Biodiversity là gì? Các nghiên cứu khoa học về Biodiversity

Định nghĩa biodiversity

Biodiversity, hay đa dạng sinh học, là khái niệm mô tả sự phong phú của sự sống trên Trái Đất, bao gồm tất cả các dạng sống từ vi sinh vật, thực vật, động vật cho đến con người. Đó không chỉ là số lượng loài mà còn bao gồm mức độ đa dạng trong gen, loài và hệ sinh thái. Mỗi thành phần trong hệ thống sinh học đều đóng vai trò trong việc duy trì cân bằng sinh thái và khả năng thích nghi với biến đổi môi trường.

Khái niệm biodiversity được chính thức công nhận và đưa vào các chương trình nghiên cứu khoa học từ thập niên 1980. Nó trở thành một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc đánh giá sức khỏe của hệ sinh thái, tiềm năng tiến hóa của loài, và năng lực chống chịu của môi trường sống trước các tác nhân gây biến đổi. Mất mát biodiversity dẫn đến mất ổn định sinh thái, giảm khả năng cung cấp dịch vụ hệ sinh thái thiết yếu như lọc nước, duy trì độ phì đất và điều hòa khí hậu.

Theo CBD - Convention on Biological Diversity, việc bảo tồn và sử dụng bền vững đa dạng sinh học là một trong ba mục tiêu chính của Công ước Đa dạng Sinh học Liên Hợp Quốc được thông qua từ năm 1992 tại Hội nghị Rio.

Các cấp độ của biodiversity

Đa dạng sinh học được phân thành ba cấp độ chính, mỗi cấp độ thể hiện một khía cạnh khác nhau của sự sống và có ý nghĩa riêng trong nghiên cứu sinh thái học và bảo tồn.

• Đa dạng di truyền: Là mức độ biến dị trong thông tin di truyền giữa các cá thể trong cùng một loài hoặc giữa các quần thể khác nhau. Đây là yếu tố quyết định khả năng thích nghi, tiến hóa và chống chịu với bệnh tật hoặc thay đổi môi trường của loài.
• Đa dạng loài: Là tổng số lượng loài trong một khu vực hoặc hệ sinh thái nhất định. Đây là hình thức đa dạng được ghi nhận rõ nhất trong nghiên cứu thực địa và đánh giá mức độ phong phú sinh học.
• Đa dạng hệ sinh thái: Đề cập đến sự đa dạng của các hệ sinh thái như rừng mưa nhiệt đới, rạn san hô, vùng đất ngập nước, đồng cỏ hay sa mạc – mỗi nơi có cấu trúc, chức năng và loài đặc trưng.

Bảng sau đây tóm tắt sự khác biệt giữa ba cấp độ:

Cấp độ	Đơn vị phân tích	Vai trò
Di truyền	Gen, alen	Tăng khả năng thích nghi và tiến hóa
Loài	Số lượng và mật độ loài	Đo lường độ phong phú sinh học
Hệ sinh thái	Loại sinh cảnh	Duy trì chức năng sinh thái và dịch vụ môi trường

Ý nghĩa sinh thái và chức năng

Đa dạng sinh học là yếu tố nền tảng giúp duy trì cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái. Các loài khác nhau có vai trò sinh thái khác nhau như phân giải chất hữu cơ, thụ phấn, kiểm soát quần thể sâu bệnh, hay giữ đất chống xói mòn. Hệ sinh thái càng đa dạng thì càng có khả năng chống chịu tốt trước biến động như hạn hán, cháy rừng hoặc xâm lấn sinh học.

Chức năng hệ sinh thái được duy trì nhờ sự phối hợp của các loài có vai trò bổ trợ hoặc thay thế lẫn nhau. Nếu một loài biến mất, loài khác có thể đảm nhận một phần chức năng tương tự, giúp hệ sinh thái không sụp đổ hoàn toàn. Đây là cơ sở lý luận của nguyên tắc "redundancy" trong sinh thái học.

