Hình thành đặc điểm thích nghi

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC ĐẶC ĐIỂM THÍCH NGHI CỦA QUẦN THỂ SINH VẬT

I. CÁC QUAN NIỆM VỀ SỰ HÌNH THÀNH ĐẶC ĐIỂM THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT

Thích nghi: 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.

1. Quan điểm của Lamac

- Ngoại cảnh biến đổi từ từ nên sinh vật cũng biến đổi theo một cách kịp thời (tất cả các biến đổi của sinh vật đều được di truyền cho thế hệ sau) ’ Sinh vật thích nghi trực tiếp với ngoại cảnh.

- Tất cả các cá thể của loài đều phản ứng giống nhau trước điều kiện ngoại cảnh ’ hình thành đặc điểm thích nghi của cả loài.

2. Quan niệm của Đacuyn

- Biến dị phát sinh ngẫu nhiên, vô hướng và vô cùng đa dạng, phong phú.

- Trong điều kiện nhất định, chọn lọc tự nhiên tích luỹ những biến dị có lợi, đào thải các biến dị có hại ’ các biến dị có lợi được tích luỹ thành những biến đổi lớn, sâu sắc chính là các đặc điểm thích nghi của sinh vật.

=> Có 3 nhân tố tham gia vào quá trình hình thành đặc điểm thích nghi: biến dị, di truyền và chọn lọc tự nhiên, trong đó chọn lọc tự nhiên đóng vai trò định hướng với mặt đào thải là chủ yếu.

3. Quan niệm hiện đại

- Sự hình thành mỗi đặc điểm thích nghi của quần thể sinh vật là kết quả của một quá trình lịch sử, chịu sự chi phối của 3 nhân tố chủ yếu: đột biến, giao phối và chọn lọc tự nhiên.

• Đột biến: các đột biến phát sinh ngẫu nhiên, vô hướng, vô cùng đa dạng, phong phú, xuất hiện trước lúc có sự thay đổi của môi trường ’ là nguồn nguyên liệu sơ cấp cho chọn lọc tự nhiên.
• Giao phối: tổ hợp lại các alen thành các kiểu gen khác nhau, tạo ra vô số biến dị tổ hợp (nguồn nguyên liệu thứ cấp của chọn lọc) ’ quần thể đa hình về kiểu gen ’đa hình về kiểu hình ’có tiềm năng thích nghi rất lớn. => Đột biến và giao phối có vai trò tạo ra nguồn nguyên liệu cho chọn lọc tự nhiên.
• Chọn lọc tự nhiên: đào thải những dạng kém thích nghi (làm giảm dần tần số của các alen không thích nghi), giữa lại những dạng thích nghi (tăng dần tần số của các alen thích nghi) ’ chọn lọc kiểu gen thông qua chọn lọc kiểu hình.

II. ỨNG DỤNG CÁC QUAN ĐIỂM ĐỂ GIẢI THÍCH SỰ HÌNH THÀNH ĐẶC ĐIỂM THÍCH NGHI Ở SINH VẬT

Ví dụ: màu sắc ngụy trang: màu xanh của sâu rau

1. Theo Lamac:

-  Do sâu sử dụng lá cây có màu xanh, cơ thể sâu dần dần cũng có màu xanh. Đặc điểm này được di truyền lại cho đời sau ’ con cháu đều có màu xanh.

2. Theo Đacuyn

- Tổ tiên của sâu có nhiều biến dị màu sắc khác nhau: đỏ, xanh, tím, vàng...

- Môi trường cụ thể: sâu sống trên lá rau có màu xanh và tác nhân chọn lọc trực tiếp là chim ăn sâu:

• Các màu đỏ, tím, vàng là các biến dị có hại vì dễ bị chim phát hiện, tiêu diệt ’ con cháu ít dần.
• Màu xanh là biến dị có lợi vì giúp sâu nguỵ trang tốt hơn, chim sâu khó phát hiện ’ con cháu đông dần và đều được di truyền màu xanh của bố mẹ, tổ tiên

=> Kết quả: sâu rau thường có màu xanh.
- Sơ đồ mô tả quá trình hình thành đặc điểm thích nghi theo quan điểm của Đacuyn:

3. Theo quan điểm hiện đại

- Đột biến tạo thành các alen khác nhau từ một gen ban đầu: A1: xanh; A2: đỏ; A3: Tím; A4: vàng…

- Giao phối tổ hợp lại các alen thành các kiểu gen, biểu hiện ra kiểu hình: A1A1: Xanh, A2A2: Đỏ, A1A1: A3A3: Tím, A4A4: Vàng.....

