Những khái niệm trong Sinh học/21

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

21| Bảo tồn và Đa dạng sinh học

Hình 21.1 Sự hủy hoại môi trường sống do chặt phá rừng, đặc biệt ở các rừng mưa nhiệt đới như rừng mưa Amazon ở Brazil được quan sát từ góc nhìn vệ tinh này, là một nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm đa dạng sinh học hiện nay. (giấy phép: sửa đổi sản phầm bởi Jesse Allen và Robert Simmon, Đài quan sát trái đất NASA)

Các mục:

21.1: Tầm quan trọng của Đa dạng sinh học

21.2: Các mối đe dọa đối với Đa dạng sinh học

21.3: Bảo tồn Đa dạng sinh học

Giới thiệu

Các nhà sinh học ước tính rằng sự tuyệt chủng của các loài hiện tại có tốc độ cao hơn 500 đến 1000 lần so với tốc độ quan sát được trước đây trong lịch sử trái đất khi không có các sự kiện địa chất và khí hậu bất thường xảy ra. Các nhà sinh học gọi tốc độ trước đó là tốc độ tuyệt chủng “nền”. Tốc độ cao hiện thời sẽ gây ra một sự tụt dốc về đa dạng sinh học (sự đa dạng các loài) trên hành tinh trong một hoặc hai thế kỷ tới. Sự mất mát này sẽ bao gồm nhiều loài mà ta biết ngày nay. Mặc dù đôi lúc rất khó để dự đoán loài nào sẽ trở nên tuyệt chủng, nhiều loài nằm trong danh sách nguy cấp (có nguy cơ tuyệt chủng rất lớn). Tuy nhiên, đa số sự tuyệt chủng sẽ là của các loài mà khoa học thậm chí còn chưa mô tả.

Hầu hết các loài “tàng hình” mà sẽ tuyệt chủng này hiện đang sống trong những rừng mưa nhiệt đới như ở lưu vực Amazon. Rừng mưa nhiệt đới là những hệ sinh thái đa dạng nhất trên hành tinh và đang bị phá hủy nhanh chóng do chặt phá rừng, thứ mà các nhà sinh học tin rằng đang đẩy các loài quý hiếm với phân bố giới hạn đến diệt vong. Trong khoảng thời gian từ 1970 đến 2011, gần 20% diện tích rừng mưa Amazon đã mất. Tốc độ này còn cao hơn ở các rừng mưa nhiệt đới khác. Những gì chúng ta nhiều khả năng sẽ nhận thấy ngày qua ngày như một hệ quả của mất mát đa dạng sinh học là sẽ khó để tạo ra thực phẩm hơn, khó để tìm được nước sạch hơn, và tốc độ phát triển các loại thuốc mới sẽ trở nên chậm hơn, khi mà chúng ta phụ thuộc rất nhiều vào các dịch vụ mà những loài khác đem lại. Sự mất mát gia tăng của đa dạng sinh học gần như toàn bộ là kết quả của các hoạt động do con người gây ra khi chúng ta phá hủy nơi ở của các loài, di nhập loài gây rối vào các hệ sinh thái, săn bắt một số loài tới tuyệt chủng, tiếp tục làm hành tinh nóng lên với các khí nhà kính, và tác động đến tự nhiên theo những cách khác. Làm chậm sự mất mát đa dạng sinh học nằm trong khả năng của con người nếu chúng ta tạo ra những thay đổi đáng kể trong hành vi tiêu dùng, nhận diện và bảo vệ các thành tố của hệ sinh thái mà cuộc sống và sự thịnh vượng của chúng ta phụ thuộc vào chúng.

21.1| Tầm quan trọng của Đa dạng sinh học

Tới cuối mục này, bạn sẽ có khả năng:

Mô tả đa dạng sinh học như sự cân bằng giữa tốc độ biến động tự nhiên của sự tuyệt chủng và sự hình thành loài.

Nhận diện các lơi ích của đa dạng sinh học đối với con người.

Hình 21.2 Rừng mưa đất thấp nhiệt đới ở Madagascar là một ví dụ về nơi sinh sống có đa dạng sinh học cao. Vị trí đặc biệt này được bảo vệ trong một rừng quốc gia, nhưng chỉ có 10% rừng đất thấp ven biển nguyên gốc còn sót lại, và nghiên cứu cho thấy một nửa sự đa dạng sinh học ban đầu đã mất.(giấy phép: Frank Vassen)

Đa dạng sinh học là một thuật ngữ rộng cho sự muôn vẻ trong sinh học, và nó có thể được đo tại một số cấp độ tổ chức. Theo truyền thống, các nhà sinh thái học đo độ da dạng sinh học bằng cách xem xét đồng thời số lượng các loài và số lượng các cá thể trong mỗi loài đó. Tuy nhiên, các nhà sinh học hiện đang sử dụng các thước đo của đa dạng sinh học ở một vài cấp độ của tổ chức sinh học (bao gồm các gen, các quần thể, và các hệ sinh thái) để giúp tập trung các nỗ lực nhằm bảo tồn các yếu tố quan trọng về mặt sinh học và công nghệ của đa dạng sinh học.

Khi sự mất mát đa dạng sinh học được nghĩ tới như là sự mất đi của chim bồ câu viễn khách, chim Dodo, hay thậm chí voi ma mút lông xoăn thì dường như không có lý do gì để quan tâm đến nó bởi những sự kiện ấy đã xảy ra từ lâu. Sự mất mát này quan trọng như thế nào về mặt thực tiễn đối với sự thịnh vượng của loài người? Liệu những loài ấy có làm cho cuộc sống của chúng ta tốt hơn chút nào không? Từ góc độ tiến hoá và sinh thái học, sự mất đi của một loài cụ thể, trừ một vài ngoại lệ, có lẽ dường như không quan trọng, nhưng tốc độ tuyệt chủng gia tăng hiện nay đồng nghĩa với sự mất đi hàng chục ngàn loài trong thời gian tồn tại của chúng ta. Phần lớn sự mất mát này đang xảy ra ở các rừng mưa nhiệt đới như khu rừng được chụp trong hình 21.2, chúng là những hệ sinh thái có độ đa dạng đặc biệt cao đang bị chặt phá để lấy gỗ và làm nông nghiệp. Điều này có khả năng gây ra ảnh hưởng lớn đến sự thịnh vượng của loài người thông qua sự suy sụp của các hệ sinh thái và các chi phí bổ sung nhằm duy trì việc sản xuất lương thực, làm sạch không khí và nước, cùng cải thiện sức khoẻ con người.

