Nội dung Bài 27: Quá Trình Hình Thành Quần Thể Thích Nghi thuộc Chương I: Bằng Chứng Và Cơ Chế Tiến Hóa môn Sinh Học Lớp 12. Giúp các bạn hiểu được quá trình hình thành quần thể thích nghi là quá trình làm tăng dần số lượng cá thể có kiểu hình thích nghi cũng như hoàn thiện khả năng thích nghi của sinh vật. Từ đó giải thích được quá trình hình thành quần thể thích nghi chịu sự chi phối của quá trình hình thành và tích luỹ các đột biến, quá trình sinh sản và quá trình CLTN. Ngoài ra, rèn luyện khả năng thu thập một số tài liệu [thu thập các hình ảnh về đặc điểm thích nghi], làm việc tập thể xây dựng báo cáo khoa học và trình bày báo cáo [giải thích các quá trình hình thành quần thể thích nghi mà mình thu thập được].
Trong bài trước chúng ta đã biết đối tượng của CLTN là cá thể. Những cá thể nào có được các đặc điểm giúp sinh vật thích nghi với môi trường làm tăng khả năng sống sót và khả năng sinh sản thì ở các thế hệ tiếp theo, những cá thể có các đặc điểm đó sẽ ngày càng phổ biến. Trong bài học này, chúng ta sẽ xem xét kĩ hơn các quá trình dẫn đến hình thành quần thể sinh vật có các đặc điểm thích nghi thể hiện qua các góc độ:
– Hoàn thiện khả năng thích nghi của các sinh vật trong quần thể từ thế hệ này sang thế hệ khác.
– Làm tăng số lượng cá thể có kiểu gen quy định kiểu hình thích nghi trong quần thể từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Mặc dù khả năng thích nghi của sinh vật là tổng hợp của nhiều đặc điểm riêng rẽ nhưng ở mỗi sinh vật luôn có những đặc điểm chính giúp chúng sống sót tốt hơn. Những đặc điểm như vậy được gọi là các đặc điểm thích nghi [hình 27.1].
Câu hỏi 1 bài 27 trang 119 SGK sinh học lớp 12: Quan sát hình 27.1 và cho biết đặc điểm nào là đặc điểm thích nghi của con sâu trên cây sồi? Giải thích.
Giải: Thích nghi là khả năng của sinh vật có thể biến đổi hình thái, giải phẫu, sinh lí, phản ứng phù hợp với điều kiện sống, giúp chúng tồn tại và phát triển.
Đặc điểm thích nghi của con sâu sồi là màu sắc và hình dạng, vào mùa xuân, sâu sồi có màu vàng và hình dáng giống như hoa sồi để lẩn tránh kẻ thù
Vào mùa hè sâu sồi có màu sáng giống như cành cây, hình dạng không sần sùi như mùa xuân.
Quá trình CLTN luôn đào thải các cá thể có kiểu hình không thích nghi và do vậy làm tăng dần số lượng cá thể có kiểu hình thích nghi cũng như tăng dần mức độ hoàn thiện của các đặc điểm thích nghi từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Các đặc điểm thích nghi, ví dụ như hình dạng, màu sắc của sâu bọ giúp chúng nguỵ trang trốn tránh được kẻ thù hay khả năng kháng thuốc của một số loài vi khuẩn,… được quy định bởi một hoặc một số gen khác nhau. Sự xuất hiện của một đặc điểm thích nghi nào đó nói riêng và bất kì đặc điểm di truyền nào nói chung trên cơ thể sinh vật là do kết quả của đột biến cũng như sự tổ hợp lại các gen [biến dị tổ hợp]. Alen quy định một đặc điểm khi mới xuất hiện thường chỉ ở một hoặc một số rất ít cá thể. Nếu tính trạng do alen đột biến quy định đặc điểm nào đó giúp sinh vật thích nghi tốt với môi trường và do vậy có khả năng sinh sản tốt hơn thì alen đó sẽ ngày càng phổ biến hơn trong quần thể ở những thế hệ tiếp theo.
