Mở đầu: Dựa vào định luật Hardy - Weinberg, hãy dự đoán các nhân tố có thể ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng di truyền của quần thể.
Lời giải:
- Các nhân tố có thể ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng di truyền của quần thể: đột biến, giao phối không ngẫu nhiên, phiêu bạt di truyền.
I. Tiến hóa nhỏ
Câu hỏi 1: Tại sao biến đổi về tần số allele, tần số kiểu gene ở phạm vi quần thể là cơ sở của quá trình tiến hóa của sinh vật?
Lời giải:
- Biến đổi về tần số allele, tần số kiểu gene ở phạm vi quần thể là cơ sở của quá trình tiến hóa của sinh vật vì 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, và có thể dẫn đến hình thành nên loài mới.
Câu hỏi 2: Tại sao quần thể là đơn vị tiến hóa nhỏ?
Lời giải:
- Bản chất của tiến hóa nhỏ là quá trình làm thay đổi vốn gene, thể hiện ở sự thay đổi tần số allele và tần số kiểu gene, dẫn đến thay đổi đặc trưng di truyền của quần thể qua các thế hệ. Nói cách khác, quần thể là đơn vị tiền hóa nhỏ.
II. Các nhân tố tiến hóa
Câu hỏi 3: Trình bày vai trò của các nhân tố tiến hóa và nêu ví dụ minh hoạ.
Lời giải:
- Vai trò: làm thay đổi tần số allele hoặc tần số kiểu gene trong quần thể. Trải qua thời gian đủ dài, những nhân tố này tạo ra sự khác biệt đủ 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.
Câu hỏi 4: Sự phát sinh đột biến có tính định hướng hay vô hướng đối với khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật?
Lời giải:
Sự phát sinh đột biến có tính vô hướng đối với khả năng sống sót và sinh sản của sinh vật, thể hiện ở những điểm sau:
- Xảy ra ngẫu nhiên, không thể dự đoán trước.
- Có thể có lợi, có hại hoặc trung tính.
Câu hỏi 5: Dựa vào hình 17.1, hãy mô tả sự kiện "cổ chai" và tác động của sự kiện này đến cấu trúc di truyền của quần thể.
Lời giải:
- Hiệu ứng cổ chai là hiện tượng số lượng cá thể của quần thể giảm đột ngột bởi các yếu ớt như thiên tại; nạn săn bắt, khai thác quá mức. Dưới tác động đó, sự sống sót hoặc 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 quân thê ban đầu.
Câu hỏi 6: Quan sát hình 17.2 và cho biết ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền đối với tần số allele của quần thể phụ thuộc vào kích thước quần thể như thế nào.
Lời giải:
- Ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền đối với tần số allele của quần thể phụ thuộc vào kích thước quần thể: Quần thể có kích thước càng nhỏ thì mức độ ảnh hưởng của phiêu bạt di truyền càng lớn. Ở quần thể có 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 ngẫu nhiên làm mất một allele hay cố định một allele sau nhiều thế hệ.
Luyện tập 1: Vì sao giao phối không ngẫu nhiên là một nhân tố tiến hóa?
Lời giải:
- Vì 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.
Câu hỏi 7: Một quần thể bướm đêm trong khu rừng với nhiều cây bạch dương có thân gỗ màu trắng. Bướm đêm là nguồn thức ăn của nhiều loài chim, động vật có vú và côn trùng khác. Các con bướm chủ yếu có màu trắng ngà, một số ít có màu sẫm. Khi khói bụi từ khu công nghiệp ở vùng lân cận làm thân cây bạch dương phủ màu bụi sẫm, các con bướm có màu trắng ngà dễ bị phát hiện và bị ăn thịt. Qua thời gian dài, quần thể bướm đêm ở khu vực này có sự thay đổi về các tần số kiểu hình màu sắc thân (hình 17.3).
Dựa vào các thông tin nêu trên, hãy cho biết các yếu tố đóng góp vào sự thay đổi tần số kiểu hình màu sắc của bướm đêm.
Lời giải:
- Sự thay đổi tần số kiểu hình màu sắc của bướm đêm trong khu vực này là kết quả của chọn lọc tự nhiên tác động lên biến dị di truyền trong quần thể.
III. Đặc điểm thích nghi
Câu hỏi 8: Quan sát hình 17.4 và cho biết màu sắc thân của thằn lằn và rắn vua, hình dạng và màu sắc của hoa lan mang lại lợi ích gì đối với mỗi nhóm sinh vật đó?
Lời giải:
- Màu sắc thân của thằn lằn và rắn vua, hình dạng và màu sắc của hoa lan mang lại lợi ích tự vệ/ thu hút bạn tình đối với mỗi nhóm sinh vật đó.
Câu hỏi 9: Hãy nêu một số ví dụ về đặc điểm thích nghi ở sinh vật.
