Bài học

Ôn tập — Bằng chứng và cơ chế tiến hoá

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống hoá lại toàn bộ bốn mảng kiến thức của khoá học — bằng chứng tiến hoá, cơ chế Darwin, các nhân tố tiến hoá, ba hình thức chọn lọc — và vận dụng phối hợp chúng để giải hai bài tập tổng hợp, trong đó có một bài tính toán tần số allele.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này không đưa nội dung mới — mọi khái niệm đều đã học ở bốn chương trước (same-grade bridge tới từng bài): bằng chứng tiến hoá, học thuyết Darwin và chọn lọc tự nhiên, các nhân tố tiến hoá, và các hình thức chọn lọc. Nhiệm vụ ở đây là PHỐI HỢP các mảng kiến thức đó trong cùng một bài tập, đúng như một đề kiểm tra hay đề thi tổng hợp thường yêu cầu.

Kiến thức trọng tâm

Năm loại bằng chứng — hoá thạch, giải phẫu so sánh (tương đồng, tương tự, thoái hoá), phôi sinh học, địa lí sinh học, tế bào học và sinh học phân tử — độc lập với nhau nhưng cùng hội tụ về kết luận sinh giới có chung nguồn gốc. Đây là lý do tiến hoá được gọi là một thuyết khoa học, không phải một phỏng đoán.

Bốn luận điểm của Darwin — biến dị, sinh sản thừa, đấu tranh sinh tồn, sống sót và sinh sản có chọn lọc — giải thích vì sao quần thể biến đổi mà không cần sinh vật có mục đích. Biến dị luôn có TRƯỚC áp lực chọn lọc; khác với Lamarck, đặc điểm luyện tập được trong đời một cá thể không di truyền cho đời con.

Năm nhân tố tiến hoá — đột biến, chọn lọc tự nhiên, phiêu bạt di truyền, di – nhập gene, giao phối không ngẫu nhiên — làm thay đổi tần số allele hoặc tần số kiểu gene của quần thể theo những cơ chế khác hẳn nhau. Đơn vị tiến hoá luôn là quần thể, không phải cá thể.

Ba hình thức chọn lọc tự nhiên — định hướng, ổn định, phân hoá — khác nhau ở việc kiểu hình cực đoan nào bị loại bỏ và kiểu hình nào được giữ lại.

Bốn mảng kiến thức nối tiếp nhau theo đúng thứ tự đã học trong khoá.

Ôn lại đúng thuật ngữ đã học ở bốn chương trước — không có khái niệm mới nào trong sơ đồ này.

Bài tập tổng hợp

Ví dụ

Bằng chứng và cơ chế tiến hoá của đề kháng thuốc trừ sâu ở muỗi

1
Muỗi Culex ở một số vùng đã trở nên kháng DDT, một loại thuốc trừ sâu từng dùng phổ biến. Cho biết: (a) trình tự DNA của gene liên quan đến khả năng phân giải DDT ở các quần thể muỗi kháng thuốc rất giống nhau dù các quần thể này sống cách xa nhau; (b) các mẫu muỗi bảo quản từ trước khi DDT được sử dụng lần đầu đã cho thấy một tỉ lệ nhỏ cá thể mang allele kháng thuốc. Hãy xác định loại bằng chứng tiến hoá được nhắc tới ở ý (a), và giải thích hiện tượng đề kháng DDT bằng cơ chế Darwin dựa trên dữ kiện ở ý (b).
Muỗi Culex ở một số vùng đã trở nên kháng DDT, một loại thuốc trừ sâu từng dùng phổ biến. Cho biết: (a) trình tự DNA của gene liên quan đến khả năng phân giải DDT ở các quần thể muỗi kháng thuốc rất giống nhau dù các quần thể này sống cách xa nhau; (b) các mẫu muỗi bảo quản từ trước khi DDT được sử dụng lần đầu đã cho thấy một tỉ lệ nhỏ cá thể mang allele kháng thuốc. Hãy xác định loại bằng chứng tiến hoá được nhắc tới ở ý (a), và giải thích hiện tượng đề kháng DDT bằng cơ chế Darwin dựa trên dữ kiện ở ý (b).
2
Dữ kiện (a) so sánh trực tiếp trình tự DNA giữa các quần thể — đây là bằng chứng sinh học phân tử, đã học ở chương Bằng chứng tiến hoá.
3
Dữ kiện (b) cho thấy allele kháng DDT đã có sẵn trong quần thể muỗi TRƯỚC khi con người dùng DDT — đây là biến dị có sẵn, không phải do DDT 'tạo ra' allele kháng thuốc, đúng luận điểm thứ nhất của Darwin.
4
Khi DDT được phun rộng rãi, nó trở thành áp lực chọn lọc: cá thể không mang allele kháng thuốc phần lớn bị tiêu diệt, cá thể mang allele kháng thuốc sống sót và sinh sản, làm tăng dần tỉ lệ mang allele kháng thuốc trong quần thể qua nhiều thế hệ.
5
Vậy ý (a) là bằng chứng sinh học phân tử; hiện tượng đề kháng DDT ở muỗi là một ví dụ khác của đúng bốn luận điểm Darwin đã học — biến dị có sẵn, sinh sản thừa, đấu tranh sinh tồn dưới áp lực DDT, và sống sót – sinh sản có chọn lọc — không khác gì cơ chế đề kháng kháng sinh ở vi khuẩn đã học ở chương trước.

