Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại (Phần 1) SVIP

I. Tiến hóa nhỏ

1. Khái niệm

- Tiến hoá là quá trình biến đổi ở sinh vật qua các thế hệ, trong đó thế hệ sau được tạo thành kế thừa các đặc điểm đã có ở tổ tiên và hình thành các đơn vị phân loại với đặc điểm mới.

- Tiến hoá nhỏ là quá trình tiến hoá xảy ra ở phạm vi quần thể, làm thay đổi tần số allele, tần số kiểu gene của quần thể qua các thế hệ.

- Tiến hoá nhỏ là cơ sở dẫn tới quá trình hình thành loài mới.

2. Quần thể là đơn vị tiến hoá nhỏ

- Chỉ có những biến dị có thể di truyền được qua các thế hệ mới trở thành nguyên liệu cho quá trình tiến hoá.

- Chỉ có trong phạm vi quần thể, quá trình giao phối giữa cá thể mới diễn ra giúp cho các biến dị tổ hợp được hình thành và phát tán. 

- Quá trình tạo ra biến dị di truyền và biến dị tổ hợp theo thời gian sẽ làm thay đổi vốn gene (tần số allele và tần số kiểu gene) của quần thể qua các thế hệ → Đơn vị xảy ra tiến hoá nhỏ là quần thể.

II. Các nhân tố tiến hóa

Các nhân tố làm thay đổi tần số allele và tần số kiểu gene của quần thể được gọi là các nhân tố tiến hoá.

Đột biến

- Đột biến gene làm xuất hiện các allele mới hoặc biến allele này thành allele khác, từ đó làm thay đổi tần số allele của quần thể.

- Đột biến làm phong phú vốn gene của quần thể, tạo nguyên liệu sơ cấp cho quá trình tiến hoá.

- Các đột biến có thể được di truyền qua các thế hệ, phát tán trong quần thể và thông qua giao phối hình thành biến dị tổ hợp - nguyên liệu thứ cấp cho tiến hoá.

Đột biến gene I tạo ra các allele quy định các nhóm máu khác nhau

Dòng gene

- Dòng gene là hiện tượng trao đổi vốn gene giữa các quần thể, có thể làm thay đổi vốn gene của quần thể nhận khi các cá thể di cư sinh sản thành công với các cá thể của quần thể nhận.

Sự di chuyển các allele vào/ra khỏi quần thể thông qua sự di chuyển của các cá thể hữu thụ

- Tác động của dòng gene phụ thuộc vào:

• Tỉ lệ nhập cư/di cư.
• Khả năng di truyền allele từ các cá thể di cư sang thế hệ tiếp theo.
• Sự khác biệt về cấu trúc di truyền giữa quần thể cho và quần thể nhận.

- Cách li địa lí và các biến động địa chất có thể làm giảm tác động của dòng gene. Ví dụ: Quần thể ở đảo xa và quần thể ở đất liền khó xảy ra dòng gene. 

- Do hiện tượng dòng gene, các quần thể có sự trao đổi vốn gene với nhau sẽ có tần số allele tương tự nhau.

- Di cư có thể làm tăng sự đa dạng di truyền của quần thể khi đưa thêm allele mới vào quần thể.

Phiêu bạt di truyền

- Phiêu bạt di truyền là sự thay đổi tần số allele của quần thể qua các thế hệ do tác động của các yếu tố ngẫu nhiên (bão tố, lũ lụt, hoả hoạn,...) làm giảm số lượng cá thể của quần thể.

- Hai trường hợp dẫn tới phiêu bạt di truyền trong tự nhiên:

• Hiệu ứng cổ chai: Là hiện tượng số lượng cá thể của quần thể giảm đột ngột bởi các yếu tố như thiên tai, săn bắt, khai thác quá mức,... → 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 quần thể ban đầu.

• Hiệu ứng sáng lập: Xảy ra khi một nhóm nhỏ các cá thể tách khỏi quần thể lớn ban đầu, di cư và thiết lập một quần thể ở vị trí phân bố mới. Do kích thước nhỏ và bị cách li địa lí, quần thể chịu tác động mạnh của phiêu bạt di truyền.

​- Phiêu bạt di truyền làm biến mất một loại allele nào đó khỏi quần thể bất kể allele đó là có lợi, có hại hay trung tính → Làm giảm sự đa dạng di truyền của quần thể.

- Quần thể có kích thước càng nhỏ thì các yếu tố ngẫu nhiên làm thay đổi tần số allele càng mạnh.

Giao phối không ngẫu nhiên

- Trong tự nhiên, quần thể giao phối không ngẫu nhiên là phổ biến và các quần thể hoàn toàn ngẫu phối là hiếm gặp.

- Giao phối không ngẫu nhiên gồm giao phối có lựa chọn, giao phối gần (giao phối giữa các cá thể có quan hệ họ hàng hay giao phối cận huyết, tự thụ phấn).

- 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.

Tần số kiểu gene của quần thể qua mỗi thế hệ giao phối không ngẫu nhiên

Chọn lọc tự nhiên

- Chọn lọc tự nhiên (CLTN) là quá trình làm tăng dần tần số allele và tần số kiểu gene quy định đặc điểm thích nghi trong quần thể, đồng thời làm giảm dần tần số allele và tần số các kiểu gene quy định các đặc điểm không thích nghi.

- Các tác nhân gây ra CLTN tác động trực tiếp lên kiểu hình, qua đó gián tiếp làm thay đổi tần số kiểu gene của cá thể trong quần thể.

