Chuyên đề Tiến hóa (Cơ bản & Nâng cao)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.01 MB, 21 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

CHUYÊN ĐỀ: TIẾN HÓA Chủ đề 1: BẰNG CHỨNG TIẾN HĨA

− Tiến hóa là sự phát triển có tính kế thừa, là q trình làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của

quần thể.

− Bằng chứng tiến hóa là bằng chứng nói lên nguồn gốc các lồi và mối quan hệ họ hàng giữa các lồi. Có 2

loại bằng chứng tiến hóa:

− Cơ quan thối hóa: là cơ quan tương đồng nhưng nay khơng còn chức năng hoặc chức năng tiêu giảm.

− Cơ quan tương tự: những cơ quan có cùng chức năng nhưng khác nguồn gốc.

▪ Cơ quan tương đồng và cơ quan thối hóa phản ánh tiến hóa phân li: từ một lồi tổ tiên ban đầu,

hình thành nhiều lồi sinh vật khác nhau thích nghi với điều kiện sống khác nhau).

▪ Cơ quan tương tự phản ánh tiến hóa hội tụ: những sinh vật rất xa nhau trong hệ thống phân loại do

sống trong mơi trường giống nhau → có những đặc điểm thích nghi giống nhau - sự đồng quy tính trạng.

Cánh sâu bọ phát triển từ

mặt lưng của phần ngực

Cánh dơi là biến dạng từ chi trước

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

II. BẰNG CHỨNG TẾ BÀO HỌC VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ: 1. Bằng chứng tế bào học:

− Mọi sinh vật đều được cấu tạo từ 1 hoặc nhiều tế bào.

− Học thuyết tế bào cho thấy tính thống nhất của sinh giới nghĩa là mọi sinh vật đều có cùng cấu trúc tế bào. − Sự khác nhau giữa các dạng tế bào: tế bào nhân sơ và nhân thực, tế bào động vật và tế bào thực vật là do

chúng tiến hóa theo những hướng khác nhau. 2. Bằng chứng sinh học phân tử:

− Bằng chứng phân tử nói lên nguồn gốc chung của sinh giới là: o Mọi loài sinh vật đều có vật chất di truyền là DNA o ADN đều được cấu tạo từ 4 loại A, T, G, X

o Protein đều được cấu tạo từ 20 loại amino acid o Các loài đều dùng chung bảng mã di truyền

− Phân tích trình tự axit amin của cùng 1 loại protein hoặc trình tự nucleotit của cùng 1 gen ở các loài cho ta biết mối quan hệ họ hàng giữa các lồi.

− Hóa thạch là di tích của sinh vật để lại trong lớp đất đá của vỏ trái đất ( bộ xương, vết chân… trên đá, xác

sinh vật trong hổ phách, các lớp băng).

− Vai trị của hóa thạch: Cung cấp cho chúng ta những bằng chứng tiến hóa trực tiếp về lịch sử tiến hóa

của sinh giới. Bằng cách xác định tuổi của hóa thạch, người ta có thể biết được lịch sử xuất hiện, phát triển, diệt vong của sinh vật và mối quan hệ giữa các loài.

− Tuổi của hóa thạch được xác định nhờ phân tích đồng vị phóng xạ trong hóa thạch hoặc trong các lớp

đất đá chứa hóa thạch.

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Chủ đề 2: CÁC HỌC THUYẾT TIẾN HÓA ND 1: HỌC THUYẾT TIẾN HÓA DARWIN: 1. Chọn lọc nhân tạo:

 Giải thích:

− Từ loài hoang dại, con người đem về thuần dưỡng, cho sinh sản làm xuất hiện các biến dị cá thể (biến dị di truyền) – các biến dị này có sự sai khác với các cá thể cùng lồi.

− Các biến dị có lợi cho con người được giữ lại. Các biến dị khơng có lợi cho cn người bị loại bỏ. Từ đó tạo nên các giống vật nuôi cây trồng như hiện tại.

o Các biến dị đó có thể khơng có lợi cho sinh vật.

