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
Đặc trưng và biến động số lượng quần thể
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em mô tả được bốn đặc trưng cơ bản của quần thể, phân biệt được kiểu tăng trưởng theo tiềm năng sinh học với tăng trưởng thực tế bị giới hạn bởi sức chứa môi trường, và giải thích được vì sao số lượng cá thể của một quần thể có thể biến động theo chu kỳ hoặc không theo chu kỳ.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở môn Khoa học tự nhiên lớp 9, em đã biết quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống trong một khu vực nhất định, có khả năng sinh sản tạo ra thế hệ mới (prior-grade review). Bài Môi trường và giới hạn sinh thái vừa học cũng là nền tảng ở đây: khi quần thể phát triển tới gần mức mà môi trường có thể nuôi được, tốc độ tăng trưởng của nó sẽ thay đổi rõ rệt (same-grade bridge).
Khởi động
Một ao nuôi được thả 100 con cá giống. Ba tháng đầu, số cá tăng rất nhanh, gần như nhân đôi mỗi tháng. Nhưng từ tháng thứ tư trở đi, dù thức ăn vẫn được bổ sung đều đặn, số cá gần như không tăng thêm nữa. Chuyện gì đã xảy ra trong ao đó?
Kiến thức trọng tâm
Quần thể sinh vật được mô tả qua bốn đặc trưng cơ bản. Mật độ quần thể là số cá thể trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích — ví dụ số cây lúa trên một mét vuông ruộng. Kiểu phân bố cá thể trong không gian có ba dạng: phân bố đều (cá thể cách đều nhau, thường do cạnh tranh gay gắt hoặc do con người trồng theo hàng), phân bố ngẫu nhiên (khi điều kiện sống đồng nhất và cá thể ít tương tác chặt với nhau), và phân bố theo nhóm — dạng phổ biến nhất trong tự nhiên, khi cá thể tụ tập quanh nguồn sống tốt hoặc để hỗ trợ nhau, như đàn trâu rừng hay bụi tre. Cấu trúc tuổi chia cá thể thành ba nhóm: trước sinh sản, đang sinh sản, sau sinh sản — tỉ lệ giữa ba nhóm này, thể hiện qua tháp tuổi, cho biết quần thể đang phát triển, ổn định hay suy giảm. Tỉ lệ giới tính, tức tỉ lệ đực : cái, ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng sinh sản của cả quần thể.
Nếu nguồn sống không giới hạn — đủ thức ăn, đủ không gian, không có đối thủ cạnh tranh hay dịch bệnh — quần thể tăng trưởng theo tiềm năng sinh học tối đa, cho một đường cong hình chữ J: tốc độ tăng ngày càng nhanh, không có dấu hiệu chậm lại. Nhưng trong tự nhiên, nguồn sống luôn có giới hạn. Khi quần thể còn nhỏ so với nguồn sống, nó tăng gần giống đường chữ J; càng lớn dần, cạnh tranh nội bộ về thức ăn và không gian càng gay gắt, tốc độ tăng chậm lại, và quần thể tiến dần tới một mức tối đa mà môi trường đó nuôi dưỡng được lâu dài — gọi là sức chứa môi trường, kí hiệu K. Đường cong tăng trưởng thực tế có dạng hình chữ S: tăng chậm lúc đầu, tăng nhanh ở giữa, rồi chậm dần và gần như đi ngang khi tiệm cận K.
Số liệu minh hoạ cho một ao nuôi giả định, không phải khảo sát thực tế; chỉ đường chữ S phù hợp với môi trường có giới hạn thức ăn.Tỉ lệ minh hoạ; quần thể trẻ có tỉ lệ trước sinh sản cao nhất nên có xu hướng tăng số lượng trong tương lai gần.
