Lý thuyết Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại (Phần 1) (Sinh 12 Cánh diều Bài 17)

Với tóm tắt lý thuyết Sinh 12 Bài 17: Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại (Phần 1) hay nhất, ngắn gọn sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Sinh học 12.

Lý thuyết Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại (Phần 1) (Sinh 12 Cánh diều Bài 17)

TRẮC NGHIỆM ONLINE

Sự ra đời của thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại

- Ra đời vào nửa đầu thế kỉ XIX, thuyết tiến hoá tổng hợp là sự tổng hợp của thuyết tiến hoá Darwin và các luận điểm của các nhà khoa học trong lĩnh vực tiến hoá (R.A. Fisher, J.B.S. Haldane, S. Wright,...) dựa trên nền tảng của di truyền học Mendel, còn được gọi là thuyết tân Darwin hay thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại.

- Nội dung của thuyết đề cập đến cơ chế tiến hoá bằng chọn lọc tự nhiên, vai trò của đột biến, biến dị di truyền, các yếu tố ngẫu nhiên, dòng gene,... và quá trình tiến hoá thích nghi ở quần thể sinh vật (tiến hoá quần thể), loài và sự hình thành loài; tiến hoá hình thành các đơn vị phân loại trên loài và nguồn gốc các loài.

- Thuyết tiến hoá tổng hợp là nền tảng cho sự phát triển của lĩnh vực sinh học tiến hoá hiện đại.

I. TIẾN HÓA NHỎ

1. Khái niệm

a. Tiến hoá

- Tiến hoá là quá trình biến đổi ở sinh vật qua các thế hệ, trong đó thế hệ sau được tạo thành kế thừa các đặc điểm đã có ở tổ tiên và hình thành các đơn vị phân loại với đặc điểm mới. Ví dụ: Sự hình thành loài người hiện đại (Homo sapiens) từ loài tổ tiên thuộc bộ Linh trưởng (Primates).

Tiến hoá loài người

- Các biến đổi đóng góp vào quá trình tiến hoá có thể xảy ra ở mọi mức độ tổ chức sống, từ trình tự DNA đến các đặc điểm hình thái, giải phẫu, tập tính của sinh vật.

b. Tiến hoá nhỏ

- Tiến hoá nhỏ là quá trình tiến hoá xảy ra ở phạm vi quần thể, làm thay đổi tần số allele, tần số kiểu gene của quần thể qua các thế hệ.

- Tiến hóa nhỏ diễn ra trong phạm vi phân bố tương đối hẹp, thời gian lịch sử tương đối ngắn, có thể nghiên cứu bằng thực nghiệm.

- Kết quả: Trải qua thời gian đủ dài, những biến đổi trong cấu trúc di truyền của quần thể được tích luỹ, tạo nên các quần thể biến đổi đáng kể so với quần thể ban đầu. Tiến hoá nhỏ là cơ sở dẫn tới quá trình hình thành loài mới.

Ví dụ về tiến hóa nhỏ

2. Quần thể là đơn vị của tiến hóa nhỏ

- Quần thể là đơn vị của tiến hóa nhỏ, thỏa mãn ba điều kiện:

+ Quần thể là đơn vị tồn tại của loài trong tự nhiên.

+ Cấu trúc di truyền của quần thể có khả năng biến đổi qua các thế hệ.

+ Quần thể có tính toàn vẹn tương đối trong không gian và thời gian.

Một số quần thể của các loài

II. CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA

- Khái niệm: Nhân tố tiến hoá là nhân tố làm thay đổi tần số allele hoặc tần số kiểu gene trong quần thể.

- Bao gồm: đột biến, dòng gene, phiêu bạt di truyền, giao phối không ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên.

- Vai trò: Trải qua thời gian đủ dài, những nhân tố này tạo ra sự khác biệt lớn về cấu trúc di truyền giữa các quần thể. Các cá thể ở quần thể này không sinh sản với các cá thể ở quần thể khác của cùng loài và hình thành loài mới.