2. Chọn lọc tự nhiên:

 Giải thích:

− Trong mơi trường có các cá thể màu sáng và tối. Loài chim ăn sinh vật này xuất hiện và chỉ các cá thể màu tối mới tránh khỏi sự ăn thịt của chim. Dần dà trong quần thể sinh vật chỉ cịn những cá thể có cơ thể tối màu.

Theo Drawin:

▪ Nguyên nhân tiến hóa: Đấu tranh sinh tồn: Sinh vật đấu tranh với nhau để giành quyền sinh tồn và chống

lại các điều kiện bất lợi.

▪ Cơ chế tiến hóa: Do quá trình chọn lọc tự nhiên.

o CLTN: là q trình sinh vật tích lũy những biến dị di truyền giúp chúng thích nghi tốt (khả năng

sống sót và sinh sản cao) trong cuộc đấu tranh sinh tồn.

o Thực chất, CLTN phân hóa về khả năng sống sót và sinh sản của các cá thể trong quần thể. Nó

giúp duy trì các biến dị có lợi cho sinh vật và đào thải các biến dị khơng có lợi.

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

▪ Kết quả tiến hóa:

− Hình thành đặc điểm thích nghi: Các biến dị phát sinh vô hướng, dưới tác động của chọc lọc tự nhiên,

sự thích nghi đạt được do đào thải các đặc điểm kém thích nghi.

− Hình thành lồi mới: Lồi mới được hình thành qua nhiều dạng trung gian từ 1 loài ban đầu dưới tác

động của CLTN theo con đường phân li tính trạng.

▪ Đơn vị tiến hóa: cá thể

ND 2: HỌC THUYẾT TIẾN HÓA TỔNG HỢP HIỆN ĐẠI:

− Học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại do nhiều nhà khoa học xây dựng, dựa trên cơ chế tiến hóa CLTN

của Drawin và các thành tựu của di truyền học, đặc biệt là di truyền học quần thể.

− Học thuyết tiến hóa hiện đại xem quần thể là đơn vị tiến hóa và tiến hóa là q trình làm thây đổi tần

số alen và thành phần kiểu gen của quần thể.

❖ Các điều kiện để trở thành đơn vị tiến hóa/Vì sao quần thể được xem là đơn vị tiến hóa ?/Cá thể khơng được xem là đơn vị tiến hóa ?

 Một đơn vị tiến hóa phải thỏa 3 điều kiện: o Tồn tại thực trong tự nhiên

o Có tính tồn vẹn trong không gian và thời gian o Biến đổi cấu trúc di truyền qua các thế hệ

 Quần thể là đơn vị tiến hóa cơ sở vì:

− Quần thể l một tổ chức tồn tại trong tự nhiên.

− Chính mối quan hệ sinh sản giữa các cá thể trong quần thể → quần thể có tính tồn vẹn theo thời gian.

− Mỗi quần thể được đặc trưng bởi tần số alen và thành phần KG. Cấu trúc di truyền đó có thể bị biến đổi qua các thế hệ do các nhân tố tiến hóa.

 Cá thể khơng phải đơn vị tiến hóa vì cá thể chỉ tồn tại trong thời gian ngắn, các biến dị di truyền ở cá

thể nếu không được nhân lên trong quần thể thì khơng có ý nghĩa đối với tiến hóa.

1. Tiến hóa nhỏ và tiến hóa lớn:

Nội dung Là quá trình biến đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể dẫn đến cách li sinh sản với quần thể gốc. Kết quả là hình lồi.

Là q trình hình thành các nhóm phân loại trên loài như giới, ngành, lớp, bộ, họ, chi.

Quy mô, thời gian Phạm vi tương đối hẹp, thời gian lịch sử tương đối ngắn

Phạm vi rộng , thời gian lịch sử dài

Cách nghiên cứu Có thể nghiên cứu bằng thực nghiệm Thường chỉ được nghiên cứu gián tiếp qua bằng chứng tiến hóa.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

2. Nguyên liệu tiến hóa:

− Mọi biến dị trong quần thể đều được phát sinh do đột biến – Nguồn nguyên liệu sơ cấp.

