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
Cân bằng tự nhiên là trạng thái động
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải thích được cân bằng tự nhiên là gì, mô tả được cơ chế giữ số lượng cá thể trong quần xã ổn định tương đối, và dự đoán được điều gì xảy ra khi cơ chế đó bị phá vỡ.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở bài trước trong khoá Sinh vật và môi trường, em đã học khái niệm quần thể — một nhóm cá thể cùng loài sống trong một khu vực ở cùng thời điểm — và quần xã — tập hợp nhiều quần thể khác loài cùng sống trong một sinh cảnh (same-grade bridge). Bài này dùng lại hai khái niệm đó để giải thích vì sao số lượng cá thể trong một quần xã không tăng mãi cũng không giảm mãi.
Khởi động
Nếu một hôm toàn bộ chó sói trong một khu rừng biến mất, đàn hươu ở đó có sinh sôi thoải mái không giới hạn hay không? Nếu không, điều gì sẽ ngăn chúng lại — và ngăn theo cách nào?
Kiến thức trọng tâm
Cân bằng tự nhiên là trạng thái mà số lượng cá thể của mỗi quần thể trong quần xã duy trì ổn định tương đối, phù hợp với khả năng cung cấp thức ăn và nơi ở của môi trường. Nhưng ổn định tương đối không có nghĩa là đứng yên một chỗ. Số lượng cá thể của một quần thể luôn tăng giảm theo thời gian — mùa sinh sản làm nó tăng, thiếu thức ăn hay dịch bệnh làm nó giảm — và cân bằng tự nhiên chính là việc những dao động ấy lặp đi lặp lại quanh một mức tương đối ổn định, chứ không trôi dạt mãi về một phía. Hình dung nó giống một chiếc lò xo bị kéo rồi tự co lại, không phải một vật nằm im.
Cơ chế giữ cho dao động đó không vượt tầm kiểm soát là một vòng phản hồi âm giữa vật ăn thịt và con mồi. Khi con mồi nhiều, vật ăn thịt có sẵn nguồn thức ăn dồi dào nên sinh sản tốt, số lượng của chúng tăng theo sau đó. Vật ăn thịt đông hơn lại săn nhiều con mồi hơn, khiến số lượng con mồi giảm xuống. Con mồi ít đi làm vật ăn thịt thiếu thức ăn, số lượng vật ăn thịt cũng giảm theo. Áp lực săn mồi giảm bớt cho con mồi cơ hội hồi phục, và cả vòng lặp lại từ đầu. Mỗi bước trong chuỗi này đều là phản ứng lại bước trước — không có bước nào chủ động tăng mãi hay giảm mãi một mình, đó là lý do vòng này được gọi là phản hồi.
Mô hình đơn giản hoá minh hoạ nguyên lý, không phải số liệu đo đạc thực tế: đường con mồi đạt đỉnh trước, đường vật ăn thịt đạt đỉnh sau một khoảng trễ.
Cơ chế phản hồi âm này không chỉ xảy ra giữa hai loài. Ngay trong một quần thể, khi mật độ cá thể quá cao, sự cạnh tranh thức ăn và nơi ở tăng lên, dịch bệnh cũng dễ lan hơn giữa các cá thể sống sát nhau — tỉ lệ tử vong tăng và tốc độ sinh sản giảm, kéo mật độ trở lại mức thấp hơn. Khi mật độ quá thấp, điều ngược lại xảy ra: nguồn sống dư dả, cạnh tranh giảm, quần thể dễ tăng trưởng trở lại. Cùng một nguyên lý phản hồi âm vận hành ở cả hai chiều.
Ví dụ
Đọc đồ thị dao động con mồi — vật ăn thịt
1
Đồ thị trên cho thấy hai đường: quần thể con mồi và quần thể vật ăn thịt trong cùng một khu vực qua thời gian. Vì sao đỉnh của đường vật ăn thịt luôn xuất hiện sau đỉnh của đường con mồi một khoảng thời gian, chứ không trùng nhau?
2
Ta có: đường con mồi đạt số lượng cao nhất trước, sau đó mới tới lượt đường vật ăn thịt đạt đỉnh. Khoảng cách thời gian giữa hai đỉnh chính là độ trễ cần giải thích.
3
Vật ăn thịt không tăng số lượng ngay khi con mồi tăng, vì việc sinh thêm cá thể mới cần thời gian — sinh sản, nuôi con non tới tuổi trưởng thành. Theo cơ chế phản hồi đã học, vật ăn thịt chỉ tăng SAU khi đã có đủ nguồn thức ăn dồi dào một thời gian, nên đỉnh của nó luôn theo sau đỉnh con mồi.
4
Nếu hai đường trùng đỉnh, nghĩa là vật ăn thịt tăng số lượng ngay lập tức khi con mồi tăng — điều này trái với việc sinh sản cần thời gian, nên giả thiết trùng đỉnh không hợp lý.
5
Vậy độ trễ giữa hai đỉnh phản ánh đúng thời gian vật ăn thịt cần để sinh sản và tăng số lượng, là một dấu hiệu đặc trưng của cơ chế phản hồi âm giữa hai quần thể.
Ví dụ
Dự đoán hậu quả khi loại bỏ vật ăn thịt (dạng đề kiểm tra)
1
Một khu rừng đang ở trạng thái cân bằng giữa quần thể hươu và quần thể sói. Con người săn bắt gần hết sói trong khu vực này. Hãy dự đoán điều xảy ra với số lượng hươu và thực vật trong rừng, và giải thích.
