Bài 49: Khái niệm tiến hóa và các hình thức chọn lọc – Lý thuyết

Quá trình tiến hoá của bướm Biston betularia nhờ chọn lọc tự nhiên

PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I – Khái niệm tiến hoá

Các đặc tính di truyền của loài được quy định trong gene, duy trì từ bố mẹ cho thế hệ con qua sinh sản. Tuy nhiên, chúng cũng có những thay đổi theo thời gian.

Tiến hoá sinh học là sự thay đổi các đặc tính di truyền của quần thể sinh vật qua các thế hệ nối tiếp nhau theo thời gian.

Sự tiến hoá xương chi của ngựa qua thời gian (Ảnh Sách KNTT)
Sự tiến hoá xương chi của ngựa qua thời gian (Ảnh Sách KNTT)

Ví dụ minh hoạ – Tiến hoá xương chi ngựa:

Thời kì Chi ngựa Đặc điểm Nơi sống & di chuyển
Eocen (55–40 triệu năm trước) Eohippus Nhỏ, nhiều ngón, chạy chậm Ăn cỏ trên thảo nguyên
Oligocen (35–25 triệu năm trước) Mesohippus Lớn hơn, ít ngón hơn Ăn cây bụi
Miocen (20–10 triệu năm trước) Merychippus Chạy nhanh hơn Ăn cây bụi, bắt đầu ăn cỏ
Pliocen (5–2 triệu năm trước) Pliohippus Móng chỉ 1 ngón, chạy phi bước dài Ăn cỏ
Pleistocen (đến nay) Equus Chạy nhanh (kiểu phi) Ngựa ngày nay

Nhận xét: Qua hàng chục triệu năm, xương chi ngựa tiến hoá theo hướng: kích thước cơ thể tăng dần, số ngón chân giảm dần (từ nhiều ngón → 1 ngón), phù hợp với việc chạy nhanh trên đồng cỏ rộng.

II – Chọn lọc nhân tạo

Chọn lọc nhân tạo là quá trình con người sử dụng nguyên lí của tiến hoá (sự thay đổi đặc tính di truyền) để tạo ra các giống vật nuôi, cây trồng, chủng vi sinh vật có những tính trạng di truyền mong muốn, thường xuất phát từ một vài dạng hoang dại ban đầu.

Cách thực hiện: Phát hiện → giữ lại → nhân giống cá thể mang đặc tính tốt (theo yêu cầu) → loại bỏ cá thể thiếu đặc tính đó → nâng cao năng suất, chất lượng.

Kết quả chọn lọc nhân tạo các loài cây họ Cải (Brassicaceae)
Kết quả chọn lọc nhân tạo các loài cây họ Cải (Brassicaceae)

Ví dụ 1 – Họ Cải: Từ cây mù tạc hoang dại (dạng gốc), con người chọn lọc theo các hướng khác nhau tạo ra nhiều loại rau cải phổ biến:

Hướng chọn lọc Sản phẩm
Chọn hoa Súp lơ hoa
Chọn hoa và thân Súp lơ xanh
Chọn chồi nách Cải Brussels
Chọn chồi ngọn Bắp cải
Chọn thân Su hào
Chọn lá Cải xoăn
Quá trình chọn lọc các giống gà "siêu thịt" qua thời gian
Quá trình chọn lọc các giống gà “siêu thịt” qua thời gian

Ví dụ 2 – Gà siêu thịt: Qua nhiều thập kỷ chọn lọc, khối lượng gà tăng từ 905 g (1957) → 1 808 g (1978) → 4 200 g (2005). Mục đích: nâng cao năng suất thịt.

III – Chọn lọc tự nhiên

Chọn lọc tự nhiên là quá trình các cá thể thích nghi hơn với môi trường sống sẽ có khả năng sống sót và sinh sản cao hơn, dẫn đến số lượng cá thể có đặc điểm thích nghi (biến dị di truyền) trở nên phổ biến trong quần thể.

Quá trình tiến hoá của bướm Biston betularia nhờ chọn lọc tự nhiên
Quá trình tiến hoá của bướm Biston betularia nhờ chọn lọc tự nhiên

Ví dụ minh hoạ – Bướm Biston betularia (bướm bạch dương) ở nước Anh:

Giai đoạn Môi trường Dạng bướm phổ biến Giải thích
Trước cách mạng công nghiệp Thân cây bạch dương sáng (có địa y) Bướm trắng chiếm đa số Bướm trắng ngụy trang tốt trên thân cây sáng → ít bị chim ăn → sống sót nhiều hơn
Sau cách mạng công nghiệp Thân cây bị hoá sẫm do khói công nghiệp Bướm đen chiếm đa số Bướm đen ngụy trang tốt trên thân cây tối → sống sót nhiều hơn; bướm trắng dễ bị phát hiện → bị ăn nhiều hơn

Những điểm quan trọng về chọn lọc tự nhiên:

  • Chọn lọc tự nhiên tác động trực tiếp lên kiểu hình (màu sắc thân bướm), qua đó gián tiếp thay đổi tần số kiểu gene trong quần thể.
  • Sự đa dạng màu sắc thân bướm ban đầu là do đột biến và biến dị di truyền (không phải do ô nhiễm tạo ra). Ô nhiễm chỉ thay đổi hướng chọn lọc.
  • Nhờ chọn lọc tự nhiên, tần số gene (allele) quy định đặc điểm thích nghi tăng qua các thế hệ và trở nên phổ biến trong quần thể.