Các dịch vụ hệ sinh thái được chia làm ba nhóm chính:

• Dịch vụ cung cấp: Thực phẩm, nước, nhiên liệu, sợi tự nhiên
• Dịch vụ điều tiết: Khí hậu, nước ngầm, bệnh tật
• Dịch vụ văn hóa: Du lịch, tinh thần, giáo dục và nghệ thuật

Giá trị kinh tế và xã hội

Biodiversity không chỉ có giá trị sinh học mà còn mang lại lợi ích kinh tế to lớn thông qua các ngành công nghiệp như nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, dược phẩm và du lịch sinh thái. Việc khai thác bền vững nguồn tài nguyên sinh học là nền tảng để phát triển kinh tế xanh và ổn định xã hội.

Ước tính khoảng 50% thuốc tây hiện nay có nguồn gốc từ thiên nhiên, trong đó nhiều hoạt chất có giá trị cao được phát hiện từ các loài thực vật và vi sinh vật hiếm. Ví dụ, thuốc chống ung thư paclitaxel được chiết xuất từ cây thủy tùng (Taxus brevifolia). Ngoài ra, thực phẩm như ngũ cốc, trái cây và động vật nuôi đều bắt nguồn từ nguồn gen hoang dã và được cải tiến nhờ bảo tồn đa dạng di truyền.

Vai trò xã hội của đa dạng sinh học thể hiện qua văn hóa, tín ngưỡng, y học truyền thống và lối sống của các cộng đồng bản địa – những người sống phụ thuộc trực tiếp vào tài nguyên tự nhiên. Bảo tồn biodiversity đồng nghĩa với bảo vệ sinh kế và văn hóa của hàng triệu người.

Theo IPBES, sự suy giảm đa dạng sinh học đang đe dọa an ninh lương thực toàn cầu và làm mất đi hàng nghìn tỷ USD giá trị tiềm năng từ tài nguyên chưa được khám phá.

Nguyên nhân suy giảm biodiversity

Suy giảm đa dạng sinh học là một trong những khủng hoảng môi trường nghiêm trọng nhất thế kỷ 21. Nguyên nhân chính đến từ các hoạt động của con người tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sinh cảnh sống và các loài trong tự nhiên. Theo báo cáo của IPBES, khoảng 1 triệu loài đang đối mặt nguy cơ tuyệt chủng trong vài thập kỷ tới.

Các yếu tố chính gây mất biodiversity gồm:

• Mất và phân mảnh môi trường sống: Phá rừng, đô thị hóa, mở rộng nông nghiệp làm suy giảm diện tích và tính kết nối của sinh cảnh.
• Khai thác quá mức: Đánh bắt cá, săn bắn, thu hái cây thuốc vượt quá khả năng tái tạo tự nhiên.
• Ô nhiễm: Hóa chất nông nghiệp, kim loại nặng, vi nhựa và khí thải công nghiệp gây độc cho sinh vật.
• Loài xâm lấn: Loài ngoại lai như ốc bươu vàng, mèo rừng, cá sấu Florida... làm mất cân bằng hệ sinh thái bản địa.
• Biến đổi khí hậu: Tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và hiện tượng thời tiết cực đoan làm thay đổi phạm vi phân bố và vòng đời của sinh vật.

Tác động của các yếu tố này có thể được đo lường thông qua chỉ số Red List Index (IUCN), phản ánh tỷ lệ loài đang tiến gần tuyệt chủng. Báo cáo cập nhật tại: IUCN Red List

Đo lường và chỉ số biodiversity

Việc định lượng biodiversity là công cụ quan trọng để theo dõi, so sánh và đánh giá hiệu quả bảo tồn. Một số chỉ số toán học phổ biến được dùng trong sinh thái học để phản ánh mức độ đa dạng loài trong một khu vực nhất định.

Chỉ số Shannon (H′): Đo lường mức độ không đồng đều và số lượng loài trong một cộng đồng. Công thức:

$H' = -\sum_{i=1}^{S} p_i \log p_i$

Trong đó:

• $p_i$: tỷ lệ cá thể của loài i so với tổng số cá thể
• $S$: tổng số loài trong cộng đồng

Chỉ số Simpson (D): Phản ánh xác suất hai cá thể chọn ngẫu nhiên thuộc cùng một loài. Giá trị càng thấp thì đa dạng càng cao. Công thức:

$D = \sum_{i=1}^{S} p_i^2$

Các chỉ số khác như Pielou’s evenness, Chao1, và Richness estimator cũng được sử dụng trong các nghiên cứu chuyên sâu.

