Chủ đề V. Sinh vật và môi trường

Môi trường sống gồm những yếu tố bao quanh sinh vật, có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự tồn tại và phát triển của nó. Có thể phân biệt môi trường nước, trên cạn, trong đất và môi trường sinh vật theo cách học ở cấp này. Một loài có thể trải qua các môi trường khác nhau trong vòng đời, nên cần xác định giai đoạn và nơi đang xét thay vì chỉ ghi một nhãn cố định.

Nhân tố sinh thái là yếu tố môi trường tác động tới sinh vật. Nhóm vô sinh gồm ánh sáng, nhiệt độ, nước, độ ẩm, thành phần đất và các yếu tố không sống khác. Nhóm hữu sinh gồm tác động của các sinh vật, chẳng hạn nguồn thức ăn, vật ăn thịt, đối thủ cạnh tranh hay sinh vật gây bệnh. Con người cũng là một nhân tố hữu sinh có tác động lớn qua nhiều hoạt động.

Các nhân tố không hoạt động cô lập. Ví dụ, ánh sáng có thể ảnh hưởng quang hợp của cây, nhưng hiệu quả còn phụ thuộc nước, nhiệt độ và chất dinh dưỡng. Khi cây ở hai chỗ phát triển khác nhau, cần biết những yếu tố nào khác nhau trước khi quy toàn bộ kết quả cho ánh sáng. Một quan sát có thể gợi giả thuyết nhưng chưa tự chứng minh nguyên nhân duy nhất.

Giới hạn sinh thái của một nhân tố là khoảng giá trị mà sinh vật có thể tồn tại, phát triển trong điều kiện được xét. Bên trong có khoảng thuận lợi và các khoảng chịu đựng; vượt giới hạn trong điều kiện đủ tác động, sinh vật không thể duy trì sống bình thường. Giới hạn thường khác nhau giữa các loài, giai đoạn phát triển và các điều kiện đi kèm.

Sinh vật có những đặc điểm thích nghi với môi trường, ví dụ hình dạng lá, hoạt động theo thời gian hoặc cấu tạo giữ nước. Thích nghi không có nghĩa sinh vật chịu được mọi thay đổi; môi trường thay đổi quá nhanh hoặc vượt giới hạn có thể gây suy giảm. Khi giải thích, nối đặc điểm với tác dụng cụ thể trong hoàn cảnh, không nói chung rằng mọi đặc điểm đều “tốt hơn” trong mọi nơi.

Hoạt động con người có thể làm thay đổi cả nhân tố vô sinh lẫn hữu sinh: trồng cây, phục hồi sinh cảnh có thể hỗ trợ, còn xả thải và phá nơi sống có thể gây hại. Đánh giá cần dựa vào dữ kiện về sinh vật, nguồn tác động và thời gian. Học sinh có thể quan sát, đo bằng dụng cụ an toàn và đọc dữ liệu; không lấy mẫu nguy hiểm hoặc làm tổn hại sinh vật chỉ để chứng minh nhận định.

Quần thể sinh vật gồm các cá thể cùng loài sống trong một không gian xác định, ở một thời điểm nhất định và có khả năng sinh sản tạo thế hệ mới trong điều kiện phù hợp. Khái niệm xét toàn bộ nhóm, không yêu cầu mỗi cá thể đều đang sinh sản. Ví dụ, cá cùng loài gồm cá non và cá trưởng thành trong một ao có thể thuộc cùng quần thể.

Quần thể có các đặc trưng như số lượng cá thể, mật độ, tỉ lệ giới tính và thành phần nhóm tuổi. Mật độ là số cá thể trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích phù hợp, nên phải ghi đơn vị. Hai quần thể có cùng số cá thể nhưng không gian khác nhau có thể có mật độ khác nhau; số lượng và mật độ không phải hai tên của cùng một đại lượng.

Có thể chia nhóm tuổi theo trước sinh sản, đang sinh sản và sau sinh sản để phân tích cấu trúc. Tỉ lệ các nhóm cung cấp thông tin về khả năng phát triển trong những điều kiện nhất định. Quần thể có nhiều cá thể non có thể có tiềm năng tăng, nhưng không bảo đảm chắc chắn sẽ tăng vì còn phụ thuộc sống sót, thức ăn, nơi ở và nhiều yếu tố khác.

