I - khái niệm đặc điểm th˙ch nghi
Trong bài tr√ớc chúng ta đã biết đối t√ợng của CLTN là cá thể. Những cá thể nào có đ√ợc các đặc điểm giúp sinh vật th˙ch nghi với môi tr√ờng làm tăng khả năng sống sót và khả năng sinh sản th˘ 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 xt kĩ hơn các quá tr˘nh dẫn đến h˘nh thành quần thể sinh vật có các đặc điểm th˙ch nghi thể hiện qua các góc độ :
−Hoàn thiện khả năng th˙ch nghi của các sinh vật trong quần thể từ thế hệ này sang thế hệ khác.
− Làm tăng số l√ợng cá thể có kiểu gen quy đ˚nh kiểu h˘nh th˙ch nghi trong quần thể từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Mặc dù khả năng th˙ch nghi của sinh vật là tổng hợp của nhiều đặc điểm riêng rẽ nh√ng ở mỗi sinh vật luôn có những đặc điểm ch˙nh giúp chúng sống sót tốt hơn.
Những đặc điểm nh√ vậy đ√ợc gọi là các đặc điểm th˙ch nghi (h˘nh 27.1)
a b
H˘nh 27.1. Hai d◊ng th˙ch nghi của cùng một loài sâu sồi : a) Sâu sồi mùa xuân ; b) Sâu sồi mùa hè
tQuan sát h˘nh 27.1 và cho biết đặc điểm nào là đặc điểm th˙ch nghi của con sâu trên cây sồi ? Giải th˙ch.
II - quá tr˘nh h˘nh thành quần thể th˙ch nghi
1. Cơ sở di truyền của quá tr˘nh h˘nh thành quần thể th˙ch nghi
Quá tr˘nh CLTN luôn đào thải các cá thể có kiểu h˘nh không th˙ch nghi và do vậy làm tăng dần số l√ợng cá thể có kiểu h˘nh th˙ch nghi cũng nh√ tăng dần mức độ hoàn thiện của các đặc điểm th˙ch nghi từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Các đặc điểm th˙ch nghi, v˙ dụ nh√ h˘nh d◊ng, màu sflc của sâu bọ giúp chúng ngu˛ trang trốn tránh đ√ợc kẻ thù hay khả năng kháng thuốc của một số loài vi khuẩn,... đ√ợc quy đ˚nh bởi một hoặc một số gen khác nhau. Sự xuất hiện của một đặc điểm th˙ch nghi nào đó nói riêng và bất k˘ đặc điểm di truyền nào nói chung trên cơ thể sinh vật là do kết quả của đột biến cũng nh√ sự tổ hợp l◊i các gen (biến d˚ tổ hợp). Alen quy đ˚nh một đặc điểm khi mới xuất hiện th√ờng chỉ ở một hoặc một số rất ˙t cá thể. Nếu t˙nh tr◊ng do alen đột biến quy đ˚nh đặc điểm nào đó giúp sinh vật th˙ch nghi tốt với môi tr√ờng và do vậy có khả năng sinh sản tốt hơn th˘
alen đó sẽ ngày càng phổ biến hơn trong quần thể ở những thế hệ tiếp theo.
Tuy nhiên, khả năng th˙ch nghi tốt với môi tr√ờng và để l◊i nhiều cho thế hệ sau th√ờng không phải là một t˙nh tr◊ng đơn gen mà do rất nhiều gen cùng quy đ˚nh. V˘ vậy, quá tr˘nh h˘nh thành quần thể th˙ch nghi là quá tr˘nh t˙ch luỹ các alen cùng tham gia quy đ˚nh kiểu h˘nh th˙ch nghi. Môi tr√ờng chỉ đóng vai trò sàng lọc những cá thể có kiểu h˘nh th˙ch nghi trong số các kiểu h˘nh có sfin trong quần thể mà không t◊o ra các đặc điểm th˙ch nghi.
Để hiểu rõ hơn cơ chế di truyền dẫn đến h˘nh thành quần thể th˙ch nghi, chúng ta hãy xem xt một v˙ dụ cụ thể về khả năng kháng thuốc của loài vi khuẩn tụ cầu vàng gây bệnh cho ng√ời là S taphylococcus aureus. Từ năm 1941, ng√ời ta đã sử dụng pênixilin để tiêu diệt một cách rất có hiệu quả loài vi khuẩn này nh√ng năm 1944 đã xuất hiện một số chủng kháng l◊i pênixilin và đến năm 1992 th˘ trên 95%
các chủng vi khuẩn tụ cầu vàng trên thế giới đều kháng l◊i thuốc pênixilin và các thuốc khác có cấu trúc t√ơng tự.
