Học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại SVIP

Học thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại dựa trên học thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwin với thành tựu của di truyền học và nhiều ngành khoa học khác để giải thích các cơ chế tiến hoá hình thành nên toàn bộ sinh giới. Theo đó:

- Toàn bộ sinh giới đều tiến hoá từ tổ tiên chung.

- Sự tiến hoá diễn ra liên tục ở quy mô nhỏ - thay đổi vốn gene của quần thể (tiến hoá nhỏ) và quy mô lớn - hình thành nên các đơn vị phân loại trên loài với thời gian kéo dài hàng triệu năm (tiến hoá lớn).

I. KHÁI NIỆM TIẾN HÓA NHỎ

Tiến hoá nhỏ là quá trình tiến hóa xảy ra ở phạm vi quần thể, làm thay đổi tần số allele và tần số kiểu gene từ thế hệ này sang thế hệ khác.

- Sự thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể khi được tích lũy đủ sẽ dẫn đến hình thành nên loài mới.

- Tiến hóa nhỏ là cơ sở tạo nên sự đa dạng của sinh giới.

II. CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA

Nhân tố tiến hóa là các nhân tố làm thay đổi tần số allele và tần số kiểu gene của quần thể.

1. Đột biến

- Đột biến gene làm xuất hiện các allele mới hoặc biến allele này thành allele khác → thay đổi tần số allele của quần thể.

- Đột biến giúp vốn gene của quần thể thêm phong phú, là nguyên liệu sơ cấp cho quá trình tiến hoá.

Đột biến gene I tạo ra các allele quy định các nhóm máu khác nhau

2. Phiêu bạt di truyền

- Phiêu bạt di truyền là sự thay đổi tần số allele của quần thể qua các thế hệ do các yếu tố ngẫu nhiên (bão tố, lũ lụt, hoả hoạn,...).

- Quá trình này làm giảm số lượng allele bất kể allele đó là có lợi, có hại hay trung tính → Làm giảm sự đa dạng di truyền của quần thể.

- Quần thể có kích thước càng nhỏ thì tác động của các yếu tố ngẫu nhiên lên quần thể càng mạnh.

- Phiêu bạt di truyền làm thay đổi tần số allele của quần thể khi một số ít cá thể phát tán đi nơi khác thành lập nên quần thể mới (hiệu ứng sáng lập) hoặc quần thể bị các yếu tố ngẫu nhiên làm chết hàng loạt và chỉ còn một số ít cá thể sống sót để khôi phục lại quần thể (hiệu ứng cổ chai).

Một số nguyên nhân dẫn đến phiêu bạt di truyền

3. Dòng gene

- Dòng gene (di - nhập gene) là hiện tượng trao đổi vốn gene giữa các quần thể thông qua sự di chuyển của các cá thể hữu thụ hoặc các giao tử của chúng.

Sự di chuyển các allele vào/ra khỏi quần thể

- Dòng gene làm thay đổi tần số allele theo hướng không xác định.

- Mức độ thay đổi phụ thuộc vào:

+ Chênh lệch tần số allele giữa quần thể cho và quần thể nhận: Chênh lệch càng lớn → Tần số allele thay đổi càng mạnh.

+ Hệ số nhập cư (m) = Số cá thể nhập vào quần thể : Tổng số các cá thể của quần thể nhận sau khi nhập cư. Hệ số nhập cư càng lớn → Tần số allele thay đổi càng mạnh.

- Dòng gene có thể làm tăng sự đa dạng di truyền của quần thể khi đưa thêm allele mới vào quần thể.

4. Chọn lọc tự nhiên

- Chọn lọc tự nhiên (CLTN) là quá trình làm tăng dần tần số allele, kiểu gene có lợi, giảm dần tần số allele, kiểu gene không có lợi đối với sinh vật trong quần thể, từ đó làm tăng số lượng các cá thể có khả năng sống sót và thích nghi cao hơn trong quần thể.

- CLTN chỉ tác động trực tiếp lên kiểu hình, gián tiếp làm thay đổi tần số allele và tần số kiểu gene của quần thể.

Diễn biến của chọn lọc tự nhiên

- Mức độ tác động của CLTN phụ thuộc vào loại allele và áp lực chọn lọc:

+ CLTN tác động lên kiểu hình trội sẽ làm thay đổi tần số allele trội nhanh hơn so với tác động lên kiểu hình lặn và allele lặn.

+ Điều kiện môi trường thay đổi càng mạnh (áp lực chọn lọc cao) thì tần số allele thay đổi càng nhanh và ngược lại.

- CLTN là nhân tố duy nhất làm thay đổi vốn gene theo một hướng xác định.

- CLTN thường làm giảm sự đa dạng di truyền (nghèo vốn gene) của quần thể. Nếu quần thể có độ đa dạng di truyền cao, có nhiều cá thể dị hợp thì vẫn duy trì được sự đa dạng di truyền của quần thể.

5. Giao phối không ngẫu nhiên

- Quần thể giao phối không ngẫu nhiên là phổ biến, rất hiếm gặp quần thể hoàn toàn ngẫu phối.

- Giao phối không ngẫu nhiên bao gồm các kiểu giao phối gần, tự thụ phấn và giao phối có lựa chọn.

- Nhân tố này không làm thay đổi tần số allele nhưng làm thay đổi tần số các kiểu gene của quần thể theo hướng giảm tần số kiểu gene dị hợp và tăng tần số kiểu gene đồng hợp → luôn làm nghèo vốn gene của quần thể.

