CHƯƠNG 4: BẰNG CHỨNG VÀ CƠ CHẾ TIẾN HÓA
A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Bằng chứng tiến hóa
- · Bằng chứng giải phẫu so sánh:
- · Cơ quan tương đồng: cùng nguồn gốc, chức năng khác nhau.
- · Cơ quan tương tự: khác nguồn gốc, chức năng giống nhau.
- · Cơ quan thoái hóa: không còn chức năng, nhưng vẫn tồn tại.
- · Bằng chứng phôi sinh học: Sự giống nhau trong phát triển phôi của các loài.
- · Bằng chứng địa lý sinh vật: Sự phân bố của các loài trên Trái Đất.
- · Bằng chứng hóa thạch: Các di tích sinh vật trong các lớp đất đá.
- · Bằng chứng sinh học phân tử: Sự tương đồng về DNA, protein giữa các loài.
2. Học thuyết tiến hóa của Darwin
- · Chọn lọc tự nhiên:
- · Biến dị di truyền xuất hiện ngẫu nhiên.
- · Cá thể có biến dị thích nghi sẽ sống sót và sinh sản nhiều hơn.
- · Qua thời gian, đặc điểm thích nghi tích lũy, hình thành loài mới.
- · Các khái niệm: Biến dị cá thể, đấu tranh sinh tồn, chọn lọc tự nhiên.
3. Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại
- · Tiến hóa nhỏ: Thay đổi tần số allele trong quần thể qua các thế hệ.
- · Tiến hóa lớn: Hình thành các đơn vị phân loại trên loài.
- · Các nhân tố tiến hóa:
- · Đột biến: tạo nguồn nguyên liệu sơ cấp.
- · Di - nhập gene: thay đổi tần số allele.
- · Chọn lọc tự nhiên: định hướng tiến hóa.
- · Phiêu bạt di truyền: thay đổi ngẫu nhiên tần số allele.
- · Giao phối không ngẫu nhiên: thay đổi tần số kiểu gene.
4. Các hình thức chọn lọc tự nhiên
- · Chọn lọc ổn định: Ưu tiên kiểu hình trung bình, loại bỏ hai cực.
- · Chọn lọc vận động: Ưu tiên kiểu hình lệch về một cực.
- · Chọn lọc phân hóa: Ưu tiên hai kiểu hình cực trị, loại bỏ trung gian.
5. Hình thành loài
- · Hình thành loài khác khu vực địa lý:
- · Cách ly địa lý → cách ly sinh sản → loài mới.
- · Hình thành loài cùng khu vực địa lý:
- · Cách ly sinh thái, cách ly tập tính, cách ly thời gian, lai xa và đa bội hóa.
B. BÀI TẬP VÍ DỤ CÓ LỜI GIẢI
Bài 1: Bằng chứng giải phẫu so sánh
Đề: Cho các cặp cơ quan sau, hãy phân loại chúng thành cơ quan tương đồng hoặc tương tự:
a) Cánh chim và cánh bướm.
b) Tay người và vây cá voi.
c) Gai xương rồng và lá cây.
d) Chân trước của mèo và cánh dơi.
Dữ kiện: Các cặp cơ quan của các loài khác nhau.
Yêu cầu: Phân loại thành cơ quan tương đồng hoặc tương tự và giải thích.
Giải:
- · a) Cơ quan tương tự: Cánh chim (biến đổi từ chi trước) và cánh bướm (biến đổi từ da). Chức năng bay nhưng nguồn gốc khác nhau.
- · b) Cơ quan tương đồng: Tay người và vây cá voi đều bắt nguồn từ chi trước của động vật có xương sống, chức năng khác nhau (cầm nắm vs bơi).
- · c) Cơ quan tương đồng: Gai xương rồng và lá cây đều bắt nguồn từ lá, chức năng khác nhau (bảo vệ vs quang hợp).
- · d) Cơ quan tương đồng: Chân trước mèo và cánh dơi đều bắt nguồn từ chi trước, chức năng khác nhau (chạy vs bay).
Bài 2: Tính toán tần số allele dưới tác động của chọn lọc
Đề: Trong một quần thể, allele A quy định màu đen, allele a quy định màu trắng. Kiểu gene aa bị chọn lọc loại bỏ hoàn toàn (s=1). Tần số allele A ban đầu là 0,6. Sau 1 thế hệ chọn lọc, tần số allele A là bao nhiêu?