Các nhà sinh học thừa nhận rằng các quần thể người được lồng vào các hệ sinh thái và phụ thuộc vào chúng, chỉ như mọi loài khác trên hành tinh này. Nông nghiệp bắt đầu sau khi các xã hội săn bắt - hái lượm đầu tiên lần đầu định cư ở một nơi và biến đổi mạnh môi trường trực tiếp của họ: các hệ sinh thái nơi họ tồn tại. Sự chuyển tiếp văn hóa này khiến con người khó nhận ra sự phụ thuộc của mình vào các sinh vật trên trái đất mà không phải cây trồng và vật nuôi. Ngày nay công nghệ của chúng ta làm dịu những khắc nghiệt của sự sinh tồn và cho phép nhiều người trong chúng ta sống lâu hơn, cuộc sống tiện nghi hơn, nhưng cuối cùng thì loài người không thể tồn tại nếu thiếu các hệ sinh thái xung quanh. Các hệ sinh thái cung cấp cho chúng ta thức ăn. Nó bao gồm các thực vật sống phát triển trên các hệ sinh thái đất và những động vật ăn các cây đó (hoặc ăn các động vật khác) cũng như các sinh vật quang hợp ở những đại dương và các sinh vật khác ăn chúng. Các hệ sinh thái đã cung cấp và sẽ cung cấp nhiều loại thuốc giúp duy trì sức khỏe con người, mà thường tạo thành từ các hợp chất được tìm thấy ở những cơ thể sống. Các hệ sinh thái cung cấp nước sạch, mà được giữ trong các hệ sinh thái hồ và sông hoặc vượt qua các hệ sinh thái trên cạn trên đường tới nước ngầm.

Các loại hình của Đa dạng sinh học

Một định nghĩa phổ biến của đa dạng sinh học đơn giản là số lượng loài ở một địa điểm hoặc trên trái đất; ví dụ, Liên hiệp Điểu cầm học Mỹ liệt kê 2078 loài chim ở Bắc và Trung Mĩ. Đây là một phép đo độ đa dạng sinh học của chim trên lục địa. Các phép đo độ đa dạng tinh vi hơn xem xét đến sự phong phú tương đối của các loài. Ví dụ, một khu rừng với 10 loài cây phổ biến như nhau đa dạng hơn một khu rừng với 10 loài cây trong đó chỉ một trong số chúng chiếm tới 95% số cây hơn là phân bổ đồng đều. Các nhà sinh học cũng nhận diện những phép đo thay thế độ đa dạng sinh học, một số là quan trọng trong kế hoạch làm thế nào để bảo tồn đa dạng sinh học.

Đa dạng sinh học di truyền và hóa học

Đa dạng di truyền là một khái niệm thay thế của đa dạng sinh học. Đa dạng di truyền (hay sự biến thiên) là vật liệu thô cho sự thích nghi ở một loài. Tiềm năng thích nghi tương lai của một loài phụ thuộc vào đa dạng di truyền giữ trong hệ gen của các cá thể ở các quần thể làm nên loài đó. Điều tương tự là đúng đối với các nhóm phân loại cao hơn. Một chi với nhiều kiểu loài rất khác nhau sẽ đa dạng di truyền hơn một chi với các loài trông giống nhau và có các đặc điểm sinh thái tương tự. Chi với tiềm năng tiến hóa sau đó lớn nhất là chi đa dạng nhất về mặt di truyền.

Đa số các gen mã hóa cho các protein, thứ mà tới lượt nó thực hiện các quá trình chuyển hóa giữ cho sinh vật sống và sinh sản. Đa dạng di truyền cũng có thể được nhận thức như là đa dạng hóa học khi mà các loài với cấu thành di truyền khác nhau tạo ra các bộ khác nhau các chất hóa học trong các tế bào (các protein cũng như các sản phẩm và phụ phẩm của sự chuyển hóa). Sự đa dạng hóa học này là quan trọng đối với con người bởi tiềm năng sử dụng những chất hóa học đó, như là các phương thuốc. Ví dụ, thuốc Eptifibatide được chiết xuất từ nọc độc rắn chuông và được sử dụng để ngăn ngừa đau tim ở những cá nhân với các tình trạng tim nhất định.

Hiện tại, là rẻ hơn nhiều khi khám phá ra các hợp chất tạo bởi một sinh vật hơn là tưởng tượng chúng rồi tổng hợp chúng trong một phòng thí nghiệm. Đa dạng hóa học là một cách đo độ đa dạng mà quan trọng đối với sức khỏe và sự thịnh vượng của con người. Thông qua lai giống chọn lọc, loài người có các động vật, thực vật, và nấm thuần hóa, nhưng thậm chí sự đa dạng đó đang chịu sự mất mát bởi các sức ép thị trường và gia tăng sự toàn cầu hóa trong nông nghiệp và di cư. Ví dụ, các công ty hạt giống quốc tế chỉ sản xuất rất ít các chủng của một cây lương thực cho trước và cung cấp các giải pháp quanh thế giới cho nông dân mua vào chủng đó trong khi loại bỏ các chủng truyền thống mà đa dạng hơn rất nhiều. Quần thể người phụ thuộc vào độ đa dạng của cây trồng một cách trực tiếp như là một nguồn thực phẩm ổn định và sự suy giảm của nó đang là một vấn đề đối với các nhà sinh học và khoa học nông nghiệp.

