Các nhân tố tiến hóa và cơ chế tiến hóa

I. Các nhân tố tiến hóa

A. Đột biến

1. Vai trò của đột biến đối với quá trình tiến hóa

– Đột biến là nguồn gốc chủ yếu của quá trình tiến hóa. Quá trình phát sinh đột biến gây sức ép làm thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể. Sự căng thẳng của đột biến biểu hiện ở tốc độ thay đổi tần số tương đối của alen bị đột biến. Tần số đột biến đối với mỗi gen thường rất thấp và đột biến có tính chất thuận nghịch nên áp lực của quá trình đột biến không đáng kể, nhất là đối với quần thể lớn.

– Vai trò chủ yếu của đột biến là tạo nguồn nguyên liệu sơ cấp cho quá trình tiến hóa. Đột biến gây ra những biến đổi di truyền về các đặc tính hình thái, sinh lý, sinh hóa, sinh học, gây ra những khác biệt nhỏ hoặc những thay đổi lớn trong cơ thể.

2. Đột biến là nguyên liệu của quá trình tiến hóa

Mặc dù đột biến thường có hại, nhưng hầu hết các alen đột biến là lặn. Ban đầu, alen lặn thường tồn tại ở thể dị hợp nên không biểu hiện ra kiểu hình. Thông qua giao phối, alen lặn có thể đi vào thể đồng hợp và được biểu hiện. Giá trị thích nghi của thể đột biến phụ thuộc vào môi trường sống và tổ hợp đột biến.

– Giá trị thích nghi của thể đột biến có thể thay đổi khi môi trường sống thay đổi. Phần lớn các đột biến tự nhiên có hại cho sinh vật vì chúng phá vỡ các mối quan hệ hài hòa trong kiểu gen, trong sinh vật, giữa sinh vật với môi trường được hình thành thông qua chọn lọc tự nhiên lâu đời. Trong môi trường quen thuộc, thể đột biến thường kém khả năng tồn tại hoặc kém thích nghi hơn so với dạng bố mẹ. Nhưng đặt trong điều kiện mới, nó có thể tỏ ra thích nghi hơn, sống động hơn.

Ví dụ: Ruồi mang đột biến kháng DDT phát triển chậm trong môi trường bình thường, nhưng phát triển nhanh trong môi trường có DDT.

– Giá trị thích nghi của thể đột biến có thể thay đổi tuỳ theo tổ hợp của các thể đột biến. Một đột biến trong một tổ hợp là có hại, nhưng trong sự tương tác với các gen trong tổ hợp khác, nó có thể trở nên có lợi.

Ví dụ: Côn trùng có màu sắc sặc sỡ là thể đột biến thường nổi bật trên nền lá xanh so với sâu xanh. Chúng thường có mùi hôi, nọc độc rất nguy hiểm cho chim ăn. Nhờ màu sắc tươi sáng, chúng kịp thời phát tín hiệu cho các loài chim biết để tránh tấn công chúng. Như vậy, màu sặc sỡ trở thành đặc điểm thích ứng theo hướng “báo hiệu”.

3. Đột biến gen là nguồn nguyên liệu chính

Đột biến được coi là nguyên liệu của quá trình tiến hóa, nhưng trong đó đột biến gen là nguồn nguyên liệu chính, vì so với đột biến nhiễm sắc thể:

Đột biến gen phổ biến hơn. Mặc dù tần số đột biến của mỗi gen thấp, nhưng tần số đột biến chung của tất cả các gen trong mỗi quần thể là khá lớn, vì ở mỗi loài có hàng vạn gen khác nhau.

– Đột biến gen ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sự sinh sản của cơ thể.

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng các chủng tộc và các loài thường được phân biệt với nhau không phải bởi một vài đột biến lớn mà bởi sự tích lũy của nhiều đột biến nhỏ.

B. Di – nhập gen

Sự lây lan của các gen từ quần thể này sang quần thể khác được gọi là sự di chuyển gen hay dòng gen.

1. Vai trò của di – nhập gen trong quá trình tiến hóa

– Di – nhập gen là nhân tố làm thay đổi vốn gen của quần thể. Người nhập cư mang lại các alen hoàn toàn mới mà trước đây không có cho quần thể, làm phong phú thêm vốn gen của quần thể nhận.