− Qua giao phối, tạo ra nhiều kiểu gen khác nhau tạo nên các biến dị tổ hợp – Nguồn nguyên liệu thứ cấp.

− Ngoài ra, nguồn biến dị di truyền của quần thể còn được bổ sung bởi di nhập gen.

 Nhân tố tiến hóa: là các nhân làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể. 1. Đột biến:

− Mặc dù tần số đột biến ở từng gen thấp, khoảng 10-6 → 10-4 nhưng mỗi cá thể sinh vật có nhiều gen và quần thể có nhiều cá thể nên tạo nhiều alen đột biến trên mỗi thế hệ.

− Vai trị chính của đột biến là nguồn nguyên liệu sơ cấp cho tiến hóa.

❖ Vì sao đột biến gen lại là nguyên liệu chủ yếu mà không phải là đột biến NST ?

− Đột biến gen phổ biến hơn vì một cơ thể có nhiều gen và một gen có rất nhiều nucleotide.

− Ít ảnh hưởng đến khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật hơn đột biến NST vì đột biến NST thường ảnh hưởng đến cụm rất nhiều gen.

2. Di nhập gen (dòng gene):

− Là hiện tượng giữa các quần thể có sự trao đổi các cá thể hoặc trao đổi các giao tử với nhau.

− Kết quả: làm phong phú vốn gen của quần thể nếu cá thể nhập cư mang đến những alen mới

hoặc chỉ làm thay đổi tần số kiểu gen của quần thể nếu cá thể nhập cư mang đến những alen đã có sẵn trong quần thể.

− Mức độ thay đổi tần số alen do di nhập gen phụ thuộc vào:

o Tỉ số cá thể di (nhập) cư trên tổng số cá thể ban đầu. o Chêch lệch giữa tần số 2 alen của 2 quần thể.

− Ý nghĩa đối với loài sinh học: Dòng gene là mối liên hệ giữa các quần thể cùng loài; giữ vốn gene của

quần thể khi nó chưa bị ảnh hưởng bởi nhân tố tiến hóa khác.

→ vốn gen được trao đổi liên tục tạo nên sự bảo toàn gen cũ và nếu có đột biến cũng giúp phát tán đột biến để hình thành những đặc điểm thích nghi mới.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

3. Chọn lọc tự nhiên:

− Nội dung: Là q trình phân hóa khả năng sống sót và khả năng sinh sản (mức thành đạt sinh sản) của

các cá thể với kiểu gen khác nhau trong quần thể trước sự tác động của môi trường sống.

− Nguyên liệu: biến dị di truyền.

− Đặc điểm tác động: CLTN tác động trực tiếp lên kiểu hình và gián tiếp làm thay đổi tần số alen và thành

phần kiểu gen của quần thể.

− Vai trò: quy định chiều hướng tiến hóa, nhịp điệp biến đổi thành phần kiểu gen của quần thể.

+ Chọn lọc chống alen trội: CLTN có thể loại bỏ hoàn toàn alen trội ra khỏi quần thể do alen trội biểu hiện

ra kiểu hình.

+ Chọn lọc chống alen lặn: CLTN khơng thể loại bỏ hồn tồn ra khỏi quần thể do có một phần alen lặn

tồn tại ở trạng thái dị hợp tử. Do đó, khi mơi trường thay đổi, các alen lặn có hại có thể được biểu hiện thành có lợi ở mơi trường mới.

➢ Tóm tắt

− CLTN chỉ sàng lọc giữ lại các cá thể có kiểu gen quy định kiểu hình thích nghi mà khơng tạo ra kiểu gen

thích nghi (Vai trị tạo ra kiểu gen thích nghi là của đột biến và giao phối ngẫu nhiên).

− CLTN tác động lên alen trội nhanh hơn đối với alen lặn và alen lặn khơng bao giờ được loại bỏ hồn tồn khỏi quần thể.

− CLTN có thể làm giảm đa dạng di truyền của quần thể trong trường hợp chọn lọc vận động và chọn lọc ổn định.

