Đa dạng sinh học là sự phong phú của sự sống ở ba cấp: đa dạng gen (khác biệt di truyền trong một loài), đa dạng loài (số loài và tỉ lệ giữa chúng) và đa dạng hệ sinh thái (nhiều kiểu môi trường sống khác nhau). Để đo, các nhà sinh thái không chỉ đếm số loài mà còn xét mức đồng đều giữa các loài, dùng những chỉ số như chỉ số Simpson, chỉ số Shannon, và tách đa dạng thành ba tầng alpha, beta, gamma theo phạm vi không gian.
Chữ "đa dạng sinh học" ra đời khi nào
Cụm từ biological diversity đã được dùng rải rác từ thập niên 1960–1970. Dạng rút gọn biodiversity xuất hiện khi Walter Rosen thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ chuẩn bị cho một hội thảo lớn ở Washington năm 1986. Tuyển tập bài của hội thảo, do E. O. Wilson biên tập và in năm 1988 với tên BioDiversity, đưa chữ này vào ngôn ngữ chung.
Năm 1992, tại Hội nghị Thượng đỉnh Trái Đất ở Rio de Janeiro, Công ước Đa dạng sinh học được mở ký và có hiệu lực từ cuối năm 1993. Công ước định nghĩa đa dạng sinh học là sự phong phú của sinh vật từ mọi nguồn, bao gồm đa dạng trong loài, giữa các loài và của các hệ sinh thái. Việt Nam là thành viên của Công ước này.
Ba cấp của đa dạng sinh học
| Cấp | Nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|
| Đa dạng gen | Khác biệt di truyền giữa các cá thể, các quần thể cùng loài | Hàng nghìn giống lúa địa phương khác nhau về chịu hạn, chịu mặn, hương thơm; gà Đông Tảo, gà Hồ, gà ri cùng là gà nhà |
| Đa dạng loài | Số loài và mức đồng đều về số lượng giữa các loài | Một rạn san hô có hàng trăm loài cá; một cánh đồng độc canh chỉ có một loài cây chính |
| Đa dạng hệ sinh thái | Nhiều kiểu môi trường sống, quần xã khác nhau trong một vùng | Từ núi đá vôi, đồng bằng, đầm phá, rừng ngập mặn tới rạn san hô trên một dải đất hẹp |
Đa dạng gen thường bị bỏ quên nhưng rất quan trọng: quần thể nghèo gen dễ bị một loại bệnh quét sạch. Nạn đói khoai tây ở Ireland những năm 1845–1849 xảy ra một phần vì gần như cả nước trồng một vài giống khoai tây giống nhau về di truyền, và một loại bệnh mốc sương đã tàn phá tất cả.
Trên Trái Đất có bao nhiêu loài
Câu hỏi nghe đơn giản nhưng chưa ai trả lời chắc chắn. Khoa học đã mô tả và đặt tên khoảng hơn hai triệu loài. Một nghiên cứu nổi tiếng năm 2011 của Camilo Mora và cộng sự ước tính có khoảng 8,7 triệu loài sinh vật nhân thực (động vật, thực vật, nấm và một số nhóm khác), nghĩa là phần lớn loài, nhất là dưới biển, chưa được biết tới. Với vi khuẩn, các ước tính chênh nhau hàng nghìn lần vì khái niệm "loài" ở vi khuẩn rất khó xác định.
Đa dạng sinh học phân bố không đều. Nói chung, càng gần xích đạo càng nhiều loài — xu hướng gọi là gradient vĩ độ. Rừng mưa nhiệt đới và rạn san hô là hai nơi đa dạng nhất. Việt Nam, nằm trong vùng nhiệt đới, có địa hình từ núi cao tới biển, thường được xếp vào nhóm các nước có đa dạng sinh học cao trên thế giới.
Đếm loài thôi chưa đủ: độ phong phú và độ đồng đều
So sánh hai cái ao, mỗi ao có 100 con cá thuộc 4 loài:
| Loài A | Loài B | Loài C | Loài D | |
|---|---|---|---|---|
| Ao 1 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| Ao 2 | 97 | 1 | 1 | 1 |
Cả hai ao có cùng độ phong phú loài (4 loài). Nhưng rõ ràng ao 1 "đa dạng" hơn: thả lưới bắt ngẫu nhiên hai con, ở ao 1 khả năng được hai loài khác nhau cao hơn nhiều; ở ao 2, gần như chắc chắn cả hai con đều là loài A. Phần khác biệt này gọi là độ đồng đều.
Chỉ số Simpson: xác suất bắt hai con khác loài
Chỉ số do Edward Simpson đề xuất năm 1949 trả lời đúng câu hỏi trên. Một dạng hay dùng là: lấy tỉ lệ của mỗi loài, bình phương lên, cộng lại, rồi lấy 1 trừ đi tổng đó.
- Ao 1: mỗi loài chiếm 0,25. Bình phương: 0,0625. Cộng 4 loài: 0,25. Chỉ số = 1 − 0,25 = 0,75.
- Ao 2: 0,97² + 3 × 0,01² ≈ 0,9409 + 0,0003 = 0,9412. Chỉ số ≈ 1 − 0,9412 = 0,06.
Chỉ số càng gần 1 càng đa dạng. Ao 1 đa dạng hơn ao 2 hơn mười lần theo thước đo này, dù cùng có 4 loài.