Số lượng quần thể thay đổi do sinh, tử, nhập cư và xuất cư. Trong một mô hình đếm, số cuối bằng số đầu cộng số sinh và nhập cư, trừ số chết và xuất cư, khi không có nguồn thay đổi nào bị bỏ sót. Các số phải được tính trong cùng khoảng thời gian và không đếm một cá thể hai lần. Công thức là cách ghi cân đối số lượng, không thay thế việc thu dữ liệu chính xác.

Các cá thể cùng loài có thể hỗ trợ nhau khi kiếm ăn, chống tác động hoặc sinh sản, đồng thời cạnh tranh khi nguồn sống hạn chế. Mật độ quá cao có thể làm cạnh tranh mạnh và tăng nguy cơ lan truyền một số bệnh; mật độ quá thấp cũng có thể gây khó gặp bạn sinh sản. Tác động phụ thuộc loài và môi trường, không có một mật độ tốt nhất chung cho mọi quần thể.

Theo dõi quần thể giúp quản lí nguồn sinh vật và bảo vệ đa dạng sinh học. Khi khảo sát, chọn cách đếm, diện tích, thời gian và dấu hiệu nhận diện rõ để so sánh các lần. Không lấy số trong một ô nhỏ nhân tùy tiện nếu nơi sống phân bố không đều. Học sinh ưu tiên dữ liệu, quan sát không gây hại và nêu sai số, tránh bắt giữ hoặc di chuyển sinh vật chỉ để có số đếm.

Quần xã sinh vật gồm nhiều quần thể thuộc các loài khác nhau, cùng sống trong một không gian và thời gian xác định, có những quan hệ với nhau. Ao có các quần thể cá, rong, ốc và nhiều vi sinh vật là ví dụ nếu xét toàn bộ cộng đồng sống đó. Nước, bùn và ánh sáng ảnh hưởng quần xã nhưng không phải là những quần thể cấu thành phần sống.

Các đặc trưng quần xã có thể xét qua số loài, mức phong phú tương đối của các loài và sự phân bố trong không gian. Đa dạng không chỉ là tổng số cá thể: một nơi có rất nhiều cá thể nhưng chủ yếu một loài khác với nơi có nhiều loài được phân bố tương đối đều. Khi so sánh, cần cùng quy mô lấy mẫu và phương pháp, không dùng một lần quan sát thiếu tương đương.

Loài ưu thế có số lượng, sinh khối hoặc hoạt động nổi bật, ảnh hưởng lớn tới quần xã trong điều kiện xét. Loài đặc trưng giúp nhận diện một quần xã, có thể gắn nổi bật với điều kiện nơi đó. Hai khái niệm không tự đồng nhất; một loài đông nhất trong mọi mẫu không có nghĩa là loài chỉ có duy nhất ở nơi khảo sát, và không cần mọi quần xã có một khuôn giống nhau.

Quan hệ hỗ trợ giữa các loài có thể đem lại lợi ích cho cả hai hoặc cho một bên mà bên kia không được lợi cũng không bị hại đáng kể trong điều kiện mô tả. Ví dụ, vi khuẩn nốt sần và cây họ Đậu cùng có lợi; cây phong lan bám trên thân cây để sống ở vị trí thuận lợi có thể là hội sinh nếu không lấy chất dinh dưỡng, không gây hại cho cây chủ.

Quan hệ đối kháng gồm cạnh tranh, vật ăn thịt–con mồi và kí sinh trong các ví dụ học tập. Các loài cây có thể cạnh tranh ánh sáng; chim ăn sâu lấy chất dinh dưỡng từ con mồi; giun kí sinh lấy lợi từ vật chủ và gây hại. Cần đọc đúng hậu quả đối với mỗi bên, không gán quan hệ chỉ từ việc hai sinh vật đứng gần nhau trong một bức ảnh.

Các quan hệ đan xen góp phần hình thành cấu trúc và biến động quần xã. Làm mất một loài hoặc phá một nơi sống có thể ảnh hưởng nhiều loài khác qua nguồn thức ăn, nơi trú và cạnh tranh. Tuy vậy, mức tác động cần được theo dõi bằng bằng chứng cụ thể. Bảo tồn nên chú ý cả sinh cảnh và các mối quan hệ, không chỉ thu gom vài cá thể đẹp để đem về nuôi.

