Các Học Thuyết Tiến Hóa - Hình Thành Loài Mới - Sinh Học 12

CÁC HỌC THUYẾT TIẾN HÓA

1. Học thuyết tiến hóa của Đacuyn

- Tóm tắt nội dung học thuyết của Đacuyn:

+ Tất cả các loài luôn có xu hướng sinh ra một số lượng con nhiều hơn so với số con có thể sống sót đến tuổi sinh sản.

+ Các cá thể của cùng một bố mẹ ít nhiều vẫn có những đặc điểm khác biệt nhau, Đacuyn gọi đây là biến dị cá thể

+ Trong cuộc đấu tranh sinh tồn, những cá thể nào mang các biến dị di truyền giúp chúng thích nghi tốt hơn thì sẽ có khả năng sống sót và sinh sản cao hơn cá thể khác nên chúng sẽ để lại nhiều con hơn cho quần thể.

- Như vậy, quan điểm của Đácuyn về chọn lọc tự nhiên (CLTN) :

+ Đối tượng của CLTN: Là cá thể sinh vật.

+ Nguyên liệu của CLTN: Là biến dị cá thể.

+ Động lực của CLTN: Là quá trình đấu tranh sinh tồn, sinh vật phải đấu tranh để tồn tại.

+ Kết quả của CLTN: → tạo nên loài sinh vật có các đặc điểm thích nghi với môi trường.

Như vậy thực chất của CLTN là sự phân hóa khả năng sống sót và khả năng sinh sản của các cá thể trong quần thể.

2. Học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại

2.1. Quan điểm tiến hóa: Bao gồm 2 quá trình

A. Tiến hóa nhỏ: Là quá trình diễn ra trên quy mô quần thể và diễn biến không ngừng dưới tác động của các nhân tố tiến hóa, làm biến đổi biến đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể tạo quần thể mới cách li sinh sản với quần thể gốc và hình thành loài mới.

B. Tiến hóa lớn: Là quá trình biến đổi trên quy mô lớn, trải qua hàng triệu năm, hình thành các nhóm phân loại trên loài (chi, họ, bộ, lớp, ngành). Hình thành loài mới được xem là ranh giới giữa tiến hóa lớn và tiến hóa nhỏ.

2.2 Nguồn biến dị di truyền của quần thể:

Một quần thể sẽ không thể tiến hóa nếu quần thể đó không có các biến dị di truyền. Các biến dị di truyền của quần thể được phát sinh từ 3 nguồn:

+Đột biến cung cấp nguồn biến dị sơ cấp.

+ Biến dị tổ hợp (biến dị thứ cấp) do phát sinh trong quá trình giao phối, các alen tổ hợp ngẫu nhiên tạo nên các kiểu gen khác nhau.

+ Di nhập gen từ quần thể khác vào.

3. Các nhân tố tiến hóa:

A. Đột biến

- Quá trình đột biến làm phát sinh các đột biến NST và đột biến gen là nguồn nguyên liệu sơ cấp cho tiến hóa trong đó đột biến gen là nguyên liệu chính.

- Đột biến gen làm phát sinh các alen mới, thay đổi tần số các alen trong quần thể. Tần số đột biến của từng gen rất thấp, thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen rất chậm và không đáng kể. → Đột biến làm tăng sự đa dạng di truyền cho quần thể.

B. Di - nhập gen

- Sự lan truyền gen từ quần thể này sang quần thể khác của loài gọi là sự di nhập gen (hay còn được gọi là dòng gen). Sự di nhập gen bao hàm cả nhập cư và di cư.

- Làm thay đổi tần số tương đối các alen và thành phần kiểu gen của quần thể không theo hướng xác định (do mang đến các alen mới, các kiểu gen mới hoặc các alen, các kiểu gen đã có sẵn trong quần thể) → Sự di nhập gen làm tăng sự đa dạng di truyền cho quần thể.

C. Chọn lọc tự nhiên

- Thực chất tác động của CLTN là làm phân hóa khả năng sống sót và khả năng sinh sản của các cơ thể mang các kiểu gen khác nhau trong quần thể. → CLTN làm giảm sự đa dạng di truyền của quần thể.

- Như vậy, CLTN tác động trực tiếp lên kiểu hình của cá thể, gián tiếp làm biến đổi tần số kiểu gen của quần thể dẫn đến làm thay đổi tần số các alen.

