Bằng chứng và cơ chế tiến hóa: Lý thuyết và trắc nghiệm

Bằng chứng và cơ chế tiến hóa đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu về sự thay đổi và phát triển của các loài. Nhằm giúp các em có thêm kiến thức và phương pháp để khám phá và giải thích quá trình tiến hóa trong thế giới tự nhiên mời các em học sinh tham khảo bài viết sau: 

1. Các bằng chứng tiến hóa 

1.1 Bằng chứng trực tiếp

Hóa thạch là bằng chứng trực tiếp về lịch sử tiến hóa của sinh giới.

Từ hóa thạch xác định tuổi lớp đất chứa hóa thạch hay ngược lại và biết được sự xuất hiện trình tự loài nào xuất hiện trước, loài nào xuất hiện sau .

1.2 Bằng chứng gián tiếp

Sự tương đồng về nhiều đặc điểm giải phẫu giữa các loài là những bằng chứng gián tiếp cho thấy các loài sinh vật hiện nay đều được tiến hóa từ một tổ tiên chung.

Cơ quan tương đồng (tiến hóa phân li): là các cơ quan ở các loài khác nhau nhưng có nguồn gốc chung từ cơ quan tổ tiên , các cơ quan này có thể thực hiện các chức năng rất khác nhau trong hiện tại.

Ví dụ: Tay người tương đồng với cánh dơi.Tuyến nọc độc của rắn tương đồng với tuyến nước bọt của các động vật khác…

Cơ quan thoái hóa: cũng là cơ quan tương đồng  nhưng nay không còn chức năng hoặc chức năng bị tiêu giảm. 

Ví dụ: ruột thừa, xương cùng và răng khôn ở người được xem là cơ quan thoái hóa.

Cơ quan tương tự (tiến hóa đồng qui): là những cơ quan thực hiện chức năng giống nhau nhưng không chung nguồn gốc. 

Ví dụ: cánh bướm – cánh dơi, mang cá- mang tôm, gai xương rồng- gai hoa hồng…

• Mọi sinh vật đều được cấu tạo từ tế bào.
• Các tế bào đều được sinh ra từ các tế bào sống trước đó.
• Các tế bào của các loài đều có thể thức cấu tạo giống nhau.

• Các loài sinh vật đều có vật chất di truyền ở cấp độ phân tử là axit nuclêic.
• ADN đều cấu tạo từ 4 loại nuclêôtit là A, T, G, X.
• Prôtêin đều được cấu tạo từ hơn 20 loại axit amin khác nhau.
• Các loài đều được sử dụng chung một bộ mã di tryền.

Những bằng chứng tế bào học và sinh học phân tử cũng cho thấy các loài trên Trái Đất đều có chung tổ tiên. Sinh học phân tử được đánh giá là bằng chứng thuyết phục nhất. 

2. Cơ chế tiến hóa

Để giải thích cơ chế tiến hóa, các nhà khoa học đã đưa ra các bằng chứng về sự tiến hóa của sinh vật. Một trong những người đầu tiên công bố học thuyết tiến hóa của mình vào năm 1809 là Lamac. Năm 1859, Đacuyn công bố công trình “Nguồn gốc các loài” giải thích sự hình thành các loài từ một tổ tiên chung bằng cơ chế chọn lọc tự nhiên (CLTN).

Vào những năm 40 của thế kỷ XX, một số nhà khoa học đã cùng nhau xây dựng nên “Học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại”. Học thuyết này được kết hợp cơ chế tiến hóa bằng CLTN của thuyết tiến hóa Đacuyn với các thành tựu của di truyền học và đặc biệt là di truyền học quần thể.

2.1 Thuyết tiến hóa của Lamac 

Lamac đã thấy được các loài bị biến đổi dưới tác động của môi trường nhưng cơ chế mà Lamac đưa ra để giải thích cho những biến đổi đó lại không có cơ sở khoa học.

2.2 Học thuyết tiến hóa của Đacuyn

Đacuyn đã đưa ra được cơ chế tiến hóa chính là CLTN, qua đó giải thích được sự thống nhất trong đa dạng của sinh giới. Các loài giống nhau là do được phát sinh từ một nguồn gốc chung.

Tóm tắt những quan sát và suy luận của Đacuyn: 

• Số con sinh ra luôn cao hơn nhiều so với số sống sót đến tuổi trưởng thành.
• Quần thể sinh vật có xu hướng duy trì kích thước không đổi trừ khi có những biến đổi bất thường về môi trường.
• Các cá thể cùng 1 bố mẹ vẫn có những biến dị cá thể không có hướng xác định, các biến dị này được di truyền cho thế hệ sau.

