Hướng dẫn giải bài tập SGK Cơ bản và Nâng cao Sinh học 12 chương 1 Bằng chứng và cơ chế tiến hoá Bài 24: Các bằng chứng tiến hóa
Bài tập 1 trang 107 SGK Sinh học 12 Tại sao để xác định mối quan hệ họ hàng giữa các loài về các đặc điểm hình thái thì người ta lại hay sử dụng các cơ quan thoái hoá?
Các cơ quan thoái hoá là những cơ quan trong cơ thể của một loài mà trong quá trình tiến hóa đã mất đi chức năng ban đầu và không còn sử dụng nữa. Tuy nhiên, chúng vẫn tồn tại trong cơ thể và có thể di truyền qua các thế hệ. Việc sử dụng các cơ quan thoái hoá trong việc xác định mối quan hệ họ hàng giữa các loài là một phương pháp quan trọng trong sinh học tiến hoá, bởi vì các cơ quan này có sự tương đồng nhất định giữa các loài, mặc dù chúng không còn thực hiện chức năng sinh lý quan trọng. Điều này có thể giải thích bằng cách các cơ quan thoái hoá là di sản của tổ tiên chung, là minh chứng cho mối quan hệ tiến hóa giữa các loài.
Các cơ quan thoái hoá như xương chậu của cá voi, cánh của một số loài côn trùng không bay, hay cơ quan nhô ra ở những loài động vật khác đều không còn chức năng sinh lý quan trọng trong cuộc sống hiện tại của các loài này. Tuy nhiên, sự tồn tại của các cơ quan này cho thấy rằng chúng đã xuất hiện trong tổ tiên của các loài hiện tại và đã từng có chức năng trong quá khứ. Mối quan hệ họ hàng giữa các loài có thể được nhận diện qua sự tương đồng trong các cơ quan thoái hoá này.
Điều này đồng nghĩa với việc các loài có chung nguồn gốc tổ tiên có khả năng duy trì những đặc điểm cơ thể dù không còn chức năng nữa. Như vậy, việc so sánh các cơ quan thoái hoá giữa các loài sẽ cung cấp thông tin quan trọng về sự tiến hoá và mối quan hệ gần xa giữa các loài trong một nhóm động vật hay thực vật nhất định. Vì vậy, các cơ quan thoái hoá đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mối quan hệ tiến hoá giữa các loài và giúp các nhà khoa học khôi phục lại các quá trình tiến hoá trong quá khứ.
Bài tập 2 trang 107 SGK Sinh học 12 Hãy tìm một số bằng chứng ở mức độ sinh học phân tử để chứng minh mọi sinh vật trên Trái Đất đều có chung một nguồn gốc.
Bằng chứng ở mức độ sinh học phân tử là những thông tin có giá trị cho việc chứng minh sự tiến hoá của tất cả sinh vật trên Trái Đất từ một nguồn gốc chung. Những bằng chứng này có thể được tìm thấy trong cấu trúc của DNA và các phân tử sinh học khác như protein. Cụ thể, mọi sinh vật trên Trái Đất đều có cấu trúc ADN được mã hóa bằng các nucleotide, và mặc dù các loài khác nhau có thể có sự khác biệt trong trình tự của các nucleotide này, nhưng chúng vẫn chia sẻ một số đặc điểm cơ bản.
Một trong những bằng chứng rõ ràng nhất là sự tồn tại của một số gen chung giữa các loài khác nhau. Các gen này không chỉ có trong các loài động vật, thực vật mà còn xuất hiện trong vi khuẩn, nấm và các sinh vật đơn bào. Ví dụ, gen codon (mã di truyền) trong ADN của tất cả sinh vật đều sử dụng bộ ba nucleotide giống nhau, điều này cho thấy sự tương đồng trong cách mã hóa thông tin di truyền. Sự tương đồng này chỉ ra rằng tất cả sinh vật đều có một nguồn gốc chung từ một tổ tiên có chung bộ mã di truyền.