− CLTN không tác động đối với từng gen riêng rẽ mà tác động đối với toàn bộ kiểu gen.

− CLTN vừa tác động đối với từng cá thể, vừa tác động đối với cả quần thể. Trong đó chủ yếu là quần thể, quần thể có vốn gen thích nghi hơn sẽ thay thế những quần thể kém thích nghi.

 Các loại chọn lọc (nâng cao): Chọn lọc ổn định (Stabilizing Selection)

Chọn lọc vân động (Directional selection)

Chọn lọc phân hóa (Disruptive Selection) Nguyên

nhân

Do điều kiện sống ổn định, không thay đổi qua nhiều thế hệ.

Do điều kiện sống thay đổi theo một chiều hướng nhất định.

Do điều kiện sống thay đổi nhiều, không đồng nhất.

Đặc điểm

Bảo tồn những cá thể có kiểu hình trung bình và đào thải các cá thể có kiểu hình cực đoan (chếch xa mức trung bình)

Chọn lọc diễn ra theo 1 hướng xác định, kiểu hình cực đoan được ưu thế chọn lọc.

Chọn lọc diễn ra theo một số hướng, trong mỗi hướng hình thành nhóm cá thể thích nghi với hướng chọn lọc. Phần lớn đào thải các cá thể có kiểu hình trung gian

Kết quả

Kiên định kiểu hình đạt được từ trước đến giờ.

Đặc điểm thích nghi cũ được thay bằng đặc điểm thích nghi mới

Từ 1 quần thể ban đầu phân hóa thành nhiều loại kiểu hình khác nhau

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

VD

Trọng lượng của trẻ sơ sinh nằm trong khoảng 3-4 kg . Những trẻ có trọng lượng lớn hay nhỏ hơn có tỉ lệ tử vong cao hơn.

Trên đảo Kecghelen, có gió mạnh, đã đào thải những cá thể có cánh dài, giữ lại các cá thể có cánh ngắn.

Cá hồi đực ở thái bình dương,

chỉ những cá thể kích thước rất

lớn (hung dữ) và rất nhỏ (ẩn

náu giữa các tảng đá) mới có

cơ hội thụ tinh với cá cái. Cá thể kích thước trung bình khơng cạnh tranh được với 2 dạng kia.

Đường cong phân phối

 Chọn lọc giới tính: là một dạng của chọn lọc tự nhiên, trong đó các cá thể với các tính trạng di truyền

nhất định sẽ có ưu thế hơn trong việc tìm kiếm bạn tình. CLGT dẫn đến hiện tượng lưỡng hình giới

tính – sự sai khác về các tính trạng sinh dục thứ cấp khơng quan trực tiếp đến sinh sản. Sự sai khác này

thường là về kích thước, màu sắc, sự bài trí và tập tính.

o Chọn lọc cùng giới (intrasex selection): là việc chọn lọc trong cùng một giới. Các cá thể thuộc

cùng một giới cạnh tranh nhau trực tiếp để có cơ hội giao phối với con khác giới. Điều này thường

xảy ra ở con đực nhưng một số ít xảy ra với con cái.

VD: Các con công đực trong mùa giao phối sẽ “phô trương” vẻ đẹp của mình thơng qua chiếc đi sặc

sỡ. Cá thể nào có kích thước to, đẹp hơn sẽ giành được cơ hội giao phối với con cái.

o Chọn lọc khác giới (intersex selection): hay còn được gọi là chọn bạn tình, các cá thể cùng một

giới (thường là con cái) chọn bạn tình khác giới. Sự lựa chọn này phụ thuộc vào sự phô trương của con đực về hình thái cơ thể và tập tính.