Tuy nhiên, khả năng thích nghi tốt với môi trường và để lại nhiều cho thế hệ sau thường không phải là một tính trạng đơn gen mà do rất nhiều gen cùng quy định. Vì vậy, quá trình hình thành quần thể thích nghi là quá trình tích luỹ các alen cùng tham gia quy định kiểu hình thích nghi. Môi trường chỉ đóng vai trò sàng lọc những cá thể có kiểu hình thích nghi trong số các kiểu hình có sẵn trong quần thể mà không tạo ra các đặc điểm thích nghi.
Để hiểu rõ hơn cơ chế di truyền dẫn đến hình thành quần thể thích nghi, chúng ta hãy xem xét một ví dụ cụ thể về khả năng kháng thuốc của loài vi khuẩn tụ cầu vàng gây bệnh cho người là Staphylococcus aureus. Từ năm 1941, người ta đã sử dụng pênicilin để tiêu diệt một cách rất có hiệu quả loài vi khuẩn này nhưng năm 1944 đã xuất hiện một số chủng kháng lại pênixilin và đến năm 1992 thì trên 95% các chủng vi khuẩn tụ cầu vàng trên thế giới đều kháng lại thuốc pênicilin và các thuốc khác có cấu trúc tương tự.
Khả năng kháng lại thuốc xuất hiện là do một số vi khuẩn tụ cầu vàng có gen đột biến làm thay đổi cấu trúc thành tế bào làm cho thuốc không thể bám vào thành tế bào. Gen đột biến kháng thuốc nhanh chóng lan rộng trong quần thể không chỉ bằng cách truyền từ tế bào vi khuẩn mẹ sang tế bào vi khuẩn con qua quá trình sinh sản [được gọi là truyền theo hàng dọc] mà còn truyền từ tế bào vi khuẩn này sang tế bào vi khuẩn khác [truyền theo hàng ngang]. Sự lan truyền đó bằng các cơ chế như biến nạp [gen kháng thuốc từ môi trường trực tiếp xâm nhập vào tế bào vị khuẩn mẫn cảm với thuốc] hoặc thông qua virut, gen kháng thuốc có thể được truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác [tải nạp] của cùng một loài hoặc giữa các loài. Việc gia tăng áp lực chọn lọc, cụ thể ở đây là gia tăng liều lượng thuốc, sử dụng nhiều loại thuốc khác nhau đã nhanh chóng làm cho loài Staphylococcus aureus nói riêng và các loài vi khuẩn gây bệnh nói chung ngày càng có khả năng kháng lại nhiều loại thuốc kháng sinh khác nhau.
Tóm lại, quá trình hình thành quần thể thích nghi xảy ra nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào: [1] quá trình phát sinh và tích luỹ các gen đột biến ở mỗi loài, [2] tốc độ sinh sản của loài, [3] áp lực CLTN.
Vi khuẩn có khả năng kháng thuốc nhanh vì hệ gen của mỗi tế bào chỉ có 1 phân tử ADN nên alen đột biến có thể biểu hiện ngay ra kiểu hình và quá trình sinh sản nhanh chóng đã tăng nhanh số lượng vi khuẩn có gen kháng thuốc. Hơn nữa, một số loại vi khuẩn lại được thêm gen kháng thuốc từ môi trường qua virut hoặc qua quá trình biến nạp.
Như chúng ta đã thấy, CLTN chỉ đóng vai trò sàng lọc và giữ lại những cá thể có kiểu gen quy định kiểu hình thích nghi mà không tạo ra các kiểu gen thích nghi. Để làm sáng tỏ điều này, chúng ta hãy theo dõi thí nghiệm mà các nhà khoa học đã tiến hành trên loài bướm Biston betularia.
