Bài 27: Quá trình hình thành quần thể thích nghi

• Sự thay đổi hình thái, kích thước, sinh lí của sinh vật để phù hợp với các điều kiện của môi trường để giúp chúng sống sót tốt hơn. Những biến đổi đó được gọi là đặc điểm thích nghi.
• Ví dụ: bọ, nhện và bướm biến đổi hình thái cơ thể theo môi trường sống

a. Cơ sở di truyền của quá trình hình thành quần thể thích nghi

• Chọn lọc tự nhiên luôn đào thải những cá thể có kiểu hình kém thích nghi, chỉ giữ lại những cá thể có kiểu hình thích nghi. Do đó các alen qui định các kiểu hình thích nghi sẽ ngày càng gia tăng trong quần thể qua nhiều thế hệ.
• Quá trình hình thành quần thể thích nghi là quá trình tích lũy các alen qui định kiểu hình thích nghi. Môi trường chỉ đóng vai trò sàng lọc chứ không tạo ra các đặc điểm thích nghi.
• Quá trình hình thành quần thể thích nghi xảy ra nhanh hay chậm tùy thuộc vào: (1) quá trình phát sinh và tích lũy các gen đột biến ở mỗi loài, (2) tốc độ sinh sản của loài, (3) áp lực CLTN

b. Thí nghiệm chứng minh vai trò của CLTN trong quá trình hình thành quần thể thích nghi

Giải thích cơ chế hóa đen của bướm bạch dương:

• Quần thể ban đầu xuất hiện các đột biến bướm trắng và bướm đen
  • Khi môi trường chưa ô nhiễm: Thân cây bạch dương màu trắng, bướm trắng đầu trên thân câu bạch dương ⇒ không bị chim sâu phát hiện, bướm đen đậu trên thân cây thì dễ bị phát hiện ⇒ Số lượng bướm đen trong quần thể giảm, bướm trắng chiếm ưu thế
  • Khi môi trường bị ô nhiễm: Thân cây bạch dương bị khói bụi bám nên hóa đen, bướm trắng đầu trên thân câu bạch dương ⇒ dễ bị chim sâu phát hiện, bướm đen đậu trên thân cây thì khó bị phát hiện ⇒ Số lượng bướm trắng  trong quần thể giảm, bướm đen chiếm ưu thế.

Giải thích cơ chế kháng thuốc DDT ở vi khuẩn:

• Khả năng kháng thuốc do 4 cặp gen phân li đọc lập với nhau quy định
  • Các alen A, B, C, D không có khả năng kháng thuốc, sinh trưởng nhanh
  • Các alen a,b,c,d có khả năng kháng thuốc, sinh trưởng chậm
• Trong môi trường chưa có DDT: Trong quần thể ban đầu, vi khuẩn xuất hiện nhiều loại biến dị AABBCCDD, aabbccdd, Aabbccdd… trong đó các cá thể có kiểu hình trội AABBCCDD chiếm ưu thế, các cá thể có kiểu hình lặn sinh trưởng phát triển chậm không chiếm ưu thế
• Trong môi trường có DDT: Khi phun thuốc trừ sâu hay uống thuốc kháng sinh thì dạng bình thường AABBCCDD bị đào thải nhanh, nhưng các thể đột biến nói trên tỏ ra có ưu thế hơn, do đó dần dần chiếm tỷ lệ ngày càng cao. Liều lượng thuốc càng tăng nhanh thì áp lực chọn lọc càng mạnh, các thể đột biến có sức đề kháng cao hơn càng nhanh chóng thay thế các thể đột biến có sức đề kháng kém thua, làm cho các alen trội A,B,D,C ngày càng giảm và các alen lăn a, b, d, c ngày càng tăng.

⇒ Như vậy, khả năng đề kháng liên quan với những đột biến hoặc những tổ hợp đột biến đã phát sinh từ trước.

• Mỗi đặc điểm thích nghi là sản phẩm của chọn lọc tự nhiên trong hoàn cảnh nhất định nên chỉ có ý nghĩa trong hoàn cảnh phù hợp. Khi hoàn cảnh thay đổi, một đặc điểm vốn có lợi có thể trở thành bất lợi và bị thay thế bởi đặc điểm thích nghi hơn.

Ví dụ: Cá đã thích nghi trong môi trường nước nếu đưa ra khỏi nước thì chết.

• Ngay trong hoàn cảnh sống ổn định thì các đột biến và biến dị tổ hợp không ngừng phát sinh, CLTN vẫn không ngừng tác động. Vì vậy trong lịch sử tiến hóa, những sinh vật xuất hiện sau mang nhiều đặc điểm hợp lý hơn những sinh vật xuất hiện trước.