- Môi trường sống cụ thể: lá rau có màu xanh.

- Tác nhân chọn lọc trực tiếp: chim ăn sâu.

• Màu xanh là biến dị có lợi vì giúp sâu ngụy trang tốt, dễ lẩn trốn kẻ thù các cá thể mang kiểu gen A1A1 sống sót nhiều, sinh sản ưu thế và các thế hệ sau của chúng đều có kiểu gen A1A1 Tần số của alen A1 tăng dần.
• Các màu khác (đỏ, tím, vàng...) là các biến dị có hại vì dễ bị chim phát hiện, tiêu diệt ’ sống sót ít, sinh sản ít dần ’ Tần số của các alen A2, A3, A4...giảm dần.

=> Kết quả: trong quần thể, tần số của alen A1 là chủ yếu ’ các cá thể thường có kiểu gen A1A1 ’ đều có màu xanh.

III. ỨNG DỤNG QUAN ĐIỂM HIỆN ĐẠI ĐỂ GIẢI THÍCH CÁC HIỆN TƯỢNG KHÁC Ở SINH VẬT

1. Sự hoá đen của bướm sâu đo bạch dương

- Hiện tượng: Khi chưa công nghiệp hóa, bướm đa số là mầu trắng lốm đốm. Sau công nghiệp hóa, bướm đa số có màu đen.

- Gợi ý: tác nhân là chim ăn sâu bọ; thân cây bạch dương sau công nghiệp bị phủ đen bởi bụi than; gen qui định màu sắc thân có 2 alen, màu đen do alen trội qui định.

2. Sự nhờn thuốc của sâu bọ

-  Hiện tượng: lần đầu phun thuốc diệt đa số ruồi, càng phun những lần sau, hiệu quả càng giảm đến khi mất hẳn tác dụng.

- Gợi ý: sức đề kháng do 4 gen tác động cộng gộp qui định.

- Ý nghĩa: không nên dùng cùng một loại thuốc trong nhiều năm, cần đổi thuốc thường xuyên.

IV. HIỆN TƯỢNG ĐA HÌNH CÂN BẰNG DI TRUYỀN

1. Khái niệm

- Một quần thể được gọi là đa hình di truyền về một tính trạng nếu biểu hiện hai hay nhiều trạng thái của tính trạng đó với số lượng dễ nhận thấy (nghĩa là không có kiểu hình nào cực kì hiếm - các dạng đó song song tồn tại ở trạng thái cân bằng ổn định, không một dạng nào có ưu thế hơn hẳn để có thể hoàn toàn thay thế các dạng khác).

2. Ví dụ

- Loài bọ ngựa có các màu lục, nâu và vàng nguỵ trạng tốt trong 3 môi trường khác nhau là lá cây, cành cây và cỏ khô.

- Quần thể người có sự đa hình về nhóm máu (ABO), về màu da, chiều cao thân...

- Quần thể đậu Hà lan có sự đa hình về màu hoa, màu hạt...

3. Nguyên nhân

- Các gen ít hoặc không ảnh hưởng đến sức sống và khả năng sinh sản của sinh vật (đột biến trung tính).

- Mỗi trạng thái của gen (alen) quy định một dạng kiểu hình thích nghi với một môi trường sống khác nhau.

- Ưu thế của thể dị hợp: các thể dị hợp thường tỏ ra có ưu thế so với thể đồng hợp tương ứng về sức sống, khả năng sinh sản, khả năng phản ứng thích nghi trước ngoại cảnh (VD: trường hợp bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm trong những vùng có bệnh sốt rét).

V. SỰ HỢP LÝ TƯƠNG ĐỐI CỦA CÁC ĐẶC ĐIỂM THÍCH NGHI

(?) Tại sao nói tính thích nghi chỉ là tương đối?

- Mỗi đặc điểm thích nghi của quần thể sinh vật là một sản phẩm của chọn lọc tự nhiên trong hoàn cảnh nhất định nên chỉ có ý nghĩa tương đối:

• Chỉ thích nghi trong hoàn cảnh phù hợp.
• Khi môi trường thay đổi, có thể trở thành không thích nghi, thậm chí còn có hại cho sinh vật và có thể bị thay thế bởi các đặc điểm khác thích nghi hơn.

- Ví dụ: mang cá là đặc điểm thích nghi của cá ở nước nhưng lên cạn lại trở thành đặc điểm không thích nghi, ngược lại là phổi.

- Trong môi trường có thuốc trừ sâu, các cơ thể mang đột biến kháng DDT là thích nghi nhưng trong môi trường bình thường chúng lại là các đặc điểm không thích nghi vì không sinh sản tốt như các cơ thể bình thường khác.

