Sinh quyển và các khu sinh học

Chương 5

SINH QUYỂN

VÀ CÁC KHU SINH HỌC

I. Sự tiến hoá của sinh quyển và thế giới sinh vật.

Trái Đất là một hành tinh kỳ diệu trong hệ Thái Dương vì trên đó

sự sống đang diễn ra rất sôi động. Sự sống bao quanh Trái Đất tạo nên

sinh quyển. Đó là một hệ sinh thái khổng lồ và duy nhất, bao gồm tất cả

các hệ sinh thái trên cạn và dưới nước. Chúng gắn bó với nhau bằng chu

trình vật chất và dòng năng lượng trên phạm vi toàn cầu. Sinh quyển đã

trải qua quá trình phát triển tiến hóa hàng tỷ năm để đạt trạng thái cân

bằng ổn định. Song, ngày nay con người và hoạt động của họ đang làm

cho sinh quyển bị thương tổn, có hại cho các loài sinh vật và cho chính

con người.

1. Sự ra đời và tiến hóa của sinh quyển

Khi sự sống chưa xuất hiện, Trái Đất còn là một hành tinh chết.

Bao quanh nó là quyển khí đầy ni tơ, hydro, cacbon dioxyt, amoniac, clo,

ôxít lưu huỳnh, hơi nước... do núi lửa phun ra. từ Mặt Trời, tia tử ngoại

chiếu ngập tràn xuống bề mặt hành tinh. Nhờ đó, hơi nước bị phân ly, tạo

ra một lượng oxy rất không đáng kể và sự tiến hóa hóa học được khởi đầu.

Nhiều chất hữu cơ phức tạp như acid amin, một thành phần quan trọng để

cấu tạo nên các hệ thống sống nguyên thủy xuất hiện. Lớp ôzôn (ozone –

O3) được hình thành tuy rất mỏng, song kết hợp với tầng nước đã dệt nên

bức màn chắn tia tử ngoại rất hiệu quả, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống

đầu tiên ra đời ở vùng nước nông của đại dương cổ, cách chúng ta chừng 3

tỷ năm. Những mầm sống nguyên sơ là những thể kỵ khí, tương tự như

nấm men, đã tồn tại suốt một thời gian dài đầy khắc nghiệt nhờ năng

lượng kiếm được bằng con đường lên men. Hiệu suất của dạng hô hấp này

rất thấp so với hô hấp hiếu khí, nên mầm sống nguyên thủy không thể tiến

hóa xa hơn giai đoạn tồn tại của cơ thể tiền nhân - Prokaryote. Sau đó, có

lẽ, áp lực của sự chọn lọc tự nhiên do thiếu nguồn thức ăn hữu cơ đã thúc

đẩy sự xuất hiện quá trình quang hợp. Nhờ vậy, lượng oxy tăng lên đạt

đến 3-4% của mức hiện nay hay khoảng 0,6% của khí quyển. Bộ mặt hành

tinh có những biến đổi lớn, từ tiến hóa hóa học sang tiến hóa sinh học, từ

tiến hóa dị dưỡng sang kiểu tiến hóa tự dưỡng nhờ sự ra đời và phân bố

nhanh chóng của sinh vật có nhân thật - Eukaryote trên bề mặt các đại

dương. Tiếp theo, thực vật cũng đã có 1 bước tiến hoá lớn - chuyển từ môi

trường nước lên môi trường cạn, đã tiến chiếm lục địa. Hô hấp hiếu khí và

nguồn thức ăn sơ cấp ngày một phong phú, tạo khả năng cho sự ra đời và

138

phát triển của những sinh vật đa bào phức tạp ở kỷ Cambri, sự bùng nổ

tiến hóa của các dạng sống mới xảy ra như thân lỗ, san hô, thân mềm, rong

biển, tổ tiên của thực vật có hạt và động vật có dây sống.

Trong các giai đoạn khác nhau của nguyên đại Cổ sinh (Palaeozoi),

cuộc sống dưới nước và trên cạn trở nên chật hẹp. Hàm lượng khí oxy dần

đạt được mức như hiện nay (20% thể tích khí quyển), chế độ tự dưỡng

thay thế cho chế độ dị dưỡng và trở nên thống trị trên hành tinh. Sự phát

triển ồ ạt của thực vật trên cạn đủ đảm bảo cho sự xuất hiện những nhóm

động vật lớn như Bò sát cổ đại, Chim, Thú và cuối cùng, một triệu năm

trước đây con người ra đời.

Sự tiến hóa của sinh vật như các nhà khoa học đã phác thảo, dẫn

đến những biến đổi và thúc đẩy sự tiến hóa của môi trường vật lý và hóa

học. Nhờ đó, sinh quyển được khai sinh và tiến hóa.

Sinh quyển là một vùng sống mỏng, đạt đến độ cao 6-7 km so với

mặt biển, trên 10 km ở độ sâu cực đại của đại dương và vài chục mét dưới

mặt đất, bao gồm 350.000 loài thực vật, trên 1,3 triệu loài động vật đã

được xác định và rất nhiều các loài vi sinh vật. Chúng tạo nên sự cân bằng

với nhau và với môi trường, đưa đến trạng thái ổn định của toàn sinh

quyển.

1.2. Sự tiến hóa của sinh vật và đa dạng sinh học

1.2.1. Sự tiến hóa của sinh vật .

Sự tiến hóa bao gồm cả chọn lọc tự nhiên của Darwin và đột biến

gen ở mức độ loài được rộng rãi các nhà khoa học thừa nhận. Tuy nhiên,

cho đến nay cũng chưa có sự thống nhất về cơ chế của nó, đặc biệt vai trò

tương đối nào của 3 cơ chế chủ yếu: chọn lọc, đột biến và tính ngẫu nhiên;

vai trò nào của sự chọn lọc ở các mức tổ chức sinh học cao (đồng tiến hóa

và sự chọn lọc nhóm).

Từ thời Darwin, nói chung, các nhà sinh học đã cho rằng, sự tiến

hóa là một quá trình chậm chạp, diễn ra từ từ, kể cả những đột biến nhỏ và

sự chọn lọc tự nhiên liên tục nhằm đảm bảo tính ưu thế trong cạnh tranh ở

mức độ loài. Song, vấn đề trong biên niên sử cổ phát sinh chủng loại

không tìm được các dạng trung gian, buộc những nhà nghiên cứu cổ phát

sinh phải công nhận thuyết "cân bằng gián đoạn". Theo lý thuyết này,

trong một thời kỳ dài các loài không biến đổi về trạng thái nguồn gốc của

mình trong tiến hóa cân bằng. Theo thời gian, cân bằng này bị đứt đoạn,

khi đó quần thể nhỏ sẽ tách khỏi loài gốc và nhanh chóng phát triển thành

loài mới, nhưng lúc này về mặt cổ phát sinh chủng loại lại không tìm được

những dạng chuyển tiếp. Loài mới có thể rất khác loài gốc. Điều đó cho

phép chúng có thể chung sống với nhau, không cạnh tranh, chèn ép nhau

hoặc có thể không chung sống, hoặc cả hai đều bị chết. Học thuyết tiến

139