HỌC THUYẾT TIẾN HÓA HIỆN ĐẠI
A. Lý thuyết
Có các nhân tô tiến hoá và vai trò của chúng như sau:
1. Quá trình đột biến
- Các đột biến tự nhiên đều cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình chọn lọc trong đó đột biến gen có vài trò chủ yếu vì:
+ Đột biến gen thường xuyên xuất hiện trong quần thể: Đối với từng gen riêng rẽ thì tần sô' đột biến tự nhiên rất thấp (106 đến 104) nhưng vì số lượng gen trong tế bào quá lớn (ở động vật có hàng vạn gen) nên không gen này thì gen khác sẽ bị đột biến. Mặt khác sô' lượng cá thể trong quần thể cũng lớn lên không cá thể này thì cá thể khác sẽ bị đột biến.
+ Phần lớn các đột biến tự nhiên là có hại cho cơ thể vì chúng phá vỡ mô'i quan hệ hài hòa trong kiểu gen, trong nội bộ cơ thể, giữa cơ thể với môi trường đà được hình thành qua chọn lọc tự nhiên lâu đời.
+ Đa phần, các đột biến gen ở trạng thái lặn (Biến gen trội thành gen lặn), bị gen trội át nên thể đột biến chưa được biểu hiện ra ở kiểu gen dị hợp. Nhờ quá trình giao phôi các gen lặn đột biến sẽ được phát tán và lan tràn trong quần thể. Đến khi mật độ các cá thể dị hợp mang gen lặn đột biến có điều kiện gặp nhau qua giao phôi, sẽ xuất hiện các đồng hợp tử lặn về gen đột biến và lúc đó thể đột biến xuất hiện và chịu tác động của chọn lọc tự nhiên.
- Tuy đột biến gen thường tỏ ra có hại nhưng không phải tuyệt đối vì thể đột biến biểu hiện còn phụ thuộc vào hai điều kiện sau:
+ Phụ thuộc môi trường: ơ môi trường này, thể đột biến biểu hiện có hại nhưng đặt ở môi trường mới nó có thể tỏ ra thích nghi hơn, có sức sống cao hơn.
+ Ví dụ: Trong môi trường không có DDT thì dạng ruồi có đột biến kháng DDT sinh trưởng chậm hơn dạng ruồi bình thường, nhưng khi phun DDT thì đột biến này lại có lợi cho ruồi. Như vậy, khi môi trường thay đổi, thể đột biến có thể thay đổi giá trị thích nghi của nó.
+ Phụ thuộc tổ hợp gen mang đột biến: Một đột biến nằm trong tổ hợp gen này tỏ ra có hại nhưng đặt nó trong gự tương tác với các gen trong một tổ hợp khác nó có thể trở nên có lợi. Vậy giá trị thích nghi của một đột biến có thể thay đổi tùy vào tổ hợp gen mang nó.
- Đột biến tự nhiên được xem là nguồn nguyên liệu của quá trình tiến hoá. Đột biến gen là nguồn nguyên liệu chủ yếu vì so với đột biến NST thì chúng ít phổ biến hơn, ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sự sinh sản của cơ thể.
- Các nghiên cứu thực nghiệm chứng tỏ các nòi, các loài phân biệt nhau thường không phải bằng một vài đột biến lớn mà bằng sự tích lũy nhiều đột biến nhỏ.
2. Quá trình giao phối
Quá trình giao phôi có 3 vai trò cơ bản sau:
- Làm cho đột biến được phát tán trong quần thể:
- Ví dụ: Do đột biến lặn từ kiểu gen AA biến đổi thành cặp gen dị hợp Aa.
- Nhờ giao phôi: .Cứ như thế alen lặn a sẽ được nhân lên và lan tràn trong quần thể.
- Quá trình giao phối đà tạo ra vô số biến dị tổ hợp nhờ các quy luật phân li độc lập, hoán vị gen, tương tác gen.
+ Ví dụ: Gọi X là sô cặp gen dị hợp của p, theo quy luật Menđen, sô kiểu giao tử của p là 2n, F1 sẽ có 3n kiểu gen và 2n kiểu hình nếu mỗi gen quy định một tính trạng trội hoàn toàn. Bình thường, trong quần thể giao phối có n rất lớn nên mỗi quần thể là một* kho biến dị vô cùng phong phú. Mặt khác, do các quy luật hoán vị gen và tương tác gen làm tăng hơn nữa các biến dị tổ hợp qua giao phôi.