Khả năng kháng l◊i 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 tr˘nh sinh sản (đ√ợc 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
nh√ biến n◊p (gen kháng thuốc từ môi tr√ờng trực tiếp xâm nhập vào tế bào vi khuẩn mẫn cảm với thuốc) hoặc thông qua virut, gen kháng thuốc có thể đ√ợc truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác (tải n◊p) của cùng một loài hoặc giữa các loài. Việc gia tăng áp lực chọn lọc, cụ thể ở đây là gia tăng liều l√ợng thuốc, sử dụng nhiều lo◊i thuốc khác nhau đã nhanh chóng làm cho loài S taphylococcus aureus nói riêng và các loài vi khuẩn gây bệnh nói chung ngày càng có khả năng kháng l◊i nhiều lo◊i thuốc kháng sinh khác nhau.
Tóm l◊i, quá tr˘nh h˘nh thành quần thể th˙ch nghi xảy ra nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào : (1) quá tr˘nh phát sinh và t˙ch 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 v˘ hệ gen của mỗi tế bào chỉ có 1 phân tử ADN nên alen đột biến có thể biểu hiện ngay ra kiểu h˘nh và quá tr˘nh sinh sản nhanh chóng đã tăng nhanh số l√ợng vi khuẩn có gen kháng thuốc. Hơn nữa, một số lo◊i vi khuẩn l◊i đ√ợc thêm gen kháng thuốc từ môi tr√ờng qua virut hoặc qua quá tr˘nh biến n◊p.
2. Th˙ nghiệm chứng minh vai trò của CLTN trong quá tr˘nh h˘nh thành quần thể th˙ch nghi
Nh√ chúng ta đã thấy, CLTN chỉ đóng vai trò sàng lọc và giữ l◊i những cá thể có kiểu gen quy đ˚nh kiểu h˘nh th˙ch nghi mà không t◊o ra các kiểu gen th˙ch nghi.
Để làm sáng tỏ điều này, chúng ta hãy theo dõi th˙ nghiệm mà các nhà khoa học đã tiến hành trên loài b√ớm B iston betularia.
H˘nh 27.2 cho thấy loài b√ớm B iston betulariađã th˙ch nghi nh√ thế nào trong những vùng công nghiệp của n√ớc Anh. Các nhà khoa học cho rằng khi ch√a công nghiệp hoá, các rừng cây b◊ch d√ơng còn ch√a b˚ ô nhiễm nên cây có thân trflng.
Do vậy, những con b√ớm trflng đậu trên thân cây màu trflng nên chim không phát hiện ra, trong khi đó những con b√ớm đen rất dễ b˚ chim phát hiện và tiêu diệt. Kết quả là số l√ợng b√ớm đen rất hiếm và quần thể gồm chủ yếu là b√ớm trflng.
Khi rừng cây b˚ khói từ các nhà máy làm cho thân cây b˚ bám muội đen th˘
những con b√ớm trflng đậu trên thân cây l◊i trở nên bất lợi v˘ dễ b˚ chim phát hiện và tiêu diệt nên số l√ợng b√ớm trflng giảm dần và b√ớm đen tăng lên. Để chứng minh điều này, một số nhà khoa học đã tiến hành nuôi các lo◊i b√ớm đen và b√ớm trflng trong phòng th˙ nghiệm rồi đem thả chúng vào tự nhiên. Các th˙ nghiệm đ√ợc tiến hành nh√ sau :
−Th˙ nghiệm 1 : thả 500 b√ớm đen vào rừng cây b◊ch d√ơng trồng trong vùng không b˚ ô nhiễm (thân cây có màu trflng). Sau một thời gian, ng√ời ta tiến hành bflt l◊i các con b√ớm ở vùng rừng này và nhận thấy hầu hết b√ớm bflt đ√ợc đều là b√ớm trflng. Đồng thời, khi giải phẫu d◊ dày của các con chim bflt đ√ợc ở vùng này, ng√ời ta thấy chim bflt đ√ợc b√ớm đen nhiều hơn h⁄n so với b√ớm trflng.
−Th˙ nghiệm 2 : thả 500 b√ớm trflng vào rừng cây b◊ch d√ơng trồng trong vùng b˚ ô nhiễm (thân cây có màu xám đen). Sau một thời gian, ng√ời ta tiến hành bflt l◊i các con b√ớm ở vùng rừng này và nhận thấy hầu hết b√ớm bflt đ√ợc đều là b√ớm đen. Khi nghiên cứu thành phần thức ăn trong d◊ dày của chim bflt ở vùng này, ng√ời ta thấy chim bflt đ√ợc số l√ợng b√ớm trflng nhiều hơn h⁄n so với số b√ớm đen.
a b H˘nh 27.2. B√ớm đen (a) và b√ớm trflng (b) trên thân cây b◊ch d√ơng
III - sự hợp l˙ t√ơng đối của các đặc điểm th˙ch nghi
Khả năng th˙ch nghi của sinh vật với môi tr√ờng không phải là hoàn hảo. Để có đ√ợc một đặc điểm th˙ch nghi nào đó th˘ sinh vật th√ờng phải trả giá ở các mức độ khác nhau.