Đa dạng các hệ sinh thái

Cũng hữu dụng khi định nghĩa đa dạng hệ sinh thái: số lượng các hệ sinh thái khác nhau trên Trái đất hoặc trong một khu vực địa lý. Cả hệ sinh thái có thể biến mất ngay cả khi một số loài có thể sống sót bởi thích nghi với các hệ sinh thái khác. Sự mất đi một hệ sinh thái đồng nghĩa với sự mất đi các tương tác giữa các loài, sự mất đi những đặc điểm độc nhất của sự đồng thích nghi, và sự mất đi của năng suất sinh học mà một hệ sinh thái đó có khả năng tạo ra. Một ví dụ về hệ sinh thái tuyệt chủng phần lớn ở Bắc Mỹ là hệ sinh thái đồng cỏ (Hình 21.3). Các đồng cỏ từng lan rộng vùng trung Bắc Mỹ từ rừng phương Bắc phía Bắc Canada xuống Mexico. Tất cả chúng giờ biến mất, bị thay thế bởi các vùng đất trồng trọt, đất chăn thả, và vùng mở rộng ngoại ô. Nhiều loài sống sót, nhưng hệ sinh thái năng suất bậc nhất chịu trách nhiệm tạo ra những vùng đất nông nghiệp năng suất nhất của chúng ta giờ đã mất. Như một hệ quả, đất giờ đây đang bị suy giảm trừ khi chúng được duy trì nhân tạo với chi phí lớn hơn. Sự sụt giảm năng suất đất xảy ra bởi các tương tác trong hệ sinh thái nguyên thủy mất đi; đây là sự mất mát quan trọng hơn nhiều so với tương đối không nhiều các loài bị đưa đến tuyệt chủng khi hệ sinh thái đồng cỏ bị phá hủy.

Hình 21.3 Sự đa dạng các hệ sinh thái trên Trái đất – từ rạn san hô tới đồng cỏ - cho phép sự đa dạng loài lớn tồn tại. (giấy phép “rạn san hô”: chỉnh sửa từ tác phẩm của Jim Maragos, USFWS: giấy phép “đồng cỏ”: chỉnh sửa từ tác phẩm của Jim Minnerath, USFWS)

Đa dạng loài hiện hữu

Bất chấp nỗ lực đáng kể, hiểu biết về các loài trú ngụ trên hành tinh này là hạn chế. Một ước lượng gần đây gợi ý rằng các loài nhân thực mà khoa học đã đặt tên, khoảng 1.5 triệu loài, chiếm ít hơn 20% tổng số loài nhân thực hiện diện trên trái đất (8.7 triệu loài, trong một ước tính). Các ước lượng về số lượng các loài nhân sơ phần lớn là phỏng đoán, nhưng các nhà sinh học đồng ý rằng khoa học mới chỉ vừa bắt đầu lập danh mục sự đa dạng của chúng. Thậm chí với những gì được biết, không có một kho lưu trữ tập trung của tên hay mẫu vật các loài đã mô tả; do đó, không có cách nào để chắc chắn rằng 1.5 triệu mô tả là một con số chính xác. Nó là phỏng đoán tốt nhất dựa trên ý kiến các chuyên gia ở các nhóm phân loại khác nhau. Biết rằng Trái đất đang mất đi các loài với một tốc độ nhanh, khoa học biết rất ít về những gì đang mất. Bảng 21.1 thể hiện các ước lượng về đa dạng sinh học gần đây ở các nhóm khác nhau.

Bảng 21.1 Bảng này thể hiện số lượng ước tính các loài theo nhóm phân loại – bao gồm cả các loài đã mô tả (được đặt tên và nghiên cứu) và được dự đoán (chưa được đặt tên).

Có các sáng kiến khác nhau nhằm lập danh mục các loài đã mô tả theo những cách có khả năng tiếp cận và có tổ chức hơn, và internet đang tạo thuận lợi cho nỗ lực đó. Tuy nhiên, với tốc độ mô tả loài hiện tại, theo các báo cáo của State of Observed Species là 17,000–20,000 loài mới một năm, có thể mất tới gần 500 năm để mô tả hết các loài hiện tồn tại. Nhiệm vụ này, tuy vậy, đang trở nên càng bất khả thi theo thời gian khi sự tuyệt chủng loại bỏ các loài khỏi Trái đất nhanh hơn chúng được mô tả.

Đặt tên và đếm các loài có vẻ như một sự theo đuổi không quan trọng so với những nhu cầu khác của loài người, nhưng nó không đơn giản là một việc kế toán. Mô tả loài là một tiến trình phức tạp mà bởi đó các nhà sinh học xác định những tính trạng độc nhất của sinh vật và liệu sinh vật đó có thuộc về bất cứ loài nào khác đã được mô tả hay không. Nó cho phép các nhà sinh học tìm và nhận diện các loài sau phát hiện ban đầu đẻ tiếp nối các câu hỏi về sinh học của loài đó. Nghiên cứu tiếp theo sẽ sinh ra các khám phá khiến cho loài đó có giá trị với con người và với hệ sinh thái của chúng ta. Không có tên và mô tả, một loài không thể được nghiên cứu sâu và theo một cách phối hợp bởi nhiều nhà khoa học.

Các Hình Mẫu Của Đa Dạng Sinh Học

Đa dạng sinh học không phân bổ đều trên hành tinh. Hồ Victoria chứa khoảng 500 loài cá Hoàng Đế (duy nhất một Họ cá tồn tại trong hồ) trước sự du nhập của một loài ngoại lai vào những năm 1980 và 1990 đã gây ra một sự tuyệt chủng lơn. Tất cả các loài này chỉ được tìm thấy ở hồ Victoria, điều này nghĩa là chúng đặc hữu. Các loài đặc hữu chỉ được tìm thấy ở một địa điểm. Ví dụ, chim Giẻ Cùi Lam là đặc hữu ở Bắc Mỹ, trong khi kỳ giông Barton Springs là đặc hữu ở miệng một con suối tại Austin, Texas. Các loài đặc hữu với sự phân bố bị giới hạn cao, như kỳ giông Barton Springs, là đặc biệt dễ tuyệt chủng. Các cấp độ phân loại cao hơn, như các Chi và Họ, cũng có thể đặc hữu.