+ Do vậy có thể nói: Nếu biến dị đột biến là nguồn nguyên liệu sơ cấp thì nhờ giao phối sẽ tạo ra các biến dị tổ hợp là nguồn nguyên liệu thứ cấp của chọn lọc tự nhiên.
- Quá trình giao phối làm trung hòa tính có hại của đột biến và góp phần tạo ra những tổ hợp gen thích nghi. Sự tiến hoá không những chỉ sử dụng các đột biến mới xuất hiện mà còn huy động kho dự trữ các gen đột biến đã phát sinh nhưng tồn tại ở trạng thái dị hợp.
3. Quá trình chọn lọc tự nhiên
a. Thuyết tiến hoá hiện đại đã phát triển quan niệm của Đacuyn về chọn lọc tự nhiên:
- Thuyết tiến hoá hiện đại, dựa trên những thành tựu về di truyền và biến dị đã làm sáng tỏ nguyên nhân phát sinh biến dị, cơ chế di truyền biến dị. Vì vậy, đà hoàn chỉnh quan niệm của Đacuyn về chọn lọc tự nhiên.
- Trên quan điểm di truyền học, cơ thể thích nghi trước hết phải có kiểu gen phản ứng thành những kiểu hình có lợi trước môi trường. Nhờ vậy đảm bảo được sự sống sót một số cá thể. Bên cạnh sống sót, cá thể đó phải sinh sản được để đóng góp vào vốn gen chung của quần thể. Như vậy, mặt chủ yếu của chọn lọc tự nhiên là sự phân hoá khả năng sinh sản của những kiểu gen khác nhau trong quần thể.
- Chọn lọc tự nhiên không chỉ tác dộng vào cá thể mà còn phát huy tác dụng ở cả câp độ dưới mức cá thể (ADN, giao tử...) và trên mức cá thể (quần thể, quần xã) trong đó quan trọng nhất là chọn lọc ở cấp độ cá thể và quần thể.
- Trong một quần thể đa hình thì chọn lọc tự nhiên đảm bảo sự sông sót và sinh sản ưu thê của những cá thể mang nhiều đặc điểm có lợi hơn. Chọn lọc tự nhiên tác động trên kiểu hình của cá thể qua nhiều thê hệ dẫn tới hệ quả là chọn lọc kiểu gen. Điều này khẳng định vai trò của thường biến trong quá trình tiến hoá.
- Trong thiên nhiên, loài phân bố thành những quần thể cách li nhau bởi những khoảng thiếu điều kiện thuận lợi. Trong mỗi loài thường xảy ra sự cạnh tranh giữa các nhóm cá thể trong một quần thể, giữa các quần thể của loài. Dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, các quần thể có vốn gen thích nghi hơn sẽ thay thẽ các quần thể kém thích nghi. Như vậy có thể nói quần thể là đối tượng chọn lọc.
Chọn lọc quần thể hình thành những đặc điểm thích nghi tương quan giữa các cá thể về nhiều mặt đảm bảo sự tồn tại, phát triển của những cá thể thích nghi nhất, quy định sự phân bố của chúng trong thiên nhiên. Chọn lọc cá thể và chọn lọc quần thể song song diễn ra.
b. Chọn lọc tự nhiên được xem là nhân tố tiến hoá cơ bản nhất vì: Chọn lọc tự nhiên không tác động với từng gen riêng lẻ mà đôi với toàn bộ kiểu gen, không chỉ tác động đối với từng cá thể riêng lẻ mà đối với cả quần thể. Chọn lọc tự nhiên là nhân tố quy định chiều hướng và nhịp điệu biến đối thành phần kiểu gen của quần thể, là nhân tố định hướng quá trình tiến hoá.
4. Quá trình cách li
- Vai trò của cách li: Các hình thức cách li có vai trò ngăn cản sự giao phôi tự do, do đó củng cố, tàng cường sự phân hoá kiểu gen trong quần thể gốc.