Hình 27.2 cho thấy loài bướm Biston betularia đã thích nghi như thế nào trong những vùng công nghiệp của nước Anh. Các nhà khoa học cho rằng khi chưa công nghiệp hoá, các rừng cây bạch dương còn chưa bị ô nhiễm nên cây có thân trắng.
Do vậy, những con bướm trắng đậu trên thân cây màu trắng nên chim không phát hiện ra, trong khi đó những con bướm đen rất dễ bị chim phát hiện và tiêu diệt. Kết quả là số lượng bướm đen rất hiếm và quần thể gồm chủ yếu là bướm trắng.
Khi rừng cây bị khói từ các nhà máy làm cho thân cây bị bám muội đen thì những con bướm trắng đậu trên thân cây lại trở nên bất lợi vì dễ bị chim phát hiện và tiêu diệt nên số lượng bướm trắng giảm dần và bướm đen tăng lên. Để chứng minh điều này, một số nhà khoa học đã tiến hành nuôi các loại bướm đen và bướm trắng trong phòng thí nghiệm rồi đem thả chúng vào tự nhiên. Các thí nghiệm được tiến hành như sau:
– Thí nghiệm 1: thả 500 bướm đen vào rừng cây bạch dương trồng trong vùng không bị ô nhiễm [thân cây có màu trắng]. Sau một thời gian, người ta tiến hành bắt lại các con bướm ở vùng rừng này và nhận thấy hầu hết bướm bắt được đều là bướm trắng. Đồng thời, khi giải phẫu dạ dày của các con chim bắt được ở vùng | này, người ta thấy chim bắt được bướm đen nhiều hơn hẳn so với bướm trắng.
– Thí nghiệm 2: thả 500 bướm trắng vào rừng cây bạch dương trồng trong vùng bị ô nhiễm [thân cây có màu xám đen]. Sau một thời gian, người ta tiến hành bắt lại các con bướm ở vùng rừng này và nhận thấy hầu hết bướm bắt được đều là bướm đen. Khi nghiên cứu thành phần thức ăn trong dạ dày của chim bắt ở vùng này, người ta thấy chim bắt được số lượng bướm trắng nhiều hơn hẳn so với số bướm đen.
Khả năng thích nghi của sinh vật với môi trường không phải là hoàn hảo. Để có được một đặc điểm thích nghi nào đó thì sinh vật thường phải trả giá ở các mức độ khác nhau.
Ví dụ: Một số quần thể của loài rắn, Thamnophis sitalis, có khả năng kháng lại chất độc do con mồi [một loại kì giống nhỏ] của nó tiết ra. Những cá thể không có khả năng kháng độc sẽ bị chết ngay khi ăn phải loài kì giông độc này [chất độc làm liệt dây thần kinh cũng như sự co cơ]. Tuy nhiên, những con rắn có khả năng kháng lại độc tố này lại có nhược điểm là sau khi ăn kì giông độc chúng không thể bò nhanh được như những con rắn không có khả năng kháng độc. Do vậy, những con rắn kháng độc lại dễ làm mồi cho các loài ăn rắn.
Như vậy, CLTN chọn lọc kiểu hình của một sinh vật theo kiểu “thoả hiệp”. Điều này có nghĩa là CLTN duy trì một kiểu hình dung hoà với nhiều đặc điểm khác nhau. Ngoài ra, một đặc điểm có thể là thích nghi với môi trường này nhưng lại trở nên kém thích nghi trong môi trường khác.
Vì vậy, không thể có một sinh vật nào có nhiều đặc điểm thích nghi với nhiều môi trường khác nhau.
Hướng dẫn giải bài tập SGK Bài 27: Quá Trình Hình Thành Quần Thể Thích Nghi thuộc Chương I: Bằng Chứng Và Cơ Chế Tiến Hóa môn Sinh Học Lớp 12. Các bài giải có kèm theo phương pháp giải và cách giải khác nhau.
