVTT bậc 2, bậc dinh dưỡng 3. Cò trắng chỉ ăn cá bống (bậc dinh dưỡng 3), nên cò trắng là SVTT bậc 3, bậc dinh dưỡng 4.
5
Vậy lưới thức ăn này có bốn bậc dinh dưỡng: bậc 1 (cây đước, tảo phù du) → bậc 2 (tôm bạc, cua còng) → bậc 3 (cá bống) → bậc 4 (cò trắng), với tôm bạc là mắt xích nối hai nguồn SVSX khác nhau vào cùng một lưới.
Ví dụ
Một loài, hai bậc dinh dưỡng khác nhau trong cùng một lưới (dạng đề thi)
1
Trong lưới thức ăn ở ví dụ trên, giả sử có thêm cá lóc: cá lóc ăn cả tôm bạc lẫn cá bống. Xác định bậc dinh dưỡng của cá lóc trong từng chuỗi thức ăn khác nhau mà nó tham gia, và giải thích vì sao cùng một loài lại có hai câu trả lời.
2
Tôm bạc ở bậc dinh dưỡng 2. Cá lóc ăn trực tiếp tôm bạc nên trong chuỗi cây đước → tôm bạc → cá lóc, cá lóc đứng ngay sau tôm bạc, tức bậc dinh dưỡng 3.
3
Cá bống ở bậc dinh dưỡng 3 (theo kết quả ví dụ trên). Cá lóc ăn cá bống nên trong chuỗi cây đước → tôm bạc → cá bống → cá lóc, cá lóc đứng ngay sau cá bống, tức bậc dinh dưỡng 4.
4
Nếu bậc dinh dưỡng là một con số cố định gắn với loài, cá lóc không thể vừa là bậc 3 vừa là bậc 4. Mâu thuẫn này biến mất khi nhớ lại bậc dinh dưỡng được tính theo vị trí của loài trong một chuỗi cụ thể, không phải một nhãn cố định của loài — cùng một loài ăn từ nhiều nguồn khác nhau sẽ giữ nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau tuỳ chuỗi đang xét.
5
Vậy cá lóc ở bậc dinh dưỡng 3 trong chuỗi ăn trực tiếp tôm bạc, và bậc dinh dưỡng 4 trong chuỗi ăn qua trung gian cá bống — cả hai đều đúng, vì chúng mô tả hai chuỗi thức ăn khác nhau trong cùng một lưới.
Sai lầm thường gặp
Nhầm lẫn phổ biến nhất ở bài này là nghĩ mỗi loài chỉ có đúng một bậc dinh dưỡng cố định, giống như một chức danh gắn liền với loài đó — sự thật bậc dinh dưỡng luôn gắn với một chuỗi thức ăn cụ thể, và một loài ăn tạp hoàn toàn có thể giữ nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau trong các chuỗi khác nhau của cùng một lưới, như cá lóc ở ví dụ trên. Một nhầm lẫn khác là xem sinh vật phân giải như một bậc dinh dưỡng cuối cùng giống sinh vật tiêu thụ bậc cao nhất — thực ra sinh vật phân giải không nằm trong dãy đánh số bậc dinh dưỡng, chúng phân giải xác chết và chất thải từ tất cả các bậc, không chỉ bậc cao nhất.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Tóm tắt
Một hệ sinh thái là quần xã sinh vật cộng với môi trường vô sinh, gắn với nhau qua dòng vật chất và năng lượng. Ba nhóm chức năng — sản xuất, tiêu thụ, phân giải — tạo nên chuỗi và lưới thức ăn; bậc dinh dưỡng của một loài luôn gắn với một chuỗi cụ thể, không phải một nhãn cố định.
Bài sau lượng hoá chính dòng năng lượng vừa mô tả ở đây: bao nhiêu phần trăm năng lượng thực sự đi từ bậc dinh dưỡng này sang bậc kế tiếp, và vì sao con số đó quyết định hình dạng của toàn bộ tháp sinh thái.
Ở Sinh học 10, em đã học sinh vật tự dưỡng tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ quang hợp, còn sinh vật dị dưỡng phải lấy chất hữu cơ có sẵn từ sinh vật khác (prior-grade review). Trong các bài trước của Sinh học 12 về quần thể và quần xã, em đã biết quần xã là tập hợp các quần thể thuộc nhiều loài khác nhau, cùng sống và tương tác trong một khu vực nhất định (same-grade bridge). Bài này đặt quần xã đó bên cạnh môi trường vô sinh xung quanh, để xem cả hệ thống vận hành theo dòng vật chất và năng lượng như thế nào.
Một ao nuôi cá ở đồng bằng sông Cửu Long bất ngờ bị đánh bắt hết sạch cá lóc, cá rô — những loài ăn thịt lớn nhất trong ao — chỉ trong một mùa. Vài tuần sau, người nuôi phát hiện tôm và cá nhỏ trong ao sinh sôi bất thường, rồi nước ao đục hẳn vì rong tảo bùng phát. Chỉ mất đi một nhóm loài ở gần đỉnh chuỗi thức ăn, vì sao cả hệ thống lại xáo trộn?