Số lượng cá thể của một quần thể hiếm khi đứng yên ở đúng mức K — nó dao động lên xuống quanh mức đó, gọi là biến động số lượng cá thể. Biến động theo chu kỳ lặp lại đều đặn, thường gắn với mùa vụ hoặc chu kỳ nhiều năm — chẳng hạn quần thể chuột đồng ở Đồng bằng sông Cửu Long thường tăng mạnh vào giai đoạn lúa chín, khi nguồn thức ăn dồi dào, rồi giảm dần sau vụ thu hoạch. Biến động không theo chu kỳ xảy ra bất thường, do thiên tai, dịch bệnh hay cháy rừng — một trận bão lớn có thể làm quần thể tôm cá ở vùng cửa sông giảm đột ngột trong vài ngày mà không tuân theo quy luật thời gian nào.
Một kiểu biến động theo chu kỳ đáng chú ý là dao động giữa quần thể con mồi và quần thể loài ăn nó (same-grade bridge, nội dung đầy đủ ở Chương 3 Quần xã). Khi quần thể chuột đồng tăng cao, nguồn thức ăn cho những loài thiên địch như rắn hay cú mèo cũng dồi dào hơn, kéo theo quần thể thiên địch tăng theo sau một khoảng thời gian trễ. Quần thể thiên địch đông lên lại săn bắt chuột nhiều hơn, khiến quần thể chuột giảm xuống; thiếu thức ăn, quần thể thiên địch cũng giảm theo, và chu kỳ lặp lại. Ví dụ này cho thấy biến động số lượng của một quần thể còn phụ thuộc vào mối quan hệ với quần thể loài khác, chứ không riêng nguồn sống.
Chỉ số minh hoạ để thấy độ trễ giữa hai đường dao động, không phải số liệu khảo sát thực địa.
Ví dụ
So sánh đường tăng trưởng chữ J và chữ S, xác định K
1
Một ao nuôi cá được ghi nhận số lượng qua các tháng, vẽ được hai đường dự đoán: đường (1) tăng liên tục không có dấu hiệu chậm lại; đường (2) tăng chậm lúc đầu, nhanh ở giữa, rồi chậm dần và gần như nằm ngang quanh mức 3000 con từ tháng thứ 8 trở đi. Đường nào mô tả đúng thực tế một ao nuôi có giới hạn thức ăn? Sức chứa môi trường của ao là bao nhiêu?
2
Ta có ao nuôi có diện tích và lượng thức ăn cố định, nên nguồn sống của quần thể cá là hữu hạn, không phải vô hạn.
3
Đường (1) tăng liên tục không chậm lại chỉ đúng khi nguồn sống không giới hạn — đó là đường tăng trưởng theo tiềm năng sinh học, hình chữ J, không phù hợp với một ao nuôi có giới hạn thức ăn.
4
Đường (2) có dạng hình chữ S: tăng chậm, tăng nhanh, rồi chậm dần và gần như nằm ngang quanh 3000 con — đây chính là dạng tăng trưởng thực tế trong môi trường có giới hạn, và mức nằm ngang đó là sức chứa môi trường K của ao.
5
Vậy đường (2) mô tả đúng thực tế ao nuôi, K ≈ 3000 con. Nếu người nuôi thả thêm cá vượt quá mức này, quần thể sẽ không duy trì được lâu dài vì nguồn thức ăn không đủ.
Ví dụ
Đọc tháp tuổi và dự đoán xu hướng quần thể (dạng đề thi)
1
Quần thể X có 55% cá thể thuộc nhóm trước sinh sản; quần thể Y chỉ có 12% cá thể thuộc nhóm trước sinh sản, phần còn lại của cả hai quần thể chia cho nhóm đang sinh sản và sau sinh sản gần bằng nhau. Quần thể nào có xu hướng tăng số lượng trong tương lai gần, quần thể nào có xu hướng suy giảm?
2
Ta có tỉ lệ nhóm trước sinh sản của quần thể X rất cao (55%), tức là một lượng lớn cá thể sắp bước vào tuổi sinh sản trong thời gian tới, sẽ bổ sung liên tục vào nhóm sinh sản.
