BÀI 17. THUYẾT TIẾN HOÁ TỔNG HỢP HIỆN ĐẠI (PHẦN 1)
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 17. THUYẾT TIẾN HOÁ TỔNG HỢP HIỆN ĐẠI (PHẦN 1)
Khởi động
Giới thiệu bài
Ảnh
Giới thiệu bài
Mục tiêu
Ảnh
Mục tiêu:
Nêu được khái niệm tiến hóa nhỏ và quần thể là đơn vị tiến hóa nhỏ. Trình bày được các nhân tố tiến hóa (đột biến, dòng gene, chọn lọc tự nhiên, phiêu bạt di truyền, giao phối không ngẫu nhiên). Phát triển được khái niệm thích nghi và trình bày được cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi. Giải thích được các đặc điểm thích nghi chỉ hợp lí tương đối. Lấy được ví dụ minh họa.
Khởi động
Ảnh
Khởi động
Dựa vào định luật Hardy - Weinberg, hãy dự đoán các nhân tố nào có thể ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng di truyền của quần thể?
Tiến hóa nhỏ
1. Khái niệm
Ảnh
1. Khái niệm:
+ Tiến hóa là quá trình biến đổi ở sinh vật qua các thế hệ, trong đó thế hệ sau được tạo thành kế thừa các đặc điểm đã có ở tổ tiên và hình thành các đơn vị phân loại với đặc điểm mới. Các biến đổi đóng góp vào quá trình tiến hóa có thể xảy ra ở mọi mức độ tổ chức sống, từ trình tự DNA đến các đặc điểm hình thái, giải phẫu, tập tính của sinh vật. + Tiến hóa nhỏ là quá trình tiến hóa xảy ra ở phạm vi quần thể, làm thay đổi tần số al-lele, tần số kiểu gene của quần thể qua các thế hệ.
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Tại sao biến đổi về tần số allele, tần số kiểu gene ở phạm vi quần thể là cơ sở của quá trình tiến hoá của sinh vật?
Trả lời: + Những biến đổi về tần số allele, tần số kiểu gene ở phạm vi quần thể khi trải qua thời gian đủ dài sẽ được tích luỹ, tạo nên các quần thể biến đổi đáng kể so với quần thể ban đầu.
2. Quần thể là đơn vị tiến hóa nhỏ
Ảnh
2. Quần thể là đơn vị tiến hóa nhỏ:
+ Mỗi cá thể chỉ tồn tại trong thời gian sống của riêng nó. Mặc dù biến dị tồn tại ở cá thể nhưng chỉ khi biến dị được di truyền qua các thế hệ mới trở thành nguyên liệu cho quá trình tiến hóa. + Quần thể là đơn vị tồn tại của loài trong tự nhiên. Trong phạm vi quần thể, quá trình giao phối giữa cá thể dực và cá thể cái làm biến dị tổ hợp được phát tán. Các đặc trưng di truyền của quần thể được duy trì trong một thời gian xác định. Bản chất của tiến hóa nhỏ là quá trình làm thay đổi vốn gene, thể hiện sự thay đổi tần số allele và tần số kiểu gene, dẫn đến thay đổi đặc trưa di truyền của quần thể qua các thế hệ.
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Tại sao quần thể là đơn vị tiến hoá nhỏ?
Trả lời: + Quần thể là đơn vị tiến hoá nhỏ vì quần thể là đơn vị tồn tại, sinh sản của loài trong tự nhiên, đa hình về kiểu gen và kiểu hình, cấu trúc di truyền ổn định, cách ly tương đối với các quần thể khác trong loài, có khả năng biến đổi vốn gen dưới tác dụng của các nhân tố tiến hoá.
Các nhân tố tiến hóa
Các nhân tố tiến hóa
Ảnh
Các nhân tố tiến hóa:
Các nhân tố làm thay đổi tần số allele hoặc tần số kiểu gene trong quần thể được gọi là nhân tố tiến hóa, bao gồm: đột biến dòng gene, phiêu bạt di truyền, giao phối không ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên. Trải qua thời gian đủ dài, những nhân tố này tạo ra sự khác biệt đủ lớn vê cấu trúc di truyền giữa các quần thể và đóng góp vào quá trình tiến hóa của quần thể.