- Các cơ chế cách li và ý nghĩa:
- Cách li địa lí: Các quần thể sinh vật ở cạn bị phân cách nhau bởi sự xuất hiện các chướng ngại địa lí như núi, biển, sông ... Các quần thể ở nước bị cách li bởi sự xuất hiện dải đất liền. Những loài ít di động hoặc không có khả nàng di động thường bị ảnh hưởng bởi hình thức cách li này.
- Cách li địa lí là cơ sở hình thành các nòi địa lí từ đó hình thành loài mới.
- Cách li sinh thái: Trong cùng một khu vực địa lí các nhóm cá thể trong quần thể hay giữa các quần thể trong loài có sự phân hoá, thích ứng với những điều kiện sinh thái khác nhau, dổ đó giữa chúng có sự cách li tương đôi.
- Cách li sinh thái là cơ sở hình thành các nòi sinh thái, trên cơ sở đó tạo loài mới.
- Cách li sinh sản: Do đặc điểm cấu tạo của cơ quan sinh sản khác nhau hay do tập tính sinh dục khác nhau mà các cá thể thuộc các nhóm, các quần thể khác nhau không giao phối được với nhau và qua thời gian nhất định đã phân hoá sâu sắc về mặt di truyền đã hình thành các nòi, thứ mới, từ đó tạo ra loài mới.
- Cách li di truyền: Do sai khác trong bộ NST, trong kiểu gen mà giao tử không thụ tinh hay thụ tinh được nhưng hợp tử không phát triển hoặc con lai còn sông nhưng lại bất thụ.
- Cách li địa lí là điều kiện cần thiết để các nhóm cá thể đã phân hoá, tích lũy các đột biến theo hướng khác nhau làm cho kiểu gen sai khác nhau ngày càng nhiều.
- Cách li địa lí và cách li sinh thái kéo dài sẽ dẫn đến cách li sinh sản và cách li di truyền, đánh dấu sự xuất hiện loài mới.
5. Du nhập gen và biến dộng di truyền
a. Du nhập gen (di nhập gen)
- Du nhập gen là sự lan truyền gen từ quần thể này sang quần thể khác Ớ thực vật, du nhập gen thể hiện qua sự phát tán bào tử, bụi phấn, hạt, quả; ở động vật, do sự di cư của các cá thể từ quần thể này sang quần thể kia nên nhờ giao phối, gen được lan truyền trong quần thể.
- Vai trò: Du nhập gen là nhân tố làm thay đổi vốn gen của quần thể.
b. Biến động di truyền (các yếu tố ngẫu nhiên)
- Biến động di truyền là hiện tượng tần số tương đối của alen trong quần thể đột ngột thay đổi vì một nguyên nhân nào đó.
- Nguyên nhân gây biến động di truyền có thể do sự chia cắt khu phân bố, xảy ra dịch bệnh, sự phát tán hay di chuyển một nhóm cá thể để lập quần thể mới...
- Hiện tượng thường xảy ra ở các quần thể có số lượng dưới 500 cá thể.
- Vai trò: Hình thành quần thể mới có thành phần kiểu gen và tần sô tương đối các alen khác xa với quần thể gốc.
B. Luyện tập
Câu 1. Trình bày các hình thức chọn lọc tự nhiên theo quan niệm hiện đại. Nêu các ví dụ.
Lời giải
1.Chọn lọc ổn định (chọn lọc kiên định)
Là hình thức chọn lọc giữ lại những cá thể mang tính trạng trung bình, đào thải các cá thể mang tính trạng xa mức trung bình.
Hình thức chọn lọc này xuất hiện khi môi trường sống ổn định. Do vậy hướng chọn lọc được ổn định và kết quả kiên định kiểu gen đang có.
Ví dụ: Sau một trận bão, người ta nhặt những con chim sè bị gió quật chết và khi đo chiều dài thì thấy cánh của chúng quá ngắn hoặc quá dài so với cánh trung bình, như vậy những con có cánh dài trung bình đả được sông sót.
Chọn lọc vận động:
+ Khi hoàn cảnh sống thay đổi theo một hướng xác định thì hướng chọn lọc cũng thay đổi, kết quả là đặc điểm thích nghi củ được dần dần thay thế bằng đặc điểm thích nghi mới, thích nghi hơn.