Hồ Huron chứa khoảng 79 loài cá, tất cả chúng được tìm thấy ở nhiều hồ khác vùng Bắc Mỹ. Điều gì ước lượng sự khác biệt độ đa dạng giữa hồ Vicrotia và hồ Huron? Victoria là một hồ nhiệt đới, trong khi Huron là hồ ôn đới. Hồ Huron chỉ mới 7000 năm tuổi còn hồ Victoria đã trải qua 15000 năm. Hai yếu đố, vĩ độ và tuổi, là hai trong vài giả thuyết các nhà địa sinh học đề xuất để giải thích các hình mẫu của đa dạng sinh học trên Trái đất.

Một trong những hình mẫu lâu đời nhất được phát hiện là đa dạng sinh học ở hầu hết mọi nhóm phân loại tăng lên khi giảm vĩ độ. Nói cách khác, đa dạng sinh học tăng theo hướng gần xích đạo (Hình 21.4).

Hình 21.4 Bản đồ minh họa số lượng loài lưỡng cư toàn cầu và thể hiện xu hướng đa dạng sinh học cao ở các vĩ độ thấp. Hình mẫu tương tự được quan sát thấy ở hầu hết các nhóm phân loại.

Vẫn còn chưa rõ vì sao đa dạng sinh học tăng dần về phía xích đạo, nhưng các giả thiết bao gồm tuổi của các hệ sinh thái trong vùng nhiệt đới cao hơn vùng ôn đới nơi phần lớn không có sự sống hoặc suy yếu trầm trọng trong kỷ băng hà gần đây nhất. Tuổi cao hơn cung cấp nhiều thời gian hơn cho sự hình thành loài. Một lời giải thích khác có thể là năng lượng vùng nhiệt đới nhận được từ mặt trời lớn hơn so với năng lượng đầu vào vùng ôn đới và vùng cực. Nhưng các nhà khoa học vẫn chưa có khả năng lý giải vì sao nhiều năng lượng đầu vào dẫn đến có nhiều loài. Tính phức tạp của các hệ sinh thái nhiệt đới có thể thúc đẩy sự hình thành loài nhờ tăng sự dị hợp về nơi ở, hay số lượng các ổ sinh thái, so với các vĩ độ cao hơn. Độ dị hợp cao tạo ra nhiều cơ hội cho sự đồng tiến hóa, sự biệt hóa, và có lẽ áp lực chọn lọc lớn hơn dẫn đến phân hóa quần thể. Tuy nhiên, giả thuyết này vấp phải một vòng luẩn quẩn – các hệ sinh thái với nhiều loài hơn khuyến khích sự hình thành loài, nhưng làm thế nào chúng có nhiều loài hơn lúc khởi đầu. Vùng nhiệt đới được nhận thấy là ổn định hơn khu vực ôn đới, với khí hậu rõ ràng và sự phân hóa mùa theo độ dài ngày. Vùng nhiệt đới có các hình thức phân mùa riêng, như lượng mưa, nhưng chúng thường được giả sử là môi trường ổn định hơn và sự ổn định này có lẽ thúc đẩy sự phân loài.

Không cần để ý tới những cơ chế này, rõ ràng là đa dạng sinh học là lớn nhất ở vùng nhiệt đới. Số lượng các loài đặc hữu cao hơn. Vùng nhiệt đới cũng có nhiều điểm nóng đa dạng sinh học hơn. Vào cùng thời điểm, hiểu biết của chúng ta về các loài sống ở vùng nhiệt đới là thấp nhất và với các hoạt động mạnh gần đây của con người, khả năng mất mát đa dạng sinh học cũng lớn nhất.

Tầm quan trọng của đa dạng sinh học

Mất mát đa dạng sinh học cuối cùng đe dọa các loài khác mà chúng ta không gây ảnh hưởng trực tiếp bởi sự liên kết lẫn nhau giữa chúng. Khi các loài biến mất khỏi hệ sinh thái thì các loài khác cũng bị đe doạ bởi những thay đổi trong tài nguyên hiện hữu. Đa dạng sinh học quan trọng đối với sự sống còn và hưng vượng của các quần thể người bởi nó có ảnh hưởng lên sức khỏe và khả năng nuôi sống bản thân của chúng ta thông qua nông nghiệp và khai thác các quần thể động vật hoang dã.

Sức khỏe con người

Nhiều phương thuốc bắt nguồn từ các chất hóa học tự nhiên sản xuất bởi một nhóm đa dạng các sinh vật. Ví dụ, nhiều cây sản xuất các hợp chất thực vật thứ cấp, là các chất độc sử dụng để bảo vệ thực vật khỏi côn trùng và các động vật khác ăn chúng. Một số hợp chất thứ cấp này cũng hoạt động như các loại thuốc cho người. Các xã hội đương thời thường có hiểu biết rộng về lợi ích y tế của các loài cây mọc trong khu vực của họ. Suốt nhiều thế kỷ ở châu Âu, kiến thức cổ xưa hơn về tác dụng y tế của thực vật được biên soạn trong các sách nghiên cứu thảo dược – các sách mà mô tả thực vật cùng công dụng của chúng. Con người không phải là động vật duy nhất sử dụng thực vật cho mục đích y tế. Khỉ không đuôi lớn, đười ươi, tinh tinh, tinh tinh lùn, và khỉ đột đã được ghi nhận việc tự chữa trị bằng thực vật.