Như vậy, theo Đacuyn:

• Chọn lọc tự nhiên (CLTN) là sự phân hóa về khả năng sống sót và khả năng sinh sản của các cá thể trong quần thể.
• Đối tượng của CLTN là các cá thể nhưng kết quả của CLTN lại tạo nên loài sinh vật có các đặc điểm thích nghi với môi trường.
• Chọn lọc nhân tạo (CLNT) là con người giữ lại những biến dị phù hợp với nhu cầu và loại bỏ những cá thể có biến dị không mong muốn.

Đóng góp: Phát hiên vai trò của CLTN & CLNT

Tồn tại:

• Chưa phân biệt được biến dị di truyền và biến dị không di truyền.
• Chưa hiểu rõ nguyên nhân phát sinh biến dị và cơ chế di truyền biến dị(tồn tai lớn nhất).

Thành công: Các loài sinh vật đều được phát sinh từ 1 tổ tiên chung theo con đường phân li tính trạng.

2.3 Học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại

Theo quan điểm của học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại, tiến hóa có thể chia thành 2 quá trình là tiến hóa nhỏ (tiến hóa vi mô) và tiến hóa lớn (tiến hóa vĩ mô). 

Tiến hóa nhỏ là quá trình làm biến đổi cấu trúc di truyền của quần thể (biến đổi về tần số alen và thành phần kiểu gen), đưa đến sự hình thành loài mới. 

Quá trình tiến hóa nhỏ diễn ra trên qui mô của một quần thể và diễn biến không ngừng dưới tác động của các nhân tố tiến hóa.

Như vậy, quần thể được xem là đơn vị tiến hóa cơ sở vì nó là đơn vị tồn tại nhỏ nhất của sinh vật có khả năng tiến hóa và quá trình tiến hóa nhỏ kết thúc khi loài mới xuất hiện.

Tiến hóa lớn là quá trình hình thành các nhóm phân loại trên loài như: chi, họ, bộ, lớp, ngành.

Tiến hóa lớn diễn ra trên qui mô rộng lớn, qua thời gian địa chất rất dài và thường được nghiên cứu gián tiếp, qua các tài liệu cổ sinh vật học, giải phẫu so sánh, địa lý sinh vật học,…

 🔴 Nguồn biến dị di truyền của quần thể

Tiến hóa sẽ không thể xảy ra nếu quần thể không có các biến dị di truyền.

Biến dị di truyền gồm đột biến (biến dị sơ cấp) và biến dị tổ hợp (biến dị thứ cấp).

Ngoài ra, nguồn biến dị của một quần thể còn có thể được bổ sung bởi sự di chuyển của các cá thể hoặc các giao tử từ các quần thể khác vào (di – nhập gen).

🔴 Các nhân tố tiến hóa

Quần thể chỉ tiến hóa khi thành phần kiểu gen hay cấu trúc di truyền của quần thể được biến đổi qua các thế hệ. Các nhân tố làm biến đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể gọi là các nhân tố tiến hóa.

 🔶 Đột biến

Đột biến vừa làm thay đổi tần số alen vừa làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể.

Tần số đột biến gen tính trên mỗi gen trong 1 thế hệ dao động từ  đến .

Như vậy, đột biến gen làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể rất chậm. Tuy nhiên mỗi cá thể sinh vật có rất nhiều gen và quần thể lại có rất nhiều cá thể. Do đó đột biến tạo nên rất nhiều alen đột biến trên mỗi thế hệ và là nguồn phát sinh các biến dị di truyền (biến dị sơ cấp) của quần thể.

Quá trình giao phối tạo nên nguồn biến dị tổ hợp (biến dị thứ cấp) vô cùng phong phú cho quá trình tiến hóa.

🔶 Di – nhập gen

Di nhập gen vừa làm thay đổi tần số alen vừa làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể.

Các cá thể thường không cách li hoàn toàn với nhau, do vậy giữa các quần thể thường có sự trao đổi các cá thể hoặc các giao tử. Sự lan truyền gen từ quần thể này sang quần thể khác được gọi là di – nhập gen.

Kết quả:

Nhập gen mang đến loại alen đã có sẵn → thay đổi tần số alen hoặc nhập gen mang đến alen mới → phong phú vốn gen của quần thể. 

Ngược lại khi cá thể di cư khỏi quần thể sẽ làm thay đổi cấu trúc di truyền. → Mức độ thay đổi tuỳ thuộc số cá thể di – nhập.