Hệ sinh thái gồm quần xã sinh vật, môi trường vô sinh và các mối tương tác giữa chúng. Một ao có thể được xét là hệ sinh thái khi quan tâm cả sinh vật, nước, nền đáy, ánh sáng và trao đổi vật chất, năng lượng. Quần xã chỉ nói tới phần sinh vật, nên hai khái niệm không thay thế hoàn toàn cho nhau. Ranh giới hệ được xác định theo mục tiêu nghiên cứu.

Sinh vật sản xuất tạo chất hữu cơ từ chất vô cơ bằng nguồn năng lượng thích hợp; trong các ví dụ phổ thông chủ yếu là cây xanh, tảo quang hợp nhờ ánh sáng. Sinh vật tiêu thụ sử dụng chất hữu cơ có sẵn từ sinh vật khác. Nhiều loài nấm và vi khuẩn tham gia phân giải xác, chất thải thành các chất đơn giản, góp phần đưa chất trở lại môi trường.

Chuỗi thức ăn biểu diễn một dãy sinh vật có quan hệ dinh dưỡng nối tiếp. Mũi tên đi từ sinh vật bị ăn hoặc nguồn thức ăn tới sinh vật ăn nó, thể hiện chiều chuyển vật chất và năng lượng trong quan hệ ấy. Ví dụ cỏ → châu chấu → ếch → rắn. Không đảo mũi tên chỉ vì con vật ăn mồi di chuyển về phía con mồi.

Một sinh vật có thể sử dụng nhiều nguồn thức ăn và bị nhiều loài khác ăn, nên các chuỗi có mắt xích chung tạo lưới thức ăn. Muốn đọc lưới, xác định từng mũi tên và chỉ chọn đường có liên kết thực sự. Khi một loài giảm, ảnh hưởng tới loài khác còn phụ thuộc các nguồn thức ăn thay thế và những quan hệ khác; không suy ra mọi biến động chắc chắn theo một đường duy nhất.

Năng lượng đi qua các bậc dinh dưỡng và một phần chuyển thành nhiệt, phần khác không đi tiếp theo chuỗi đang xét. Vì thế năng lượng truyền theo một chiều, không tuần hoàn trở lại như vật chất trong cùng sơ đồ. Không dùng một tỉ lệ truyền năng lượng cố định cho mọi hệ nếu đề không cho; số liệu minh họa cần được đọc như dữ kiện của chính mô hình.

Vật chất có thể được tái sử dụng qua trao đổi giữa sinh vật với môi trường và hoạt động phân giải. Sinh vật phân giải không làm năng lượng đã tỏa nhiệt quay lại nguyên vẹn cho cây. Bảo vệ hệ sinh thái cần quan tâm cả nguồn sống, nước, đất và các nhóm chức năng. Khi vẽ sơ đồ, dùng chú giải rõ cho mũi tên thức ăn, phân giải và dòng chất vô cơ để tránh trộn lẫn các ý nghĩa.

Sinh quyển là những phần của Trái Đất có sự sống, gồm các vùng thích hợp trong nước, phần bề mặt đất đá và phần thấp của khí quyển có liên hệ với sinh vật. Không đồng nhất sinh quyển với toàn bộ thể tích Trái Đất hay toàn bộ khí quyển. Các hệ sinh thái trên cạn và dưới nước liên hệ qua những dòng vật chất, năng lượng, sinh vật di chuyển và hoạt động của con người.

Khu sinh học là những vùng lớn có đặc điểm môi trường và quần xã đặc trưng. Trên cạn có thể gặp rừng nhiệt đới, rừng ôn đới, thảo nguyên, hoang mạc và các khu khác; môi trường nước gồm nước ngọt và biển với nhiều dạng hệ sinh thái. Nhiệt độ, lượng mưa và điều kiện nước góp phần tạo khác biệt, nhưng ranh giới thực tế không phải lúc nào cũng sắc nét như trên sơ đồ.

Cân bằng tự nhiên là trạng thái tương đối ổn định của các thành phần và quan hệ trong tự nhiên, có biến động và điều chỉnh liên tục. Số lượng sinh vật có thể tăng, giảm theo mùa hoặc theo nguồn sống mà hệ vẫn còn khả năng duy trì cấu trúc, chức năng. Không định nghĩa cân bằng là mọi quần thể có cùng số cá thể hoặc không bao giờ thay đổi.