– Đây cũng là nhân tố làm thay đổi tần số alen của quần thể nhưng không theo hướng xác định. Di-nhập chỉ có thể làm tăng hoặc giảm tần số của các alen đã có trong quần thể. Mức độ ảnh hưởng của nhân tố này đến tần số alen phụ thuộc vào số lượng cá thể ra vào quần thể. Di nhập gen cũng có thể biểu hiện dưới hình thức truyền phấn đơn giản nhờ côn trùng hoặc gió giữa các quần thể thực vật.

– Di – nhập gen còn được gọi là dòng gen (dòng gen) để chỉ sự trao đổi gen giữa các quần thể.

2. Nếu kích thước quần thể giảm mạnh, tần số alen thay đổi nhanh chóng

Nếu kích thước quần thể giảm mạnh, tức là số lượng cá thể của quần thể còn rất ít thì các yếu tố ngẫu nhiên có thể làm thay đổi nhanh chóng tần số alen và thành phần kiểu gen. Một alen có lợi có thể nhanh chóng bị loại bỏ khỏi quần thể, trong khi một gen có hại có thể trở nên phổ biến trong quần thể.

C. Giao phối không ngẫu nhiên

1. Vai trò của giao phối không ngẫu nhiên và ngẫu nhiên trong quá trình tiến hóa

Giao phối không ngẫu nhiên (tự phối, tự thụ phấn, giao phối cận huyết và giao phối chọn lọc) không làm thay đổi tần số alen nhưng làm thay đổi tần số kiểu gen của quần thể theo hướng tăng tần số kiểu gen. gen đồng hợp, giảm tần số kiểu gen dị hợp tử. Như vậy, giao phối không ngẫu nhiên làm giảm tính đa dạng di truyền của quần thể. Tuy nhiên, giao phối không ngẫu nhiên là một nhân tố tiến hóa.

– Quá trình giao phối ngẫu nhiên (giao phối) có vai trò cung cấp nguồn nguyên liệu thứ cấp là biến dị tổ hợp cho quá trình tiến hóa. Giao phối cũng vô hiệu hóa tính có hại của đột biến và góp phần tạo ra các tổ hợp gen thích nghi. Tuy nhiên, giao phối không phải là một nhân tố của tiến hóa, vì giao phối tạo ra trạng thái cân bằng di truyền của quần thể, trong đó tần số alen và tần số kiểu gen của quần thể không thay đổi.

2. Quần thể giao phối là nguồn chứa các biến dị di truyền

– Mỗi quần thể có số lượng gen rất lớn nên tần số đột biến chung của tất cả các gen trong mỗi quần thể là khá lớn.

Giao phối làm phát tán đột biến trong quần thể, tạo ra sự đa hình về kiểu gen và kiểu hình, hình thành vô số biến dị tổ hợp. Hai quá trình đột biến và giao phối đã làm cho quần thể trở thành một kho biến dị di truyền vô cùng phong phú. Tiến hóa không chỉ sử dụng các đột biến mới xuất hiện, mà còn huy động một kho dự trữ các gen đột biến đã phát sinh từ lâu nhưng tiềm ẩn ở trạng thái dị hợp tử.

D. Chọn lọc tự nhiên

1. Phân biệt quan niệm của Darwin và quan niệm hiện đại về phẩm chất tự nhiên

2. Tác động của tài nguyên thiên nhiên theo quan niệm hiện đại

– Tác dụng chủ yếu của CLTN là phân hóa sức sinh sản của các kiểu gen khác nhau trong quần thể, làm cho tần số tương đối của các alen trong mỗi gen thay đổi theo một hướng xác định và quần thể có vốn gen. Các quần thể thích nghi hơn sẽ thay thế các quần thể kém thích nghi hơn.

– Chọn lọc tự nhiên không chỉ là nhân tố quy định nhịp điệu biến đổi thành phần kiểu gen của quần thể mà còn định hướng quá trình tiến hóa thông qua các hình thức chọn lọc: ổn định, vận động và phân hóa.

3. Các alen trội bị ảnh hưởng bởi chọn lọc nhanh hơn các alen lặn

Ở sinh vật lưỡng bội, alen trội trải qua quá trình chọn lọc nhanh hơn nhiều so với alen lặn vì alen trội, đồng hợp hoặc dị hợp, được biểu hiện ra kiểu hình, trong khi alen lặn là dị hợp tử. không biểu hiện ra kiểu hình. Do chọn lọc tác động lên kiểu gen hoặc tác động lên kiểu hình nên tất cả các alen trội có hại đều bị đào thải.

4. Kết quả chọn lọc cá thể và quần thể

– Chọn lọc quần thể hình thành nên những đặc điểm thích nghi tương quan giữa các cá thể về kiếm ăn, tự vệ, sinh sản, đảm bảo sự tồn tại và phát triển của quần thể phù hợp nhất.