3
Ngược lại, quần thể Y chỉ có 12% cá thể thuộc nhóm trước sinh sản — số cá thể thay thế cho nhóm sinh sản hiện tại rất ít, trong khi nhóm sau sinh sản chiếm tỉ lệ đáng kể trong quần thể.
4
Vậy quần thể X, với tháp tuổi đáy rộng, có xu hướng tăng số lượng trong tương lai gần; quần thể Y, với tháp tuổi đáy hẹp, có xu hướng suy giảm dần vì không đủ cá thể trẻ thay thế cho nhóm đang mất dần theo tuổi.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ đường cong tăng trưởng hình chữ J là kiểu "bình thường" của một quần thể trong tự nhiên. Thực ra hình chữ J chỉ xảy ra khi nguồn sống gần như không giới hạn — điều hiếm gặp và thường chỉ kéo dài trong thời gian ngắn, ví dụ một loài mới xâm nhập vào môi trường còn trống. Đa số quần thể tự nhiên tăng trưởng theo dạng chữ S vì nguồn sống luôn có giới hạn. Một nhầm lẫn khác là cho rằng mật độ cao đồng nghĩa với quần thể đang phát triển tốt — mật độ cao gần sát K thực ra là dấu hiệu quần thể sắp chậm lại, không phải dấu hiệu tăng trưởng mạnh.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Bốn đặc trưng của quần thể: mật độ, phân bố, cấu trúc tuổi, tỉ lệ giới tính. Tăng trưởng theo tiềm năng sinh học cho đường chữ J (nguồn sống không giới hạn); tăng trưởng thực tế cho đường chữ S, tiệm cận sức chứa môi trường K. Biến động số lượng có thể theo chu kỳ (mùa vụ, dao động con mồi – vật dữ) hoặc không theo chu kỳ (thiên tai, dịch bệnh).
Bài tiếp theo mở rộng góc nhìn từ một quần thể sang nhiều quần thể của các loài khác nhau cùng sống chung: quần xã sinh vật, và những kiểu quan hệ ràng buộc chúng lại với nhau.
Ở môn Khoa học tự nhiên lớp 9, em đã biết quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống trong một khu vực nhất định, có khả năng sinh sản tạo ra thế hệ mới (prior-grade review). Bài Môi trường và giới hạn sinh thái vừa học cũng là nền tảng ở đây: khi quần thể phát triển tới gần mức mà môi trường có thể nuôi được, tốc độ tăng trưởng của nó sẽ thay đổi rõ rệt (same-grade bridge).
Quần thể sinh vật được mô tả qua bốn đặc trưng cơ bản. Mật độ quần thể là số cá thể trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích — ví dụ số cây lúa trên một mét vuông ruộng. Kiểu phân bố cá thể trong không gian có ba dạng: phân bố đều (cá thể cách đều nhau, thường do cạnh tranh gay gắt hoặc do con người trồng theo hàng), phân bố ngẫu nhiên (khi điều kiện sống đồng nhất và cá thể ít tương tác chặt với nhau), và phân bố theo nhóm — dạng phổ biến nhất trong tự nhiên, khi cá thể tụ tập quanh nguồn sống tốt hoặc để hỗ trợ nhau, như đàn trâu rừng hay bụi tre. Cấu trúc tuổi chia cá thể thành ba nhóm: trước sinh sản, đang sinh sản, sau sinh sản — tỉ lệ giữa ba nhóm này, thể hiện qua tháp tuổi, cho biết quần thể đang phát triển, ổn định hay suy giảm. Tỉ lệ giới tính, tức tỉ lệ đực : cái, ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng sinh sản của cả quần thể.
