Bài 23. Môi trường và các nhân tố sinh thái

Mỗi loài sinh vật thường sống trong môi trường nhất định. Ví dụ thực vật thân gỗ, bỏ, trâu,... sống ở môi trường cạn; tôm, $c{a}_m\mathrm{.}\mathrm{.}$ sống ở môi trường nước (H23.1). Môi trường sống là tất cả những nhân tố xung quanh sinh vật, ảnh hưởng tới sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển của sinh vật. Có thể hiểu, môi trường sống là nơi sinh vật thu nhận nguồn sống để tồn tại, sinh trưởng, phát triển và cũng là

nơi chứa đựng chất thải của sinh vật. Sinh vật sống trong môi trường, chịu sự tác động của các yếu tố môi trường xung quanh như ánh sáng, nhiệt độ, vật săn mồi,... Điều kiện môi trường thuận lợi hay khắc nghiệt sẽ ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực tới tốc độ sinh trưởng, sinh sản của sinh vật. Ngược lại, hoạt động của sinh vật có thể làm thay đổi tính chất của môi trường. Ví dụ: Hoạt động sống của giun đất làm đất tơi xốp, thúc đẩy hoạt động của sinh vật phân giải, qua đó làm giàu dinh dưỡng cho đất; Hoạt động gặm cỏ thường xuyên của động vật ăn cỏ như trâu, bò, ngựa,... ngăn cản sự phát triển chối thân của thực vật hai lá mám, tạo điều kiện hình thành nên các đồng cỏ rộng lớn, hạn chế sự phát triển của rừng....

Nhân tố môi trường có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến đời sống của sinh vật gọi là nhân tố sinh thái. Nhân tố sinh thái được chia thành hai nhóm: nhân tố vô sinh và nhân tố hữu sinh.
Nhân tố vô sinh là tất cả các nhân tố vật lí và hoá học của môi trường tự nhiên tác động tới đời sống của sinh vật như khí hậu, thổ nhưỡng, nước,...
Nhân tố hữu sinh là các loài sinh vật sống trong cùng môi trường, tạo nên các mối quan hệ kí sinh, cộng sinh, hợp tác, vật ăn thịt con mồi,... Trong nhóm nhân tố hữu sinh, nhân tổ con người có ảnh hưởng lớn đến cả nhân tố vô sinh và hữu sinh.

Tất cả các nhân tố sinh thái đều là các tác nhân CLTN hình thành nên các đặc điểm thích nghi về hình thái, cấu tạo, sinh lí, tập tỉnh,... của sinh vật, trong đó ánh sáng và nhiệt độ là những nhân tố ảnh hưởng rõ rệt.

Ánh sáng là nguồn năng lượng quan trọng Trái Đất nhận từ Mặt Trời. Sự phân bố không đồng đều của ánh sáng trên Trái Đất hình thành các đặc điểm thích nghĩ của mỗi nhóm sinh vật như thực vật ưa sáng hay ưa bóng; động vật hoạt động ngày hay hoạt động đêm,... Ánh sáng ảnh hưởng đến hình thái của thực vật. Các lá trên cây có xu hướng xếp so le, hạn chế sự che bóng lẫn nhau (H 23.2a). Cây mọc nơi quang đãng (H23.2b), ít cạnh tranh ánh sáng có đường kính thân, tán lá lớn hơn so với cây mọc thành rừng (H 23.2c)

Ánh sáng giúp động vật định hướng trong không gian và nhận biết môi trường xung quanh. Cơ quan thị giác thu nhận các tia sáng phản xạ từ những vật xung quanh, cho phép động vật nhận biết được hình dạng, kích thước, màu sắc và khoảng cách của vật thể. Ánh sáng ảnh hưởng tới hình thái, cấu tạo, tập tính,... của nhiều loài động vật. Ví dụ: Nhiều loài chim di cư có khả năng định hướng đường bay theo ánh sáng mặt trời và các vì sao. Hai loài khỉ ở Hình 23.3 có cùng nguồn gốc, khỉ củ kiếm ăn ban đêm có mắt lớn hơn hẳn so với khi mũ hoạt động vào ban ngày.

Nhiệt độ có vai trò quan trọng đối với quá trình trao đổi chất của sinh vật, từ đó quyết định tốc độ sinh trưởng, sự phân bố của mỗi loài. Dựa vào nhiệt độ, sinh vật được chia thành hai nhóm: sinh vật đẳng nhiệt và sinh vật biến nhiệt.