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Trình bày vai trò của các nhân tố tiến hoá và nêu ví dụ minh hoạ?
Trả lời: + Vai trò: làm thay đổi tần số allele hoặc tần số kiểu gene trong quần thể. Trải qua thời gian đủ dài, những nhân tố này tạo ra sự khác biệt đủ lớn về cấu trúc di truyền giữa các quần thể. Các cá thể ở quần thể này không sinh sản với các cá thể ở quần thể khác của cùng loài và hình thành loài mới.
- Đột biến
Ảnh
Đột biến:
+ Đột biến gây biến đổi allele này thành allele khác hoặc tạo ra các allele mới, làm thay đổi tần số allele của quần thể. Mặc dù tần số đột biến tự phát rất nhỏ nhưng số lượng gene, kích thước DNA của hệ gene rất lớn, trải qua nhiều thế hệ, đột biến được tích lũy và tác động đáng kể đối với cấu trúc di truyền của quần thể. + Đột biến là nguồn nguyên liệu sơ cấp cho quá trình tiến hóa. Các đột biến có thể được di truyền qua các thế hệ, phát tán trong quần thể và thông qua giao phối hình thành biến dị tổ hợp - nguyên liệu thứ cấp cho tiến hóa. Đột biến trung tính là các đột biến không có lợi, không có hại, không làm thay đổi khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật.
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Sự phát sinh đột biến có tính định hướng hay vô hướng đối với khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật?
Trả lời: + Sự phát sinh đột biến có tính vô hướng đối với khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật.
- Dòng gene
Ảnh
Dòng gene:
+ Dòng gene là hiện tượng trao đổi vốn gene giữa các quần thể. Dòng gene có thể làm thay đổi vốn gene của quần thể nhận khi các cá thể di cư sinh sản thành công với các cá thể của quần thể nhận. Dòng gene xảy ra phổ biến trong tự nhiên. Tác động của dòng gene phụ thuộc tỉ lệ di cư, khả năng di duyền allele từ các cá thể di cư sang thế hệ tiếp theo và sự khác biệt tần số allele giữa hai quần thể. Cách li địa lí và các biến động địa chất có thể làm giảm tác động của dòng gene. + Do hiện tượng dòng gene, các quần thể có sự trao đổi vốn gene với nhau nên có tần số allele tương tự nhau. Di cư cũng có thể làm tăng mức độ đa dạng di truyền của một quần thể do có thể đưa một allele mới từ quần thể khác lân cận.
- Phiêu bạt di truyền
Ảnh
Phiêu bạt di truyền:
Phiêu bạt di truyền là sự thay đổi tần số allele của quần thể qua các thế hệ do tác động của các yếu tố ngẫu nhiên làm giảm số lượng cá thể của quần thể. Các hiện tượng thiên tai như động đất, sự phun trào núi lửa, hạn hán hoặc sự phát tán cá thể đến nơi ở mới,...có thể gây nên phiêu bạt di truyền. Hai trường hợp điển hình dẫn tới phiêu bạt di truyền tron tự nhiên là hiệu ứng cổ chai và hiệu ứng sáng lập.
- Hiệu ứng cổ chai
Ảnh
Hiệu ứng cổ chai:
Hiệu ứng cổ chai là hiện tượng số lượng cá thể của quần thể giảm đột ngột bới các yếu tố như thiên tai; nạn săn bắt, khai thác quá mức. Dưới tác động đó, sự sống sót hoặc chết của các cá thể xảy ra ngẫu nhiên, không liên quan đến khả năng sinh sản hoặc thích nghi của sinh vật với môi trường. Quần thể thế hệ mới hình thành từ các cá thể còn sống sót sau giai đoạn "cổ chai" có cấu trúc di truyền khác so với quần thể ban đầu (hình 17.1).