2
Xét mối quan hệ ăn — bị ăn giữa sói và hươu: sói mất đi nghĩa là hươu gần như không còn thiên địch tự nhiên trong khu rừng này.
3
Không còn áp lực săn mồi, số lượng hươu tăng nhanh vì tỉ lệ tử vong do bị săn giảm mạnh trong khi tốc độ sinh sản không đổi.
4
Hươu đông lên sẽ ăn thực vật (cỏ, cây non) nhiều hơn khả năng thực vật tái sinh, dẫn tới thiếu thức ăn ngược lại cho chính đàn hươu — hươu đói, dễ mắc bệnh, và số lượng có thể sụt giảm mạnh sau đó, chứ không dừng lại ở mức cao mãi mãi.
5
Vậy loại bỏ sói không khiến hươu ổn định ở một mức đông hơn — nó phá vỡ vòng phản hồi âm, khiến hươu tăng vọt rồi có nguy cơ sụp giảm do cạn kiệt thức ăn, một dạng mất cân bằng khác chứ không phải cân bằng mới.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ cân bằng tự nhiên nghĩa là số lượng loài giữ nguyên không đổi theo thời gian. Thực ra số lượng luôn dao động lên xuống — cân bằng chỉ có nghĩa là dao động đó lặp lại quanh một mức ổn định tương đối, trong một biên độ có giới hạn, chứ không trôi dạt không kiểm soát về một phía như khi cơ chế phản hồi bị phá vỡ.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Cân bằng tự nhiên là trạng thái động: số lượng cá thể dao động quanh một mức ổn định nhờ vòng phản hồi âm giữa vật ăn thịt và con mồi, và giữa mật độ quần thể với nguồn sống sẵn có. Phá vỡ một mắt xích trong vòng phản hồi này sẽ gây ra dao động mất kiểm soát.
Bài sau tìm hiểu điều gì có thể phá vỡ vòng phản hồi này tới mức nó không còn tự phục hồi kịp — gọi là mất cân bằng tự nhiên.
Ở bài trước trong khoá Sinh vật và môi trường, em đã học khái niệm quần thể — một nhóm cá thể cùng loài sống trong một khu vực ở cùng thời điểm — và quần xã — tập hợp nhiều quần thể khác loài cùng sống trong một sinh cảnh (same-grade bridge). Bài này dùng lại hai khái niệm đó để giải thích vì sao số lượng cá thể trong một quần xã không tăng mãi cũng không giảm mãi.
Cân bằng tự nhiên là trạng thái mà số lượng cá thể của mỗi quần thể trong quần xã duy trì ổn định tương đối, phù hợp với khả năng cung cấp thức ăn và nơi ở của môi trường. Nhưng ổn định tương đối không có nghĩa là đứng yên một chỗ. Số lượng cá thể của một quần thể luôn tăng giảm theo thời gian — mùa sinh sản làm nó tăng, thiếu thức ăn hay dịch bệnh làm nó giảm — và cân bằng tự nhiên chính là việc những dao động ấy lặp đi lặp lại quanh một mức tương đối ổn định, chứ không trôi dạt mãi về một phía. Hình dung nó giống một chiếc lò xo bị kéo rồi tự co lại, không phải một vật nằm im.
Cơ chế giữ cho dao động đó không vượt tầm kiểm soát là một vòng phản hồi âm giữa vật ăn thịt và con mồi. Khi con mồi nhiều, vật ăn thịt có sẵn nguồn thức ăn dồi dào nên sinh sản tốt, số lượng của chúng tăng theo sau đó. Vật ăn thịt đông hơn lại săn nhiều con mồi hơn, khiến số lượng con mồi giảm xuống. Con mồi ít đi làm vật ăn thịt thiếu thức ăn, số lượng vật ăn thịt cũng giảm theo. Áp lực săn mồi giảm bớt cho con mồi cơ hội hồi phục, và cả vòng lặp lại từ đầu. Mỗi bước trong chuỗi này đều là phản ứng lại bước trước — không có bước nào chủ động tăng mãi hay giảm mãi một mình, đó là lý do vòng này được gọi là phản hồi.
Cơ chế phản hồi âm này không chỉ xảy ra giữa hai loài. Ngay trong một quần thể, khi mật độ cá thể quá cao, sự cạnh tranh thức ăn và nơi ở tăng lên, dịch bệnh cũng dễ lan hơn giữa các cá thể sống sát nhau — tỉ lệ tử vong tăng và tốc độ sinh sản giảm, kéo mật độ trở lại mức thấp hơn. Khi mật độ quá thấp, điều ngược lại xảy ra: nguồn sống dư dả, cạnh tranh giảm, quần thể dễ tăng trưởng trở lại. Cùng một nguyên lý phản hồi âm vận hành ở cả hai chiều.
Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ cân bằng tự nhiên nghĩa là số lượng loài giữ nguyên không đổi theo thời gian. Thực ra số lượng luôn dao động lên xuống — cân bằng chỉ có nghĩa là dao động đó lặp lại quanh một mức ổn định tương đối, trong một biên độ có giới hạn, chứ không trôi dạt không kiểm soát về một phía như khi cơ chế phản hồi bị phá vỡ.