Ngoài ra, sự tương đồng giữa các chuỗi axit amin trong protein của các loài khác nhau cũng là một bằng chứng mạnh mẽ cho thấy các sinh vật hiện nay có một nguồn gốc chung. Cấu trúc của protein không chỉ chịu sự tác động của môi trường mà còn phản ánh quá trình di truyền từ tổ tiên qua nhiều thế hệ. Những phân tử protein giống nhau hoặc tương tự giữa các loài khác nhau, chẳng hạn như hemoglobin (huyết sắc tố) của người và động vật có vú, cũng là một minh chứng cho mối liên hệ giữa các loài.
Một ví dụ nổi bật khác là phân tích bộ gen của các sinh vật, đặc biệt là sự nghiên cứu về gen ribosomal RNA (rRNA). RRNA là một thành phần quan trọng trong cấu trúc ribosome, và nó có sự tương đồng cao giữa các loài khác nhau, từ vi khuẩn cho đến động vật. Điều này cho thấy rằng tất cả các loài đều có một nguồn gốc chung và quá trình tiến hoá của chúng bắt nguồn từ một tổ tiên chung.
Từ đó, có thể khẳng định rằng sự giống nhau trong cấu trúc ADN và protein của tất cả các sinh vật trên Trái Đất là bằng chứng mạnh mẽ chứng minh rằng tất cả sinh vật đều có chung một nguồn gốc, và sự tiến hoá từ tổ tiên chung là lý giải cho sự đa dạng sinh học hiện nay.
Bài tập 3 trang 107 SGK Sinh học 12 Địa lí sinh học là gì? Nghiên cứu về địa lí sinh học cung cấp cho ta những bằng chứng gì về sự tiến hoá của sinh giới?
Địa lí sinh học là một lĩnh vực nghiên cứu khoa học liên quan đến sự phân bố của các loài sinh vật trên bề mặt Trái Đất và những yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố này. Nghiên cứu địa lí sinh học giúp giải thích cách thức các loài sinh vật phát sinh, phân tán và tiến hoá theo thời gian, từ đó cung cấp cho chúng ta những bằng chứng về sự tiến hoá của sinh giới.
Một trong những minh chứng rõ ràng nhất về sự tiến hoá trong địa lí sinh học là sự phân bố của các loài ở các vùng địa lý khác nhau, đặc biệt là các hòn đảo và lục địa. Các loài sinh vật ở đảo thường có sự khác biệt lớn so với các loài ở lục địa, mặc dù chúng có thể có nguồn gốc chung. Chẳng hạn, các loài chim ở đảo Galápagos đã tiến hoá thành những loài khác nhau, mặc dù chúng có nguồn gốc từ một loài chim chung trên đất liền. Những loài sinh vật này đã phát triển các đặc điểm khác nhau để thích nghi với môi trường sống trên đảo, một minh chứng cho quá trình tiến hoá do sự phân tán địa lý.
Ngoài ra, sự phân bố của các loài trên các lục địa cũng cung cấp những bằng chứng về sự tiến hoá. Các loài sinh vật ở các lục địa khác nhau có thể có những đặc điểm giống nhau hoặc khác biệt, tùy thuộc vào môi trường sống mà chúng tiến hoá trong quá trình hàng triệu năm. Các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra rằng sự phân tán của các loài thực vật và động vật giữa các lục địa có thể được giải thích thông qua các lý thuyết tiến hoá, chẳng hạn như sự chia tách các lục địa trong quá khứ.
Nghiên cứu địa lí sinh học không chỉ giúp chúng ta hiểu được sự phân bố và sự thích nghi của các loài sinh vật mà còn cung cấp những bằng chứng quan trọng về cách thức tiến hoá diễn ra qua các quá trình phân tán và phân hóa trong lịch sử Trái Đất.
Bài tập 4 trang 107 SGK Sinh học 12 Tại sao những cơ quan thoái hoá không còn giữ chức năng gì lại vẫn được di truyền từ đời này sang đời khác mà không bị chọn lọc tự nhiên loại bỏ?
Cơ quan thoái hoá là những cơ quan mà trong quá trình tiến hoá đã mất đi chức năng sinh lý ban đầu và không còn giữ vai trò quan trọng trong sinh hoạt của loài. Tuy nhiên, những cơ quan này vẫn được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác mà không bị chọn lọc tự nhiên loại bỏ. Lý do chính là vì sự thoái hoá của các cơ quan này không gây ảnh hưởng xấu đến khả năng sinh sản của loài, do đó chúng không bị loại bỏ trong quá trình chọn lọc tự nhiên.
Chọn lọc tự nhiên hoạt động chủ yếu dựa trên khả năng sinh sản và sự sống sót của các cá thể trong môi trường sống của chúng. Nếu một đặc điểm hay một cơ quan không gây ra ảnh hưởng xấu đến khả năng sinh sản hay khả năng sinh tồn của loài, thì nó sẽ không bị loại bỏ. Cơ quan thoái hoá, mặc dù không còn chức năng sinh lý quan trọng, nhưng chúng không gây hại cho sự sinh tồn của loài, do đó chúng vẫn được di truyền qua các thế hệ. Hơn nữa, trong nhiều trường hợp, các cơ quan thoái hoá có thể vẫn có giá trị trong việc bảo vệ gen của loài hoặc duy trì các đặc điểm di truyền ổn định.
Một ví dụ điển hình là xương chậu ở cá voi. Dù không còn chức năng di chuyển trên đất liền, xương chậu vẫn tồn tại trong cơ thể cá voi. Điều này là do xương chậu không ảnh hưởng đến sự sống sót của cá voi trong môi trường nước. Vì vậy, nó vẫn được di truyền qua các thế hệ mà không bị chọn lọc tự nhiên loại bỏ.
Bài tập 3 trang 132 SGK Sinh học 12 Nâng cao Thế nào là cơ quan tương tự vì sao nói tương đồng và tương tự là hai hiện tượng trái ngược nhau?
Cơ quan tương tự là những cơ quan trong cơ thể các loài khác nhau nhưng có chức năng giống nhau, mặc dù chúng có cấu trúc khác biệt về mặt hình thái và phát sinh từ các nguồn gốc khác nhau. Cơ quan tương tự là một ví dụ điển hình của sự thích nghi tiến hoá trong những điều kiện sống tương tự, nhưng không liên quan đến mối quan hệ tiến hoá trực tiếp. Cơ quan tương tự ra đời khi các loài sinh vật phát triển các cơ quan có chức năng tương tự nhau do sự áp lực chọn lọc tự nhiên trong cùng một môi trường sống, nhưng chúng lại không có nguồn gốc tổ tiên chung.
Ví dụ điển hình của cơ quan tương tự là cánh của chim và cánh của dơi. Cả hai loài đều sử dụng cánh để bay, tuy nhiên, cánh của chim và cánh của dơi lại có cấu trúc hoàn toàn khác nhau. Cánh chim là các lông gắn liền với xương cánh, trong khi cánh của dơi lại là một màng da kéo dài giữa các xương ngón tay. Mặc dù chức năng của chúng là tương tự – giúp bay – nhưng chúng phát sinh từ các cấu trúc khác nhau trong tổ tiên của loài chim và dơi.
Cơ quan tương tự khác với cơ quan tương đồng, và đây là sự khác biệt quan trọng. Cơ quan tương đồng là những cơ quan có cấu trúc và nguồn gốc phát sinh giống nhau, mặc dù chức năng có thể khác biệt. Ví dụ, tay người, chân trước của chó và cánh của dơi đều là các cơ quan tương đồng, vì chúng có nguồn gốc phát sinh từ các chi của tổ tiên chung trong quá trình tiến hoá, mặc dù chức năng của chúng có sự khác biệt rõ rệt. Do đó, nói tương đồng và tương tự là hai hiện tượng trái ngược nhau là vì cơ quan tương đồng chia sẻ nguồn gốc tiến hoá chung, trong khi cơ quan tương tự là kết quả của sự tiến hoá độc lập trong các môi trường sống tương tự.
Bài tập 4 trang 132 SGK Sinh học 12 Nâng cao Vì sao các tư liệu phôi sinh học so sánh được xem là những bằng chứng tiến hóa?
Tư liệu phôi sinh học là những nghiên cứu về sự phát triển của phôi trong các loài sinh vật, đặc biệt là sự so sánh giữa các phôi của các loài khác nhau trong cùng một nhóm. Phôi sinh học cung cấp một nguồn thông tin quý giá về quá trình phát sinh và phát triển của các sinh vật từ giai đoạn sớm nhất. Những sự tương đồng trong cấu trúc và quá trình phát triển của phôi giữa các loài khác nhau là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy các loài này có một nguồn gốc tổ tiên chung.
Các nhà sinh học tiến hoá đã chỉ ra rằng, trong giai đoạn phát triển phôi, các loài sinh vật có những đặc điểm rất giống nhau, đặc biệt là ở các loài có mối quan hệ gần gũi. Ví dụ, phôi của các loài động vật có xương sống, từ cá, lưỡng cư, bò sát, chim cho đến động vật có vú, đều có các đặc điểm giống nhau trong giai đoạn phôi, chẳng hạn như các nếp gấp trong cơ thể phôi, sự hình thành các cơ quan nội tạng, và sự phát triển của các cấu trúc như mang (ở cá) hoặc giai đoạn xuất hiện các chi trước khi chúng biến thành các cơ quan chức năng khác nhau.
Sự giống nhau này trong phát triển phôi là bằng chứng cho thấy các loài này có nguồn gốc chung và sự khác biệt giữa chúng xuất hiện qua quá trình tiến hoá sau này. Tư liệu phôi sinh học cho phép các nhà khoa học hiểu được mối quan hệ tiến hoá giữa các loài thông qua sự phân tích các dấu vết còn lại trong quá trình phát triển phôi, qua đó củng cố lý thuyết tiến hoá.
Bài tập 7 trang 132 SGK Sinh học 12 Nâng cao Hãy chọn phương án trả lời đúng. Những cơ quan nào dưới đây là cơ quan tương đồng?
A. Cánh sâu bọ và cánh dơi B. Tuyến nọc độc của rắn và tuyến nước bọt của các động vật khác C. Mang cá và mang tôm D. Chân chuột chuỗi và chân dế dũi
Để trả lời câu hỏi này, ta cần hiểu rõ định nghĩa về cơ quan tương đồng và cơ quan tương tự. Cơ quan tương đồng là các cơ quan có cấu trúc và nguồn gốc phát sinh giống nhau, mặc dù có thể có sự khác biệt về chức năng. Đối với các lựa chọn trong câu hỏi:
A. Cánh sâu bọ và cánh dơi: Đây là cơ quan tương tự, không phải cơ quan tương đồng. Mặc dù chúng có chức năng giống nhau là bay, nhưng chúng có cấu trúc khác nhau và phát sinh từ các nguồn gốc khác nhau, do đó không phải là cơ quan tương đồng.
B. Tuyến nọc độc của rắn và tuyến nước bọt của các động vật khác: Đây cũng không phải là cơ quan tương đồng, vì chúng có chức năng khác nhau và không có nguồn gốc phát sinh chung.
C. Mang cá và mang tôm: Đây là cơ quan tương đồng, vì chúng có nguồn gốc phát sinh giống nhau từ các cấu trúc của phôi động vật có xương sống và vô xương sống, mặc dù chúng có chức năng khác nhau trong các loài.
D. Chân chuột chuỗi và chân dế dũi: Đây là cơ quan tương tự, vì chúng có chức năng di chuyển, nhưng phát sinh từ các nguồn gốc khác nhau (chuột chuỗi là động vật có xương sống, dế dũi là côn trùng).
Vậy, đáp án đúng là C: Mang cá và mang tôm, vì chúng có nguồn gốc phát sinh chung.
Bài tập 3 trang 136 SGK Sinh học 12 Nâng cao Nêu điểm khác nhau của hệ động vật ở đảo lục địa và đảo đại dương. Từ đó rút ra được nhận xét gì?
Hệ động vật trên đảo lục địa và đảo đại dương có những sự khác biệt rõ rệt, phản ánh sự ảnh hưởng của yếu tố môi trường và quá trình tiến hoá trong từng điều kiện sống. Đảo lục địa có liên kết với các vùng đất liền qua các cầu đất tự nhiên, do đó hệ động vật trên đảo lục địa thường có sự phong phú và đa dạng sinh học cao hơn đảo đại dương. Các loài động vật trên đảo lục địa có thể di chuyển giữa đảo và các khu vực lân cận, do đó chúng ít bị cô lập so với các loài trên đảo đại dương.
Ngược lại, hệ động vật trên đảo đại dương thường có sự đặc thù hơn, vì các loài sinh vật ở đây thường phải thích nghi với môi trường đảo biệt lập. Các loài động vật trên đảo đại dương có thể tiến hoá độc lập và phát triển các đặc điểm đặc biệt mà không bị ảnh hưởng từ các loài khác, dẫn đến sự hình thành các loài đặc hữu. Ví dụ, động vật trên các đảo đại dương như Galápagos có các loài chim, thằn lằn, rùa có các đặc điểm khác biệt rất lớn so với các loài trên đất liền.
Từ những điểm khác biệt này, ta có thể rút ra nhận xét rằng môi trường địa lý, sự cô lập và sự tiến hoá thích nghi đã tạo ra sự đa dạng sinh học đặc trưng ở mỗi khu vực. Những điều kiện cô lập và sự khác biệt về môi trường sống chính là yếu tố quan trọng thúc đẩy sự tiến hoá và phân hoá loài trên các đảo đại dương.
Bài tập 4 trang 136 SGK Sinh học 12 Nâng cao Những tài liệu địa lí sinh vật học có giá trị gì với lí thuyết tiến hóa?
Tài liệu địa lí sinh vật học cung cấp những bằng chứng quan trọng về sự phân bố của các loài sinh vật trên bề mặt Trái Đất, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quá trình tiến hoá của các loài sinh vật qua thời gian. Những tài liệu này không chỉ giúp xác định mối quan hệ giữa các loài mà còn cung cấp thông tin về các quá trình phân tán, phát sinh và thích nghi của các loài sinh vật với các điều kiện môi trường khác nhau.
Thông qua nghiên cứu địa lí sinh vật học, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về sự phân bố và sự phát triển của các loài trong những điều kiện môi trường khác nhau, từ đó đưa ra những kết luận về quá trình tiến hoá và sự phân hoá loài. Những tài liệu này cũng giúp chứng minh lý thuyết về sự di cư và sự thích nghi của các loài trong các môi trường sinh sống khác nhau, củng cố thêm cho các giả thuyết về sự tiến hoá của sinh giới.
Bài tập 3 trang 139 SGK Sinh học 12 Nâng cao Mức độ giống và sai khác nhau trong cấu trúc của ADN và prôtêin giữa các loài được giải thích như thế nào?
Mức độ giống và sai khác trong cấu trúc ADN và prôtêin giữa các loài phụ thuộc vào quá trình tiến hoá và mức độ tiến hoá của các loài. Các loài có nguồn gốc tiến hoá gần nhau sẽ có cấu trúc ADN và prôtêin tương đối giống nhau. Ngược lại, các loài có nguồn gốc xa nhau sẽ có sự khác biệt lớn về cấu trúc di truyền và protein, phản ánh sự phân hoá loài qua quá trình tiến hoá.
Điều này được giải thích bởi các biến đổi trong chuỗi nucleotide của ADN và chuỗi axit amin của protein qua các thế hệ. Sự thay đổi này có thể do các đột biến, chọn lọc tự nhiên hoặc giao phối giữa các loài khác nhau, dẫn đến sự phát sinh các đặc điểm mới.