Dữ kiện:
- Gene có 2 allele: A (đen), a (trắng)
- Kiểu gene aa bị loại bỏ hoàn toàn (s=1)
- Tần số allele A ban đầu: p = 0,6; q = 0,4
- Quần thể ngẫu phối
Yêu cầu: Tính tần số allele A sau 1 thế hệ chọn lọc.
Giải:
- · Trước chọn lọc:
· p = 0,6, q = 0,4
· Tần số kiểu gene: p² = 0,36 (AA), 2pq = 0,48 (Aa), q² = 0,16 (aa) - · Chọn lọc loại bỏ hoàn toàn aa → chỉ còn AA và Aa.
- · Tổng tần số sống sót: 0,36 + 0,48 = 0,84
- · Tần số allele A sau chọn lọc:
· Từ AA: 0,36 → allele A: 0,36 × 2 = 0,72
· Từ Aa: 0,48 → allele A: 0,48 × 1 = 0,48
· Tổng allele A: 0,72 + 0,48 = 1,20
· Tổng allele sống sót: 0,84 × 2 = 1,68
· p' = 1,20 / 1,68 ≈ 0,714 - · Công thức nhanh: p' = p / (1 + q) = 0,6 / (1 + 0,4) = 0,6 / 1,4 ≈ 0,714
Bài 3: Hình thành loài
Đề: Một quần thể côn trùng sống trên một hòn đảo. Do nước biển dâng, hòn đảo bị chia cắt thành hai đảo nhỏ. Hai quần thể côn trùng bị cách ly trong 10.000 năm. Khi đưa chúng về chung một nơi, chúng không giao phối được với nhau.
Dữ kiện:
- Quần thể côn trùng ban đầu sống trên một đảo.
- Đảo bị chia cắt thành hai đảo nhỏ do nước biển dâng.
- Hai quần thể bị cách ly 10.000 năm.
- Sau đó, chúng không giao phối được với nhau khi đưa về chung.
Yêu cầu: Giải thích quá trình hình thành loài này.
Giải:
- · Đây là hình thành loài bằng con đường cách ly địa lý.
- · Ban đầu: một quần thể trên đảo.
- · Sau khi đảo bị chia cắt: hai quần thể sống cách biệt.
- · Trong 10.000 năm, mỗi quần thể tích lũy các đột biến và biến dị di truyền khác nhau.
- · Chọn lọc tự nhiên tác động theo hướng khác nhau do điều kiện môi trường hai đảo có thể khác.
- · Dần dần, sự khác biệt về gene tích lũy dẫn đến cách ly sinh sản: khi đưa về chung, chúng không giao phối được.
- · Kết quả: hai loài mới được hình thành.
Bài 4: Bài toán về chọn lọc tự nhiên
Đề: Ở một loài bướm, màu cánh do một gene có 2 allele: B (đen) và b (trắng). Trong môi trường rừng bị ô nhiễm khói, cây cối phủ bồ hóng, bướm đen (BB, Bb) có tỉ lệ sống sót cao gấp đôi bướm trắng (bb). Tần số allele B ban đầu là 0,5. Tính tần số allele B sau 1 thế hệ.
Dữ kiện:
- Gene màu cánh: B (đen) trội, b (trắng) lặn.
- Môi trường: rừng bị ô nhiễm, cây phủ bồ hóng.
- Bướm đen (BB, Bb) có tỉ lệ sống sót cao gấp đôi bướm trắng (bb).
- Tần số B ban đầu: p = 0,5; q = 0,5.
Yêu cầu: Tính tần số allele B sau 1 thế hệ chọn lọc.
Giải:
- · Giả sử giá trị thích nghi (fitness):
· BB: 1, Bb: 1, bb: 0,5 (vì sống sót chỉ bằng 1/2 so với đen) - · Trước chọn lọc:
· p = 0,5, q = 0,5
· Tần số kiểu gene: BB = p² = 0,25; Bb = 2pq = 0,5; bb = q² = 0,25 - · Sau chọn lọc, giá trị trung bình của quần thể:
· W = (0,25×1) + (0,5×1) + (0,25×0,5) = 0,25 + 0,5 + 0,125 = 0,875 - · Tần số allele B sau chọn lọc:
· p' = [p²×1 + (2pq×1)/2] / W = [0,25 + 0,25] / 0,875 = 0,5 / 0,875 ≈ 0,571
C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1
Dữ kiện: Trong một hồ nước, có hai loài cá rất giống nhau nhưng khác nhau về màu sắc và thời điểm sinh sản. Loài A sinh sản vào mùa xuân, loài B sinh sản vào mùa thu. Chúng không giao phối với nhau.