Ví dụ: Cây hạt kín hoàn thiện hơn cây hạt trần, cá xương hoàn thiện hơn cá sụn...

Ví dụ 1: Phân biệt thích nghi kiểu hình và thích nghi kiểu gen của sinh vật đối với môi trường?

Gợi ý trả lời:

- Thích nghi kiểu hình:

• Ví dụ: Sự biến đổi hình dạng lá trên cây rau mác, sự rụng lá theo mùa của cây bàng,...
• Mức độ biến đổi vật chất di truyền: Không có sự biến đổi kiểu gen một kiểu gen tạo nhiều kiểu hình.
• Tính chất biến đổi: Có hướng, đồng loạt biến đổi theo điều kiện môi trường, mang tính cá thể 
• Thời gian hình thành: Hình thành những kiểu hình khác nhau khi môi trường sống thay đổi
• Mức độ bền: Kém bền
• Vai trò và kết quả: Phản ứng thích nghi ⇒ Không hình thành loài mới

- Thích nghi kiểu gen:

• Ví dụ: Con bọ que có thân giống cái que
• Mức độ biến đổi vật chất di truyền: Biến đổi kiểu gen, một kiểu gen có một kiểu hình
• Tính chất biến đổi: Vô hướng đặc trưng cho loài
• Thời gian hình thành: Hình thành trong quá trình phát triển lịch sử của loài dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên.
• Mức độ bền: Bền vững
• Vai trò và kết quả: Xuất hiện cách li thông qua phân hóa vốn gen có thể dẫn tới hình thành loài mới.

Ví dụ 2: Giải thích sự hình thành đặc điểm thích nghi của sâu sồi?

Gợi ý trả lời:

• Sâu sồi mùa xuân có hình dạng giống chùm hoa còn về mùa hè lại có hình dạng cành cây. Các hình dạng này là hình dáng thích nghi kiểu ngụy trang để trốn tránh kẻ thù. Việc thay đổi hình dạng theo mùa là do khi sâu nở vào mùa xuân chúng ăn hoa sồi nên sâu có hình dạng chùm hoa còn sâu mùa hè ăn lá sồi nên có hình dạng cành cây.
• Người ta đã thí nghiệm cho sâu mùa xuân ăn lá sồi ngay từ khi chúng mới nở, kết quả là chúng có hình dạng cành cây. Như vậy, thành phần thức ăn đã góp phần mở các nhóm gen tương ứng qui định các đặc điểm thích nghi này.

• Sự thay đổi hình thái, kích thước, sinh lí của sinh vật để phù hợp với các điều kiện của môi trường để giúp chúng sống sót tốt hơn. Những biến đổi đó được gọi là đặc điểm thích nghi.
• Ví dụ: bọ, nhện và bướm biến đổi hình thái cơ thể theo môi trường sống

a. Cơ sở di truyền của quá trình hình thành quần thể thích nghi

• Chọn lọc tự nhiên luôn đào thải những cá thể có kiểu hình kém thích nghi, chỉ giữ lại những cá thể có kiểu hình thích nghi. Do đó các alen qui định các kiểu hình thích nghi sẽ ngày càng gia tăng trong quần thể qua nhiều thế hệ.
• Quá trình hình thành quần thể thích nghi là quá trình tích lũy các alen qui định kiểu hình thích nghi. Môi trường chỉ đóng vai trò sàng lọc chứ không tạo ra các đặc điểm thích nghi.
• Quá trình hình thành quần thể thích nghi xảy ra nhanh hay chậm tùy thuộc vào: (1) quá trình phát sinh và tích lũy các gen đột biến ở mỗi loài, (2) tốc độ sinh sản của loài, (3) áp lực CLTN

b. Thí nghiệm chứng minh vai trò của CLTN trong quá trình hình thành quần thể thích nghi

Giải thích cơ chế hóa đen của bướm bạch dương:

• Quần thể ban đầu xuất hiện các đột biến bướm trắng và bướm đen
  • Khi môi trường chưa ô nhiễm: Thân cây bạch dương màu trắng, bướm trắng đầu trên thân câu bạch dương ⇒ không bị chim sâu phát hiện, bướm đen đậu trên thân cây thì dễ bị phát hiện ⇒ Số lượng bướm đen trong quần thể giảm, bướm trắng chiếm ưu thế
  • Khi môi trường bị ô nhiễm: Thân cây bạch dương bị khói bụi bám nên hóa đen, bướm trắng đầu trên thân câu bạch dương ⇒ dễ bị chim sâu phát hiện, bướm đen đậu trên thân cây thì khó bị phát hiện ⇒ Số lượng bướm trắng  trong quần thể giảm, bướm đen chiếm ưu thế.