- Khi môi trường thay đổi theo một hướng xác định thì CLTN sẽ làm biến đổi tần số alen theo một hướng xác định, định hướng quá trình tiến hóa → CLTN là nhân tố tiến hóa có hướng.

+ Nếu là chọn lọc chống alen trội: Thay đổi nhanh chóng tần số alen và sau một thời gian sẽ đào thải hết alen trội ra khỏi quần thể.

+ Nếu là chọn lọc chống alen lặn: Làm thay đổi tần số alen chậm hơn do alen lặn không biểu hiện ở trạng thái dị hợp và không bao giờ đào thải hết alen lặn ra khỏi quần thể.

* Như vậy kết quả của chọn lọc tự nhiên là hình thành nên quần thể có nhiều cá thể mang các kiểu gen quy định các đặc điểm thích nghi với môi trường → từ đó hình thành nên quần thể thích nghi.

* Quá trình hình thành quần thể thích nghi:

+ Các nhân tố tiến hóa tác động thay đổi tần số alen TPKG của quần thê. Lúc bấy giờ môi trường sẽ đóng vai trò sàng lọc những cá thể có kiểu hình thích nghi trong số rất nhiều kiểu hình có sẵn trong quần thể, qua thời gian thì alen thích nghi ngày càng phổ biến ở những thế hệ tiếp theo. Như vậy môi trường không tạo ra các đặc điểm thích nghi.

+ Quá trình hình thành quần thể thích nghi nhanh hay chậm phụ thuộc vào 3 yếu tố: Khả năng phát sinh và tích lũy các đột biến của quần thể; áp lực của CLTN và tốc độ sinh sản của loài.

+ Các đặc điểm thích nghi của quần thể cũng chỉ mang tính tương đối vì trong môi trường này thì nó có thể thích nghi nhưng trong môi trường khác lại không thích nghi.

D. Các yếu tố ngẫu nhiên

- Tần số tương đối của các alen trong 1 quần thể có thể thay đổi đột ngột do các yếu tố ngẫu nhiên, còn được gọi là biến động di truyền hay phiêu bạt di truyền.

- Biến đổi tần số alen do yếu tố ngẫu nhiên có một số đặc điểm:

+ Thay đổi tần số alen không theo hướng xác định.

+ Alen có lợi vẫn có thể bị loại bỏ còn alen có hại lại trở nên phổ biến.

+ Làm giảm sự đa dạng di truyền cho quần thể.

E. Giao phối không ngẫu nhiên (giao phối có chọn lọc, giao phối gần và tự thụ)

- Đây là nhân tố tiến hóa không làm thay đổi tần số alen của quần thể nhưng làm thay đổi tần số kiểu gen quần thể theo hướng tăng dần số kiểu gen đồng hợp và giảm dần số kiểu gen dị hợp qua các thế hệ → Giao phối không ngẫu nhiên làm giảm sự đa dạng di truyền cho quần thể.

- Lưu ý: Giao phối ngẫu nhiên (ngẫu phối) là nhân tố có vai trò quan trọng trong tiến hóa vì nó tạo ra các biến dị tổ hợp nguồn nguyên liệu thứ cấp của chọn lọc tự nhiên, nhưng không được xem là nhân tố tiến hóa vì nó làm cho quần thể đi đến trạng thái cân bằng.

III. LOÀI SINH HỌC

- Khái niệm: Loài là một hoặc một nhóm quần thể gồm các cá thể:

+ Có những tính trạng chung về hình thái, sinh lý, sinh hóa.

+ Có khu phân bố xác định.

+ Có khả năng giao phối với nhau sinh ra đời con có sức sống và có khả năng sinh sản.

+ Cách ly sinh sản với những nhóm quần thể thuộc loài khác.

- Các tiêu chuẩn để phân biệt hai quần thể thuộc hai loài khác nhau:

+ Tiêu chuẩn hình thái: Giữa 2 loài khác nhau có sự khác biệt về mặt hình thái.

+ Tiêu chuẩn sinh lý - hóa sinh: Được sử dụng nhiều ở vi khuẩn.

+ Tiêu chuẩn địa lý và sinh thái: Độ tin cậy thấp.

+ Tiêu chuẩn cách ly sinh sản: Đây là tiêu chuẩn chính xác nhất đối với hai loài giao phối.