 Chọn lọc dịng dõi (skin selection):

Ví dụ lồi ong về chọn lọc dịng dõi:

Do cơ chế xác định giới tính theo kiểu đơn bội, lưỡng bội, các con đực sinh ra từ trứng không thụ tinh nên các tinh trùng mà nótạo ra thuộc cùng một loại giống y hệt nhau về mặt di truyền. Tinh trùng này thụ tinh cho

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

trứng của một con ong chúa sẽ tạo ra những con ong cái "siêu chị em" (supersisters). Như vậy, các con ong thợ dù không được tham gia vào quá trình sinh sản, nhiệm vụ truyền đạt gen cho thế hệ sau đã được người "siêu thị em" là con ong chúa đảm nhận. Vậy thì, những con ong thợ dù không trực tiếp sinh sản mà chun hố với chức năng ni dưỡng và bảo vệ đàn ong tốt hơn, tức là đã làm tăng cơ hội truyền gen của chúng cho thế hệ sau thơng qua vai trị của con ong chúa.

 Chọn lọc cân bằng: là kiểu chọn lọc tự nhiên duy trì hai hay nhiều dạng trong quần thể.

o Ưu thế dị hợp tử:

− Là trường hợp thể dị hợp tử một locus nhất định có giá trị thích nghi cao hơn hai đồng hợp tử chúng. Trong trường hợp này, CLTN duy trì ít nhất 2 alen của cùng một locus (dị hợp tử).

− Hướng chọn lọc tùy thuộc vào mối liên hệ giữa kiểu gen và kiểu hình.

VD: Người có kiểu gen dị hợp về bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm có sức

đề kháng cao với bệnh sốt rét → tần alen HbS có thể tăng cao ở vùng sốt rét so với những nơi khác.

o Chọn lọc phụ thuộc tần số:

− Là kiểu chọn lọc đào thải các kiểu hình phổ biến trong quần thể (giá trị thích nghi sẽ giảm nếu tần số kiểu hình tăng).

VD: Một lồi cá ăn vảy ở Châu Phi có hai kiểu miệng tấn công con mồi từ bên trái và bên phải. Con mồi trong

hồ nước sẽ cảnh giác với loại kiểu hình nào phổ biến hơn. Do đó tần số hai loại kiểu hình ln dao động ở mức 50%.

▪ Ví dụ:

Cá thể có kiểu hình trội dại (AA) sinh ra được 100 con, tất cả đều sống sót và sinh sản tạo thế hệ tiếp theo, trong khi đó kiểu hình đột biến lặn aa với số lượng cá thể tương đương đã tạo ra 100 con nhưng chỉ 90 con sống sót và sinh sản, người ta nói rằng, giá trị chọn lọc của alen A là w(A) = 1,0 còn giá trị chọn lọc của alen a là w(a) = 0,9.

𝟎 ≤ 𝒘 ≤ 𝟏

o Hệ số chọn lọc (s):

▪ Hệ số chọn lọc phản ánh sự chênh lệch giá trị thích nghi của 2 alen, phản ánh mức độ ưu thế

của các alen so với nhau trong quá trình chọn lọc tự nhiên. Do đó, hệ số chọn lọc sẽ phản ánh áp lực của chọn lọc với mỗi kiểu gen và được tính tốn từ các giá trị chọn lọc.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

▪ Công thức liên hệ giữa w và s: 𝒘 + 𝒔 = 𝟏

▪ Theo ví dụ trên, hệ số chọn lọc đối với kiểu gen aa là 0,1.

Giải thích: s = 1,0 - 0,9 = 0,1 hay 10 cá thể đã bị chết trong số 100 cá thể được tạo ra, hệ số s = 10/100 = 0,l.

Tất cả các cá thể có kiểu hình trội đều sống sót và sinh sản, hệ số chọn lọc đối với kiểu gen AA và Aa đều bằng 0 (s = 0).

− Chọn lọc phân hóa: Chọn lọc diễn ra theo một số hướng, trong mỗi hướng hình thành nhóm cá thể thích nghi với hướng chọn lọc. Quần thể ban đầu phân hóa thành nhiều kiểu hình khác nhau.

− Chọn lọc cân bằng kiểu 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 cân bằng kiểu chọn lọc phụ thuộc vào tần số: tần số các kiểu gen luôn dao động quanh một

giá trị cân bằng nhất định.

− CLTN chỉ tác động lên những biến dị có sẵn trong quần thể, những biến dị thích nghi nhất cũng khơng phải là hồn hảo vì đột biến mới xuất hiện một cách vô hướng.