Ví dụ

Xác định nhân tố tiến hoá và tính tần số allele (dạng đề kiểm tra)

1
Một quần thể sâu bướm có 300 cá thể trưởng thành gồm 40 BB, 100 Bb, 160 bb (B quy định màu xanh lá, trội hoàn toàn so với b quy định màu nâu). Chim ăn sâu bướm dễ phát hiện màu nâu trên nền lá xanh hơn, nên trong một thế hệ, chỉ 25% cá thể bb sống sót tới tuổi sinh sản, trong khi BB và Bb sống sót đầy đủ. (a) Xác định nhân tố tiến hoá đang tác động và hình thức chọn lọc tương ứng. (b) Tính tần số allele B và b của quần thể ngay sau đợt chọn lọc này.
Một quần thể sâu bướm có 300 cá thể trưởng thành gồm 40 BB, 100 Bb, 160 bb (B quy định màu xanh lá, trội hoàn toàn so với b quy định màu nâu). Chim ăn sâu bướm dễ phát hiện màu nâu trên nền lá xanh hơn, nên trong một thế hệ, chỉ 25% cá thể bb sống sót tới tuổi sinh sản, trong khi BB và Bb sống sót đầy đủ. (a) Xác định nhân tố tiến hoá đang tác động và hình thức chọn lọc tương ứng. (b) Tính tần số allele B và b của quần thể ngay sau đợt chọn lọc này.
2
Màu nâu (bb) bị loại bỏ có định hướng vì dễ bị chim phát hiện, còn màu xanh lá (BB, Bb) được giữ lại — đây là chọn lọc tự nhiên, cụ thể là chọn lọc định hướng, vì phân bố kiểu hình dịch hẳn về phía kiểu hình xanh lá.
3
Ta có tổng số cá thể ban đầu là $40 + 100 + 160 = 300$ . Suy ra số allele B $= 2 \times 40 + 100 = 180$ , số allele b $= 100 + 2 \times 160 = 420$ , tổng số allele $= 2 \times 300 = 600$ . Do đó $p_0(B) = 180/600 = 0{,}3$ và $q_0(b) = 420/600 = 0{,}7$ . (1)
Ta có tổng số cá thể ban đầu là $40 + 100 + 160 = 300$. Suy ra số allele B $= 2 \times 40 + 100 = 180$, số allele b $= 100 + 2 \times 160 = 420$, tổng số allele $= 2 \times 300 = 600$. Do đó $p_0(B) = 180/600 = 0{,}3$ và $q_0(b) = 420/600 = 0{,}7$. (1)
4
BB và Bb sống sót đầy đủ (40 và 100 cá thể), bb chỉ sống sót 25%: $160 \times 0{,}25 = 40$ cá thể. Quần thể sau chọn lọc còn $40 + 100 + 40 = 180$ cá thể. (2)
BB và Bb sống sót đầy đủ (40 và 100 cá thể), bb chỉ sống sót 25%: $160 \times 0{,}25 = 40$ cá thể. Quần thể sau chọn lọc còn $40 + 100 + 40 = 180$ cá thể. (2)
5
Từ (2), số allele B $= 2 \times 40 + 100 = 180$ , số allele b $= 100 + 2 \times 40 = 180$ , tổng số allele $= 2 \times 180 = 360$ . Do đó $p_1(B) = 180/360 = 0{,}5$ và $q_1(b) = 180/360 = 0{,}5$ . Kiểm tra: $0{,}3+0{,}7=1$ trước chọn lọc và $0{,}5+0{,}5=1$ sau chọn lọc, cả hai đều khớp điều kiện tổng tần số bằng 1.
Từ (2), số allele B $= 2 \times 40 + 100 = 180$, số allele b $= 100 + 2 \times 40 = 180$, tổng số allele $= 2 \times 180 = 360$. Do đó $p_1(B) = 180/360 = 0{,}5$ và $q_1(b) = 180/360 = 0{,}5$. Kiểm tra: $0{,}3+0{,}7=1$ trước chọn lọc và $0{,}5+0{,}5=1$ sau chọn lọc, cả hai đều khớp điều kiện tổng tần số bằng 1.
6
Vậy nhân tố tác động là chọn lọc tự nhiên, hình thức định hướng; sau một thế hệ chọn lọc, tần số allele B tăng từ $0{,}3$ lên $0{,}5$ , tần số allele b giảm từ $0{,}7$ xuống $0{,}5$ — cùng chiều biến đổi như ví dụ bọ cánh cứng đã học, dù xuất phát từ tần số ban đầu khác nhau.
Vậy nhân tố tác động là chọn lọc tự nhiên, hình thức định hướng; sau một thế hệ chọn lọc, tần số allele B tăng từ $0{,}3$ lên $0{,}5$, tần số allele b giảm từ $0{,}7$ xuống $0{,}5$ — cùng chiều biến đổi như ví dụ bọ cánh cứng đã học, dù xuất phát từ tần số ban đầu khác nhau.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Bốn mảng kiến thức của khoá — bằng chứng tiến hoá, cơ chế Darwin, các nhân tố tiến hoá, các hình thức chọn lọc — ghép lại thành một câu chuyện liền mạch: bằng chứng cho thấy tiến hoá đã xảy ra; Darwin giải thích cơ chế chọn lọc tự nhiên; năm nhân tố cho biết CÁI GÌ làm tần số allele thay đổi; ba hình thức chọn lọc cho biết chọn lọc tự nhiên tác động THEO CÁCH NÀO lên phân bố kiểu hình.

Khoá học tiếp theo trong chương trình Sinh học 12 đi từ tiến hoá nhỏ trong một quần thể sang tiến hoá lớn: khái niệm loài, các con đường hình thành loài mới, và nguồn gốc sự sống.