Các nhà sinh thái hiếm khi đếm được từng cá thể của một quần thể, nên họ lấy mẫu rồi ước tính. Với sinh vật đứng yên hoặc ít di chuyển (cây, ốc, sò), họ đếm trong các ô mẫu rồi nhân lên theo diện tích. Với sinh vật phân bố theo dải hay cần đi tìm (chim, thú lớn), họ đi dọc tuyến điều tra. Với động vật di chuyển, họ dùng phương pháp bắt – đánh dấu – bắt lại. Và gần đây, chỉ cần một lít nước, kỹ thuật ADN môi trường có thể cho biết loài nào đang sống trong ao, suối.
Vì sao không đếm hết cho xong
Đếm toàn bộ chỉ làm được với những quần thể nhỏ, dễ thấy, như đàn chim làm tổ tập trung trên một hòn đảo hay một bầy voi trong khu bảo tồn nhỏ. Với hầu hết loài, đếm hết vừa tốn kém vừa không thể: sinh vật lẩn khuất, di chuyển, vùng sống quá rộng. Vì vậy câu hỏi của nhà sinh thái không phải "có chính xác bao nhiêu con" mà là "ước tính khoảng bao nhiêu, sai số bao nhiêu, và đang tăng hay giảm".
Ô mẫu: chia nhỏ để đếm
Ô mẫu (tiếng Anh là quadrat) thường là một khung vuông, cỡ từ 0,25 m² cho cỏ và địa y tới vài trăm mét vuông cho cây gỗ. Cách làm:
- Đặt nhiều ô mẫu ngẫu nhiên trong khu vực khảo sát (ví dụ dùng bảng số ngẫu nhiên để chọn toạ độ, tránh thói quen chọn chỗ "đẹp").
- Đếm số cá thể của loài cần nghiên cứu trong mỗi ô.
- Tính mật độ trung bình trên một đơn vị diện tích.
- Nhân với tổng diện tích để ra ước tính quần thể.
Ví dụ: một bãi cỏ rộng 500 m². Đặt 10 ô mẫu 1 m², đếm được số cây bồ công anh lần lượt: 4, 7, 5, 9, 3, 6, 8, 5, 7, 6. Tổng 60, trung bình 6 cây/m². Ước tính quần thể: 6 × 500 = 3.000 cây.
Với cây cỏ mọc dày khó đếm từng cây, người ta đo độ che phủ: phần trăm diện tích ô bị loài đó phủ kín. Với rạn san hô, thợ lặn khoa học chụp ảnh từng ô rồi phân tích trên máy tính.
Tuyến điều tra: đi một đường, ghi mọi thứ
Tuyến điều tra (transect) là một đường thẳng định trước dọc theo đó người khảo sát ghi lại sinh vật. Có mấy kiểu chính:
| Kiểu tuyến | Cách làm | Dùng cho |
|---|---|---|
| Tuyến đường | Căng dây, ghi loài nào chạm vào dây tại mỗi khoảng cách cố định | Thảm thực vật thay đổi từ bờ nước lên đất cao, từ chân lên đỉnh đồi |
| Tuyến dải | Đếm mọi cá thể trong một dải rộng cố định hai bên đường đi | Bướm, cây bụi, sinh vật bãi triều |
| Tuyến kèm khoảng cách | Đi bộ dọc tuyến, mỗi khi thấy con vật thì đo khoảng cách từ nó tới tuyến | Chim, linh trưởng, thú móng guốc — những loài càng xa càng khó thấy |
Kiểu cuối cùng gọi là lấy mẫu theo khoảng cách. Ý tưởng là: con vật ở sát tuyến gần như chắc chắn được thấy, càng ra xa càng dễ bị bỏ sót. Từ phân bố khoảng cách ghi được, phần mềm thống kê tính ra có bao nhiêu con bị bỏ sót và điều chỉnh ước tính mật độ.
Tuyến điều tra đặc biệt hữu ích ở những nơi điều kiện thay đổi theo một hướng, như bãi triều từ mép nước lên bờ hay sườn núi từ chân lên đỉnh: đi dọc tuyến sẽ thấy các loài thay nhau xuất hiện theo từng đai.
Bắt – đánh dấu – bắt lại
Với động vật di chuyển như cá, ốc, bướm, chuột, phương pháp Lincoln – Petersen là cách cổ điển. Nhà sinh học Đan Mạch C. G. J. Petersen dùng nó với cá từ cuối thế kỷ 19; Frederick Lincoln áp dụng cho vịt trời ở Mỹ năm 1930.
- Lần 1: bắt một số cá thể (M), đánh dấu không gây hại, thả lại.
- Chờ một thời gian để con đánh dấu trộn đều vào quần thể.
- Lần 2: bắt một mẫu mới (C), đếm xem trong đó có bao nhiêu con mang dấu (R).
- Ước tính quần thể: N = M × C ÷ R.
Ví dụ: lần 1 đánh dấu 50 con ốc. Lần 2 bắt 40 con, trong đó 10 con có dấu. N = 50 × 40 ÷ 10 = 200 con. Lý do: tỉ lệ ốc có dấu trong mẫu lần 2 (10/40 = 1/4) được coi bằng tỉ lệ ốc có dấu trong cả quần thể (50/N).
Những giả định phải đúng
- Quần thể "đóng": không có sinh, chết, nhập cư, xuất cư đáng kể giữa hai lần bắt.
- Dấu không bong, không làm con vật dễ bị ăn thịt hơn hay khó bắt hơn.
- Mọi cá thể có cơ hội bị bắt như nhau — con đã bị bắt một lần không "sợ bẫy" hay "nghiện bẫy".
