Bài học

Bài tập bằng chứng, cơ chế tiến hoá và hình thành loài

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phân loại đúng một tình huống thực tế vào một trong năm nhân tố tiến hoá, tính được sự thay đổi tần số allele qua chọn lọc tự nhiên, phân biệt được cách li trước hợp tử với cách li sau hợp tử, và tính được số nhiễm sắc thể của loài mới hình thành qua con đường lai xa kèm đa bội hoá — bốn kỹ năng khoá Bằng chứng — cơ chế tiến hoá và khoá Loài, hình thành loài đã dạy riêng, nay luyện chung trong các câu hỏi tổng hợp.

Nhắc lại: năm nhân tố tiến hoá và cách phân biệt

Chỉ có năm con đường làm thay đổi tần số allele của một quần thể: đột biến (tạo allele mới, tần số rất thấp mỗi thế hệ); chọn lọc tự nhiên (có hướng, tác động phân biệt lên khả năng sống sót/sinh sản giữa các kiểu hình); phiêu bạt di truyền (ngẫu nhiên, rõ nhất ở quần thể nhỏ, có thể loại hẳn một allele có lợi hoặc giữ lại một allele có hại chỉ do may rủi); di — nhập gene (allele ra vào theo cá thể di cư); và giao phối không ngẫu nhiên (làm lệch tần số KIỂU GENE nhưng không đổi tần số ALLELE). Khi đọc một tình huống, câu hỏi đầu tiên là: thay đổi này CÓ HƯỚNG (một kiểu hình luôn thắng thế) hay NGẪU NHIÊN (do may rủi, không liên quan tới độ thích nghi)?

Chọn lọc tự nhiên tác động lên phân bố kiểu hình theo ba hình thức: chọn lọc định hướng (một cực của phân bố có lợi hơn, phân bố dịch dần về một phía), chọn lọc ổn định (kiểu hình trung bình có lợi nhất, phân bố thu hẹp quanh giá trị trung bình), và chọn lọc phân hoá (cả hai cực có lợi hơn kiểu hình trung bình, phân bố tách thành hai đỉnh).

Nhân tố thứ năm — giao phối không ngẫu nhiên — không đổi tần số allele nên không xuất hiện trong bảng này, chỉ đổi tần số kiểu gene.