(?) Tại sao ngay trong điều kiện sống ổn định nhưng các sinh vật xuất hiện sau vẫn mang nhiều đặc điểm thích nghi hơn các sinh vật xuất hiện trước?

-’ Do ngay trong điều kiện ổn định thì đột biến và biến dị tổ hợp vẫn không ngừng phát sinh, chọn lọc tự nhiên không ngừng tác động ’ các đặc điểm thích nghi liên tục được hoàn thiện (chọn lọc ổn định).

- VD: quần thể của một loài sinh vật sống ở gần bờ nước có 100 cá thể, trong đó 90 cá thể không có màng bơi (A₁A₁), 5 cá thể có màng bơi ngắn (A₁A₂) và 5 cá thể có màng bơi dài hơn (A₂A₂) (đột biến và biến dị tổ hợp).

- Khi môi trường thay đổi, khu vực sống bị ngập nước:

• 90  cá thể không có màng bơi là các biến dị không có lợi ’ bị đào thải dần (A₁A₁ bị đào thải ’ pA₁ giảm).
• 10 cá thể chân có màng bơi là các biến dị có lợi, được tích luỹ, con cháu đông dần (A₁A₂ và A₂A₂ sống sót ’  qA₂ tăng).

- Khi môi trường sống ổn định (ngập nước trong thời gian dài):

• Các cá thể có màng bơi dài (A₂A₂) có lợi hơn, cạnh tranh tốt hơn.
• Các cá thể có màng bơi ngắn (A₁A₂) ít có lợi hơn, cạnh tranh kém hơn ’ bị đào thải dần

=> quần thể còn lại các cá thể chân có màng bơi dài alen A₂ dần thay thế hoàn toàn alen A₁.

(?) Tại sao chọn lọc tự nhiên không thể tạo ra các sinh vật hoàn thiện?

- Tiến hoá bị giới hạn bởi các hạn chế lịch sử:

• Tiến hoá không thể loại bỏ các đặc tính cũ và xây dựng những cấu trúc hoàn toàn mới hoặc tập tính mới từ chỗ không có gì.
• Tiến hoá kết hợp những đặc tính cũ và làm cho chúng thích nghi với những hoàn cảnh mới.
• Ví dụ các con chim có thể được hưởng lợi từ việc có cánh hơn là có 4 chân. Tuy nhiên, chim có nguồn gốc từ bò sát có 2 cặp chi. Sự kết hợp các chân trước để bay vẫn để lại hai chân sau để di chuyển trên măt đất.

- Thích nghi là sự thoả hiệp thường xuyên:

• Mỗi sinh vật phải làm rất nhiều thứ khác nhau.
• Vì các chân chèo của những con lợn biển phải cho phép chúng vừa di chuyển trên mặt đất, vừa bơi một cách hiệu quả, hình dạng của chúng là một sự thoả hiệp giữa 2 loại môi trường này.
• Tương tự như vậy, các chi của con người tương đối mềm dẻo và cho phép cử động linh hoạt, nhưng chúng lại rất dễ có nguy cơ bị tổn thương như là bị bong gân, bị đứt dây chằng hoặc bị trật khớp.
• Sự củng cố các cấu trúc tốt hơn sẽ phải thoả hiệp với sự nhanh nhẹn. Ví dụ chân voi rất chắc khoẻ nhưng lại không linh hoạt như chi của người.

- May rủi và chọn lọc tự nhiên tác động qua lại với nhau

• Các yếu tố ngẫu nhiên cũng ảnh hưởng đến lịch sử tiến hoá của các quần thể.
• VD, những người sáng lập quần thể mới chưa chắc đã là những cá thể thích nghi tốt nhất với môi trường mới, nhưng những cá thể đó dường như được mang đến đó một cách ngẫu nhiên.

- Chọn lọc tự nhiên chỉ có thể tác động trên những biến dị có sẵn

• Chọn lọc tự nhiên chỉ tích luỹ những biến dị phù hợp nhất từ các kiểu hình có thể là những kiểu hình đã tồn tại sẵn trong quần thể.
• Những alen mtiến hoá có thể không xuất hiện ngay khi đòi hỏi, chọn lọc tự nhiên làm việc bằng cách tích luỹ các biến dị tốt nhất có thể tại thời điểm đó. Khi các alen mới xuất hiện, thích nghi hơn thì chọn lọc tự nhiên lại tiếp tục tiến hành, do đó, đặc điểm thích nghi luôn được hoàn thiện dần.
• Rất nhiều các cơ thể sống chưa hoàn hảo là bằng chứng của tiến hoá.