V˙ dụ : Một số quần thể của loài rfln, Thamnophis sirtalis, có khả năng kháng l◊i chất độc do con mồi (một lo◊i k˘ giông nhỏ) của nó tiết ra. Những cá thể không có khả năng kháng độc sẽ b˚ chết ngay khi ăn phải loài k˘ giông độc này (chất độc làm liệt dây thần kinh cũng nh√ sự co cơ). Tuy nhiên, những con rfln có khả năng kháng l◊i độc tố này l◊i có nh√ợc điểm là sau khi ăn k˘ giông độc chúng không thể bò nhanh đ√ợc nh√ những con rfln không có khả năng kháng độc. Do vậy, những con rfln kháng độc l◊i dễ làm mồi cho các loài ăn rfln.
Nh√ vậy, CLTN chọn lọc kiểu h˘nh của một sinh vật theo kiểu “thoả hiệp”. Điều này có nghĩa là CLTN duy tr˘ một kiểu h˘nh dung hoà với nhiều đặc điểm khác nhau. Ngoài ra, một đặc điểm có thể là th˙ch nghi với môi tr√ờng này nh√ng l◊i trở nên km th˙ch nghi trong môi tr√ờng khác.
V˘ vậy, không thể có một sinh vật nào có nhiều đặc điểm th˙ch nghi với nhiều môi tr√ờng khác nhau.
−CLTN đóng vai trò sàng lọc và làm tăng số l√ợng cá thể có kiểu h˘nh th˙ch nghi tồn t◊i sfin trong quần thể cũng nh√ tăng c√ờng mức độ th˙ch nghi của các đặc điểm bằng cách t˙ch luỹ các alen tham gia quy đ˚nh các đặc điểm th˙ch nghi.
−Quá tr˘nh h˘nh thành quần thể th˙ch nghi nhanh hay chậm phụ thuộc vào tốc độ sinh sản, khả năng phát sinh và t˙ch luỹ các đột biến của loài cũng nh√ phụ thuộc vào áp lực CLTN.
−Các đặc điểm th˙ch nghi chỉ mang t˙nh t√ơng đối v˘ trong môi tr√ờng này th˘ nó có thể là th˙ch nghi nh√ng trong môi tr√ờng khác l◊i có thể không th˙ch nghi.
C âu hãi và bài tÀp
1.Hãy s√u tập các h˘nh ảnh về các đặc điểm th˙ch nghi và giải th˙ch đặc điểm đó đem l◊i giá tr˚ th˙ch nghi nh√ thế nào đối với sinh vật đó.
2. Hãy đ√a ra một giả thuyết giải th˙ch quá tr˘nh h˘nh thành một quần thể cây có khả năng kháng l◊i một loài côn trùng từ một quần thể ban đầu b˚ sâu phá ho◊i.
3. T◊i sao các loài nấm độc l◊i th√ờng có màu sflc sặc sỡ ?
4. Một số loài sinh vật có các đặc điểm giống các đặc điểm th˙ch nghi của loài sinh vật khác, ng√ời ta gọi đó là các đặc điểm “bflt ch√ớc”. V˙ dụ một số loài côn trùng không có chất độc l◊i có màu sflc sặc sỡ giống màu sflc của loài côn trùng có chứa chất độc. Đặc điểm bflt ch√ớc đó đem l◊i giá tr˚ th˙ch nghi nh√ thế nào đối với loài côn trùng không có chất độc tự vệ ?
5. T◊i sao lúc đầu ta dùng một lo◊i hoá chất th˘ diệt đ√ợc tới trên 90% sâu tơ h◊i bflp cải nh√ng sau nhiều lần phun thuốc th˘ hiệu quả diệt sâu của thuốc diệt l◊i giảm dần ?
I - khái niệm Loài sinh học
Năm 1942, Nhà Tiến hoá học Ơnxt Mayơ (Ernst Mayr) đã đ√a ra khái niệm loài sinh học. Theo đó, loài là một hoặc một nhóm quần thể gồm các cá thể có khả năng giao phối với nhau trong tự nhiên và sinh ra đời con có sức sống, có khả năng sinh sản và cách li sinh sản với các nhóm quần thể khác. Khái niệm loài đề cập trong SGK là cách gọi ngfln gọn của khái niệm loài sinh học.
Khái niệm loài sinh học nhấn m◊nh sự cách li sinh sản và đây là một tiêu chuẩn khách quan để xác đ˚nh hai quần thể thuộc cùng một loài hay thuộc hai loài khác nhau. Hai quần thể thuộc cùng một loài chỉ trở thành hai loài mới nếu chúng trở nên cách li sinh sản với nhau.
Nh√ vậy, để phân biệt hai quần thể có thuộc cùng một loài hay thuộc hai loài khác nhau th˘ việc sử dụng tiêu chuẩn cách li sinh sản là ch˙nh xác nhất, đặc biệt đối với tr√ờng hợp các loài thân thuộc có các đặc điểm h˘nh thái rất giống nhau