Giải thích cơ chế kháng thuốc DDT ở vi khuẩn:

• Khả năng kháng thuốc do 4 cặp gen phân li đọc lập với nhau quy định
  • Các alen A, B, C, D không có khả năng kháng thuốc, sinh trưởng nhanh
  • Các alen a,b,c,d có khả năng kháng thuốc, sinh trưởng chậm
• Trong môi trường chưa có DDT: Trong quần thể ban đầu, vi khuẩn xuất hiện nhiều loại biến dị AABBCCDD, aabbccdd, Aabbccdd… trong đó các cá thể có kiểu hình trội AABBCCDD chiếm ưu thế, các cá thể có kiểu hình lặn sinh trưởng phát triển chậm không chiếm ưu thế
• Trong môi trường có DDT: Khi phun thuốc trừ sâu hay uống thuốc kháng sinh thì dạng bình thường AABBCCDD bị đào thải nhanh, nhưng các thể đột biến nói trên tỏ ra có ưu thế hơn, do đó dần dần chiếm tỷ lệ ngày càng cao. Liều lượng thuốc càng tăng nhanh thì áp lực chọn lọc càng mạnh, các thể đột biến có sức đề kháng cao hơn càng nhanh chóng thay thế các thể đột biến có sức đề kháng kém thua, làm cho các alen trội A,B,D,C ngày càng giảm và các alen lăn a, b, d, c ngày càng tăng.

⇒ Như vậy, khả năng đề kháng liên quan với những đột biến hoặc những tổ hợp đột biến đã phát sinh từ trước.

• Mỗi đặc điểm thích nghi là sản phẩm của chọn lọc tự nhiên trong hoàn cảnh nhất định nên chỉ có ý nghĩa trong hoàn cảnh phù hợp. Khi hoàn cảnh thay đổi, một đặc điểm vốn có lợi có thể trở thành bất lợi và bị thay thế bởi đặc điểm thích nghi hơn.

Ví dụ: Cá đã thích nghi trong môi trường nước nếu đưa ra khỏi nước thì chết.

• Ngay trong hoàn cảnh sống ổn định thì các đột biến và biến dị tổ hợp không ngừng phát sinh, CLTN vẫn không ngừng tác động. Vì vậy trong lịch sử tiến hóa, những sinh vật xuất hiện sau mang nhiều đặc điểm hợp lý hơn những sinh vật xuất hiện trước.

Ví dụ: Cây hạt kín hoàn thiện hơn cây hạt trần, cá xương hoàn thiện hơn cá sụn...

Ví dụ 1: Phân biệt thích nghi kiểu hình và thích nghi kiểu gen của sinh vật đối với môi trường?

Gợi ý trả lời:

- Thích nghi kiểu hình:

• Ví dụ: Sự biến đổi hình dạng lá trên cây rau mác, sự rụng lá theo mùa của cây bàng,...
• Mức độ biến đổi vật chất di truyền: Không có sự biến đổi kiểu gen một kiểu gen tạo nhiều kiểu hình.
• Tính chất biến đổi: Có hướng, đồng loạt biến đổi theo điều kiện môi trường, mang tính cá thể 
• Thời gian hình thành: Hình thành những kiểu hình khác nhau khi môi trường sống thay đổi
• Mức độ bền: Kém bền
• Vai trò và kết quả: Phản ứng thích nghi ⇒ Không hình thành loài mới

- Thích nghi kiểu gen:

• Ví dụ: Con bọ que có thân giống cái que
• Mức độ biến đổi vật chất di truyền: Biến đổi kiểu gen, một kiểu gen có một kiểu hình
• Tính chất biến đổi: Vô hướng đặc trưng cho loài
• Thời gian hình thành: Hình thành trong quá trình phát triển lịch sử của loài dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên.
• Mức độ bền: Bền vững
• Vai trò và kết quả: Xuất hiện cách li thông qua phân hóa vốn gen có thể dẫn tới hình thành loài mới.

Ví dụ 2: Giải thích sự hình thành đặc điểm thích nghi của sâu sồi?

Gợi ý trả lời:

• Sâu sồi mùa xuân có hình dạng giống chùm hoa còn về mùa hè lại có hình dạng cành cây. Các hình dạng này là hình dáng thích nghi kiểu ngụy trang để trốn tránh kẻ thù. Việc thay đổi hình dạng theo mùa là do khi sâu nở vào mùa xuân chúng ăn hoa sồi nên sâu có hình dạng chùm hoa còn sâu mùa hè ăn lá sồi nên có hình dạng cành cây.
• Người ta đã thí nghiệm cho sâu mùa xuân ăn lá sồi ngay từ khi chúng mới nở, kết quả là chúng có hình dạng cành cây. Như vậy, thành phần thức ăn đã góp phần mở các nhóm gen tương ứng qui định các đặc điểm thích nghi này.