Hình 17.1
Ảnh
Ảnh
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Dựa vào hình 17.1, hãy mô tả sự kiện "cổ chai" và tác động của sự kiện này đến cấu trúc di truyền của quần thể?
Trả lời: + Hiệu ứng cổ chai là hiện tượng số lượng cá thể của quần thể giảm đột ngột bởi các yếu tố như thiên tai; nạn săn bắt, khai thác quá mức. Dưới tác động đó, sự sống sót hoặc chết của các cá thể xảy ra ngẫu nhiên, không liên quan đến khả năng sinh sản hoặc thích nghi của sinh vật với môi trường. Quần thể thế hệ mới hình thành từ các cá thể còn sống sót sau giai đoạn "cổ chai" có cấu trúc di truyền khác so với quần thể ban đầu.
- Hiệu ứng sáng lập
Ảnh
Hiệu ứng sáng lập:
Hiệu ứng sáng lập xảy ra khi một nhóm nhỏ các cá thể tách khỏi quần thể lớn ban đầu, di cư và thiết lập một quần thể ở vị trí phân bố mới. Do kích thước nhỏ và bị cách li địa lí, quần thể chịu tác động mạnh của phiêu bạt di truyền. Ví dụ: Một quần thể người ở khu vực Trung Đông có tần số allele đột biến ở các gene BRCA1 và BRCA2 cao hơn so với các quần thể tại các khu vực khác trên thế giới, làm tăng tỉ lệ người mắc ung thư vú và ung thư buồng trứng. Đây được cho là hệ quả của hiệu ứng sáng lập xảy ra khoảng 600 - 800 năm trước.
- Ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền đối với quần thể
Ảnh
Ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền đối với quần thể:
Phiêu bạt di truyền làm giảm mức biến dị trong quần thể. Mức ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền phụ thuộc vào kích thước quần thể (hình 17.2). Ở quần thể kích thước nhỏ, khả năng cố định allele và mức giao phối gần cao, tần số kiểu gene dị hợp tử của quần thể giảm đi theo thời gian, phiêu bạt di truyền có thể ngẫu nhiên làm mất một allele (tần số bằng 0) hay cố định một allele (tần số bằng 1) sau nhiều thế hệ.
Hình 17.2
Ảnh
Ảnh
- Giao phối không ngẫu nhiên
Ảnh
Giao phối không ngẫu nhiên:
Trong tự nhiên, quần thể giao phối không ngẫu nhiên là phổ biến và các quần thể hoàn toàn ngẫu phối là hiếm gặp. Giao phối không ngẫu nhiên gồm giao phối có lựa chọn, giao phối gần (giao phối giữa các cá thể có quan hệ họ hàng, hay giao phối cận huyết; tự thụ phấn hình thành thế hệ con hoàn toàn không ngẫu nhiên, do cá thể con hình thành từ thụ tinh giữa giao tử đực và giao tử cái của cùng một cá thể). Nhìn chung, giao phối không ngẫu nhiên không trực tếp làm thay đổi tần số allele của quần thể nhưng có thể làm giảm tần số hiểu gene dị hợp tử và tăng tần số kiểu gene đồng hợp tử sau nhiều thế hệ.
Tình huống
Ảnh
Câu hỏi: Vì sao giao phối không ngẫu nhiên là một nhân tố tiến hoá?
Trả lời: + Vì giao phối không ngẫu nhiên không trực tiếp làm thay đổi tần số allele của quần thể nhưng có thể làm giảm tần số kiểu gene dị hợp tử và tăng tần số kiểu gene đồng hợp tử sau nhiều thế hệ.
- Chọn lọc tự nhiên
Ảnh
Chọn lọc tự nhiên:
+ Chọn lọc tự nhiên là quá trình mà nhờ đó tần số allele có lợi đối với sinh vật tăng lên trong quần thể qua thời gian dó các cá thể mang allele đó có khả năng sống sót và sinh sản thành công cao hơn các cá thể khác. + Chọn lọc tự nhiên xảy ra trên cơ sở các đặc tính biến dị, di truyền và phân hóa khả năng sống sót, sinh sản của các cá thể trong quần thể. Dưới tác động trực tiếp của chọn lọc tự nhiên lên kiểu hình, ở môi trường xác định, biến dị có lợi dần chiếm ưu thế, biến dị có hại bị đào thải.