Hãy sưu tập các hình ảnh về các đặc điểm thích nghi và giải thích đặc điểm đó đem lại giá trị thích nghi như thế nào đối với sinh vật đó.
Hãy đưa ra một giả thuyết giải thích quá trình hình thành một quần thể cây có khả năng kháng lại một loài côn trùng từ một quần thể ban đầu bị sâu phá hoại.
Tại sao các loài nấm độc lại thường có màu sắc sặc sỡ?
Một số loài sinh vật có các đặc điểm giống các đặc điểm thích nghi của loài sinh vật khác, người ta gọi đó là các đặc điểm “bắt chước”. Ví dụ một số loài côn trùng không có chất độc lại có màu sắc sặc sỡ giống màu sắc của loài côn trùng có chứa chất độc. Đặc điểm bắt chước đó đem lại giá trị thích nghi như thế nào đối với loài côn trùng không có chất độc tự vệ?
Tại sao lúc đầu ta dùng một loại hoá chất thì diệt được tới trên 90% sâu tơ hại bắp cải nhưng sau nhiều lần phun thuốc thì hiệu quả diệt sâu của thuốc diệt lại giảm dần?
Lý thuyết Bài 27: Quá trình hình thành quần thể thích nghi Sách giáo khoa Sinh học 12 ngắn gọn, đầy đủ, dễ hiểu có sơ đồ tư duy.
– Là những đặc điểm trên cơ thể sinh vật giúp chúng có khả năng sống sót tốt hơn.
Ví dụ: sâu ăn lá cây thường có màu xanh.
– 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.
Ví dụ: khả năng kháng thuốc penixilin của vi khuẩn tụ cầu vàng Staphylococcus aureus. Năm 1941 là chưa xuất hiện chủng kháng thuốc, 1944 xuất hiện một vài chủng có khả năng kháng thuốc, đến 1992 có 95% chủng vi khuẩn tụ cầu vàng có khả năng kháng penixilin và các thuốc khác tương tự.
– Nguyên nhân là do một số chủng vi khuẩn tụ cầu vàng có gen đột biến làm thay đổi cấu trúc thành tế bào làm cho thuốc không thể bám vào thành tế bào được. Gen đột biến này nhanh chóng lan rộng trong quần thể bằng cách truyền từ hế hệ này sang thế hệ khác hoặc từ tế bào này sang tế bào khác.
– 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 chọn lọc tự nhiên.
a. Giải thích sự hoá đen của loài bướm Biston betularia ở vùng công nghiệp
– Trong quần thể bướm trắng ban đầu đã có các đột biến ngẫu nhiên xuất hiện, trong đó có đột biến làm xuất hiện kiểu hình bướm đen.
– Trong môi trường có bụi than, thể đột biến màu đen trở thành có lợi cho bướm vì chim ăn sâu khó phát hiện, vì vậy được chọn lọc tự nhiên giữ lại. Số cá thể màu đen được sống sót nhiều hơn, qua giao phối và sinh sản con cháu của chúng ngày càng đông và thay thế dần dạng trắng.
b. Giải thích quá trình hình thành đặc điểm thích nghi của sâu sồi
– 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.
c. Tại sao lúc đầu ta dùng một loại hoá chất thì diệt được tới trên 90% sâu tơ hại bắp cải nhưng sau nhiều lần phun thuốc thì hiệu quả diệt sâu của thuốc diệt lại giảm dần?
– Khả năng kháng thuốc do nhiều gen qui định. Dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, các cá thể có kiểu gen kháng thuốc có sức sống cao hơn và ngày càng gia tăng về số lượng, có nghĩa là các gen kháng thuốc được tích luỹ ngày càng nhiều trong quần thể làm cho khả năng kháng thuốc ngày càng hoàn thiện.