Khoa học dược hiện đại cũng công nhận tầm quan trọng của các hợp chất thực vật này. Ví dụ về các loại thuốc nổi bật có nguồn gốc từ hợp chất thực vật bao gồm aspirin, codeine, digoxin, atropine, và vincristine (Hình 21.5). Nhiều loại thuốc từng được chiết xuất từ thực vật giờ đây được tổng hợp. Một ước tính cho thấy, 25% thuốc hiện đại chứa ít nhất một chiết xuất thực vật. Con số này có lẽ đã giảm khoảng 10% khi các thành phần thực vật tự nhiên được thay thế bởi phiên bản tổng hợp của các hợp chất thực vật. Kháng sinh, chịu trách nhiệm cho những tiến bộ phi thường về sức khỏe và tuổi thọ ở các nước phát triển, là các hợp chất bắt nguồn phần lớn từ nấm và vi khuẩn.

Hình 21.5 Catharanthus roseus, dừa cạn Madagascar, có các thuộc tính y học đa dạng. Trong số các lợi ích khác, nó là nguồn cung vincristine, một loại thuốc sử dụng để điều trị u lympho. (nguồn: Forest và Kim Starr)

Trong những năm gần đây, nọc và các chất độc của động vật đã thúc đẩy các nghiên cứu chuyên sâu về tiềm năng y học của chúng. Trước 2007, FDA đã phê duyệt năm loại thuốc dựa trên độc tố động vật để chữa các bệnh như cao huyết áp, đau mãn tính, và tiểu đường. Năm loại thuốc khác đang trải qua thử nghiệm lâm sàng và ít nhất sáu loại thuốc được sử dụng ở các quốc gia khác. Các chất độc đang được điều tra đến từ thú có vú, rắn, thằn lằn, các lưỡng cư khác nhau, cá, ốc, bạch tuộc, và bọ cạp.

Ngoài việc đại diện hàng tỉ đô la lợi nhuận, các loài thuốc này tăng cường sức khỏe con người. Các công ty dược đang tích cực trong việc tìm kiếm các hợp chất tự nhiên mới mà có thể dùng làm thuốc. Ước tính một phần ba nghiên cứu và phát triển dược được dành cho các hợp chất tự nhiên và khoảng 35% loại thuốc mới đưa vào thị trường từ năm 1981 đến 2002 có nguồn gốc là các hợp chất tự nhiên.

Cuối cùng, người ta lập luận rằng con người hưởng lợi về mặt tâm lý từ việc sống trong một thế giới đa dạng sinh học. Người đề xuất chính của ý tưởng này là nhà côn trùng học E. O. Wilson. Ông cho rằng lịch sử tiến hóa loài người đã làm chúng ta thích nghi với một môi trường tự nhiên và xây dựng các môi trường tạo ra các áp lực ảnh hưởng đến sức khỏe và phúc lợi của con người. Có nghiên cứu đáng chú ý về lợi ích tái tạo về tâm lý của những sinh cảnh tự nhiên cho thấy giả thuyết này có lẽ là sự thật.

Nông nghiệp

Từ khi nền nông nghiệp của loài người khởi đầu cách đây hơn 10000 năm, các nhóm người đã nhân và tuyển chọn các giống cây trồng. Sự đa dạng cây trồng này phù hợp với sự đa dạng văn hóa của các quần thể người được phân chia cao. Ví dụ, các loại khoai tây được thuần hóa bắt đầu từ khoảng cách đây 7000 năm ở tâm dãy Andes của Peru và Bolovia. Mọi người trong khu vực này sống một cách truyền thống ở các khu dân cư tương đối cô lập ngăn cách bởi núi. Khoai tây mọc trong khu vực này thuộc về bảy loài và số lượng các biến thể dường như tới hàng ngàn. Mỗi loài đã được nhân giống để phát triển mạnh ở các độ cao đặc biệt và các điều kiện đất và khí hậu. Sự đa dạng này được thúc đẩy bởi các nhu cầu đa dạng của sự thay đổi độ cao đột ngột, sự di chuyển giới hạn của con người, và các nhu cầu tạo ra bởi luân canh các biến thể khác nhau mà sẽ phát triển tốt trên các cánh đồng khác nhau.

Khoai tây chỉ là một ví dụ của đa dạng đa dạng nông nghiệp. Từng loài cây, động vật, và nấm được trồng bởi con người đã được nhân lên từ loài tổ tiên hoang dại ban đầu thành các giống đa dạng bắt nguồn từ những nhu cầu về giá trị thực phẩm, thích nghi với các điều kiện nuôi trồng, và kháng sâu bệnh. Khoai tây minh họa một ví dụ nổi tiếng về các nguy cơ đa dạng cây trồng thấp: trong bi kịch nạn đói khoai tây Ireland (1845–1852 AD), giống khoai tây đơn lẻ trồng ở đây trở nên mẫn cảm với bọ khoai – quét sạch mùa màng. Sự mất mùa dẫn đến nạn đói, cái chết, và sự di cư hàng loạt. Chống chịu với bệnh tật là lợi ích chính để duy trì đa dạng sinh học cây trồng và sự thiếu đa dạng ở các loài cây trồng hiện đại mang những mối nguy tương tự. Các công ty hạt giống, là nguồn của hều hết các giống cây trồng ở các nước phát triển, phải liên tục nhân lên các giống mới để bắt kịp sự tiến hóa của sâu bệnh. Cũng các công ty đó, tuy nhiên, tham gia vào việc làm giảm số lượng các giống hiện hữu khi mà họ tập trung bán ít các giống trong nhiều khu vực hơn trên thế giới mà thay thế các giống địa phương truyền thống.

Khả năng tạo ra các giống cây trồng mới phụ thuộc vào sự đa dạng của các giống hiện hữu và sự hiện diện của các giống hoang dại gần với loài cây trồng. Các dạng hoang dại này thường là nguồn của các biến thể gen mới mà có thể được nhân lên với các giống đang tồn tại để tạo ra các giống với thuộc tính mới. Sự mất đi các loài hoang dại gần với một cây trồng có nghĩa là sự mất đi tiềm năng cải thiện cây trồng. Duy trì sự đa dạng di truyền của các loài hoang dại gần với loài thuần dưỡng đảm bảo sự cung ứng lương thực liên tục của chúng ta.