Hình 17.3
Ảnh
Ảnh
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Một quần thể bướm đêm trong khu rừng với nhiều cây bạch dương có thân gỗ màu trắng. Bướm đêm là nguồn thức ăn của nhiều loài chim, động vật có vú và côn trùng khác. Các con bướm chủ yếu có màu trắng ngà, một số ít có cánh màu sẫm. Khi khói bụi từ khu công nghiệp ở vùng lân cận làm thân cây bạch dương phủ màu bụi sẫm, các con bướm có màu trắng ngà dễ bị phát hiện và bị ăn thịt. Qua thời gian dài, quần thể bướm đêm ở khu vực này có sự thay đổi về các tần số kiểu hình màu sắc thân (hình 17.3). Dựa vào các thông tin nêu trên, hãy cho biết các yếu tố đóng góp vào sự thay đổi tần số kiểu hình màu sắc của bướm đêm?
Trả lời: + Các yếu tố đóng góp vào sự thay đổi tần số kiểu hình màu sắc của bướm đêm: khói bụi, đột biến, động vật ăn bướm đêm.
Đặc điểm thích nghi
1. Khái niệm
Ảnh
1. Khái niệm:
+ Đặc điểm thích nghi là những đặc điểm của sinh vật phù hợp với môi trường sống, nhờ đó sinh vật có thể sống sót và sinh sản thành công hơn những sinh vật không mang đặc điểm đó (hình 17.4). + Thích nghi là quá trình thay đổi đặc tính di truyền, dẫn tới thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể dưới tác động của chọn lọc tự nhiên. Kết quả của quá trình này là sự hình thành quần thể với các cá thể mang đặc điểm có lợi hơn về mặt chọn lọc chiếm ưu thế.
Hình 17.4
Ảnh
Ảnh
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Quan sát hình 17.4 và trả lời câu hỏi: Màu sắc thân của thần lần và rắn vua, hình dạng và màu sắc của hoa lan mang lại lợi ích gì đối với mỗi nhóm sinh vật đó?
Trả lời: + Lợi ích: giúp sinh vật thích nghi với môi trường sống, tăng khả năng sống sót.
Tình huống
Ảnh
Câu hỏi: Lấy thêm ví dụ về sự hình thành một số giống giống cây trồng, vật nuôi nhờ chọn lọc nhân tạo?
Trả lời: + Ví dụ về sự hình thành một số giống giống cây trồng, vật nuôi nhờ chọn lọc nhân tạo: sự hfnh thành nhiều giống cải khác nhau từ cây cải dại, một số giống bồ câu khác nhau hình thành từ bồ câu núi.
2. Cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi
Ảnh
2. Cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi:
+ Quá trình chọn lọc tự nhiên tác động lên các biến dị di truyền dẫn tới hình thành đặc điểm thích nghi ở sinh vật trong những môi trường xác định. Cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi như sau: Trong quần thể, đột biến phát sinh ngẫu nhiên ở các cá thể, trong đó các đột biến tạo nên biến dị về kiểu hình (hình thái, cấu trúc, tập tính,...) ở sinh vật. Thông qua sinh sản, các biến dị di truyền và được phát tán trong quần thể. Ở những môi trường xác định, các biến dị thể hiện sự phân hóa về khả năng sống sót nhiều hơn, sinh sản thành công hơn. Kiểu hình giúp sinh vật sống sót và sinh sản tốt hơn ngày càng phổ biến trong quần thể, trở thành đặc điểm thích nghi ở môi trường sống .
Câu hỏi
Ảnh
Câu hỏi: Hãy nêu một số ví dụ về đặc điểm thích nghi ở sinh vật?
Trả lời: + Ví dụ: cây xương rồng có lá bị tiêu biến thành gai, gấu bắc cực có màu lông trắng, cây rụng lá vào mùa thu đông,....