– Quá trình này có thể xảy ra như sau: Do đột biến gen hoặc biến dị tổ hợp, một số cây trồng tình cờ sản sinh ra một số chất độc [sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất]. Chất này được tích lại trong không bào. Trong điều kiện bình thường, không có sâu hại, những cây có chứa các chất độc này phát triển chậm hoặc yếu hơn do phải tiêu tốn năng lượng để ngăn chặn chất độc đối với chính mình hoặc bài tiết chất độc ra ngoài nên số lượng cây này rất ít. Tuy nhiên, khi có sâu hại xuất hiện thì hầu hết các cây khác bị sâu tiêu diệt chỉ còn lại một số cây có chất độc trong lá hoặc thân có thể tồn tại và phát triển được. Số cây này nhanh chóng phát triển thành quần thể cây trồng kháng sâu nếu áp lực chọn lọc ngày càng tăng.
– Chọn lọc tự nhiên chỉ đóng vai trò sàng lọc và giữ lại những cá thể có kiểu gen qui định kiểu hình thích nghi mà không tạo ra các kiểu gen thích nghi.
– Không thể có một sinh vật nào có nhiều đặc điểm thích nghi với nhiều môi trường khác nhau. Đặc điểm thích nghi đó là có lợi trong môi trường [hoàn cảnh] này nhưng lại có thể trở nên bất lợi trong môi trường [hoàn cảnh] khác.
– Ví dụ: cá có mang thích nghi với môi trường nước nhưng khi lên cạn thì không thể sống được. Bướm trắng có màu trắng thích nghi với rừng bạch dương, nhưng khi môi trường thay đổi, thân bạch dương bị ô nhiễm chuyển sang màu đen thì màu trắng lại trở nên kém thích nghi.
Câu 1: Phát biểu không đúng về quá trình hình thành các đặc điểm thích nghi theo thuyết tiến hoá hiện đại là:
A. quá trình đột biến làm cho một gen biến đổi thành nhiều alen, đột biến phát sinh vô hướng, không tương ứng với ngoại cảnh.
B. quá trình giao phối tạo ra những tổ hợp alen mới, trong đó có những tổ hợp có tiềm năng thích nghi với những điều kiện mới.
C. quá trình chọn lọc tự nhiên đào thải các kiểu gen bất lợi, tăng tần số tương đối của các alen và các tổ hợp gen thích nghi.
D. các cơ chế cách ly đã củng cố các đặc điểm mới được hình thành vốn có lợi trở thành các đặc điểm thích nghi.
Câu 2: Khi dùng một loại thuốc trừ sâu mới, dù với liều lượng cao cũng không hy vọng tiêu diệt được toàn bộ số sâu bọ cùng một lúc vì:
A. quần thể giao phối đa hình về kiểu gen.
B. thuốc sẽ tác động làm phát sinh những đột biến có khả năng thích ứng cao.
C. ở sinh vật có cơ chế tự điều chỉnh phù hợp với điều kiện mới.
D. khi đó quá trình chọn lọc tự nhiên diễn ra theo một hướng
Câu 3: Dạng cách ly quan trọng nhất để phân biệt hai loài là cách ly:
A. sinh thái.
B. khoảng cách.
C. di truyền.
D. sinh sản.
Câu 4: Đối với vi khuẩn, tiêu chuẩn có ý nghĩa hàng đầu để phân biệt hai loài thân thuộc là:
A. tiêu chuẩn hoá sinh.
B. tiêu chuẩn sinh lí.
C. tiêu chuẩn sinh thái.
D. tiêu chuẩn di truyền.
Câu 5: Theo Di truyền học hiện đại nhân tố chủ yếu chi phối sự hình thành đặc điểm thích nghi trên cơ thể sinh vật là:
A. đột biến và chọn lọc tự nhiên.
B. đột biến, giao phối và chọn lọc tự nhiên.
C. đột biến, chọn lọc tự nhiên, cách ly.
D. đột biến, chọn lọc tự nhiên, cách ly và phân ly tính trạng.
Câu 6: Thích nghi kiểu hình là thích nghi trong đó:
A. Một kiểu gen phản ứng thành những kiểu hình khác nhau trước sự thay đổi của những yếu tố môi trường.
B. Hình thành các thường biến trong đời cá thể, bảo đảm sự thích nghi thụ động của cơ thể trước môi trường sinh thái.
C. Hình thành những kiểu gen quy định những tính trạng và tính chất đặc trưng cho từng loài, từng nòi trong loài.
D. Hình thành những đặc điểm thích nghi bẩm sinh trong lịch sử của loài dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên.