− Tiến hóa là sự phát triển có tính kế thừa → Tiến hóa bị hạn chế bởi các trở ngại lịch sử. Các đặc điểm

thích nghi mới được hình thành trên cơ sở các đặc điểm của tổ tiên bị biến đổi.

− Mỗi đặc điểm thích nghi chỉ có lợi trong mơi trường nhất định.

− Ngay cả khi ở trong môi trường phù hợp, một đặc điểm thích nghi cũng có tính “thỏa hiệp’’ nghĩa là dung hịa với những đặc điểm thích nghi khác.

− Chọn lọc tự nhiên, các yếu tố ngẫu nhiên và môi trường luôn tương tác với nhau: Nếu CLTN giữ lại

các alen có lợi và đào thải các alen có hại thì yếu tố ngẫu nhiên có thể làm cho 1 alen có hại trở nên phổ biến.

− Hơn nữa, những kiểu gen xấu nhưng có thể xuất hiện thường biến và tồn tại trong mơi trường thích hợp.

− Phụ thuộc vào chọn lọc chống alen trội hay alen lặn.

− Áp lực của chọn lọc tự nhiên (yếu tố bất lợi của môi trường tác động từ từ., động vật ăn thịt, sinh vật kí sinh, dịch bệnh,…)

− Tốc độ sinh sản của loài.

− Hình thức sinh sản: vơ tính hay hữu tính. − Cấu trúc hệ gen đơn bội hay lưỡng bội.

4. Các yếu tố ngẫu nhiên:

− Các yếu tố ngẫu nhiên như động đất, sóng thần, lũ lụt, dịch bệnh, cháy rừng, …

− Chúng làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể một cách đột ngột gọi là hiện tượng

biến động di truyền.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

 Hiệu ứng kẻ sáng lập: là hiện tượng nhóm cá thể di cư chỉ

ngẫu nhiên mang theo 1 phần trong vốn gen của quần thể gốc và lập thành một quần thể mới.

 Hiệu ứng nút cổ chai: là hiện tượng kích thươc quần thể

giảm quá mức dẫn đến trong quần thể chỉ cịn 1 số ít cá thể sống sót. Một số alen có thể trở nên phố biến trong quần thể, hoặc hiếm gặp, thậm chí là biến mất hồn tồn. Đối với các quần thể có kích thước nhỏ, sẽ gây giảm đa dạng di truyền1

trong một thời gian dài.

 Đặc điểm của phiêu bạt di truyền:

− Tần số alen thay đổi một cách đáng kể đối với quần thể nhỏ. − Phiêu bạt di truyền làm thay đổi tần số alen một cách ngẫu nhiên. − Làm nghèo vốn gen và giảm đa dạng di truyền.

− Alen bất kì có thể được loại bỏ/cố định (cố định alen: tần số = 1): một loại alen bất kì có thể trở nên phổ biến hoặc bị loại bỏ hoàn toàn trong quần thể.

− Kích thước quần thể nhỏ sẽ dễ tác động.

5. Giao phối không ngẫu nhiên:

− Giao phối không ngẫu nhiên gồm các kiểu như: tự thụ phấn, giao phối có chọn lựa,…

− Giao phối không ngẫu nhiên không làm thay đổi tần số alen nhưng lại làm thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể theo hướng tăng tỉ lệ kiểu gen đồng hợp tử và giảm tỉ lệ kiểu gen dị hợp tử.

− Làm nghèo vốn gen quần thể và giảm đa dạng di truyền.

▪ Vai trò của giao phối ngẫu nhiên trong tiến hóa:

− Giao phối ngẫu nhiên khơng phải nhân tố tiến hóa vì khơng làm thay đổi tần số alne và thành phần kiểu gen.

− Giao phối ngẫu nhiên cung cấp nguyên liệu thứ cấp (BDTH).

− Giao phối ngẫu nhiên phát tán đột biến, trung hịa các đột biến có hại, hình thành các tổ hợp gen thích nghi.

</div>