Lời giải:
Một số ví dụ về đặc điểm thích nghi ở sinh vật:
- 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 xương rồng thích nghi với điều kiện khí hậu khô hạn, nhiệt độ không khí nóng vào ban ngày và lạnh vào ban đêm ở khu sinh học sa mạc và hoang mạc: Thân cây biến dạng thành thân mọng nước giúp dự trữ nước cho cây, thân cũng có các rãnh chạy dọc chiều dài thân giúp chuyển nước mưa, nước sương thành một dòng xuống rễ; lá xương rồng biến thành gai hạn chế được sự thoát hơi nước; rễ cây dài, lan rộng giúp cây hấp thu nước;…
- 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.
Luyện tập 2: Tại sao nhiều động vật có vú sống trên cạn như hổ, báo, sư tử,... có lớp lông mao bao phủ cơ thể nhưng động vật có vú sống ở nước như cá voi không có đặc điểm đó?
Lời giải:
- Do lớp lông mao gần như không có tác dụng gì đối với động vật có vú dưới nước, ngược lại còn tạo ra một số bất lợi như làm cơ thể nặng nề, giảm tốc độ bơi,... nên đặc điểm này không xuất hiện ở động vật có vú dưới nước.
Vận dụng: Ở quần đảo Galápagos thuộc vùng Trung Mỹ, loài chim sẻ Geospiza fortis có kích thước mỏ đa dạng và phù hợp với các loại hạt cây mà chúng ăn: chim sẻ có mỏ nhỏ thường ăn hạt nhỏ, mềm; chim sẻ có mỏ lớn ăn các hạt to, cứng. Trong một nghiên cứu, kích thước mỏ trung bình của quần thể chim sẻ đo được năm 1976 là 9,4 mm. Năm 1977, một đợt hạn hán kéo dài làm phần lớn các cây có hạt nhỏ, mềm bị chết do chịu hạn kém. Trong thời gian đó, khoảng 80% chim sẻ bị chết, chủ yếu là chim sẻ có mỏ nhỏ ăn hạt nhỏ, mềm. Đến năm 1978, quần thể chim sẻ này có kích thước mỏ trung bình là 10,2 mm. Hãy phân tích ví dụ nêu trên để chứng minh:
a) Tiến hóa đang xảy ra ở quần thể chim sẻ ở đảo và đơn vị tiến hoá là quần thể.
b) Chim sẻ có đặc điểm thích nghi liên quan đến kích thước mỏ và đặc điểm thích nghi này có tính hợp lí tương đối.
c) Nếu hiện tượng mưa nhiều xuất hiện trở lại ở khu vực này, hãy dự đoán đặc điểm kích thước mỏ chim sẻ ở quần đảo này sau đó một vài năm.
Lời giải:
a) Chứng minh tiến hóa đang xảy ra ở quần thể chim sẻ
Sự thay đổi tần số alen:
- Năm 1976: Tần số alen quy định mỏ nhỏ cao hơn.
- Năm 1978: Tần số alen quy định mỏ lớn cao hơn do chim sẻ mỏ nhỏ bị chết nhiều hơn trong hạn hán.
Sự thay đổi này di truyền qua sinh sản: Chim sẻ mỏ lớn có khả năng sinh tồn và sinh sản cao hơn trong điều kiện hạn hán, di truyền alen mỏ lớn cho thế hệ sau.
Kết luận: Tiến hóa đang xảy ra ở quần thể chim sẻ do tần số alen quy định kích thước mỏ thay đổi qua các thế hệ.
Đơn vị tiến hóa là quần thể:
- Sự thay đổi xảy ra ở cả quần thể chứ không phải cá thể riêng lẻ.
- Quần thể chim sẻ là một đơn vị tiến hóa vì nó có vốn gen chung và có thể bị ảnh hưởng bởi chọn lọc tự nhiên.
b) Chứng minh chim sẻ có đặc điểm thích nghi liên quan đến kích thước mỏ:
- Mỏ lớn là đặc điểm thích nghi giúp chim sẻ ăn được hạt to, cứng trong điều kiện hạn hán.
- Chim sẻ mỏ nhỏ không thể ăn được hạt to, cứng và dễ bị chết trong hạn hán.
- Kết luận: Kích thước mỏ là đặc điểm thích nghi giúp chim sẻ sống sót và sinh sản trong môi trường biến đổi.
Tính hợp lý tương đối của đặc điểm thích nghi:
- Mỏ lớn có lợi trong điều kiện hạn hán nhưng có thể cản trở chim sẻ khi ăn hạt nhỏ.
- Kích thước mỏ tối ưu sẽ phụ thuộc vào điều kiện môi trường.
- Kết luận: Mỏ lớn chỉ là một đặc điểm thích nghi tương đối, phù hợp với điều kiện hạn hán.
c) Dự đoán về kích thước mỏ chim sẻ nếu mưa nhiều xuất hiện trở lại:
- Mưa nhiều sẽ làm cho các cây có hạt nhỏ, mềm phát triển mạnh.
- Chim sẻ mỏ nhỏ sẽ có lợi thế hơn trong điều kiện này.
- Qua nhiều thế hệ, tần số alen quy định mỏ nhỏ sẽ tăng lên.
- Kích thước mỏ trung bình của quần thể chim sẻ sẽ giảm dần.