Từ những năm 1920s, các cơ quan nông nghiệp của chính phủ đã duy trì các ngân hàng hạt của các giống cây trồng như một cách duy trì đa dạng cây trồng. Hệ thống này có nhiều sai sót bởi qua thời gian các giống hạt bị mất do những tai nạn và không có cách nào thay thế lại chúng. Vào năm 2008, Két hạt giống Svalbard Global, nằm trên đảo Spitsbergen, Na Uy (Hình 21.6) bắt đầu lưu trữ hạt giống từ khắp nơi trên thế giới như một hệ thống sao lưu các ngân hàng hạt giống khu vực. Nếu một ngân hàng hạt giống khu vực dự trữ các biến thể ở Svalbard, những tổn thất có thể được thay thế từ Svalbard nếu có gì đó xảy ra với các hạt giống khu vực. Két hạt Svalbard nằm sâu trong đá của đảo Bắc cực. Các điều kiện trong két được duy trì ở nhiệt độ và độ ẩm lý tưởng cho sự sống của hạt, nhưng vị trí sâu trong lòng đất của két ở Bắc cực có nghĩa rằng thiếu sót của hệ thống két sẽ không làm tổn hại điều kiện khí hậu trong hầm.

Hình 21.6 Két hạt giống Svalbard Global là một kho chứa hạt của các cây trồng đa dạng trên Trái đất. (nguồn: Mari Tefre, Svalbard Global Seed Vault)

Két hạt Svalbard nằm ở đảo Spitsbergen thuộc Na Uy, nơi có khí hậu vùng cực. Tại sao khí hậu vùng cực có lẽ tốt cho lưu trữ hạt giống?

Mặc dầu các cây trồng phần lớn nằm dưới sự kiểm soát của chúng ta, khả năng nuôi trồng chúng lại phụ thuộc vào độ đa dạng sinh học của hệ sinh thái nơi chúng phát triển. Đa dạng sinh học tạo ra các điều kiện mà cây trồng có khả năng phát triển thông qua cái gọi là dịch vụ hệ sinh thái – những điều kiện hay quá trình giá trị được thực hiện bởi hệ sinh thái. Cây trồng không phát triển, phần lớn các giai đoạn, trong môi trường nhân tạo. Chúng được trồng trên đất. Mặc dù một số đất nông nghiệp bị làm trở nên cằn cỗi sử dụng các biện pháp thuốc trừ sâu gây tranh cãi, phần lớn đất chứa độ đa dạng rất lớn các sinh vật mà duy trì chu trình dinh dưỡng – phân giải các chất hữu cơ thành các hợp chất dinh dưỡng mà cây trồng cần cho sự phát triển. Các sinh vật này cũng duy trì cấu tạo đất mà ảnh hưởng đến các động lực nước và oxy trong đất cần thiết cho sự sinh trưởng của thực vật. Thay thế công việc của các sinh vật này trong hình thành đất canh tác là không thể về mặt thực tiễn. Các quá trình này được gọi là dịch vụ hệ sinh thái. Chúng xảy ra trong các hệ sinh thái, như hệ sinh thái đất, như một hệ quả của hoạt động chuyển hóa đa dạng của các sinh vật sống ở đây, nhưng cũng cung cấp các lợi ích cho sản xuất lương thực của con người, sự sẵn có của nước uống, và không khí để thở.

Các dịch vụ hệ sinh thái chủ chốt khác liên quan đến sản xuất lương thực là sự thụ phấn cho cây và kiểm soát sinh vật gây hại cho cây trồng. Ước tính rằng sự thụ phấn bởi ong mật ở Mỹ mang lại 1.6 tỉ đô la mỗi năm; các loài thụ phấn khác đóng góp tới 6.7 tỉ. Hơn 150 cây trồng ở Mỹ đòi hỏi thụ phấn để sinh sản. Nhiều quần thể ong mật được quản lý bởi người nuôi ong mà cho nông dân thuê dịch vụ tổ ong. Các quần thể ong ở Bắc Mỹ đang chịu sự mất mát lớn bởi một hội chứng được biết đến như rối loạn sụp đổ bầy đàn, một hiện tượng mới với nguyên nhân chưa rõ ràng. Các loài thụ phấn khác bao gồm một dãy đa dạng các loài ong khác, những côn trùng và chim. Sự mất đi các sinh vật này có thể làm việc trồng cây cần thụ phấn trở nên bất khả thi, tăng sự phụ thuộc vào các cây trồng khác.

Cuối cùng, con người cạnh tranh với sinh vật gây hại cây trồng vì nguồn thực phẩm của họ, đa số chúng là côn trùng. Thuốc trừ sâu kiểm soát các đối thủ này, nhưng chúng đắt đỏ và mất tính hiệu quả qua thời gian do các quần thể sinh vật gây hại thích nghi. Chúng cũng dẫn đến thiệt hại đi kèm bởi giết đi các loài không gây hại cũng như các côn trùng có lợi như ong mật, và tạo nguy cơ sức khỏe cho người lao động nông nghiệp và người tiêu dùng. Hơn nữa, các thuốc trừ sâu này có thể di chuyển từ các cánh đồng nơi chúng được sử dụng tới các hệ sinh thái khác như suối, hồ, và kể cả biển. Các nhà sinh thái học tin rằng phần việc loại bỏ sâu bệnh thực tế được thực hiện bởi kẻ thù và vật ký sinh của các sâu bệnh này, nhưng tác động chưa được nghiên cứu kỹ. Một tóm tắt đã tìm thấy trong 74% các nghiên cứu mà tìm kiếm ảnh hưởng của sự phức tạp sinh cảnh (rừng và đồng hoang gần khu trồng trọt) lên thiên địch tự nhiên của sâu bệnh, độ phức tạp càng cao, ảnh hưởng của sinh vật ngăn chặn dịch hại càng lớn. Một nghiên cứu thực nghiệm khác tìm ra việc di nhập nhiều thiên địch của rệp đậu (một sinh vật gây hại cỏ Linh lăng) làm tăng sản lượng cỏ Linh lăng một cách đáng kể. Nghiên cứu này cho thấy sự đa dạng của sinh vật gây hại được kiểm soát hiệu quả hơn một sinh vật gây hại đơn lẻ. Sự mất đa dạng các kẻ thù của sinh vật gây hại sẽ chắc chắn làm cho việc trồng trọt khó khăn và đắt đỏ hơn. Quần thể người đang gia tăng trên thế giới đối mặt với những thách thức đáng kể về giá cả tăng cao cùng những khó khăn khác đi liền với sản xuất lương thực.