Quan hệ dinh dưỡng, cạnh tranh, điều kiện khí hậu và nhiều quá trình khác cùng ảnh hưởng cân bằng. Trong một mô hình, tăng con mồi có thể hỗ trợ vật ăn thịt, rồi tác động ngược tới số lượng con mồi. Đây là một cơ chế liên hệ, không phải công thức dự đoán duy nhất cho mọi nơi. Khi phân tích chuỗi tác động, phải nêu giả thiết và các yếu tố có thể làm kết quả khác đi.

Thiên tai, biến đổi môi trường, khai thác quá mức, ô nhiễm hoặc du nhập sinh vật không phù hợp có thể làm hệ thay đổi mạnh. Một loài được đưa vào nơi mới không tự động có ích chỉ vì nó đẹp hoặc từng sống tốt nơi khác. Nếu loài đó lan rộng và tác động bất lợi, các quan hệ bản địa có thể bị xáo trộn; không thả sinh vật nuôi ra tự nhiên tùy tiện.

Bảo vệ cân bằng tự nhiên cần giữ nơi sống, duy trì đa dạng và sử dụng tài nguyên phù hợp khả năng phục hồi. Cần theo dõi kết quả, không chỉ làm một hành động rồi coi hệ đã trở lại như cũ. Học sinh có thể phân tích số liệu loài, diện tích sinh cảnh và hoạt động con người, đề xuất giảm tác động trong phạm vi mình. Bảo tồn không nhất thiết là cố giữ mọi con số đứng yên.

Ô nhiễm môi trường xảy ra khi những biến đổi về thành phần hoặc tính chất môi trường gây ảnh hưởng bất lợi tới con người và sinh vật. Nguồn có thể liên quan nước thải, khí thải, chất thải rắn, hóa chất hay tiếng ồn. Muốn phân tích, cần xác định chất hoặc tác nhân, nơi phát sinh, đường đi và đối tượng chịu tác động; không chỉ dùng một từ “bẩn” cho mọi hiện tượng.

Ô nhiễm nước, không khí và đất có thể liên hệ với nhau. Chất từ đất bị rửa trôi xuống nước, bụi có thể lắng xuống bề mặt, chất dinh dưỡng dư làm thay đổi hệ nước. Một màu nước khác thường là dấu hiệu cần tìm hiểu, chưa đủ để gọi tên chính xác mọi chất ô nhiễm. Dữ liệu đo, nguồn xả và thời gian có vai trò quan trọng khi đánh giá nguyên nhân và mức ảnh hưởng.

Hiệu ứng nhà kính tự nhiên góp phần giữ nhiệt độ Trái Đất phù hợp sự sống. Việc tăng nồng độ một số khí nhà kính do hoạt động như đốt nhiên liệu hóa thạch và thay đổi sử dụng đất làm tăng giữ nhiệt, góp phần gây biến đổi khí hậu. Không đồng nhất hiện tượng này với thủng tầng ozone. Giảm phát thải và bảo vệ hệ sinh thái cần được thực hiện ở nhiều quy mô, không chỉ một hành động riêng lẻ.

Biện pháp bảo vệ nên ưu tiên giảm tác nhân ngay từ nguồn: sử dụng tài nguyên hiệu quả, giảm đồ dùng một lần không cần thiết, kiểm soát nước thải và khí thải. Tái sử dụng, phân loại và tái chế chỉ có hiệu quả khi phù hợp vật liệu và hệ thống thu gom, xử lí thực tế. Không coi mọi vật có kí hiệu nhựa đều được tái chế như nhau tại mọi địa phương.

Một kế hoạch học sinh có thể đặt mục tiêu rõ như giảm số chai dùng một lần trong lớp, tiết kiệm điện bằng tắt thiết bị không cần dùng hoặc cải thiện khu cây xanh theo hướng dẫn. Cần có số liệu ban đầu, khoảng thời gian, phạm vi, người thực hiện và chỉ số sau hành động. So sánh cùng quy mô, chẳng hạn số chai trên một học sinh trong cùng số ngày, giúp tránh kết luận do lớp vắng người.

Thu thập dữ liệu phải an toàn và tôn trọng cộng đồng: không chạm chất thải sắc nhọn, không xuống dòng nước ô nhiễm, không công khai thông tin cá nhân không cần thiết. Sau dự án, tính thay đổi và nêu điều chưa chắc chắn như thời tiết, số người, lịch hoạt động. Hành động nhỏ có giá trị khi được duy trì và kiểm chứng; một tấm ảnh sạch hơn chưa chứng minh mọi vấn đề môi trường đã được giải quyết.