Một hệ sinh thái gồm hai phần gắn chặt với nhau: quần xã sinh vật — toàn bộ các quần thể cùng sống và tương tác trong một khu vực — và môi trường vô sinh bao quanh nó: ánh sáng, nhiệt độ, nước, đất, các chất khoáng. Chỉ có quần xã sinh vật thôi thì chưa gọi là hệ sinh thái; điều làm nên một hệ sinh thái là sự trao đổi vật chất và năng lượng liên tục giữa quần xã đó với môi trường vô sinh xung quanh — sinh vật lấy nước, khí, khoáng chất từ môi trường, rồi trả lại môi trường qua hô hấp, bài tiết, xác chết phân giải.
Trong một quần xã, mỗi loài giữ một trong ba vai trò dinh dưỡng. Sinh vật sản xuất (SVSX) là những loài tự dưỡng — hầu hết là thực vật, tảo và một số vi khuẩn quang hợp — cố định năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá học tích trong chất hữu cơ. Sinh vật tiêu thụ (SVTT) là những loài dị dưỡng ăn sinh vật khác, chia thành nhiều bậc kế tiếp nhau: SVTT bậc 1 ăn trực tiếp SVSX, SVTT bậc 2 ăn SVTT bậc 1, cứ thế đi tiếp. Sinh vật phân giải (SVPG) — chủ yếu vi khuẩn và nấm — phân giải xác chết và chất thải của mọi bậc thành chất vô cơ, trả lại cho môi trường để SVSX dùng lại. Ba nhóm này không hoạt động độc lập: mất một nhóm, dòng vật chất và năng lượng của toàn hệ thống đứt đoạn — đúng như chuyện xảy ra ở ao cá đầu bài, khi mất SVTT bậc cao, số lượng SVTT bậc thấp hơn tăng vọt vì không còn ai kiểm soát chúng.
Chuỗi thức ăn là một dãy loài nối tiếp nhau theo quan hệ ăn — bị ăn. Vị trí của một loài trong dãy đó gọi là bậc dinh dưỡng: SVSX luôn là bậc 1, loài ăn trực tiếp SVSX là bậc 2, loài ăn SVTT bậc 2 là bậc 3, và cứ vậy. Nhưng trong tự nhiên, hiếm loài nào chỉ ăn đúng một loại thức ăn — một con cá thường ăn cả tôm lẫn cá con nhỏ hơn nó, một con cua vừa ăn mùn bã vừa ăn ấu trùng. Vì vậy nhiều chuỗi thức ăn có chung một số loài, đan xen thành lưới thức ăn — phản ánh đúng thực tế dinh dưỡng phức tạp của một quần xã hơn là một chuỗi đơn lẻ. Hệ quả quan trọng: bậc dinh dưỡng của một loài không cố định, nó phụ thuộc vào loài đó đang ở chuỗi nào trong lưới, không phải một con số gắn liền với tên loài.
Có hai kiểu chuỗi thức ăn. Chuỗi bắt đầu từ sinh vật tự dưỡng đúng như mô tả ở trên: SVSX quang hợp rồi bị ăn trực tiếp. Nhưng ở nhiều hệ sinh thái — đặc biệt là rừng ngập mặn — phần lớn năng lượng lại đi theo chuỗi thức ăn mùn bã hữu cơ: lá cây rụng xuống, bị vi sinh vật phân giải một phần thành mùn bã, rồi các loài ăn mùn bã (tôm, cua, một số loài cá) dùng nguồn này làm thức ăn chính. Vật chất hữu cơ trong mùn bã vẫn bắt nguồn từ quang hợp của cây — chỉ là nó đi vào chuỗi thức ăn sau khi cây đã rụng lá, không phải lúc còn sống bị ăn trực tiếp.
Nếu bậc dinh dưỡng là một con số cố định gắn với loài, cá lóc không thể vừa là bậc 3 vừa là bậc 4. Mâu thuẫn này biến mất khi nhớ lại bậc dinh dưỡng được tính theo vị trí của loài trong một chuỗi cụ thể, không phải một nhãn cố định của loài — cùng một loài ăn từ nhiều nguồn khác nhau sẽ giữ nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau tuỳ chuỗi đang xét.
Nhầm lẫn phổ biến nhất ở bài này là nghĩ mỗi loài chỉ có đúng một bậc dinh dưỡng cố định, giống như một chức danh gắn liền với loài đó — sự thật bậc dinh dưỡng luôn gắn với một chuỗi thức ăn cụ thể, và một loài ăn tạp hoàn toàn có thể giữ nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau trong các chuỗi khác nhau của cùng một lưới, như cá lóc ở ví dụ trên. Một nhầm lẫn khác là xem sinh vật phân giải như một bậc dinh dưỡng cuối cùng giống sinh vật tiêu thụ bậc cao nhất — thực ra sinh vật phân giải không nằm trong dãy đánh số bậc dinh dưỡng, chúng phân giải xác chết và chất thải từ tất cả các bậc, không chỉ bậc cao nhất.