Các nguồn thực phẩm hoang dại

Bên cạnh việc trồng cây và nuôi động vật lấy thực phẩm, con người cũng thu nhận các nguồn thức ăn từ các quần thể hoang dã, chủ yếu là các quần thể cá tự nhiên. Đối với khoảng một tỉ người, các tài nguyên thủy sản cung cấp nguồn protein động vật chính. Nhưng từ năm 1990, sản xuất từ ngành thủy sản toàn cầu đã giảm. Mặc cho những nỗ lực đáng kể, không nhiều hoạt động đánh bắt trên trái đất được quản lý một cách bền vững.

Sự diệt vong của nghề cá hiếm khi dẫn đến sự tuyệt chủng hoàn toàn của các loài bị khai thác, mà là sự tái cấu trúc cơ bản hệ sinh thái biển nơi một loài ưu thế bị khai thác quá mức trở nên vai phụ về mặt sinh thái. Bênh cạnh việc con người mất nguồn lương thực, những thay thế này ảnh hưởng nhiều loài khác theo những cách khó hoặc không thể dự đoán. Sự sụp đổ của nghề cá gây ra các tác động đáng kể và kéo dài lên quần thể người địa phương làm việc trong ngành cá. Ngoài ra, việc mất một nguồn protein rẻ với các quần thể người không thể đáp ứng việc nó bị thay thế sẽ dẫn đến giá sinh hoạt và giới hạn các xã hội theo các cách khác. Nhìn chung, cá từ ngành khai thác đã dịch chuyển sang các loài nhỏ hơn và các loài lớn hơn bị đánh bắt quá mức. Kết quả cuối cùng có lẽ rõ ràng là sự mất đi các hệ thống thủy sản như nguồn thực phẩm.

Ghé thăm trang web (http://openstaxcollege.org/l/decliningfish2) để xem một video ngắn thảo luận về một nghiên cứu suy giảm nghề cá.

21.2| Các mối đe dọa tới Đa dạng Sinh học

Tới cuối mục này, bạn sẽ có khả năng:

Nhận diện các mối đe dọa quan trọng tới đa dạng sinh học

Giải thích các ảnh hưởng của sự mất nơi ở, loài ngoại lai, và săn bắt lên đa dạng sinh học

Nhận diện các hiệu ứng sớm và được dự đoán của biến đổi khí hậu lên đa dạng sinh học

Mối đe dọa cốt lõi đối với đa dạng sinh học trên hành tinh, và dẫn đến một mối đe dọa với sự thịnh vượng của loài người, là sự kết hợp của gia tăng quần thể người và các nguồn tài nguyên bị sử dụng bởi quần thể đó. Quần thể người đòi hỏi các nguồn tài nguyên để sống sót và phát triển, và các nguồn tài nguyên này đang bị loại bỏ một cách thiếu bền vững khỏi môi trường. Ba mối nguy gần và lớn nhất đối với đa dạng sinh học là sự mất nơi ở, khai thác quá mức, và di nhập các loài ngoại lai. Hai mối nguy đầu tiên là kết quả trực tiếp của sự tăng trưởng quần thể người và sử dụng tài nguyên. Mối nguy thứ ba là kết quả của sự di chuyển gia tăng và hoạt động thương mại. Nguyên nhân chính thứ tư của sự tuyệt chủng, biến đổi khí hậu nhân tạo (gây ra bởi con người), chưa có ảnh hưởng lớn, nhưng được dự đoán trở nên quan trọng ở thế kỷ này. Biến đổi khí hậu toàn cầu là một hệ quả cùa các nhu cầu năng lượng của quần thể người và việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch để đáp ứng các nhu cầu đó (Hình 21.7). Các vấn đề môi trường, như ô nhiễm độc chất, có tác động nhắm riêng vào từng loài, nhưng thường không được coi là mối đe dọa ở mức độ của các loài khác.

Hình 21.7 Mức độ carbon dioxide khí quyển dao động theo chu kỳ. Tuy nhiên, sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch trong lịch sử gần đây đã làm gia tăng đáng kể mức độ carbon dioxide trong khí quyển, mà hiện giờ đạt những ngưỡng chưa từng gặp trên Trái đất. Các nhà khoa học dự đoán rằng việc thêm vào khí quyển “khí nhà kính” đang gây ra biến đổi khí hậu mà sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đa dạng sinh học trong thế kỷ tới.