Bảng dưới đây so sánh đặc điểm các chỉ số phổ biến:

Chỉ số	Phạm vi	Diễn giải
Shannon (H′)	> 0	Hỗn hợp giữa phong phú và đồng đều loài
Simpson (D)	0 → 1	Giá trị thấp hơn biểu thị đa dạng cao hơn
Richness (S)	Số nguyên	Số loài đếm được, không tính đến tần suất

Chính sách và công ước quốc tế

Nhằm đối phó với khủng hoảng biodiversity toàn cầu, nhiều hiệp định và công ước quốc tế đã được thiết lập để định hướng các quốc gia thực hiện hành động bảo tồn. Nổi bật nhất là Công ước về Đa dạng Sinh học (CBD), được 196 quốc gia phê chuẩn và có ba mục tiêu chính: bảo tồn, sử dụng bền vững và chia sẻ công bằng lợi ích từ nguồn tài nguyên sinh học.

Một số công ước quan trọng khác:

• CITES: Kiểm soát buôn bán quốc tế động vật, thực vật hoang dã
• Ramsar: Bảo vệ vùng đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế
• Bonn Convention: Bảo vệ loài di cư

Gần đây, các quốc gia đã thông qua Khung toàn cầu đa dạng sinh học hậu 2020 (Post-2020 Global Biodiversity Framework), với mục tiêu nổi bật là 30x30: bảo vệ 30% diện tích đất liền và đại dương vào năm 2030.

Chi tiết tại: CBD Post-2020 Framework

Các chiến lược bảo tồn biodiversity

Bảo tồn biodiversity có thể được thực hiện thông qua nhiều chiến lược, từ cấp độ cá thể đến chính sách quốc gia và quốc tế. Các biện pháp này bao gồm cả giải pháp kỹ thuật, quy hoạch sử dụng đất, và nâng cao nhận thức cộng đồng.

1. Bảo tồn tại chỗ (in-situ): Thiết lập khu bảo tồn thiên nhiên, rừng quốc gia, khu dự trữ sinh quyển nơi các loài sống trong môi trường tự nhiên của chúng.
2. Bảo tồn ngoài môi trường sống (ex-situ): Nuôi cấy, lưu giữ nguồn gen tại ngân hàng hạt giống, vườn thực vật, sở thú để nhân giống và phục hồi.
3. Phục hồi sinh cảnh: Trồng rừng, xử lý đất ô nhiễm, tái tạo vùng đất ngập nước đã bị suy thoái nhằm phục hồi khả năng sinh sống của các loài bản địa.

Các chương trình quốc gia như REDD+ (Giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng) cũng kết hợp yếu tố bảo tồn biodiversity trong các dự án ứng phó biến đổi khí hậu.

Vai trò của cộng đồng và khoa học công dân

Người dân và cộng đồng địa phương đóng vai trò thiết yếu trong bảo tồn đa dạng sinh học. Những sáng kiến khoa học công dân (citizen science) cho phép người không chuyên tham gia ghi nhận loài, theo dõi thay đổi môi trường, và cung cấp dữ liệu cho các dự án nghiên cứu lớn.

Một số nền tảng nổi bật:

• iNaturalist: Hệ thống ghi nhận và xác định loài dựa vào cộng đồng
• eBird: Cơ sở dữ liệu toàn cầu về các loài chim
• GBIF: Cổng thông tin chia sẻ dữ liệu đa dạng sinh học toàn cầu

Sự tham gia chủ động của cộng đồng không chỉ tăng cường nhận thức mà còn giúp cải thiện chính sách bảo tồn dựa trên bằng chứng thực tế, góp phần xây dựng mô hình quản lý tài nguyên dựa vào cộng đồng hiệu quả hơn.

Kết luận

Đa dạng sinh học là nền tảng cho sự ổn định của hệ sinh thái và sự sống của con người. Việc bảo vệ biodiversity không chỉ là yêu cầu đạo đức mà còn là chiến lược sống còn để đảm bảo an ninh sinh học, khí hậu và kinh tế trong thế kỷ 21.

Chúng ta cần hành động phối hợp từ khoa học, chính sách và cộng đồng để đảo ngược xu hướng suy thoái biodiversity, hướng tới một tương lai phát triển bền vững và hài hòa với thiên nhiên.