Tần số kiểu gene của quần thể qua mỗi thế hệ giao phối không ngẫu nhiên

III. HÌNH THÀNH ĐẶC ĐIỂM THÍCH NGHI

Đặc điểm thích nghi là những đặc điểm di truyền giúp sinh vật tăng khả năng sống sót và sinh sản trong môi trường nhất định, được hình thành dưới tác động của CLTN, có tính tương đối và chỉ có lợi trong một môi trường nhất định.

1. Khái niệm

- Đặc điểm thích nghi là những đặc điểm di truyền được của sinh vật, phù hợp với môi trường sống nhất định, giúp cá thể sống sót và sinh sản tốt hơn so với những cá thể không mang đặc điểm đó.

- Mức độ thích nghi của sinh vật = Giá trị thích nghi = Tổng số con mà cá thể đó sinh ra trong suốt cuộc đời.

→ Cá thể nào sinh ra nhiều con hơn thì cá thể đó thích nghi với môi trường hơn. 

2. Cơ chế

- Cơ chế CLTN hình thành đặc điểm thích nghi như sau: Đột biến phát sinh ngẫu nhiên, tạo nên các kiểu hình biến dị → CLTN giữ lại những cá thể có các biến dị phù hợp, chúng có khả năng sống sót cao, sinh sản và phát tán mạnh hơn → Số lượng cá thể mang đột biến có lợi tăng dần trong quần thể qua các thế hệ.

- Ví dụ: (1) Khi môi trường không chứa penicillin, trong quần thể vi khuẩn có một số cá thể mang đột biến kháng chất kháng sinh penicillin được sinh ra ngẫu nhiên → (2) Khi môi trường có penicillin, những vi khuẩn bị đột biến sống sót được, sinh sản và tăng nhanh số lượng → (3) Hầu hết các vi khuẩn trong quần thể đều kháng thuốc penicillin.

3. Tính tương đối của đặc điểm thích nghi

- Mọi đặc điểm thích nghi chỉ mang tính tương đối.

- CLTN không thể tạo ra sinh vật thích nghi một cách hoàn hảo với nhiều điều kiện sống khác nhau vì:

+ Điều kiện môi trường (tác nhân gây ra CLTN) chỉ lựa chọn các biến dị di truyền có sẵn trong quần thể → Biến dị được lựa chọn không hẳn là đã tối ưu. Ví dụ: CLTN chỉ giữ lại cá thể dơi có lớp màng da kết nối các bộ phận của chi trước để dơi có thể bay mà không thể tạo ra cấu trúc cánh như ở chim.

+ Các đặc điểm thích nghi mang tính dung hoà vì một đặc điểm đem lại lợi ích này lại gây bất lợi khác. Ví dụ: Chim công đực có màu sắc sặc sỡ sẽ thu hút được nhiều chim cái nhưng đồng thời cũng dễ bị nhiều loài săn mồi phát hiện.

+ Một đặc điểm thích nghi chỉ có lợi trong một số môi trường nhất định. Ví dụ: Khả năng hô hấp của cá chỉ phù hợp cho đời sống dưới nước, có hại cho chúng ở môi trường trên cạn.

IV. LOÀI VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LOÀI

Loài sinh học là nhóm các cá thể có khả năng giao phối, sinh ra con hữu thụ và cách li sinh sản với các nhóm quần thể khác. Loài mới có thể hình thành do cách li địa lí hoặc trong cùng khu vực địa lí. Khi sự cách li sinh sản xuất hiện, loài mới sẽ được hình thành.

1. Khái niệm loài sinh học và các cơ chế cách li sinh sản

- Loài sinh học là nhóm quần thể gồm các cá thể có khả năng giao phối với nhau trong tự nhiên, sinh ra đời con hữu thụ và cách li sinh sản với các quần thể khác.

- Cách li sinh sản là những đặc điểm sinh học ngăn cản các cá thể thuộc các loài khác nhau giao phối với nhau, nếu có thể giao phối thì con lai không có khả năng sống sót hoặc không có khả năng sinh sản.

2. Cơ chế hình thành loài

a. Hình thành loài khác khu vực địa lí

- Cách li sinh sản xảy ra khi có trở ngại ngăn cản dòng gene giữa các quần thể. Sự ngăn cản càng triệt để và kéo dài → khả năng hình thành loài mới càng cao. → Phần lớn loài hình thành nhờ cách li địa lí.

- Cơ chế: Cách li địa lí xảy ra → vốn gene của các quần thể bị phân hoá bởi các nhân tố tiến hoá → tích lũy sự khác biệt vốn gene → xuất hiện cách li sinh sản → hình thành loài mới.

Quá trình tiến hóa hình thành loài khác khu vực địa lí

b. Hình thành loài cùng khu vực địa lí

- Do sống trong cùng một khu vực địa lí, sự cách li sinh sản giữa các quần thể cùng loài khó xảy khó xảy ra hơn. Nhưng nếu cách li sinh sản có thể xuất hiện, loài mới sẽ hình thành nhanh chóng.

- Ví dụ: Cá thể bị đột biến tứ bội có thể sinh sản tăng số lượng, tạo ra quần thể tứ bội → Quần thể cây tứ bội lai với cây lưỡng bội ban đầu cho ra cây tam bội bất thụ → Cây tứ bội là loài mới.

Quá trình hình thành lúa mì (Triticum aestivum) nhờ lai xa kết hợp với đa bội hóa

- Hình thành loài cùng khu vực địa lí thường xảy ra ở thực vật, hiếm xảy ra ở động vật.