Sinh vật đẳng nhiệt như chim, thú có nhiệt độ cơ thể ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Chúng có cơ chế điều hoà nhiệt độ cơ thể bằng các đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh lí, tập tỉnh. Khi di chuyển từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao, kích thước của các sinh vật đằng nhiệt cùng loài hoặc có quan hệ họ hàng gần gũi tăng dẫn nhưng kích thước những phần thò ra ngoài như tai, đuôi, chỉ có xu hướng giảm dần. Ví dụ: Động vật ở vùng ôn đới hay ở nơi có nhiệt độ thấp có lông dày và dài hơn so với động vật cùng loài sống ở vùng nhiệt đới (H 23.4). Sự tích luỹ lớp mỡ dày dưới da, lớp lông dài, kích thước cơ thể lớn làm giảm tỉ lệ diện tích bề mặt với thể tích cơ thể, đảm bảo cho sinh vật đẳng nhiệt tăng khả năng chống rét.

Sinh vật biến nhiệt có nhiệt độ cơ thể phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường như các loài bò sát, lưỡng cư, động vật không xương sống và thực vật. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến hình thái, hoạt động sinh $I_t\mathrm{.}\mathrm{.}$ của sinh vật. Ví dụ: Ấu trùng giai đoạn 4 của mọt bột (Tenebrio molitor), ở nhiệt độ ${36}^{\circ }C$ ăn hết $638m{m}^2$ lá khoai tây nhưng nếu nhiệt độ hạ thấp xuống còn ${16}^{\circ }C$ thì chỉ ăn $215m{m}^2$. Mọt trưởng thành ăn nhiều nhất ở ${25}^{\circ }C$ ở ${15}^{\circ }C$ mọt ngừng ăn. Loài bồ công anh (Taraxacum sp.) sống trong điều kiện nhiệt độ $6^{\circ }C$ có lá xẻ thuỷ sâu nhưng nếu sống ở nhiệt độ $15-{18}^{\circ }C$ lá không xẻ thuỷ, chỉ có răng cưa nhỏ.

Các nhân tố sinh thái của môi trường không tác động ngẫu nhiên lên sinh vật mà tuân theo một số quy luật chủ yếu dưới đây.

Khoảng giá trị xác định của một nhân tố sinh thái mà tại đó sinh vật có thể tồn tại và phát triển ổn định theo thời gian được gọi là giới hạn sinh thái. Giới hạn sinh thái bao gồm khoảng thuận lợi và khoảng ức chế (H 23.5). Mỗi sinh vật chỉ sinh trưởng, phát triển tốt trong khoảng thuận lợi, ngoài khoảng đó, hoạt động sinh lí của sinh vật bị ức chế, thậm chí sinh vật có thể bị chết nếu tác động vượt quá điểm gây chết. Ví dụ: Thực vật quang hợp tốt ở $20-{30}^{\circ }C;$

cây ngừng quang hợp và hô hấp ở nhiệt độ thấp hơn $0^{\circ }C$ hoặc cao hơn ${40}^{\circ }{C}^{\mathrm{\prime }\mathrm{\prime }}$. Những loài có giới hạn rộng với nhiều nhân tố sinh thái thì có phạm vi phân bố rộng như chuột, ruồi, muỗi,... Những loài có giới hạn hẹp với nhiều nhân tố sinh thái thì vùng phân bố hẹp như thực vật sống dưới tán rừng, sinh vật chỉ sống ở ngoài khơi $x{a}_1\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}$

Sinh vật sống không chịu tác động đơn lẻ của bất kì nhân tố sinh thái nào mà chịu tác động đồng thời của các nhân tố sinh thái. Một số nhân tố khi thay đổi có thể dẫn tới sự thay đối của các nhân tố sinh thái khác và sinh vật chịu ảnh hưởng của các thay đổi đó. Ví dụ: Lượng mây thay đổi dẫn tới sự thay đổi của cường độ ánh sáng, từ đó ảnh tới nhiệt độ, độ ẩm và tất cả những thay đổi này tác động đồng thời lên sinh vật.

Nếu một nhân tố sinh thái không nằm trong khoảng thuận lợi có thể ảnh hưởng tiêu cực đến những nhân tố sinh thái khác. Ví dụ: Bón đủ lượng phân bón cho cây trồng nhưng nếu thiếu nước thì cây không hấp thụ được. Vì vậy, để đem lại hiệu quả kinh tế, người sản xuất cần chú ý điều chỉnh các nhân tố sinh thái trong môi trường về khoảng thuận lợi đối với vật nuôi, cây trồng.