Chỉ số Shannon
Chỉ số Shannon (còn gọi Shannon – Wiener) mượn từ lý thuyết thông tin của Claude Shannon (1948). Nó đo mức "khó đoán" của loài tiếp theo bạn sẽ bắt được: càng nhiều loài, càng đồng đều thì càng khó đoán, chỉ số càng cao. Chỉ số này nhạy hơn với các loài hiếm so với chỉ số Simpson. Trong thực tế, các nhà nghiên cứu thường tính nhiều chỉ số cùng lúc để có bức tranh đầy đủ.
Alpha, beta, gamma: đa dạng theo phạm vi
Nhà sinh thái Robert Whittaker (1960) chia đa dạng thành ba tầng:
- Đa dạng alpha: số loài trong một điểm, một quần xã cụ thể — ví dụ một đầm nước.
- Đa dạng beta: mức khác nhau về thành phần loài giữa các điểm — đi từ đầm này sang đầm kia, bao nhiêu loài thay đổi.
- Đa dạng gamma: tổng số loài của cả vùng, gồm nhiều điểm.
Ví dụ: ba thung lũng núi đá vôi, mỗi thung lũng có 50 loài ốc cạn. Nếu cả ba thung lũng có cùng 50 loài, đa dạng beta bằng không và gamma là 50. Nếu mỗi thung lũng có loài riêng không trùng nhau, beta rất cao và gamma là 150. Vùng núi đá vôi thường có beta cao vì nhiều loài chỉ sống ở một khối núi — lý do mỗi khối núi bị phá là có thể mất cả những loài không nơi nào khác có.
Đo ngoài thực địa gặp khó khăn gì
- Càng tìm càng thấy: số loài ghi nhận tăng theo công sức khảo sát. Các nhà nghiên cứu vẽ đường cong tích luỹ loài — số loài mới tìm được theo số mẫu — để xem đã gần "đủ" chưa.
- Loài khó thấy: loài sống về đêm, loài sống trong đất, loài hiếm dễ bị bỏ sót. Ngày nay có thêm kỹ thuật bẫy ảnh, thu âm tự động và giải trình tự ADN môi trường từ nước, đất.
- Nhận dạng: nhiều nhóm như côn trùng nhỏ, nấm, giun cần chuyên gia hoặc phân tích ADN mới định danh được.
Ngoài đếm loài, các nhà sinh thái còn đo đa dạng chức năng (bao nhiêu "nghề" khác nhau trong quần xã: ăn hạt, thụ phấn, phân giải…) và đa dạng phát sinh chủng loại (các loài có họ hàng xa nhau tới mức nào). Một khu có 10 loài chim từ 10 họ khác nhau mang nhiều "lịch sử tiến hoá" hơn một khu có 10 loài cùng một chi.
Vì sao đa dạng sinh học quan trọng
Đa dạng sinh học là nguồn lương thực, thuốc, gỗ, sợi; là kho gen để lai tạo giống cây trồng, vật nuôi chống bệnh, chịu hạn. Nhiều nghiên cứu thực nghiệm trên đồng cỏ cho thấy ô có nhiều loài cây thường cho sinh khối ổn định hơn qua các năm hạn và năm mưa. Đa dạng còn có giá trị văn hoá, tinh thần mà con số không đo hết. Năm 2022, các nước thành viên Công ước Đa dạng sinh học thông qua Khung đa dạng sinh học toàn cầu Côn Minh – Montreal, đặt các mục tiêu bảo vệ tới năm 2030.
Góc nhìn hôm nay: tự đo đa dạng ở sân trường
Lấy bốn que và một sợi dây khoanh một ô vuông 1 m × 1 m ở hai chỗ: bãi cỏ cắt thường xuyên và góc vườn ít ai đụng tới. Đếm số loại cây (không cần biết tên, chỉ cần phân biệt được) và số cây mỗi loại trong ô, rồi tính chỉ số Simpson như ví dụ ao cá. Thường bạn sẽ thấy góc vườn đa dạng hơn bãi cỏ. Không nhổ cây, chỉ đếm và chụp ảnh.
Đọc thêm: bài Quần xã sinh vật trong Sinh học 12; cuốn The Diversity of Life (E. O. Wilson, 1992); trang của Công ước Đa dạng sinh học có văn bản Công ước bằng nhiều thứ tiếng.
Câu hỏi thường gặp
Đa dạng sinh học là gì?
Đa dạng sinh học là sự phong phú của sự sống ở ba cấp: đa dạng gen trong mỗi loài, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái. Định nghĩa này được dùng trong Công ước Đa dạng sinh học ký năm 1992.
Đa dạng sinh học gồm mấy cấp độ?
Ba cấp độ: đa dạng di truyền (gen), đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái. Cả ba đều quan trọng; mất đa dạng gen làm loài dễ bị dịch bệnh quét sạch dù số lượng còn nhiều.
Đo đa dạng sinh học bằng cách nào?
Các nhà sinh thái đếm số loài (độ phong phú) và xét mức đồng đều số lượng giữa các loài, rồi tính các chỉ số như Simpson hay Shannon. Họ còn tách đa dạng alpha (trong một điểm), beta (khác biệt giữa các điểm) và gamma (cả vùng).
Chỉ số Simpson là gì?
Chỉ số Simpson cho biết xác suất hai cá thể bắt ngẫu nhiên thuộc hai loài khác nhau. Giá trị càng gần 1 thì quần xã càng đa dạng. Nó tính cả số loài lẫn mức đồng đều giữa các loài.
Trên Trái Đất có bao nhiêu loài sinh vật?
Khoa học đã đặt tên khoảng hơn hai triệu loài. Một ước tính năm 2011 cho rằng có khoảng 8,7 triệu loài sinh vật nhân thực, phần lớn chưa được mô tả. Số loài vi khuẩn còn rất khó ước tính.