Diễn biến của chọn lọc tự nhiên

- Mức độ thay đổi tần số allele bởi chọn lọc tự nhiên phụ thuộc vào loại allele và áp lực chọn lọc:

• CLTN tác động kiểu hình trội sẽ làm thay đổi tần số allele trội nhanh hơn so với tác động lên kiểu hình lặn.
• Điều kiện môi trường thay đổi càng mạnh (áp lực chọn lọc cao) thì tần số allele thay đổi càng nhanh và ngược lại.

- CLTN là nhân tố tiến hóa có hướng, làm thay đổi tần số allele theo một hướng xác định.

- CLTN thường làm giảm sự đa dạng di truyền (nghèo vốn gene) của quần thể. Tuy nhiên nếu quần thể có độ đa dạng di truyền cao (có nhiều cá thể dị hợp) thì vẫn duy trì được sự đa dạng di truyền của quần thể.

III. Đặc điểm thích nghi

1. Khái niệm

- Đặc điểm di truyền làm tăng khả năng sống sót và khả năng sinh sản của cá thể sinh vật trong môi trường nhất định được gọi là đặc điểm thích nghi.

- Mức độ thích nghi của sinh vật = Giá trị thích nghi = Tổng số con mà cá thể đó sinh ra trong suốt cuộc đời có thể sống sót được cho đến khi sinh sản.

→ Cá thể nào sinh ra nhiều con hơn thì cá thể đó thích nghi với môi trường hơn. 

2. Cơ chế hình thành đặc điểm thích nghi

- Cơ chế CLTN hình thành đặc điểm thích nghi như sau: Đột biến cung cấp nguồn nguyên liệu → CLTN giữ lại những cá thể có các đột biến làm tăng khả năng sống sót và sinh sản → Số lượng cá thể mang đột biến có lợi ngày một tăng dần trong quần thể qua các thế hệ.

- Ví dụ: (1) Khi môi trường không chứa penicillin, trong quần thể vi khuẩn có một số cá thể mang đột biến kháng chất kháng sinh penicillin được sinh ra ngẫu nhiên → (2) Khi môi trường có penicillin, những vi khuẩn bị đột biến sống sót được, sinh sản và tăng nhanh số lượng → (3) Hầu hết các vi khuẩn trong quần thể đều kháng thuốc penicillin.

- Chọn lọc tự nhiên là nhân tố tiến hoá duy nhất làm cho một đặc điểm trở nên phổ biến trong quần thể (đặc điểm thích nghi).

3. Tính hợp lí tương đối của đặc điểm thích nghi

- Mọi đặc điểm thích nghi chỉ mang tính tương đối.

- Nguyên nhân khiến CLTN không thể tạo ra sinh vật thích nghi một cách hoàn hảo với nhiều điều kiện sống khác nhau:

• Điều kiện môi trường (tác nhân gây ra CLTN) chỉ lựa chọn các biến dị di truyền có sẵn trong quần thể → Biến dị được lựa chọn không hẳn là đã tối ưu. Ví dụ: CLTN chỉ giữ lại cá thể dơi có lớp màng da kết nối các bộ phận của chi trước để dơi có thể bay mà không thể tạo ra cấu trúc cánh như ở chim.
• Các đặc điểm thích nghi mang tính dung hoà vì một đặc điểm đem lại lợi ích này lại gây bất lợi khác. Ví dụ: Chim công đực có màu sắc sặc sỡ sẽ thu hút được nhiều chim cái nhưng đồng thời cũng làm cho nó dễ bị nhiều loài săn mồi phát hiện.
• Một đặc điểm thích nghi chỉ có lợi trong môi trường này nhưng lại vô dụng hoặc có hại trong môi trường khác.

1. Tiến hoá nhỏ là quá trình tiến hoá xảy ra ở phạm vi quần thể, làm thay đổi tần số allele, tần số kiểu gene qua các thế hệ quần thể.

2. Các nhân tố làm thay đổi trạng thái cân bằng di truyền của quần thể được gọi là các nhân tố tiến hoá, bao gồm: Đột biến, dòng gene, phiêu bạt di truyền, giao phối không ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên.

3. Đột biến làm xuất hiện allele mới trong quần thể, làm thay đổi tần số allele của quần thể so với ban đầu. Đột biến cung cấp nguyên liệu cơ sở cho quá trình tiến hoá.

4. Dòng gene là hiện tượng chuyển các allele hoặc gene từ quần thể cho sang quần thể nhận, làm thay đổi vốn gene của quần thể nhận.

5. Phiêu bạt di truyền là sự thay đổi tần số allele của quần thể do giảm đột ngột số lượng cá thể trong quần thể bởi yếu tố ngẫu nhiên.

6. Giao phối không ngẫu nhiên làm tăng tần số kiểu gene đồng hợp tử, giảm tần số kiểu gene dị hợp tử của quần thể.

7. Chọn lọc tự nhiên là quá trình mà nhờ đó tần số allele có lợi tăng lên trong quần thể qua thời gian do các cá thể mang allele đó tăng khả năng sống sót và sinh sản thành công.

8. Thích nghi là quá trình thay đổi đặc tính di truyền, dẫn tới thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, hình thành quần thể gồm các cá thể mang các đặc điểm có lợi hơn về mặt chọn lọc chiếm ưu thế. Đặc điểm thích nghi chỉ có tính phù hợp tương đối.