Khi giả định không đúng, ước tính lệch. Các nhà thống kê đã phát triển nhiều mô hình phức tạp hơn (bắt nhiều lần, quần thể mở) để xử lý. Ngày nay "dấu" còn có thể là hoa văn tự nhiên trên da (vằn hổ, đốm báo, vết sẹo trên vây cá voi) nhận ra qua ảnh từ bẫy ảnh, hoặc ADN lấy từ lông, phân — không cần bắt con vật.
ADN môi trường: đếm loài từ một lít nước
Mọi sinh vật đều rơi rụng tế bào, vảy da, chất nhầy, phân vào môi trường. Các mảnh ADN này tồn tại trong nước vài ngày đến vài tuần. Lọc một mẫu nước, tách ADN và giải trình tự, nhà khoa học biết được những loài nào vừa có mặt quanh đó. Kỹ thuật này gọi là ADN môi trường (eDNA).
Một trong những nghiên cứu mở đường, công bố năm 2008 bởi nhóm của Gentile Francesco Ficetola, phát hiện ếch ương Mỹ — một loài ngoại lai — trong các ao ở Pháp chỉ từ mẫu nước, kể cả khi mật độ ếch rất thấp. Từ đó eDNA được dùng rộng rãi: dò loài cá ngoại lai trong kênh rạch, khảo sát loài lưỡng cư hiếm, theo dõi cá voi, cá mập qua nước biển. Ở Anh, cơ quan bảo tồn đã chấp nhận eDNA cho khảo sát một loài kỳ giông được bảo vệ.
Ưu và nhược điểm
| Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|
| Không cần bắt, không làm phiền sinh vật | Cho biết loài có mặt, khó cho biết chính xác có bao nhiêu cá thể |
| Phát hiện được loài hiếm, loài lẩn khuất | ADN có thể trôi từ nơi khác tới (theo dòng nước, phân chim) |
| Một mẫu cho biết hàng chục, hàng trăm loài cùng lúc | Cần thư viện ADN tham chiếu đầy đủ; nhiều loài nhiệt đới chưa có |
| Lấy mẫu nhanh, nhiều người làm được | Dễ nhiễm bẩn ADN, đòi hỏi quy trình phòng thí nghiệm chặt chẽ |
Những cách đếm khác
- Đếm dấu vết: tổ, hang, phân, vết cào — ví dụ đếm tổ đười ươi dọc tuyến để ước tính số đười ươi.
- Thu âm thụ động: máy ghi âm đặt trong rừng, dưới biển nhiều tháng; phần mềm nhận ra tiếng hót, tiếng kêu, tiếng cá voi.
- Đếm từ ảnh vệ tinh, ảnh máy bay: đàn chim cánh cụt hoàng đế được phát hiện qua vệt phân màu nâu trên băng thấy được từ vệ tinh.
- Đếm định kỳ cùng một cách: các chương trình đếm chim nước mùa đông diễn ra mỗi năm vào cùng thời điểm ở nhiều nước, cho phép so xu hướng qua nhiều thập niên.
Góc nhìn hôm nay: mô phỏng đếm quần thể trong lớp học
Không cần bắt sinh vật thật để hiểu phương pháp. Đổ một túi đậu đỏ vào hộp (quần thể chưa biết số lượng). Bốc một nắm, đếm (M), thay bằng đúng số hạt đậu trắng ("đánh dấu"), trộn đều. Bốc nắm thứ hai, đếm tổng số (C) và số đậu trắng (R), tính N rồi đếm thật để so. Làm vài lần sẽ thấy ước tính dao động quanh số thật, và nắm bốc càng lớn thì càng sát. Với ô mẫu, có thể rải hạt lên một tờ giấy kẻ ô rồi đếm trong vài ô ngẫu nhiên.
Ngoài trời, đếm cây cỏ bằng ô mẫu ở sân trường là đủ an toàn và bổ ích. Không bắt, đánh dấu động vật hoang dã — việc đó cần giấy phép và người có chuyên môn.
Đọc thêm: bài Kích thước quần thể trong Sinh học 12; chương Population Estimation trong Ecological Methodology (Charles Krebs); các tài liệu hướng dẫn khảo sát đa dạng sinh học của các trường đại học và viện nghiên cứu trong nước.
Câu hỏi thường gặp
Làm sao để ước tính số lượng cá thể của một quần thể?
Các nhà sinh thái lấy mẫu rồi suy ra cả quần thể: đếm trong ô mẫu với sinh vật đứng yên, đi dọc tuyến điều tra với chim thú, dùng phương pháp bắt – đánh dấu – bắt lại với động vật di chuyển. ADN môi trường giúp biết loài nào có mặt mà không cần bắt.
Công thức bắt – đánh dấu – bắt lại là gì?
N = M × C ÷ R, trong đó M là số con đánh dấu lần đầu, C là số con bắt lần hai, R là số con có dấu trong lần hai. Ví dụ M = 50, C = 40, R = 10 thì N = 200.
Ô mẫu dùng để làm gì?
Ô mẫu là khung diện tích cố định dùng để đếm sinh vật ít di chuyển như cây cỏ, ốc, sò. Đếm trong nhiều ô ngẫu nhiên, tính mật độ trung bình rồi nhân với tổng diện tích để ước tính quần thể.
ADN môi trường (eDNA) là gì?
Là ADN mà sinh vật để lại trong nước, đất qua tế bào da, chất nhầy, phân. Lọc mẫu nước rồi giải trình tự ADN cho biết những loài nào đang sống quanh đó, kể cả loài hiếm và khó thấy.
Tuyến điều tra là gì?
Là một đường đi định trước, người khảo sát ghi lại các sinh vật dọc theo hoặc hai bên đường đó. Phương pháp này hợp với nơi điều kiện thay đổi theo một hướng, và với chim, thú cần đi tìm.