Bài tập mẫu — phân loại nhân tố tiến hoá, rồi tính chọn lọc

Ví dụ

Một quần thể vi khuẩn kháng kháng sinh: nhân tố nào, và tần số allele đổi ra sao

1
Một quần thể vi khuẩn $E.\ coli$ đơn bội gồm 1 000 000 tế bào, trong đó có 1000 tế bào mang allele kháng kháng sinh $r$ (tần số $r$ ban đầu $=1000/1\,000\,000$ ), số còn lại mang allele mẫn cảm $R$ . Sau khi xử lí kháng sinh, toàn bộ tế bào mang $R$ bị tiêu diệt, chỉ còn lại đúng 1000 tế bào mang $r$ sống sót. a) Đây là nhân tố tiến hoá nào? Giải thích vì sao không phải bốn nhân tố còn lại. b) Tính tần số allele $r$ trước và ngay sau đợt xử lí kháng sinh (trong số tế bào sống sót).
Một quần thể vi khuẩn $E.\ coli$ đơn bội gồm 1 000 000 tế bào, trong đó có 1000 tế bào mang allele kháng kháng sinh $r$ (tần số $r$ ban đầu $=1000/1\,000\,000$), số còn lại mang allele mẫn cảm $R$. Sau khi xử lí kháng sinh, toàn bộ tế bào mang $R$ bị tiêu diệt, chỉ còn lại đúng 1000 tế bào mang $r$ sống sót. a) Đây là nhân tố tiến hoá nào? Giải thích vì sao không phải bốn nhân tố còn lại. b) Tính tần số allele $r$ trước và ngay sau đợt xử lí kháng sinh (trong số tế bào sống sót).
2
Đây là chọn lọc tự nhiên: kháng sinh tác động PHÂN BIỆT — mọi tế bào mang $R$ đều chết, mọi tế bào mang $r$ đều sống — theo đúng một HƯỚNG rõ ràng, không phải ngẫu nhiên. Không phải đột biến, vì allele $r$ đã tồn tại sẵn từ trước lúc xử lí kháng sinh, không phải mới phát sinh. Không phải phiêu bạt di truyền, vì kết quả không phải do may rủi mà do chính đặc tính kháng thuốc quyết định sống hay chết. Không phải di — nhập gene, vì không có tế bào nào di chuyển vào hoặc ra khỏi quần thể. Không phải giao phối không ngẫu nhiên, vì vi khuẩn sinh sản vô tính, không có khái niệm giao phối ở đây.
Đây là chọn lọc tự nhiên: kháng sinh tác động PHÂN BIỆT — mọi tế bào mang $R$ đều chết, mọi tế bào mang $r$ đều sống — theo đúng một HƯỚNG rõ ràng, không phải ngẫu nhiên. Không phải đột biến, vì allele $r$ đã tồn tại sẵn từ trước lúc xử lí kháng sinh, không phải mới phát sinh. Không phải phiêu bạt di truyền, vì kết quả không phải do may rủi mà do chính đặc tính kháng thuốc quyết định sống hay chết. Không phải di — nhập gene, vì không có tế bào nào di chuyển vào hoặc ra khỏi quần thể. Không phải giao phối không ngẫu nhiên, vì vi khuẩn sinh sản vô tính, không có khái niệm giao phối ở đây.
3
Trước xử lí: $f(r)=1000/1\,000\,000=0{,}001$ (tức $0{,}1\%$ ). Ngay sau xử lí, trong số 1000 tế bào sống sót, TOÀN BỘ đều mang $r$ (vì mọi tế bào $R$ đã bị tiêu diệt): $f(r)=1000/1000=1$ (tức $100\%$ ).
Trước xử lí: $f(r)=1000/1\,000\,000=0{,}001$ (tức $0{,}1\%$). Ngay sau xử lí, trong số 1000 tế bào sống sót, TOÀN BỘ đều mang $r$ (vì mọi tế bào $R$ đã bị tiêu diệt): $f(r)=1000/1000=1$ (tức $100\%$).
4
Vậy: a) đây là chọn lọc tự nhiên, tác động có hướng phân biệt giữa hai kiểu allele. b) tần số allele $r$ tăng từ $0{,}1\%$ lên $100\%$ chỉ sau một đợt chọn lọc — một minh hoạ cực đoan cho thấy chọn lọc tự nhiên có thể làm thay đổi tần số allele rất nhanh khi áp lực chọn lọc đủ mạnh và quần thể đủ nhỏ sau chọn lọc.
Vậy: a) đây là chọn lọc tự nhiên, tác động có hướng phân biệt giữa hai kiểu allele. b) tần số allele $r$ tăng từ $0{,}1\%$ lên $100\%$ chỉ sau một đợt chọn lọc — một minh hoạ cực đoan cho thấy chọn lọc tự nhiên có thể làm thay đổi tần số allele rất nhanh khi áp lực chọn lọc đủ mạnh và quần thể đủ nhỏ sau chọn lọc.