1. Đột biến

Đột biến gene là nguồn biến dị sơ cấp chủ yếu cho tiến hóa

- Đặc điểm của đột biến:

+ Đột biến gây biến đổi allele này thành allele khác hoặc tạo ra các allele mới, làm thay đổi tần số allele của quần thể.

+ Phát sinh ngẫu nhiên, vô hướng.

+ Tần số đột biến của các gene trong tự nhiên rất thấp nên không làm thay đổi đáng kể tần số allele của quần thể. Mặc dù tần số đột biến tự nhiên rất nhỏ nhưng với số lượng gene, kích thước DNA của hệ gene lớn, trải qua nhiều thế hệ, đột biến được tích luỹ và tác động đáng kể đối với cấu trúc di truyền của quần thể.

+ Có thể làm phong phú vốn gene của quần thể.

- Vai trò của đột biến:

+ Đột biến là nguồn nguyên liệu sơ cấp cho quá trình tiến hoá. Các đột biến có thể được di truyền qua các thế hệ, phát tán trong quần thể và thông qua giao phối hình thành biến dị tổ hợp – nguyên liệu thứ cấp cho tiến hoá.

+ Các đột biến khác nhau có đóng góp ở mức độ khác nhau đối với quá trình tiến hoá. Đột biến trung tính là các đột biến không có lợi, không có hại, không làm thay đổi khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật. Do đó, các đột biến trung tính tồn tại trong quần thể một cách ngẫu nhiên, làm tăng mức độ đa dạng di truyền của quần thể. Tuy vậy, allele đột biến trung tính cũng có thể trở thành có lợi hoặc có hại khi môi trường thay đổi.

2. Dòng gene

- Khái niệm: Dòng gene là hiện tượng trao đổi vốn gene giữa các quần thể.

Sự phát tán cá thể thông qua di cư – nhập cư

- Dòng gene có thể làm thay đổi vốn gene của quần thể nhận khi các cá thể di cư sinh sản thành công với các cá thể của quần thể nhận.

- Dòng gene xảy ra phổ biến trong tự nhiên, ví dụ: chim di cư; sự giao phấn giữa các cá thể ở hai quần thể thực vật; sự phát tán hạt cây nhờ gió, côn trùng;....

- Đặc điểm:

+ Dòng gene làm thay đổi tần số allele của quần thể không theo một hướng xác định.

+ Có thể làm phong phú vốn gene của quần thể nhận nếu mang đến allele mới hoặc chỉ làm thay đổi tần số allele nếu mang đến các loại allele có sẵn.

+ Tác động của dòng gene phụ thuộc tỉ lệ di cư, khả năng di truyền allele từ các cá thể di cư sang thế hệ tiếp theo và sự khác biệt tần số allele giữa hai quần thể.

+ Cách li địa lí và các biến động địa chất có thể làm giảm tác động của dòng gene. Ví dụ: Quần thể ở đảo xa và quần thể ở đất liền khó xảy ra dòng gene.

- Vai trò:

+ Tạo sự trao đổi allele giữa các quần thể, làm giảm sự khác biệt về vốn gene giữa các quần thể.

+ Nếu dòng gene diễn ra mạnh mẽ, có thể làm cho các quần thể hợp nhất nhau thành một quần thể lớn hơn với một vốn gene chung.

3. Phiêu bạt di truyền

- Phiêu bạt di truyền là sự thay đổi tần số allele của quần thể qua các thế hệ do tác động của các yếu tố ngẫu nhiên làm giảm số lượng cá thể của quần thể.

- Các hiện tượng thiên tai như động đất, sự phun trào núi lửa, lũ lụt, hạn hán hoặc sự phát tán cá thể đến nơi ở mới,... có thể gây nên phiêu bạt di truyền.

Tác động của yếu tố ngẫu nhiên

a. Hiệu ứng cổ chai

- Là hiện tượng số lượng cá thể của quần thể giảm đột ngột bởi các yếu tố như thiên tai, nạn săn bắt, khai thác quá mức. Dưới tác động đó, sự sống sót hoặc cái chết của các cá thể xảy ra ngẫu nhiên, không liên quan đến khả năng sinh sản hoặc thích nghi của sinh vật với môi trường. Quần thể thế hệ mới hình thành từ các cá thể còn sống sót sau giai đoạn "cổ chai" có cấu trúc di truyền khác so với quần thể ban đầu.