Giữa các loài có cơ chế cách li sinh sản bao gồm cách li trước hợp tử và cách li sau hợp tử.

+ Cách ly trước hợp tử: Là các trở ngại ngăn cản sinh vật giao phối với nhau chẳng hạn như có nơi ở khác nhau hoặc có sự chênh lệch về mùa sinh sản hoặc sự khác nhau về tập tính giao phối hoặc sự không tương hợp về cơ quan sinh sản.

+ Cách ly sau hợp tử: Là các trở ngại ngăn cản việc tạo ra con lai hoặc ngăn cản việc tạo ra con lai hữu thụ: Con lai không có sức sống hoặc con lai giảm khả năng sinh sản, thậm chí bất thụ hoàn toàn (do khác biệt về cấu trúc di truyền nên con lai giảm phân không bình thường, tạo ra giao tử bị mất cân bằng gen).

IV. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LOÀI MỚI

1. Hình thành loài khác khu vực địa lý:

- Cách li địa lí là những trở ngại địa lí như sông, núi, biển.. giúp ngăn cản các cá thể của các quần thể cùng loài gặp gỡ và giao phối với nhau.

- Quá trình hình thành loài mới diễn ra như sau:

+ Quần thể ban đầu →nhiều quần thể nhỏ cách li với nhau.

+ Những QT nhỏ sống trong điều kiện khác nhau được CLTN và các nhân tố tiến hóa tác động theo những hướng khác nhau → làm biến đổi tần số alen, thành phần kiểu gen theo các hướng khác nhau.

+ Sự sai khác vốn gen giữa các quần thể càng lúc càng khác biệt và đến một lúc nào đó sẽ xuất hiện các trở ngại dẫn đến cách li sinh sản → hình thành loài mới.

- Như vậy chính các nhân tố tiến hóa mới có vai trò tạo ra sự khác biệt về vốn gen giữa các quần thể còn cách li địa lí chỉ có vai trò duy trì sự khác biệt đó.

- Hình thành loài bằng cách li địa lí thường xảy ra 1 cách chậm chạp qua nhiều dạng trung gian chuyển tiếp

Và thường xảy ra với những loài động vật, thực vật có khả năng phát tán mạnh.

2. Hình thành loài cùng khu vực địa lí

Bao gồm hình thành loài bằng cách li tập tính (cách li về tập tính giao phối) và cách li sinh thái (cùng một nơi ở nhưng khác ổ sinh thái).

a. Hình thành loài bằng cách li tập tính.

+ Các cá thể của 1 quần thể do đột biến có được kiểu gen nhất định làm thay đổi một số đặc điểm liên quan tới tập tính giao phối thì những cá thể đó có xu hướng giao phối với nhau tạo nên quần thể cách li với quần thể gốc.

+ Lâu dần do giao phối không ngẫu nhiên và các NTTH tác động dẫn đến cách li sinh sản và dần sẽ hình thành loài mới.

Hình thành loài bằng cách li sinh thái.

+ Hai quần thể cùng một loài sống trong một khu vực địa lí nhưng ở 2 ổ sinh thái khác nhau thì lâu dần các nhân tố tiến hóa tác động làm phân hóa vốn gen của 2 quần thể đến một lúc nào đó làm xuất hiện sự cách li sinh sản thì loài mới hình thành. Do các cá thể sống trong cùng sinh cảnh thường giao phối với nhau, ít giao phối với các cá thể thuộc sinh cảnh khác trong cùng khu vực địa lí.

+ Hình thành loài bằng cách lí sinh thái thường xảy ra đối với thực vật và các loài động vật ít di chuyển.

3. Hình thành loài nhanh bằng lai xa kết hợp với đa bội hóa

Lai xa là phép lai giữa 2 cá thể thuộc 2 loài khác nhau hoặc thuộc các chi, các họ khác nhau, hầu hết cho con lai bất thụ.

Con lai khác loài nếu được đa bội hóa làm cho các NST của mỗi loài đều có NST tương đồng thì chúng có thể sinh sản bình thường. Chúng được xem là loài mới so với loài bố mẹ vì khi lai trở lại với loài bố mẹ thì sẽ cho ra con lai bất thụ.

- > Lai xa kèm đa bội hóa đã hình thành nên loài mới trong cùng khu vực địa lí vì sự sai khác về NST dẫn đến cách li sinh sản.