Câu 7: Trong việc sử dụng DDT để diệt ruồi muỗi, khi liều lượng DDT sử dụng càng tăng nhanh sẽ dẫn đến:
A. Áp lực chọn lọc càng mạnh, các cơ thể mang kiểu gen có sức đề kháng dù cao hay thấp đều sẽ bị đào thải.
B. Áp lực chọn lọc càng mạnh, các cơ thể mang kiểu gen có sức đề kháng cao sẽ bị đào thải.
C. Áp lực chọn lọc càng mạnh làm cho kiểu gen có sức đề kháng cao hơn nhanh chóng thay thế các kiểu gen có sức đề kháng kém hơn.
D. Áp lực chọn lọc càng mạnh, kiểu gen có sức đề kháng thấp sẽ thay thế các kiểu gen có sức đề kháng cao hơn.
Câu 8: Vì sao không dùng một loại thuốc trừ sâu mới, dù với liều cao chúng ta cũng không hy vọng tiêu diêt được toàn bộ sâu bọ cùng một lúc? VÌ sao phải dùng các loại thuốc này với liều lượng thích hợp?
A. Quần thể không có vốn gen đa dạng nên khi hoàn cảnh thay đổi, sinh vật sẽ dễ dàng bị tiêu diệt hàng loạt do không có tiềm năng thích ứng.
B. Quần thể có vốn gen đa dạng nên khi hoàn cảnh thay đổi, sinh vật sẽ rất khó bị tiêu diệt hàng loạt do có tiềm năng thích ứng.
C. Khi áp lực chọn lọc càng mạnh,càng tạo điều kiện cho việc xuất hiện các đột biến mới giúp sâu bọ đều kháng thuốc tốt hơn với thuốc.
D. Khi áp lực chọn lọc càng mạnh,càng tạo điều kiện tiêu diệt loài cũ và làm xuất hiện loài mới thích nghi cao hơn.
Câu 9: Hiện tượng “quen thuốc” của vi khuẩn gây bệnh đối với các loại kháng sinh xảy ra do:
A. Liên quan tới việc phát sinh những đột biến mới giúp chúng ta có khả năng kháng thuốc phát sinh khi bắt đầu sử dụng phát sinh.
B. Liên quan tới việc phát sinh những đột biến giúp chúng có khả năng kháng thuốc phát sinh khi sử dụng kháng sinh với liều lượng lớn hơn so với quy định.
C. Liên quan tới việc phát sinh những đột biến giúp chúng có khả năng kháng thuốc phát sinh sau khi bắt đầu sử dụng kháng sinh một thời gian.
D. Liên quan tới việc củng cố những đột biến hoặc tổ hợp đột biến giúp chúng có khả năng kháng thuốc đã phát sinh từ trước khi sử dụng kháng sinh.
Ở trên là nội dung Bài 27: Quá Trình Hình Thành Quần Thể Thích Nghi thuộc Chương I: Bằng Chứng Và Cơ Chế Tiến Hóa môn Sinh Học Lớp 12. Trong bài học này, các bạn sẽ được học các kiến thức như: khái niệm đặc điểm thích nghi, cơ sở di truyền của quá trình hình thành quần thể thích nghi, thí nghiệm chứng minh vai trò của CLTN trong quá trình hình thành quần thể thích nghi, sự hợp lí tương đối của các đặc điểm thích nghi.