Hiệu ứng cổ chai

- Ví dụ: Báo săn (Acinonyx jubatus), trải qua hiệu ứng cổ chai khi phần lớn cá thể bị chết bởi khí hậu lạnh trong thời kì băng hà khoảng 10 000 – 12 000 năm trước đây, hiện có mức đa dạng di truyền thấp và có nguy cơ tuyệt chủng.

Báo săn có nguy cơ tuyệt chủng sau hiệu ứng cổ chai

b. Hiệu ứng sáng lập

- Xảy ra khi một nhóm nhỏ các cá thể tách khỏi quần thể lớn ban đầu, di cư và thiết lập một quần thể ở vị trí phân bố mới. Do kích thước nhỏ và bị cách li địa lí, quần thể chịu tác động mạnh của phiêu bạt di truyền.

Hiệu ứng sáng lập

- Ví dụ: Một quần thể người ở khu vực Trung Đông có tần số allele đột biến ở các gene BRCA1 và BRCA2 cao hơn so với các quần thể tại các khu vực khác trên thế giới, làm tăng tỉ lệ người mắc ung thư vú và ung thư buồng trứng. Đây được cho là hệ quả của hiệu ứng sáng lập xảy ra khoảng 600 đến 800 năm trước.

c. Ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền đối với quần thể

- Phiêu bạt di truyền giảm mức biến dị trong quần thể:

+ Làm thay đổi đột ngột tần số allele của quần thể một cách vô hướng.

+ Có thể đào thải hoàn toàn một allele ra khỏi quần thể bất kể là allele có lợi hay có hại.

- Mức ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền phụ thuộc vào kích thước quần thể. Ở quần thể kích thước nhỏ, khả năng cố định allele và mức giao phối gần cao, tần số kiểu gene dị hợp tử của quần thể giảm đi theo thời gian, phiêu bạt di truyền có thể làm mất một allele (tần số bằng 0) hay cố định một allele (tần số bằng 1) sau nhiều thế hệ.

Sự thay đổi tần số allele do tác động của phiêu bạt di truyền:

ở quần thể có kích thước lớn (a); quần thể có kích thước nhỏ (b)

- Phiêu bạt di truyền dẫn tới sự phân li các quần thể. Sau nhiều thế hệ, các quần thể ban đầu có cấu trúc di truyền giống nhau có thể trở nên khác nhau một cách ngẫu nhiên dưới tác động của phiêu bạt di truyền.

4. Giao phối không ngẫu nhiên

- Trong tự nhiên, quần thể giao phối không ngẫu nhiên là phổ biến và các quần thể hoàn toàn ngẫu phối là hiếm gặp.

- Các hình thức giao phối không ngẫu nhiên:

+ Giao phối không ngẫu nhiên gồm giao phối gần (giao phối giữa các cá thể có quan hệ họ hàng, hay giao phối cận huyết), giao phối có lựa chọn.

+ Tự thụ phấn hình thành thế hệ con hoàn toàn không ngẫu nhiên, do cá thể con hình thành từ thụ tinh giữa giao tử đực và giao tử cái của cùng một cá thể.

- Nhìn chung, giao phối không ngẫu nhiên không trực tiếp làm thay đổi tần số allele của quần thể nhưng có thể làm giảm tần số kiểu gene dị hợp tử và tăng tần số kiểu gene đồng hợp tử sau nhiều thế hệ.

5. Chọn lọc tự nhiên

- Chọn lọc tự nhiên là quá trình mà nhờ đó tần số allele có lợi đối với sinh vật tăng lên trong quần thể qua thời gian do các cá thể mang allele đó có khả năng sống sót và sinh sản thành công hơn các cá thể khác.