Yêu cầu: Đây là dạng cách ly nào? Giải thích quá trình hình thành loài.
Bài 2
Dữ kiện: Ở một loài thực vật, allele A quy định thân cao, allele a quy định thân thấp. Trong điều kiện khí hậu khô hạn, cây thân thấp có khả năng sống sót cao hơn 20% so với cây thân cao. Tần số allele A ban đầu là 0,7.
Yêu cầu: Tính tần số allele A sau 1 thế hệ chọn lọc.
Bài 3
Dữ kiện: So sánh trình tự cytochrome c của người và một số loài: người - tinh tinh: khác nhau 1 axit amin; người - gà: khác nhau 13 axit amin; người - cá ngựa: khác nhau 21 axit amin.
Yêu cầu: Dựa vào dữ liệu, hãy sắp xếp mối quan hệ họ hàng gần xa giữa người với các loài trên. Giải thích.
Bài 4
Dữ kiện: Ở một loài sâu, màu sắc cơ thể do một gene có 3 allele: A1 (xanh), A2 (vàng), A3 (nâu). Trong môi trường rừng cây xanh, sâu xanh có tỉ lệ sống sót cao nhất, sâu vàng thấp hơn 30%, sâu nâu thấp hơn 50%. Tần số ban đầu: A1=0,5, A2=0,3, A3=0,2.
Yêu cầu: Tính tần số các allele sau 1 thế hệ chọn lọc (giả sử giá trị thích nghi tương ứng: 1; 0,7; 0,5).
ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1. Cách ly thời gian (mùa vụ). Hai quần thể ban đầu có thể cùng loài, nhưng do thời gian sinh sản khác nhau (xuân vs thu) nên không giao phối được. Qua thời gian, sự cách ly này dẫn đến tích lũy khác biệt di truyền và hình thành loài mới.
2.
· p = 0,7 → q = 0,3
· Giá trị thích nghi: cây cao (AA, Aa) = 1; cây thấp (aa) = 1,2 (cao hơn 20%)
· Tần số kiểu gene trước chọn lọc: AA = 0,49; Aa = 0,42; aa = 0,09
· Giá trị trung bình: W = (0,49×1) + (0,42×1) + (0,09×1,2) = 0,49 + 0,42 + 0,108 = 1,018
· p' = [0,49×1 + (0,42×1)/2] / 1,018 = (0,49 + 0,21) / 1,018 = 0,7 / 1,018 ≈ 0,688
3.
· Sự khác biệt ít axit amin chứng tỏ quan hệ họ hàng gần.
· Sắp xếp theo quan hệ gần với người: tinh tinh (1 khác) → gà (13 khác) → cá ngựa (21 khác).
· Giải thích: Càng ít khác biệt ở trình tự protein chứng tỏ thời gian tiến hóa chung gần đây hơn, có chung tổ tiên gần.
4.
· Tần số ban đầu: p = 0,5 (A1), q = 0,3 (A2), r = 0,2 (A3)
· Giá trị thích nghi: A1: 1; A2: 0,7; A3: 0,5
· Giả sử cân bằng Hardy-Weinberg, tính tần số kiểu gene:
· A1A1: p² = 0,25; A1A2: 2pq = 0,3; A1A3: 2pr = 0,2
· A2A2: q² = 0,09; A2A3: 2qr = 0,12; A3A3: r² = 0,04
· Tính giá trị trung bình W:
W = (0,25×1) + (0,3×1) + (0,2×1) + (0,09×0,7) + (0,12×0,7) + (0,04×0,5)
= 0,25 + 0,3 + 0,2 + 0,063 + 0,084 + 0,02 = 0,917
· Tần số allele sau chọn lọc:
· A1: [0,25×1 + (0,3×1)/2 + (0,2×1)/2] / 0,917 = (0,25 + 0,15 + 0,1) / 0,917 = 0,5 / 0,917 ≈ 0,545
· A2: [0,09×0,7 + (0,3×1)/2 + (0,12×0,7)/2] / 0,917 = (0,063 + 0,15 + 0,042) / 0,917 = 0,255 / 0,917 ≈ 0,278
· A3: [0,04×0,5 + (0,2×1)/2 + (0,12×0,7)/2] / 0,917 = (0,02 + 0,1 + 0,042) / 0,917 = 0,162 / 0,917 ≈ 0,177