– Chọn lọc cá thể làm tăng tỷ lệ cá thể thích nghi hơn trong quần thể, điều này làm phân biệt khả năng tồn tại và sinh sản của các cá thể trong quần thể.

5. Mối quan hệ giữa môi trường và chọn lọc tự nhiên.

Đặc điểm của từng hình thức tuyển chọn.

– Điều kiện môi trường bất lợi là yếu tố chọn lọc. Tuỳ theo điều kiện ngoại cảnh mà có hình thức chọn lọc cụ thể, tức là ngoại cảnh quyết định hướng chọn lọc.

Chọn lọc ổn định diễn ra trong điều kiện sống ổn định, sự chọn lọc nhất quán về kiểu gen đã đạt được. Chọn lọc vận động diễn ra trong điều kiện sống luôn biến đổi theo một hướng xác định, chọn lọc những kiểu gen mới có giá trị thích nghi hơn. Chọn lọc khác biệt diễn ra trong điều kiện sống không đồng nhất, chọn lọc diễn ra theo nhiều hướng, phân hóa thành nhiều kiểu hình.

6. Chất lượng tự nhiên là yếu tố chính của quá trình tiến hóa

Trong một quần thể đa hình, chọn lọc tự nhiên đảm bảo sự tồn tại và sinh sản ưu việt của những cá thể mang nhiều tính trạng có lợi hơn. Chọn lọc tự nhiên tác động trực tiếp lên kiểu hình của cá thể qua nhiều thế hệ dẫn đến hiện tượng chọn lọc kiểu gen. Điều này khẳng định vai trò của các biến số trong quá trình tiến hóa.

– Chọn lọc tự nhiên là nhân tố quy định chiều hướng và nhịp điệu biến đổi tần số tương đối của các alen, tạo ra các tổ hợp gen đảm bảo sự thích nghi với môi trường, là nhân tố định hướng cho quá trình tiến hóa.

+ CLTN làm cho tần số các alen thay đổi theo một hướng xác định. Dưới tác động của CLTN tần số các alen có lợi trong quần thể tăng lên.

Ví dụ: Nếu cá thể mang kiểu hình alen A tỏ ra thích nghi hơn cá thể mang kiểu hình alen a thì dưới tác dụng của CLTN tần số alen A tăng lên, ngược lại tần số alen a ngày càng giảm.

+ Áp lực của quá trình điều khiển di truyền lớn hơn nhiều so với quá trình đột biến, chẳng hạn để giảm một nửa tần số ban đầu của một alen dưới tác động của vật chất di truyền thì chỉ cần một vài thế hệ.

II. Cơ chế tiến hóa

2.1. Tiến hóa nhỏ

Là quá trình biến đổi cấu trúc di truyền của quần thể (làm thay đổi tần số alen và tần số kiểu gen của quần thể). Quần thể là đơn vị của quá trình tiến hóa, và quá trình tiến hóa nhỏ kết thúc khi các loài mới xuất hiện.

Quá trình này do các nhân tố tiến hóa tác động vào vốn gen của quần thể dẫn đến hình thành quần thể thích nghi và hình thành loài mới.

Quá trình hình thành quần thể thích nghi là một quá trình lịch sử, chịu sự chi phối của nhiều yếu tố: quá trình đột biến, quá trình giao phối, quá trình chọn lọc tự nhiên.

Quá trình hình thành loài mới là một quá trình lịch sử, làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể theo hướng thích nghi, tạo ra kiểu gen mới cách ly sinh sản với quần thể ban đầu.

Quá trình hình thành loài mới diễn ra qua 3 giai đoạn chính:

– Hình thành các dạng mới ở loài

– Sự hình thành một loài mới

– Sự tồn tại của loài mới.

Có 3 phương thức hình thành loài: khác khu; trong cùng một khu vực: con đường sinh thái, con đường sinh học, con đường nhân giống.

2.2. Sự tiến hóa lớn

Là quá trình biến đổi ở các mức độ trên loài, hình thành các nhóm phân loại có liên quan đến nguồn gốc (chi, họ, bậc, lớp, ngành). Sự hình thành loài mới là cơ sở của quá trình hình thành các nhóm phân loại trên loài. Tiến hóa nhỏ và tiến hóa lớn có thể được xem là hai mặt của một quá trình tiến hóa thống nhất.

Đăng bởi: Trường ĐH KD & CN Hà Nội

Chuyên mục: Sinh học lớp 12, Sinh học 12