Mỗi giai đoạn khác nhau trong chu trình sống của sinh vật có các yêu cầu sinh thái khác nhau đối với cùng một nhân tố sinh thái. Ví dụ: Loài tôm he (Penaeus merguiensis) ở giai đoạn trường thành, trứng và ấu trùng mới nở thích nghi với nồng độ muối cao

$(3,2-3,3\mathrm{\%})$ nên giai đoạn này chúng sống ở biển khơi. Sang giai đoạn sau ấu trùng chúng thích nghi với nồng độ muối thấp hơn, chỉ 1,0 – 2,5% (nước lợ) nên chúng di chuyển vào bờ và sống trong rừng ngập mặn cho đến khi đạt kích thước trưởng thành mới di cư ra biển". Con người vận dụng quy luật tác động không đồng đều để xây dựng kế hoạch nuôi trồng, khai thác, bảo vệ sinh vật nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Trong cùng khoảng giá trị của một nhân tố sinh thái, có thể cực thuận đối với hoạt động này nhưng lại có hại cho hoạt động khác. Ví dụ: Ở vùng rừng ngập mặn, nguồn thức ăn trong môi trường phong phú nhưng hàm lượng muối thấp không thuận lợi cho hoạt động sinh lí của giai đoạn sau ấu trùng của tôm he.

Nhịp sinh học là sự phản ứng một cách nhịp nhàng của sinh vật trước những thay đổi có tỉnh chu kì của môi trường. Ví dụ: Hoa mười giờ thường nở vào khoảng 10 giờ sáng, gấu trắng Bắc Cực thường ngủ đông, chim và thủ thường thay lông trước khi mùa đông tới,... Sự thay đổi có tính chu kì của các nhân tố sinh thái (đặc biệt là nhân tố ánh sáng) tác động tới cơ thể sinh vật và gây ra các phản ứng có tính chu kì tương ứng như hoạt động thức ngủ theo chu kì ngày đêm ở động vật; hoạt động rụng lá, nở hoa; hoạt động sinh dục, ngủ hè, ngủ đông theo mùa hay nhỏ hơn là theo chu kì tế bào, nhịp tim, nhịp hô hấp,... Ở người quá trình sinh lí của cơ thể có thể diễn ra theo nhịp ngày đêm như nhịp thân nhiệt, hô hấp, co bóp tim, bài tiết,... Ví dụ: Ở người trưởng thành khoẻ mạnh, nhịp tim ban ngày trung bình khoảng $60-80nhip\mathrm{/}phit$. Trong giai đoạn đầu của giấc ngủ (giấc ngủ nông), nhịp tim bắt đầu chậm lại. Trong giấc ngủ sâu (ngủ say) nhịp tim chậm nhất, khoảng $40-50nhip\mathrm{/}phit$. Hay cũng có loại nhịp sinh học diễn ra theo chu kì dài hơn như chu kì kinh nguyệt,... Nhịp sinh học ở người là cơ sở để xây dựng thời gian biểu nhằm nâng cao hiệu quả lao động và học tập.

Nhịp sinh học đảm bảo cho sinh vật thích ứng với những thay đổi có tỉnh chu kì của môi trường. Những phản ứng mang tính chu kì này ở sinh vật được hình thành trong quá trình phát triển của mỗi loài, dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên mà tác nhân chọn lọc là sự thay đổi có tính chu kì của các nhân tố sinh thái trong môi trường. Vì vậy, nhịp sinh học là những đặc điểm thích nghi của loài với những thay đổi có tính chu kì của môi trường.

• Môi trường là toàn bộ các nhân tố ở xung quanh sinh vật. Những nhân tố môi trường có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên đời sống của sinh vật gọi là nhân tố sinh thái.

• Các nhân tố sinh thái có ảnh hưởng đến sự hình thành các đặc điểm thích nghi, hình thái, cấu tạo sinh lí,... của sinh vật.

• Các nhân tố sinh thái tác động lên sinh vật tuân theo các quy luật sinh thái chủ yếu như quy luật giới hạn sinh thái, quy luật tác động tổng hợp, quy luật tác động không đồng đều của các nhân tố sinh thái,...

Nhịp sinh học là sự phản ứng một cách nhịp nhàng của sinh vật trước những thay đổi có tính chu kì của môi trường bên ngoài cũng như bên trong cơ thể sinh vật.

(*) Nguồn: Ánh sáng xanh và chất lượng giấc ngủ (trang 226 - 235), Đinh Thị Quỳnh An và cộng sự, Tạp chí Nghiên cứu y học, số 128,2020.