Nếu nguồn sống không giới hạn — đủ thức ăn, đủ không gian, không có đối thủ cạnh tranh hay dịch bệnh — quần thể tăng trưởng theo tiềm năng sinh học tối đa, cho một đường cong hình chữ J: tốc độ tăng ngày càng nhanh, không có dấu hiệu chậm lại. Nhưng trong tự nhiên, nguồn sống luôn có giới hạn. Khi quần thể còn nhỏ so với nguồn sống, nó tăng gần giống đường chữ J; càng lớn dần, cạnh tranh nội bộ về thức ăn và không gian càng gay gắt, tốc độ tăng chậm lại, và quần thể tiến dần tới một mức tối đa mà môi trường đó nuôi dưỡng được lâu dài — gọi là sức chứa môi trường, kí hiệu K. Đường cong tăng trưởng thực tế có dạng hình chữ S: tăng chậm lúc đầu, tăng nhanh ở giữa, rồi chậm dần và gần như đi ngang khi tiệm cận K.
Số lượng cá thể của một quần thể hiếm khi đứng yên ở đúng mức K — nó dao động lên xuống quanh mức đó, gọi là biến động số lượng cá thể. Biến động theo chu kỳ lặp lại đều đặn, thường gắn với mùa vụ hoặc chu kỳ nhiều năm — chẳng hạn quần thể chuột đồng ở Đồng bằng sông Cửu Long thường tăng mạnh vào giai đoạn lúa chín, khi nguồn thức ăn dồi dào, rồi giảm dần sau vụ thu hoạch. Biến động không theo chu kỳ xảy ra bất thường, do thiên tai, dịch bệnh hay cháy rừng — một trận bão lớn có thể làm quần thể tôm cá ở vùng cửa sông giảm đột ngột trong vài ngày mà không tuân theo quy luật thời gian nào.
Một kiểu biến động theo chu kỳ đáng chú ý là dao động giữa quần thể con mồi và quần thể loài ăn nó (same-grade bridge, nội dung đầy đủ ở Chương 3 Quần xã). Khi quần thể chuột đồng tăng cao, nguồn thức ăn cho những loài thiên địch như rắn hay cú mèo cũng dồi dào hơn, kéo theo quần thể thiên địch tăng theo sau một khoảng thời gian trễ. Quần thể thiên địch đông lên lại săn bắt chuột nhiều hơn, khiến quần thể chuột giảm xuống; thiếu thức ăn, quần thể thiên địch cũng giảm theo, và chu kỳ lặp lại. Ví dụ này cho thấy biến động số lượng của một quần thể còn phụ thuộc vào mối quan hệ với quần thể loài khác, chứ không riêng nguồn sống.
Một ao nuôi cá được ghi nhận số lượng qua các tháng, vẽ được hai đường dự đoán: đường (1) tăng liên tục không có dấu hiệu chậm lại; đường (2) tăng chậm lúc đầu, nhanh ở giữa, rồi chậm dần và gần như nằm ngang quanh mức 3000 con từ tháng thứ 8 trở đi. Đường nào mô tả đúng thực tế một ao nuôi có giới hạn thức ăn? Sức chứa môi trường của ao là bao nhiêu?
Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ đường cong tăng trưởng hình chữ J là kiểu "bình thường" của một quần thể trong tự nhiên. Thực ra hình chữ J chỉ xảy ra khi nguồn sống gần như không giới hạn — điều hiếm gặp và thường chỉ kéo dài trong thời gian ngắn, ví dụ một loài mới xâm nhập vào môi trường còn trống. Đa số quần thể tự nhiên tăng trưởng theo dạng chữ S vì nguồn sống luôn có giới hạn. Một nhầm lẫn khác là cho rằng mật độ cao đồng nghĩa với quần thể đang phát triển tốt — mật độ cao gần sát K thực ra là dấu hiệu quần thể sắp chậm lại, không phải dấu hiệu tăng trưởng mạnh.
Bốn đặc trưng của quần thể: mật độ, phân bố, cấu trúc tuổi, tỉ lệ giới tính. Tăng trưởng theo tiềm năng sinh học cho đường chữ J (nguồn sống không giới hạn); tăng trưởng thực tế cho đường chữ S, tiệm cận sức chứa môi trường K. Biến động số lượng có thể theo chu kỳ (mùa vụ, dao động con mồi – vật dữ) hoặc không theo chu kỳ (thiên tai, dịch bệnh).