 🔶 Chọn lọc tự nhiên (CLTN)

CLTN vừa làm thay đổi tần số alen vừa làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể. Chọn lọc tự nhiên thực chất là quá trình phân hoá khả năng sống sót và sinh sản của các kiểu gen khác nhau trong quần thể.

CLTN tác động trực tiếp lên kiểu hình của cá thể, gián tiếp làm biến đổi tần số kiểu gen và tần số alen trong quần thể. CLTN là nhân tố tiến hóa định hướng cho quá trình tiến hóa → CLTN quy định chiều hướng tiến hoá.

Chọn lọc tự nhiên làm thay đổi tần số alen nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào quá trình chọn lọc chống alen trội hay chống alen lặn:

• Chọn lọc chống alen trội: vì gen trội biểu hiện ra kiểu hình ngay cả ở trạng thái dị hợp → CLTN có thể nhanh chóng làm biến đổi tần số alen của quần thể.
• Chọn lọc chống alen lặn: vì gen lặn chỉ biểu hiện ra kiểu hình khi ở trạng thái đồng hợp lặn → CLTN làm thay đổi tần số alen chậm hơn chọn lọc chống trội.

Kết quả:

Hình thành quần thể có nhiều cá thể mang các kiểu gen quy định các đặc điểm thích nghi với môi trường.

🔶 Các yếu tố ngẫu nhiên

Các yếu tố ngẫu nhiên vừa làm thay đổi tần số alen vừa làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể. 

Tần số tương đối của các alen trong một quần thể có thể thay đổi một cách đột ngột không theo một hướng xác định do một yếu tố ngẫu nhiên nào đó (gọi là biến động di truyền hay phiêu bạt di truyền).

Một alen nào đó dù có lợi cũng có thể bị loại bỏ hoàn toàn khỏi quần thể và một alen có hại cũng có thể trở nên phổ biến trong quần thể.

Nguyên nhân do xuất hiện những vật cản địa lí (núi cao, sông rộng…), động đất, sóng thần, núi lửa, dịch bệnh,…Một quần thể có kích thước lớn cũng có thể làm giảm kích thước của một quần thể một cách đáng kể. Những cá thể sống sót có thể có vốn gen khác biệt với vốn gen của quần thể ban đầu.

Kết quả tác động của yếu tố ngẫu nhiên có thể dẫn đến làm nghèo vốn gen của quần thể, giảm sự đa dạng di truyền. Thường xảy ra đối với quần thể có kích thước nhỏ. Quần thể có kích thước càng nhỏ thì càng dễ thay đổi cấu trúc di truyền và ngược lại.

🔶 Giao phối không ngẫu nhiên

Giao phối không ngẫu nhiên chỉ làm thay đổi thành phần kiểu gen mà không làm thay đổi tần số alen của quần thể.

Giao phối không ngẫu nhiên bao gồm: tự thụ phấn, giao phối gần và giao phối có chọn lọc.

Giao phối không ngẫu nhiên làm thay đổi thành phần kiểu gen theo hướng tăng dần tần số kiểu gen đồng hợp tử và giảm dần tần số kiểu gen dị hợp tử.

Kết quả của giao phối không ngẫu nhiên dẫn đến làm nghèo vốn gen của quần thể, giảm sự đa dạng di truyền.

Quá trình hình thành nên quần thể thích nghi chịu tác động của 3 yếu tố:

• Đột biến: tạo ra nguồn nguyên liệu sơ cấp.
• Giao phối: tạo ra nguồn nguyên liệu thứ cấp.
• Chọn lọc tự nhiên: đóng vai trò sàng lọc, giữ lại và làm gia tăng số lượng cá thể có kiểu hình thích nghi cũng như tăng cường mức độ thích nghi bằng cách tích lũy các alen tham gia quy định đặc điểm thích nghi.

Tốc độ quá trình hình thành quần thể thích nghi phụ thuộc vào:

• Khả năng phát sinh và tích lũy đột biến.
• Tốc độ sinh sản của loài.
• Áp lực của chọn lọc tự nhiên.

Các đặc điểm thích nghi chỉ mang tính tương đối do một đặc điểm có thể là thích nghi với môi trường này nhưng lại trở nên kém thích nghi trong môi trường khác.

3. Một số bài tập vận dụng về bằng chứng và cơ chế tiến hóa

Câu 1: Những cặp cơ quan nào dưới đây là cơ quan tương đồng?

1. Cánh sâu bọ và cánh dơi.
2. Tuyến nọc độc của rắn và tuyến nước bọt của động vật khác.
3. Mang cá và mang tôm.
4. Chân chuột chũi và chân dế chũi.