Sự mất nơi ở

Con người dựa vào công nghệ để biến đổi môi trường sống của họ và thay thế những chức năng nhất định từng được thực hiện bởi hệ sinh thái tự nhiên. Các loài khác không thể làm điều đó. Việc loại bỏ môi trường sống của chúng – dù là rừng, rạn san hô, đồng cỏ, hay sông chảy – sẽ tiêu diệt các cá thể của loài. Loại bỏ toàn bộ môi trường sống trong phạm vi của một loài, trừ khi chúng là một trong số ít loài sinh sống tốt trong các môi trường nhân tạo, loài sẽ bị tuyệt chủng. Sự phá hủy các nơi ở bởi con người (nơi ở thường được đề cập tới như là một phần của hệ sinh thái mà một loài cụ thể yêu cầu) đã bị đẩy nhanh trong nửa sau của thế kỷ hai mươi. Xem xét độ đa dạng sinh học xuất chúng của Sumatra: đây là nhà của một loài đười ươi, một loài voi cực kỳ nguy cấp, và hổ Sumatran, nhưng một nửa diện tích rừng của Sumatra hiện đã mất. Hòn đảo lân cận Borneo, nơi ở của các loài đười ươi khác, cũng mất đi khu vực rừng tương tự. Đười ươi ở Borneo được liệt vào nguy cấp bởi Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN), nhưng nó đơn giản chỉ là ví dụ dễ thấy nhất trong số hàng ngàn loài sẽ không thể sống sót sau sự biến mất của rừng Borneo. Rừng bị chặt để lấy gỗ và xây các đồn điền dầu cọ (Hình 21.8). Dầu cọ được sử dụng trong nhiều sản phẩm bao gồm thực phẩm, mỹ phẩm, và dầu diesel sinh học ở châu Âu. Ước tính sự mất thảm rừng toàn cầu trong năm năm từ 2000 đến 2005 là 3.1%. Phần lớn sự mất mát (2.4%) xảy ra ở vùng nhiệt đới ẩm nơi rừng bị mất chủ yếu do khai thác gỗ. Những tổn thất này chắc chắn cũng đại diện cho sự tuyệt chủng của các loài độc nhất ở các khu vực đó.

Hình 21.8 Một đồn điền dầu cọ ở tỉnh Sabah, Borneo, Malaysia, thay thế môi trường sống rừng tự nhiên mà nhiều loài khác nhau sống phụ thuộc vào nó. (nguồn: Lian Pin Koh)

Sinh học trong Hành động

Ngăn ngừa sự suy giảm nơi ở với việc lựa chọn gỗ thông mình

Hầu hết người tiêu dùng không tưởng tượng được rằng các sản phẩm sửa sang ngôi nhà họ mua có thể góp phần vào sự mất nơi ở và tuyệt chủng của loài. Thế nhưng thị trường gỗ nhiệt đới khai thác trái phép rất rộng lớn, và các sản phẩm gỗ thường tìm thấy chúng trong các cửa hàng cung ứng vật tư xây dựng ở Mỹ. Một ước tính cho thấy 10% dòng gỗ nhập khẩu vào Mỹ, thị trường tiêu thụ sản phẩm gỗ lớn nhất thế giới, có khả năng bị chặt hạ bất hợp pháp. Năm 2006, các sản phẩm gỗ đạt tới 3.6 tỉ USD. Phần lớn các sản phẩm bất hợp pháp được nhập khẩu từ các quốc gia đóng vai trò trung gian chứ không phải nơi bắt nguồn của gỗ.

Làm thế nào để xác định một sản phẩm gỗ, ví như sàn nhà, đã được khai thác một cách bền vững hay thậm chí hợp pháp? Hội đồng Quản lý Rừng (FSC) chứng nhận một cách bền vững các lâm sản được khai thác; do đó, tìm kiếm chứng nhận của họ trên sàn gỗ và các sản phẩm gỗ cứng khác là một cách để đảm bảo gỗ đã không bi lấy đi một cách bất hợp pháp từ rừng nhiệt đới. Chứng nhận áp dụng cho các sản phẩm gỗ cụ thể, không phải cho nhà sản xuất, một số sản phẩm của nhà sản xuất có thể không có chứng nhận trong khi các sản phẩm khác được chứng nhận. Có các chứng nhận khác ngoài FSC, nhưng chúng được vận hành bởi các công ty gỗ đang tạo ra xung đột lợi ích. Một cách tiếp cận khác là mua các loại gỗ nội địa. Sẽ rất tuyệt nếu có một danh sách gỗ hợp pháp và không hợp pháp, nhưng điều đó không đơn giản. Luật khai thác gỗ và quản lý rừng khác nhau giữa các quốc gia; cái mà bất hợp pháp ở một quốc gia có lẽ là hợp pháp ở một quốc gia khác. Ở đâu và làm thế nào một sản phẩm được khai thác và liệu khu rừng tạo ra nó có đang được duy trì một cách bền vững tất cả ảnh hưởng đến việc một sản phẩm gỗ sẽ được chứng nhận bởi FSC. Luôn là một ý hay để đặt các câu hỏi về nơi sản phẩm gỗ này bắt nguồn và làm thế nào người cung cấp biết chúng được khai thác hợp pháp.

Sự suy giảm nơi ở có thể ảnh hưởng đến các hệ sinh thái hơn là các khu rừng. Sông suối là các hệ sinh thái quan trọng và thường là mục tiêu của biến đổi nơi ở thông qua xây dựng và đắp đê hoặc loại bỏ nước. Đắp đê ảnh hưởng đến dòng chảy và sự tiếp cận tới mọi bộ phận của sông. Thay đổi chế độ dòng chảy có thể giảm hoặc loại trừ các quần thể thích ứng với những biến đổi theo mùa của dòng chảy. Ví dụ, ước tính 91% chiều dài các sông ở Mỹ đã bị biến đổi với đê hoặc sửa đổi bờ. Nhiều loài cá ở Mỹ, đặc biệt là các loài hiếm và các loài phân bố giới hạn, đã suy giảm do việc đắp đê và sự mất nơi ở. Các nghiên cứu xác nhận rằng các loài lưỡng cư phải thực hiện các giai đoạn trong vòng đời ở các nơi ở dưới nước và cả trên cạn có nguy cơ suy giảm quần thể và tuyệt chủng lớn nhất bởi sự tăng khả năng mà một trong những nơi ở và kết nối giữa chúng bị mất. Đây là mối quan tâm đặc biệt bởi các loài lưỡng cư đã giảm số lượng và đi đến tuyệt chủng nhanh hơn nhiều những nhóm khác bởi các lý do khác nhau.

Liên kết đến đây