- Chọn lọc tự nhiên xảy ra trên cơ sở các đặc tính biến dị, di truyền và phân hoá khả năng sống sót, sinh sản của các cá thể trong quần thể: Chọn lọc tự nhiên là quá trình tác động lên kiểu hình các cá thể trong quần thể, tăng cường khả năng sống sót và khả năng sinh sản của các cá thể có kiểu gene thích nghi với môi trường và ngược lại, đào thải các cá thể có kiểu gene kém thích nghi trong quần thể. Trải qua nhiều thế hệ, tần số allele có hại giảm dần, tần số allele và tần số kiểu gene ở cá thể mang biến dị di truyền có lợi tăng lên trong quần thể, từ đó, cấu trúc di truyền của quần thể thay đổi qua thời gian.

Sự thay đổi của quần thể bướm đêm sau nhiều thế hệ

khi khu công nghiệp hình thành và phát triển

- Đặc điểm:

+ Chọn lọc tự nhiên tác động trực tiếp lên kiểu hình và gián tiếp lên kiểu gene, làm thay đổi tần số kiểu gene và tần số allele của quần thể.

+ Chọn lọc tự nhiên là nhân tố tiến hóa có hướng, đồng thời là nhân tố tiến hóa cơ bản nhất.

- Vai trò: Chọn lọc tự nhiên có vai trò quy định chiều hướng và nhịp điệu của quá trình tiến hóa.

III. ĐẶC ĐIỂM THÍCH NGHI

1. Khái niệm

- Khái niệm: Đặc điểm thích nghi là những đặc điểm của sinh vật phù hợp với môi trường sống, nhờ đó sinh vật có thể sống sót và sinh sản thành công hơn những sinh vật không mang đặc điểm đó.

Đặc điểm thích nghi ở một số sinh vật

- Ví dụ:

+ Màu sắc thân của thằn lằn giúp thằn lằn có thể ngụy trang với môi trường, tránh được sự săn đuổi của kẻ săn mồi, từ đó giúp thằn lằn có thể tăng khả năng sống sót.

+ Màu sắc thân của rắn vua giúp rắn vua có thể đe dọa những kẻ có ý định tấn công rắn vua, từ đó giúp rắn vua có thể tăng khả năng sống sót.

+ Hình dạng và màu sắc của hoa lan có tác dụng thu hút côn trùng, từ đó giúp hoa lan có thể tăng khả năng sinh sản.

+ Gấu bắc cực thích nghi với điều kiện quanh năm băng giá ở khu sinh học đồng rêu đới lạnh: Có bộ lông và lớp mỡ dày giúp giữ ấm, không có lông mi do lông mi có thể gây đóng băng trên mắt, bộ lông màu trắng giúp chúng ngụy trang, có tập tính ngủ đông và hoạt động trong mùa hạ vào ban ngày.

+ Cây đước thích nghi với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng tại khu sinh học rừng ngập mặn: Bộ rễ chia làm hai phần là rễ cọc và rễ phụ, rễ cọc cắm thẳng, rễ phụ phát triển thành chùm, mọc từ phần thân gần gốc giúp cây chống đỡ, hạn chế ảnh hưởng của sóng và gió; quả đước có dạng hình trụ dài, khi già sẽ tự rụng cắm thẳng xuống lớp bùn và hình thành cây mới.

- Thích nghi là quá trình thay đổi đặc tính di truyền, dẫn tới thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể dưới tác động của chọn lọc tự nhiên. Kết quả của quá trình này là sự hình thành quần thể có các cá thể mang các đặc điểm có lợi hơn về mặt chọn lọc chiếm ưu thế.

2. Cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi

- Quá trình chọn lọc tự nhiên tác động lên các biến dị di truyền dẫn tới hình thành đặc điểm thích nghi ở sinh vật trong những môi trường xác định.

- Cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi: Sự hình thành các đặc điểm thích nghi của cơ thể sinh vật là kết quả của một quá trình chịu chi phối của ba nhân tố chủ yếu: đột biến, giao phối (đối với các loài sinh sản hữu tính), chọn lọc tự nhiên.