3. Tính hợp lí tương đối của đặc điểm thích nghi
Ảnh
3. Tính hợp lí tương đối của đặc điểm thích nghi:
+ Do môi trường sống và sinh vật luôn thay đổi theo thời gian và không gian, một đặc điểm là thích nghi ở môi trường này nhưng có thể không còn là đặc điểm thích nghi ở môi trường khác. + Cơ thể sinh vật là tổng hòa của nhiều đặc điểm, các cấu trúc thực hiện các chức năng khác nhau. Tính hợp lí tương đối của đặc điểm thích nghi còn liên quan đến sự "thỏa hiệp" - đặc điểm thích nghi đối với chức năng này có thể làm giảm mức thích nghi đối với chức năng khác. Do đó đặc điểm thích nghi không thể đạt mức độ tối ưu.
Tình huống
Ảnh
Câu hỏi: Tại sao nhiều động vật có vú như hổ, báo, sư tử,... có lớp lông mao bao phủ cơ thể nhưng động vật có vú sống ở nước như cá voi không có đặc điểm đó?
Trả lời: + Do lớp lông mao gần như không có tác dụng gì đối với động vật có vú dưới nước, ngược lại còn tạo ra một số bất lợi như làm cơ thể nặng nề, giảm tốc độ bơi,... nên đặc điểm này không xuất hiện ở động vật có vú dưới nước.
Luyện tập
Bài 1
Bài tập trắc nghiệm
Kết thúc quá trình tiến hoá nhỏ?
A. Hình thành loài mới.
B. Hình thành các kiểu gen thích nghi.
C. Hình thành các nhóm phân loại.
D. Hình thành các đặc điểm thích nghi.
Bài 2
Bài tập trắc nghiệm
Nhận định nào sau đây là không đúng?
A. Mỗi cá thể sinh vật là một đơn vị tiến hoá.
B. Trong tự nhiên, đơn vị tồn tại của loài là quần thể.
C. Nguyên liệu của quá trình tiến hoá là biến dị di truyền.
D. Đơn vị của quá trình tiến hoá nhỏ là quần thể.
Bài 3
Bài tập trắc nghiệm
Trong các nhân tố tiến hoá sau đây, nhân tố nào không làm thay đổi tần số allele của quần thể?
A. Đột biến.
B. Chọn lọc tự nhiên.
C. Phiêu bạt di truyền.
D. Giao phối không ngẫu nhiên.
Vận dụng
Vận dụng
Ảnh
Vận dụng
Ở quần đảo Galápagos thuộc vùng Trung Mỹ, loài chim sẻ Geospiza fortis có kích thước mỏ đa dạng và phù hợp với các loại hạt cây mà chúng ăn: chim sẻ có mỏ nhỏ thường ăn hạt nhỏ, mềm; chim sẻ có mỏ lớn ăn các hạt to, cứng. Trong một nghiên cứu, kích thước mỏ trung bình của quần thể chim sẻ đo được năm 1976 là 9,4 mm. Năm 1977, một đợt hạn hán kéo dài làm phần lớn các cây có hạt nhỏ, mềm bị chết do chịu hạn kém. Trong thời gian đó, khoảng 80% chim sẻ bị chết, chủ yếu là chim ăn hạt nhỏ, mềm có mỏ nhỏ. Đến năm 1978, quần thể chim sẻ này có kích thước mỏ trung bình là 10,2 mm. Hãy phân tích ví dụ nêu trên để chứng minh: a) Tiến hoá đang xảy ra ở quần thể chim sẻ ở đảo và đơn vị tiến hoá là quần thể. b) Chim sẻ có đặc điểm thích nghi liên quan đến kích thước mỏ và đặc điểm thích nghi này có tính hợp lí tương đối. c) Nếu hiện tượng mưa nhiều xuất hiện trở lại ở khu vực này, hãy dự đoán đặc điểm kích thước mỏ chim sẻ ở quần đảo này sau đó một vài năm.
Cảm ơn
Ảnh