Ví dụ: Bướm sâu do bạch dương ban đầu có màu trắng thích nghi khi đậu trên thân cây. về sau, do hoạt động công nghiệp, bụi than bám vào thân cây, hướng chọn lọc thay đổi, đà hình thành đặc điểm thích nghi mới là màu đen của thân và cánh bướm.
Chọn lọc gián đoạn (chọn lọc đứt đoạn)
+ Khi hoàn cảnh thay đổi sâu sắc và trở nên không đồng nhât. Sô đông các cá thể mang tính trạng trung bình của quần thể bị rơi vào điều kiện bất lợi và bị đào thải. Chọn lọc diễn ra theo một sô hướng, mỗi hướng hình thành một đặc điểm thích nghi tương ứng với hướng chọn lọc đó. Mỗi nhóm sau đó lại chịu tác động của hình thức chọn lọc kiên định, kết quả phân hoá thành nhiều kiểu hình khác nhau từ quần thể ban đầu.
Ví dụ: Loài bọ ngựa (Mantis religiosa) có các dạng màu lục, nâu, vàng thích nghi với màu của lá, màu cành cây hoặc cỏ khô. Các màu này được di truyền ổn định.
Câu 2. Trình bày về vai trò của cách li, các cơ chế cách li và ý nghĩa của chúng đối với sự tiến hoá sinh vật?
Lời giải
- Vai trò của cách li: Các hình thức cách li có vai trò ngân cản sự giao phối tự đo, do đó củng cố, tàng cường sự phân hoá kiểu gen trong quần thể gốc.
Các cơ chê cách li và ý nghía:
- Cách li địa lí: Các quần thể sinh vật ở cạn bị phân cách nhau bởi sự xuất hiện các chướng ngại địa lí như núi, biển, sông... Các quần thể ở nước bị cách li bởi sự xuất hiện đải đất liền. Những loài ít đi động hoặc không có khả nâng di động thường bị ảnh hưởng bởi hình thức cách li này.
- Cách li địa lí là cơ sở hình thành các nòi địa lí từ đó hình thành loài mới.
- Cách li sinh thái: Trong cùng một khu vực địa lí, các nhóm cá thể trong quần thể hay giữa các quần thể trong loài có sự phân hoá, thích ứng với những điều kiện sinh thái khác nhau, do đó giữa chúng có sự cách li tương đối.
- Cách li sinh thái là cơ sở hình thành các nòi sinh thái, trên cơ sở đó tạo loài mới.
- Cách li sinh sản: Do đặc điểm câu tạo của cơ quan sinh sản khác nhau hay do tập tính sinh dục khác nhau mà các cá thể thuộc các nhóm, các quần thể khác nhau không giao phôi được với nhau và qua thời gian nhất định đã phân hoá sâu sắc về mặt di truyền đã hình thành các nòi, thứ mới, từ đó tạo ra loài mới.
- Cách li di truyền: Do sai khác trong bộ NST, trong kiểu gen mà giao tử không thụ tinh hay thụ tinh được nhưng hợp tử không phát triển hoặc con lai còn sống nhưng lại bất thụ.
- Cách li địa lí là điều kiện cần thiết để các nhóm cá thể đã phân hoá, tích lùy các đột biến theo hướng khác nhau làm cho kiểu gen sai khác nhau ngày càng nhiều.
+ Cách li địa lí và cách li sinh thái kéo dài sẽ dẫn đến cách li sinh sản và cách li di truyền, đánh dấu sự xuất hiện loài mới.
- Trong cách li di truyền gồm có:
+ Cách li trước hợp tử: Là trường hợp giao phôi được nhưng giao tử đực không kết hợp với giao tử cái để tạo hợp tử.
+ Cách li sau hợp tử: Là trường hợp hợp tử phát triển thành cơ thể mới nhưng lại bị bất thụ (không tham gia sinh sản được).
Câu 3. Di - nhập gen và biến động di truyền có vai trò gì đối với sự tiến hoá sinh giới?
Lời giải
a. Di - nhập gen (du - nhập gen)
Di - nhập gen là gì?