+ Trong quần thể, đột biến phát sinh ngẫu nhiên ở các cá thể, trong đó có các đột biến tạo nên biến dị về kiểu hình (hình thái, cấu trúc, tập tính,...) ở sinh vật.

+ Thông qua sinh sản, các biến dị di truyền và được phát tán trong quần thể.

+ Ở những môi trường xác định, các biến dị thể hiện sự phân hoá về khả năng sống sót và sinh sản. Các cá thể mang đặc điểm phù hợp với môi trường sống sẽ sống sót nhiều hơn, sinh sản thành công hơn. Kiểu hình giúp sinh vật sống sót và sinh sản tốt hơn ngày càng phổ biến trong quần thể, trở thành đặc điểm thích nghi ở môi trường sống.

- Ví dụ: Quá trình hình thành đặc điểm thích nghi ở quần thể bọ rùa.

+ Ở thế hệ I, toàn bộ quần thể bọ rùa đều có màu cam.

+ Ở thế hệ II, xuất hiện cá thể mang đột biến có màu xanh lá cây. Đặc điểm này giúp bọ rùa thích nghi tốt hơn với môi trường vì tránh được sự phát hiện của kẻ thù. Do đó, chọn lọc tự nhiên diễn ra theo hướng giữ lại các cá thể có màu xanh lá cây (làm tăng khả năng sống sót và sinh sản của các thể có màu xanh lá cây), đồng thời đào thải những cá thể có màu cam (những cá thể màu cam do không có khả năng ngụy trang nên bị kẻ thù tiêu diệt nhiều hơn). Qua nhiều thế hệ, cá thể màu xanh dần chiếm ưu thế, hình thành quần thể bọ rùa thích nghi.

Quá trình hình thành đặc điểm thích nghi ở quần thể bọ rùa

3. Tính hợp lí tương đối của đặc điểm thích nghi

Đặc điểm thích nghi chỉ mang tính tương đối và quá trình tiến hoá thích nghi là quá trình động:

- Do môi trường sống và sinh vật luôn thay đổi theo thời gian và không gian, một đặc điểm là thích nghi ở môi trường này nhưng nó có thể không còn là đặc điểm thích nghi ở môi trường khác.

Ví dụ:

+ Lông màu vàng là đặc điểm thích nghi của quần thể chuột sống ở vùng đất cát nhưng không phải là đặc điểm thích nghi ở quần thể chuột sống ở vùng đất xám đen.

Màu lông chuột là đặc điểm thích nghi có tính tương đối

- Tính hợp lí tương đối của đặc điểm thích nghi còn liên quan đến sự "thoả hiệp" – đặc điểm thích nghi đối với chức năng này có thể làm giảm mức thích nghi đối với chức năng khác. Do đó, đặc điểm thích nghi không thể đạt mức độ tối ưu.

Ví dụ:

+ Cánh hải âu là cấu trúc phù hợp với chức năng bay lượn và bơi ở biển nhưng không tối ưu với từng chức năng.

Hải âu

+ Chim công đực có màu sắc sặc sỡ thu hút được nhiều chim cái để giao phối làm tăng khả năng sinh sản, tuy nhiên, màu sắc sặc sỡ cũng làm cho chúng bị nhiều loài săn mồi phát hiện.

Màu sắc lông sặc sỡ ở chim công đực

TRẮC NGHIỆM ONLINE

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Sinh học lớp 12 Cánh diều hay khác:

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 16: Quan niệm của Darwin về chọn lọc tự nhiên và hình thành loài

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 18: Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại (Phần 2)

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 19: Sự phát sinh, phát triển sự sống trên Trái Đất và hình thành loài người

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 20: Môi trường sống và các nhân tố sinh thái

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 21: Sinh thái học quần thể

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 22: Sinh thái học quần xã

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

• Giải sgk Sinh học 12 Cánh diều
• Giải Chuyên đề Sinh 12 Cánh diều
• Giải SBT Sinh học 12 Cánh diều
• Giải lớp 12 Cánh diều (các môn học)
• Giải lớp 12 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 12 Chân trời sáng tạo (các môn học)

---