Ví dụ

Hình thành loài mới bằng lai xa kèm đa bội hoá

1
Loài cỏ $A$ lưỡng bội có bộ nhiễm sắc thể $2n=14$ , sống cùng khu vực với loài cỏ $B$ lưỡng bội có bộ nhiễm sắc thể $2n=18$ . Hai loài giao phấn với nhau tạo cây lai $F_1$ . a) Cây lai $F_1$ có bao nhiêu nhiễm sắc thể, và có hữu thụ không? Vì sao? b) Nếu xảy ra đa bội hoá (nhân đôi bộ nhiễm sắc thể của cây lai), loài mới hình thành có bộ nhiễm sắc thể bằng bao nhiêu, và vì sao loài mới này hữu thụ trong khi cây lai $F_1$ ban đầu bất thụ?
Loài cỏ $A$ lưỡng bội có bộ nhiễm sắc thể $2n=14$, sống cùng khu vực với loài cỏ $B$ lưỡng bội có bộ nhiễm sắc thể $2n=18$. Hai loài giao phấn với nhau tạo cây lai $F_1$. a) Cây lai $F_1$ có bao nhiêu nhiễm sắc thể, và có hữu thụ không? Vì sao? b) Nếu xảy ra đa bội hoá (nhân đôi bộ nhiễm sắc thể của cây lai), loài mới hình thành có bộ nhiễm sắc thể bằng bao nhiêu, và vì sao loài mới này hữu thụ trong khi cây lai $F_1$ ban đầu bất thụ?
2
Giao tử loài $A$ mang $n_A=14/2=7$ nhiễm sắc thể, giao tử loài $B$ mang $n_B=18/2=9$ nhiễm sắc thể. Cây lai $F_1$ có $7+9=16$ nhiễm sắc thể. Cây lai này BẤT THỤ, vì 16 nhiễm sắc thể này không tạo thành các cặp tương đồng — 7 nhiễm sắc thể từ loài $A$ không tương đồng với 9 nhiễm sắc thể từ loài $B$ — nên giảm phân không diễn ra bình thường, không tạo được giao tử hữu thụ.
Giao tử loài $A$ mang $n_A=14/2=7$ nhiễm sắc thể, giao tử loài $B$ mang $n_B=18/2=9$ nhiễm sắc thể. Cây lai $F_1$ có $7+9=16$ nhiễm sắc thể. Cây lai này BẤT THỤ, vì 16 nhiễm sắc thể này không tạo thành các cặp tương đồng — 7 nhiễm sắc thể từ loài $A$ không tương đồng với 9 nhiễm sắc thể từ loài $B$ — nên giảm phân không diễn ra bình thường, không tạo được giao tử hữu thụ.
3
Đa bội hoá nhân đôi bộ nhiễm sắc thể của cây lai: $16\times 2=32$ nhiễm sắc thể. Ở thể này, mỗi nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ loài $A$ nay có đúng một bản sao tương đồng (từ phép nhân đôi), mỗi nhiễm sắc thể từ loài $B$ cũng vậy — nên giảm phân diễn ra bình thường, tạo được giao tử hữu thụ.
Đa bội hoá nhân đôi bộ nhiễm sắc thể của cây lai: $16\times 2=32$ nhiễm sắc thể. Ở thể này, mỗi nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ loài $A$ nay có đúng một bản sao tương đồng (từ phép nhân đôi), mỗi nhiễm sắc thể từ loài $B$ cũng vậy — nên giảm phân diễn ra bình thường, tạo được giao tử hữu thụ.
4
Vậy: a) cây lai $F_1$ có 16 nhiễm sắc thể, bất thụ vì không có cặp tương đồng. b) loài mới hình thành có bộ nhiễm sắc thể $2n=32$ , hữu thụ nhờ đa bội hoá tạo lại các cặp tương đồng, và cách li sinh sản với cả hai loài bố mẹ ban đầu — con lai trở lại với loài $A$ hoặc loài $B$ sẽ tạo thể lệch bội bất thụ. Đây là con đường hình thành loài cùng khu vực địa lí qua lai xa kèm đa bội hoá.
Vậy: a) cây lai $F_1$ có 16 nhiễm sắc thể, bất thụ vì không có cặp tương đồng. b) loài mới hình thành có bộ nhiễm sắc thể $2n=32$, hữu thụ nhờ đa bội hoá tạo lại các cặp tương đồng, và cách li sinh sản với cả hai loài bố mẹ ban đầu — con lai trở lại với loài $A$ hoặc loài $B$ sẽ tạo thể lệch bội bất thụ. Đây là con đường hình thành loài cùng khu vực địa lí qua lai xa kèm đa bội hoá.

Chênh lệch giữa hai cột minh hoạ chọn lọc tự nhiên có thể làm thay đổi tần số allele nhanh tới mức nào khi áp lực chọn lọc đủ mạnh — khác hẳn tốc độ thay đổi rất chậm thường thấy ở phiêu bạt di truyền trong quần thể lớn.

Sai lầm thường gặp

Đề thi thường trộn hai khái niệm dễ nhầm: cách li trước hợp tử (ngăn thụ tinh xảy ra — khác môi trường sống, khác tập tính giao phối, khác cấu tạo cơ quan sinh sản, khác thời điểm sinh sản) và cách li sau hợp tử (thụ tinh vẫn xảy ra nhưng con lai không sống được hoặc bất thụ — như cây lai $F_1$ ở ví dụ trên). Đọc kỹ xem đề mô tả sự kiện xảy ra TRƯỚC hay SAU khi hợp tử hình thành để xếp đúng loại.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tóm tắt

Bài này luyện hai kỹ năng cốt lõi của phần Tiến hoá: phân loại đúng một tình huống vào một trong năm nhân tố (câu hỏi mở đầu luôn là có hướng hay ngẫu nhiên), và tính số nhiễm sắc thể qua các bước lai xa — đa bội hoá. Cả hai kỹ năng đều không cần công thức phức tạp, chỉ cần đọc đúng tình huống đề mô tả rồi đối chiếu với đúng định nghĩa đã học.

Phần còn lại của Sinh thái học — quần thể, quần xã, hệ sinh thái — sẽ được luyện ở bài tiếp theo, khép lại toàn bộ nội dung chương trình Sinh học 12 trước khi bước vào luyện đề tổng hợp.