Di - nhập gen là sự lan truyền gen từ quần thể này sang quần thể khác ơ thực vật, di - nhập gen thể hiện qua sự phát tán bào tử, bụi phấn, hạt, quả; ở động vật, do sự di cư của các cá thể từ quần thể này sang quần thể kia nên nhờ giao phối, gen được lan truyền trong quần thể.
Vai trò:
Di - nhập gen là nhân tố làm thay đổi vốn gen của quần thể.
b. Biến động di truyền (các yếu tố ngẫu nhiên)
Biến động di truyền là gì?
- Biến động di truyền là hiện tượng tần số tương đôi của alen trong quần thể đột ngột thay đổi vì một nguyên nhân nào đó.
- Nguyên nhân gây biến động di truyền có thể do sự chia cắt khu phân bố, xảy ra dịch bệnh, sự phát tán hay di chuyển một nhóm cá thể để lập quần thể mới ...
- Hiện tượng thường xảy ra ở các quần thể có sô' lượng dưới 500 cá thể.
- Vai trò:
Hình thành quần thể mới có thành phần kiểu gen và tần số tương đối các alen khác xa với quần thể gốc.
Câu 4. Một số gen trội có hại trong quần thể vẫn có thể được di truyền từ thê hệ này sang thế hệ khác. Giải thích nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này.
Lời giải
- Một số gen trội có hại ở mức độ nào đó vẫn được di truyền cho thế hệ sau nếu nó liên kết chặt chẽ với một gen có lợi khác. Chọn lọc tự nhiên duy trì các gen có lợi nên cùng duy trì luôn các gen có hại đi cùng.
- Gen trội có hại vẫn có thể được di truyền cho thế hệ sau nếu đó là gen đa hiệu. Tức là gen đó ảnh hưởng tới nhiều tính trạng, một sô' tính trạng có lợi được chọn lọc tự nhiên ủng hộ, nhưng một số tính trạng của gen đa hiệu lại có hại ở mức độ vừa phải, không làm triệt tiêu giá trị của các tính trạng có lợi.
- Gen trội có hại được biểu hiện muộn trong vòng đời. Nhừng gen trội có hại biểu hiện ra kiểu hình ở giai đoạn muộn, sau khi các cá thể đã sinh sản thì vẫn có thể truyền lại cho đời sau.
Câu 5. Tại sao các quần thể sinh vật trong tự nhiên luôn chịu tác động của chọn lọc tự nhiên nhưng nguồn biến dị di truyền của quần thể vẫn rất đa dạng mà không bị cạn kiệt?
Lời giải
- Đột biến lặn mặc dù có hại nhưng vẫn được duy trì ở trạng thái dị hợp tử từ thế hệ này sang thế hệ khác, sau đó qua sinh sản hữu tính được tổ hợp lại tạo ra nhiều biến dị tổ hợp. Một số gen lặn có hại
trong tổ hợp gen nhất định bị các gen khác át chế có thể không được biểu hiện hoặc có được biểu hiện nhưng gặp môi trường mới lại trở nên có lợi bổ sung nguồn biến dị cho chọn lọc tự nhiên.
- Nhiều đột biến xuất hiện là đột biến trung tính. Một gen có thể trung tính, không chịu tác động của chọn lọc tự nhiên trong môi trường này nhưng trong môi trường khác có thể lại trở nên có lợi.
- Chọn lọc ủng hộ các cá thể có kiểu gen dị hợp. Khi cá thể dị hợp tử có sức sống và khả năng sinh sản cao hơn các cá thể đồng hợp tử thì alen có hại vẫn được duy trì trong quần thể ở mức độ cân bằng nhất định.
- Chọn lọc phụ thuộc vào tần số khiến tần số các kiểu gen luôn dao động quanh một giá trị cân bằng nhất định. Khi tần sô kiểu hình nhất định duy trì ở mức độ thấp thì có ưu thê chọn lọc, còn khi gia tăng quá mức lại bị chọn lọc tự nhiên đào thải xuông mức độ thâp đến chừng nào lấy lại được ưu thế chọn lọc.
Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Lý thuyết ôn tập Học thuyết tiến hóa hiện đại Sinh học 12. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:
Chúc các em học tập tốt !