Câu 2: Trong tiến hóa các cơ quan tương đồng có ý nghĩa phản ánh 

1. sự tiến hóa phân li.
2. sự tiến hóa đồng quy.
3. sự tiến hóa song hành.
4. nguồn gốc chung.

Câu 3: Theo thuyết tiến hóa hiện đại, nhân tố tiến hóa nào sau đây có thể làm phong phú vốn gen của quần thể?

1. Chọn lọc tự nhiên.
2. Di - nhập gen.
3. Giao phối không ngẫu nhiên.
4. Yếu tố ngẫu nhiên.

Câu 4: Một alen nào đó dù là có lợi cũng có thể bị loại bỏ hoàn toàn khỏi quần thể và một alen có hại cũng có thể trở nên phổ biến trong quần thể là do tác động của nhân tố tiến hóa nào sau đây?

1. Chọn lọc tự nhiên.
2. Đột biến.
3. Giao phối không ngẫu nhiên.
4. Các yếu tố ngẫu nhiên.

Câu 5: Theo thuyết tiến hóa hiện đại, nhân tố nào sau đây không phải là nhân tố tiến hóa?

1. Đột biến.
2. Di - nhập gen.
3. Chọn lọc tự nhiên.
4. Giao phối ngẫu nhiên.

Câu 6: Theo thuyết tiến hóa hiện đại, nhân tố đột biến có vai trò nào sau đây?

1. Qui định chiều hướng tiến hóa.
2. Làm thay đổi tần số alen mà không làm thay đổi tần số alen của quần thể.
3. Tạo ra các alen mới làm phong phú vốn gen của quần thể.
4. Cung cấp nguồn nguyên liệu thứ cấp cho quá trình tiến hóa.

Câu 7: Theo thuyết tiến hóa hiện đại, chọn lọc tự nhiên và các yếu tố ngẫu nhiên có chung đặc điểm nào sau đây?

1. Luôn dẫn đến hình thành đặc điểm thích nghi của sinh vật.
2. Làm thay đổi tần số alen của quần thể không theo một chiều hướng nhất định.
3. Cung cấp nguồn biến dị thứ cấp cho quá trình tiến hóa.
4. Có thể làm giảm tính đa dạng di truyền của quần thể.

Câu 8: Trong các nhân tố tiến hóa sau, có bao nhiêu nhân tố làm thay đổi tần số alen của quần thể?

I. Đột biến                 

II. Giao phối không ngẫu nhiên. 

III. Di - nhập gen.             

IV. Các yếu tố ngẫu nhiên.        

V. Chọn lọc tự nhiên.

1. 4.
2. 1.
3. 2.
4. 3

Câu 9: Cho các thông tin về vai trò của các nhân tố tiến hóa như sau:

I. Làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể theo một hướng xác định.

II. Làm phát sinh các biến dị di truyền của quần thể, cung cấp nguồn biến dị sơ cấp cho quá trình tiến hóa.

III. Có thể loại bỏ hoàn toàn một alen nào đó ra khỏi quần thể cho dù alen đó là có lợi.

IV. Không làm thay đổi tần số alen nhưng làm thay đổi thành phần kiển gen của quần thể. 

V. Làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể rất chậm.

Những thông tin nào nói về vai trò của đột biến gen?

1. I và IV.
2. II và V.
3. I và III.
4. III và IV.

Câu 10: Khi nói về vai trò của chọn lọc tự nhiên trong quá trình hình thành đặc điểm thích nghi (quần thể thích nghi), có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I. Chọn lọc tự nhiên có vai trò hình thành các kiểu gen thích nghi, qua đó tạo ra các kiểu hình thích nghi.

II. Chọn lọc tự nhiên có vai trò sàng lọc và làm tăng số lượng cá thể có kiểu hình thích nghi đã có sẵn trong quần thể.

III. Chọn lọc tự nhiên có vai trò tạo ra tổ hợp gen thích nghi, sàng lọc và loại bỏ cá thể có kiểu hình không thích nghi.

IV. Chọn lọc tự nhiên có vai trò làm tăng sức sống và tăng khả năng sinh sản của những cá thể có kiểu hình thích nghi. 

1. 4.
2. 1.
3. 2.
4. 3.

Hy vọng nội dung lý thuyết và các bài tập trắc nghiệm trên đây sẽ giúp các em có thể hiểu rõ hơn về chuyên đề bằng chứng và cơ chế tiến hóa. Chúc các em học tập tốt

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Thị Thanh Thúy

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến