Hướng dẫn giải bài tập SGK Cơ bản và Nâng cao Sinh học 12 chương 1 Bằng chứng và cơ chế tiến hoá Bài 26: Học thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại
Bài tập 1 trang 117 SGK Sinh học 12 Tại sao đột biến gen mặc dù thường có hại cho cơ thể sinh vật nhưng vẫn có vai trò quan trọng trong quá trình tiến hoá?
Đột biến gen là những biến đổi vĩnh viễn trong dãy mã di truyền của một cá thể. Đúng như câu hỏi đề cập, đột biến gen mặc dù thường có hại cho cơ thể sinh vật, nhưng vai trò của nó trong quá trình tiến hoá lại vô cùng quan trọng. Để giải thích điều này, ta cần hiểu rằng quá trình tiến hoá không phải chỉ dựa vào những biến đổi có lợi mà còn thông qua sự tích tụ của nhiều yếu tố có hại, và trong nhiều trường hợp, những yếu tố này lại có thể đóng góp vào sự phát triển của loài theo một cách bất ngờ.
I. Tần số đột biến gen trong tự nhiên là không đáng kể nên tần số alen đột biến có hại là rất thấp. Đúng là đột biến gen xảy ra với tần số rất thấp trong tự nhiên, và tần số của các alen đột biến có hại cũng rất thấp. Điều này có nghĩa là mặc dù đột biến có thể xảy ra thường xuyên, nhưng chỉ một phần rất nhỏ của các đột biến này mang lại tác hại nghiêm trọng đối với sự sống sót của sinh vật. Thực tế, hầu hết các đột biến có thể được loại bỏ khỏi quần thể do sự chọn lọc tự nhiên. Tuy nhiên, những đột biến có lợi lại có thể được tích lũy qua các thế hệ, giúp cho sinh vật có khả năng thích nghi với môi trường.
II. Gen đột biến có thể có hại trong môi trường này nhưng lại có thể có hại hoặc có lợi trong môi trường khác. Đột biến có thể có hại trong một môi trường nhất định nhưng lại có thể mang lại lợi ích trong môi trường khác. Một ví dụ tiêu biểu là đột biến làm thay đổi màu sắc của sinh vật. Trong môi trường có nhiều kẻ săn mồi, những cá thể có màu sắc lạ có thể dễ dàng bị phát hiện và tiêu diệt, nhưng nếu môi trường thay đổi và những cá thể này có thể hòa nhập tốt với môi trường mới, chúng sẽ trở nên có lợi hơn.
III. Gen đột biến có thể có hại trong tổ hợp gen này nhưng lại có thể trở nên có hại hoặc có lợi trong tổ hợp gen khác. Mỗi gen đột biến có thể có tác động khác nhau tùy thuộc vào tổ hợp gen mà nó xuất hiện. Những gen có thể có tác động tiêu cực khi kết hợp với một số gen khác, nhưng khi tổ hợp gen thay đổi, gen đột biến có thể thể hiện tác dụng có lợi. Đây là lý do tại sao nhiều đột biến có thể không bị loại bỏ ngay lập tức mà thay vào đó, tồn tại và phát triển trong quần thể qua các thế hệ.
IV. Đột biến gen thường có hại nhưng nó thường tồn tại ở trạng thái dị hợp tử nên không gây hại. Nhiều đột biến có thể không gây hại ngay lập tức do các đột biến này xảy ra trong trạng thái dị hợp tử, tức là chỉ có một bản sao của gen bị đột biến, trong khi bản sao còn lại vẫn bình thường. Điều này giúp giảm tác động tiêu cực của đột biến và bảo vệ cá thể khỏi các tác động xấu của đột biến. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, khi đột biến xảy ra trong trạng thái đồng hợp tử, các tác động có hại mới xuất hiện rõ rệt.
Câu trả lời đúng nhất là B. I và III, vì tần số đột biến gen trong tự nhiên là rất thấp và gen đột biến có thể có tác dụng khác nhau trong các tổ hợp gen khác nhau.
Bài tập 2 trang 117 SGK Sinh học 12 Tại sao phần lớn đột biến gen đều có hại cho cơ thể sinh vật nhưng đột biến gen vẫn được coi là nguồn phát sinh các biến dị di truyền cho chọn lọc tự nhiên?
Đột biến gen là một trong những nguyên liệu quan trọng tạo ra sự biến dị di truyền trong các quần thể sinh vật. Dù đa số các đột biến gen có hại và có thể gây bệnh, chết hoặc giảm khả năng sinh sản cho cá thể, nhưng những đột biến này lại góp phần quan trọng vào sự phát sinh và duy trì các biến dị di truyền trong quần thể. Những biến dị này là nguồn cơ sở để quá trình chọn lọc tự nhiên có thể tác động và dẫn đến sự tiến hoá của các loài.
Chọn lọc tự nhiên hoạt động dựa trên sự tồn tại của các biến dị di truyền giữa các cá thể trong quần thể. Mặc dù phần lớn các đột biến gen có thể có hại, nhưng một số đột biến lại có thể tạo ra những đặc điểm mới giúp sinh vật thích nghi với môi trường thay đổi. Những đột biến có lợi sẽ được chọn lọc tự nhiên giữ lại và làm tăng tần số alen có lợi trong quần thể qua các thế hệ, góp phần làm tăng khả năng sinh tồn và sinh sản của các cá thể.
Đột biến gen cũng có thể làm tăng sự đa dạng di truyền, tạo ra những đặc điểm mới chưa từng có trong quần thể. Chính sự đa dạng này là yếu tố quan trọng giúp loài có thể thích nghi với những thay đổi trong môi trường, từ đó giúp loài phát triển bền vững hơn. Như vậy, dù đa số đột biến gen có thể gây hại, nhưng chúng lại là nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình tiến hoá của loài thông qua sự chọn lọc tự nhiên.
Bài tập 3 trang 117 SGK Sinh học 12 Hiện tượng di - nhập gen ảnh hưởng như thế nào đến vốn gen và tần số alen của quần thể?
Di- nhập gen là hiện tượng di chuyển của các alen từ quần thể này sang quần thể khác thông qua sự di cư của các cá thể. Khi một nhóm sinh vật từ một quần thể khác xâm nhập vào một quần thể mới, họ mang theo những alen khác biệt, góp phần làm thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể tiếp nhận.
Di- nhập gen làm thay đổi vốn gen của quần thể tiếp nhận bằng cách thêm vào những alen mới, đồng thời làm thay đổi tần số alen trong quần thể. Nếu quần thể mới xâm nhập mang theo các alen có lợi cho sự thích nghi với môi trường sống của quần thể tiếp nhận, tần số alen này sẽ tăng lên trong quần thể. Điều này có thể giúp quần thể thích nghi tốt hơn với những thay đổi của môi trường.
Ngoài ra, di- nhập gen cũng có thể làm giảm sự phân biệt giữa các quần thể khác nhau, làm gia tăng sự đồng nhất di truyền. Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự đa dạng di truyền trong quần thể và tạo cơ hội cho loài phát triển, thích nghi và sinh tồn lâu dài hơn.
Bài tập 4 trang 117 SGK Sinh học 12 Tại sao khi kích thước quần thể bị giảm đột ngột thì tần số alen lại thay đổi nhanh chóng?
Khi kích thước quần thể giảm đột ngột, hiện tượng này có thể dẫn đến một sự thay đổi nhanh chóng về tần số alen trong quần thể. Đây là hiện tượng gọi là "hiệu ứng chai lọ" (bottleneck effect), trong đó chỉ một số cá thể còn lại trong quần thể có khả năng sinh sản. Do số lượng cá thể giảm mạnh, một lượng lớn các alen trong quần thể ban đầu bị mất đi, và chỉ có những alen của cá thể còn lại tiếp tục được truyền lại cho các thế hệ sau.
Điều này dẫn đến việc giảm sự đa dạng di truyền và làm thay đổi tần số alen trong quần thể. Những alen có trong số cá thể còn lại sẽ chiếm ưu thế trong quần thể, trong khi các alen khác có thể bị loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm tần số đáng kể. Quá trình này có thể dẫn đến sự giảm sức đề kháng của quần thể đối với những thay đổi trong môi trường, vì sự đa dạng di truyền thấp có thể làm giảm khả năng thích nghi của quần thể.
Bài tập 5 trang 117 SGK Sinh học 12 Giao phối không ngẫu nhiên làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể như thế nào?
Giao phối không ngẫu nhiên xảy ra khi các cá thể trong quần thể không giao phối ngẫu nhiên mà có sự ưu tiên nhất định đối với những cá thể cùng kiểu gen hoặc các cá thể có đặc điểm sinh lý, hình thái nhất định. Điều này có thể làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể theo hướng làm tăng tần số của một số kiểu gen nhất định trong quần thể.
Ví dụ, nếu trong một quần thể, các cá thể có đặc điểm về màu sắc hoặc kích thước cơ thể tương tự nhau sẽ có xu hướng giao phối với nhau, điều này sẽ dẫn đến việc tần số của các alen liên quan đến đặc điểm đó tăng lên, trong khi các alen khác có thể giảm xuống. Giao phối không ngẫu nhiên có thể làm giảm sự đa dạng di truyền của quần thể và dẫn đến sự hình thành các nhóm cá thể đồng nhất về kiểu gen.
Bài tập 1 trang 148 SGK Sinh học 12 Nâng cao Sự ra đời của thuyết tiến hóa tổng hợp dựa trên cơ sở nào?
Thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại là sự kết hợp các lý thuyết trước đây về tiến hóa với những khám phá mới trong di truyền học và sinh học phân tử. Sự ra đời của thuyết này được xây dựng dựa trên cơ sở của các lý thuyết di truyền Mendel, nguyên lý chọn lọc tự nhiên của Darwin và các nghiên cứu về di truyền phân tử sau này.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất trong sự hình thành của thuyết tiến hóa tổng hợp là sự hiểu biết về cơ chế di truyền. Các nguyên lý di truyền của Mendel, vốn được phát hiện vào thế kỷ 19, chỉ ra rằng các đặc điểm di truyền được truyền lại qua các thế hệ bằng các alen, và mỗi cá thể có hai bản sao của mỗi gen, một từ bố và một từ mẹ. Những phát hiện này cung cấp một cơ sở vững chắc để hiểu sự di truyền của các biến dị trong quần thể và là nền tảng cho lý thuyết tiến hóa hiện đại.
Ngoài ra, thuyết tiến hóa tổng hợp còn dựa trên các nghiên cứu về biến dị di truyền, cơ chế đột biến gen và sự di chuyển của gen qua di- nhập gen. Đột biến gen đóng vai trò tạo ra nguồn biến dị di truyền trong quần thể, và sự di chuyển của các alen từ quần thể này sang quần thể khác (di- nhập gen) cũng làm thay đổi cấu trúc di truyền của các quần thể. Đồng thời, quá trình chọn lọc tự nhiên, được Darwin mô tả, là cơ chế mà qua đó các biến dị có lợi được duy trì trong quần thể, còn các biến dị có hại bị loại bỏ.
Sự phát triển của các công cụ nghiên cứu phân tử hiện đại cũng đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành của thuyết tiến hóa tổng hợp. Các nghiên cứu về DNA và các phân tử di truyền khác đã cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về cách thức các alen và gen được di truyền, thay đổi và phát triển qua các thế hệ. Nhờ vào các kỹ thuật như phân tích chuỗi DNA, các nhà khoa học đã có thể theo dõi sự thay đổi của các đặc điểm di truyền trong quần thể và hiểu rõ hơn về các quá trình tiến hoá xảy ra trên cấp độ phân tử.
Như vậy, thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại ra đời dựa trên sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nghiên cứu, từ di truyền học Mendel cho đến các nghiên cứu về DNA và di truyền phân tử, cùng với sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế chọn lọc tự nhiên của Darwin.
Bài tập 2 trang 148 SGK Sinh học 12 Nâng cao Phân biệt tiến hóa nhỏ và tiến hóa lớn.
Tiến hóa nhỏ và tiến hóa lớn là hai khái niệm quan trọng trong lý thuyết tiến hóa, tuy nhiên chúng có sự khác biệt rõ rệt về phạm vi và tác động của chúng. Việc phân biệt giữa tiến hóa nhỏ và tiến hóa lớn giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức tiến hóa diễn ra và tầm quan trọng của từng quá trình trong sự phát triển của các loài.
Tiến hóa nhỏ (microevolution) là quá trình tiến hóa xảy ra trong phạm vi quần thể hoặc loài, dẫn đến sự thay đổi về tần số alen trong quần thể qua các thế hệ. Tiến hóa nhỏ thường liên quan đến các quá trình như đột biến, di- nhập gen, giao phối không ngẫu nhiên, và chọn lọc tự nhiên. Những thay đổi này thường xảy ra trong thời gian ngắn và có thể quan sát được trong một vài thế hệ. Ví dụ, sự thay đổi màu sắc của loài bướm qua sự chọn lọc tự nhiên do sự thay đổi của môi trường là một ví dụ điển hình của tiến hóa nhỏ. Những thay đổi này không làm thay đổi cấu trúc cơ bản của loài, nhưng có thể giúp loài thích nghi với môi trường sống cụ thể.
Tiến hóa lớn (macroevolution), ngược lại, là quá trình tiến hóa xảy ra ở cấp độ loài hoặc nhóm loài lớn, dẫn đến sự hình thành các loài mới (quá trình phân loài) và các nhóm sinh vật mới. Tiến hóa lớn có thể kéo dài hàng triệu năm và bao gồm những sự kiện như phân chia loài, sự phát sinh của các ngành sinh vật mới, hoặc sự tuyệt chủng của các loài. Một trong những quá trình quan trọng của tiến hóa lớn là sự hình thành các loài mới thông qua các quá trình như cách ly sinh sản và sự thay đổi di truyền tích lũy qua thời gian.
Mặc dù tiến hóa nhỏ và tiến hóa lớn có sự khác biệt về phạm vi và thời gian diễn ra, nhưng chúng lại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Tiến hóa nhỏ tạo ra sự biến dị di truyền trong quần thể, và khi có sự thay đổi lớn về cấu trúc di truyền hoặc môi trường sống, các tiến hóa nhỏ có thể dẫn đến sự hình thành các loài mới trong tiến hóa lớn.
Bài tập 3 trang 148 SGK Sinh học 12 Nâng cao Vì sao quần thể là đơn vị tiến hóa cơ sở.
Quần thể là đơn vị tiến hóa cơ sở vì tiến hóa xảy ra thông qua sự thay đổi trong cấu trúc di truyền của quần thể qua các thế hệ. Các cá thể trong quần thể chia sẻ một nguồn gen chung và chúng giao phối với nhau, tạo ra các thế hệ con cháu có các kiểu gen và kiểu hình khác nhau. Những thay đổi trong tần số alen và sự phân bố của các alen trong quần thể sẽ quyết định sự tiến hoá của quần thể.
Các yếu tố như đột biến, giao phối không ngẫu nhiên, di- nhập gen và chọn lọc tự nhiên đều tác động lên quần thể, làm thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể đó. Chính vì vậy, quần thể là nơi diễn ra sự biến đổi di truyền, từ đó tạo ra sự khác biệt giữa các quần thể và giữa các loài. Quá trình chọn lọc tự nhiên, đặc biệt, sẽ loại bỏ những cá thể không thích nghi tốt với môi trường, làm tăng tần số các alen có lợi trong quần thể qua các thế hệ.
Do đó, việc quan sát và nghiên cứu quần thể là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa. Quần thể không chỉ là nơi chứa đựng sự đa dạng di truyền mà còn là đơn vị cơ bản mà các yếu tố tiến hóa tác động lên.
Bài tập 2 trang 152 SGK Sinh học 12 Nâng cao Vì sao đa số đột biến là có hại nhưng lại được xem là nguyên liệu tiến hóa? Vì sao đột biến gen được xem là nguyên liệu chủ yếu?
Mặc dù phần lớn đột biến là có hại đối với cơ thể sinh vật, làm giảm khả năng sinh tồn hoặc sinh sản của cá thể, nhưng đột biến vẫn được xem là nguyên liệu quan trọng cho tiến hóa. Lý do là mặc dù đột biến thường gây hại trong môi trường hiện tại, nhưng chúng lại tạo ra sự đa dạng di truyền cần thiết để loài có thể thích nghi với các điều kiện môi trường thay đổi. Các đột biến có thể tạo ra các đặc điểm mới, và nếu những đặc điểm này có lợi cho sinh vật trong một môi trường cụ thể, chúng sẽ được chọn lọc tự nhiên và duy trì trong quần thể.
Đột biến gen được xem là nguyên liệu chủ yếu cho tiến hóa vì chúng tạo ra các biến dị di truyền mới trong quần thể. Các đột biến này có thể là những thay đổi nhỏ trong gen hoặc là những thay đổi lớn hơn có thể ảnh hưởng đến toàn bộ cấu trúc di truyền của cá thể. Nhờ vào đột biến, sinh vật có thể xuất hiện với những đặc điểm mới mà không có trong các thế hệ trước, và chính những đặc điểm này có thể giúp sinh vật thích nghi tốt hơn với môi trường. Chọn lọc tự nhiên sẽ giữ lại những đột biến có lợi và loại bỏ những đột biến có hại, từ đó góp phần tạo nên sự tiến hoá của các loài.
Bài tập 3 trang 152 SGK Sinh học 12 Nâng cao Di nhập gen là gì? Nêu vai trò của nó đối với quá trình tiến hóa?
Di nhập gen là hiện tượng di chuyển của các alen từ quần thể này sang quần thể khác, thường thông qua sự di cư của cá thể. Khi một nhóm cá thể từ quần thể khác di chuyển vào quần thể hiện tại, họ mang theo những alen mới, làm thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể tiếp nhận. Di nhập gen là một trong những yếu tố quan trọng giúp duy trì sự đa dạng di truyền trong quần thể và có thể tạo ra những thay đổi trong tần số alen của quần thể.
Vai trò của di nhập gen đối với tiến hóa rất quan trọng. Di nhập gen giúp ngăn ngừa sự cô lập di truyền giữa các quần thể, làm tăng sự đa dạng di truyền và giúp loài có khả năng thích nghi tốt hơn với môi trường. Di nhập gen cũng có thể làm tăng tần số các alen có lợi trong quần thể, nếu các alen mới mang lại lợi ích cho khả năng sinh tồn và sinh sản của các cá thể. Điều này có thể dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các đặc điểm mới trong quần thể và làm phong phú thêm sự biến dị di truyền của loài.
Bài tập 4 trang 152 SGK Sinh học 12 Nâng cao Nêu vai trò của giao phối không ngẫu nhiên và ngẫu nhiên trong tiến hóa. Vì sao mỗi quần thể giao phối là một kho biến dị di truyền vô cùng phong phú.
Giao phối không ngẫu nhiên và ngẫu nhiên có vai trò quan trọng trong việc thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể và ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa. Giao phối ngẫu nhiên là khi các cá thể trong quần thể giao phối mà không có sự lựa chọn nào về kiểu gen hoặc kiểu hình, giúp duy trì sự đa dạng di truyền trong quần thể. Giao phối ngẫu nhiên giữ cho các alen và kiểu gen trong quần thể không bị thay đổi quá mức và cho phép sự phân phối của các gen có thể phát sinh qua các thế hệ mà không bị tác động mạnh bởi những yếu tố chọn lọc.
Giao phối không ngẫu nhiên là khi các cá thể trong quần thể có sự chọn lọc trong việc giao phối với nhau, ví dụ như giao phối giữa các cá thể có cùng kiểu gen hay kiểu hình. Giao phối không ngẫu nhiên có thể dẫn đến sự thay đổi tần số alen trong quần thể và làm giảm sự đa dạng di truyền, vì những cá thể có đặc điểm nổi bật sẽ có cơ hội giao phối nhiều hơn. Tuy nhiên, giao phối không ngẫu nhiên cũng có thể dẫn đến sự hình thành các nhóm con giống nhau về kiểu gen hoặc kiểu hình, làm quần thể phát triển theo hướng có lợi trong môi trường cụ thể.
Mỗi quần thể giao phối là một kho biến dị di truyền vô cùng phong phú vì trong quần thể luôn tồn tại một lượng lớn các alen khác nhau, nhờ vào các quá trình như đột biến, giao phối và di nhập gen. Chính sự đa dạng này tạo ra cơ hội cho quá trình chọn lọc tự nhiên tác động, giúp quần thể thích nghi và phát triển trong điều kiện môi trường thay đổi.
Bài tập 1 trang 157 SGK Sinh học 12 Nâng cao Nêu tác động của chọn lọc tự nhiên.
Chọn lọc tự nhiên là quá trình mà qua đó những cá thể có đặc điểm thích nghi tốt nhất với môi trường sống sẽ có khả năng sinh tồn và sinh sản cao hơn, trong khi những cá thể không thích nghi tốt sẽ bị loại bỏ. Quá trình này dẫn đến việc thay đổi tần số alen trong quần thể theo hướng làm tăng tần số các alen có lợi và giảm tần số các alen có hại.
Chọn lọc tự nhiên có tác động mạnh mẽ đến sự tiến hóa của các loài. Những đặc điểm có lợi giúp tăng khả năng sống sót và sinh sản sẽ được duy trì và truyền lại cho các thế hệ sau. Qua thời gian, chọn lọc tự nhiên sẽ làm tăng sự thích nghi của loài với môi trường sống của nó.