Ứng dụng giải thích các hiện tượng thực tế:

Hiện tượng Giải thích bằng chọn lọc tự nhiên
Côn trùng kháng thuốc trừ sâu Trong quần thể có sẵn cá thể mang gene kháng thuốc. Khi phun thuốc, cá thể không kháng bị chết, cá thể kháng sống sót → sinh sản → gene kháng thuốc phổ biến dần.
Vi khuẩn kháng kháng sinh Tương tự: vi khuẩn mang gene kháng kháng sinh sống sót và nhân lên khi dùng kháng sinh.
Virus mới kháng vaccine Chủng virus mang đột biến giúp tránh vaccine sẵn có → sống sót và lây lan → trở thành chủng phổ biến.

Phân biệt chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo

Tiêu chí Chọn lọc tự nhiên Chọn lọc nhân tạo
Người thực hiện Tự nhiên (môi trường) Con người
Mục đích Thích nghi với môi trường sống Phục vụ nhu cầu con người (năng suất, chất lượng)
Tiêu chuẩn chọn lọc Khả năng sống sót và sinh sản Tính trạng mong muốn (to, nhiều thịt, kháng bệnh…)
Tốc độ Chậm (hàng triệu năm) Nhanh (vài chục đến vài trăm năm)
Kết quả Sinh vật thích nghi với môi trường, đa dạng sinh học Giống vật nuôi, cây trồng có năng suất cao
Điểm chung Cả hai đều dựa trên biến dị di truyền và đều dẫn đến thay đổi đặc tính di truyền qua các thế hệ

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Bài 49 chủ yếu là lý thuyết. Dưới đây là các dạng câu hỏi thường gặp.

Dạng 1: Phân biệt chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo từ ví dụ

Phương pháp:

  • Nếu con người chủ động chọn lọc theo tính trạng mong muốn → chọn lọc nhân tạo.
  • Nếu môi trường tự nhiên quyết định cá thể nào sống sót → chọn lọc tự nhiên.

Ví dụ 1: Phân loại các ví dụ sau:

Ví dụ Loại chọn lọc
Chim ưng có khả năng săn mồi tốt sống lâu hơn và sinh sản nhiều hơn Tự nhiên
Bọ cánh cứng có màu sắc phù hợp môi trường sống sót tốt hơn Tự nhiên
Người chơi cá Koi tạo giống cá với màu sắc hoàn hảo Nhân tạo
Nhà nghiên cứu tạo giống ngô chịu hạn, kháng sâu bệnh Nhân tạo
Cá da trơn có lớp da nhờn tốt hơn sống sót cao hơn Tự nhiên

→ Số ví dụ về chọn lọc nhân tạo: 2 (cá Koi, ngô GMO).

Dạng 2: Giải thích hiện tượng kháng thuốc bằng chọn lọc tự nhiên

Phương pháp trả lời (4 bước):

  1. Trong quần thể ban đầu, tồn tại các cá thể có biến dị di truyền khác nhau (do đột biến hoặc biến dị tổ hợp) – một số ít cá thể mang gene kháng thuốc.
  2. Khi sử dụng thuốc (thuốc trừ sâu/kháng sinh), cá thể không mang gene kháng bị tiêu diệt.
  3. Cá thể mang gene kháng sống sót → sinh sản → truyền gene kháng cho đời sau.
  4. Qua nhiều thế hệ, tần số gene kháng thuốc tăng dần → quần thể trở nên kháng thuốc.

Ví dụ: Giải thích tại sao côn trùng ngày càng kháng thuốc trừ sâu.

Lời giải:

Trong quần thể côn trùng ban đầu, phần lớn cá thể nhạy cảm với thuốc, nhưng có một số ít cá thể mang biến dị di truyền (gene) giúp chúng phân giải hoặc chống lại thuốc trừ sâu. Khi phun thuốc, các cá thể nhạy cảm bị tiêu diệt, trong khi cá thể kháng thuốc sống sót. Những cá thể kháng thuốc sinh sản và truyền gene kháng cho thế hệ sau. Sau nhiều thế hệ phun thuốc lặp đi lặp lại, gene kháng thuốc trở nên phổ biến trong quần thể → quần thể côn trùng kháng thuốc được hình thành.

Đây là kết quả của chọn lọc tự nhiên – thuốc trừ sâu đóng vai trò tác nhân chọn lọc, không phải tác nhân gây đột biến.

SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Tiến hoá sinh học

  • Định nghĩa: thay đổi đặc tính di truyền của quần thể qua các thế hệ
  • VD: tiến hoá xương chi ngựa (từ EohippusEquus): kích thước tăng, số ngón giảm

2. Chọn lọc nhân tạo

  • Con người chọn lọc cá thể mang tính trạng tốt → giữ lại, nhân giống → loại bỏ cá thể không đạt
  • Mục đích: nâng cao năng suất, chất lượng vật nuôi, cây trồng
  • VD: Cây mù tạc hoang dại → 6 loại rau cải; gà siêu thịt (905 g → 4 200 g)
  • Đặc điểm: nhanh, có định hướng theo nhu cầu con người

3. Chọn lọc tự nhiên

  • Cá thể thích nghi hơn → sống sót + sinh sản cao hơn → đặc điểm thích nghi phổ biến trong quần thể
  • Tác động trực tiếp lên kiểu hình → gián tiếp thay đổi tần số allele
  • VD: Bướm Biston betularia (trắng → đen khi môi trường ô nhiễm)
  • Ứng dụng giải thích: côn trùng kháng thuốc trừ sâu, vi khuẩn kháng kháng sinh, virus kháng vaccine

4. So sánh CLTN và CLNT

  • Giống: đều dựa trên biến dị di truyền, đều thay đổi đặc tính di truyền
  • Khác: CLTN do môi trường (chậm, hướng thích nghi); CLNT do con người (nhanh, hướng nhu cầu)

SAI LẦM THƯỜNG GẶP

# Sai lầm Đính chính
1 Tiến hoá = sinh vật ngày càng hoàn hảo hơn. Tiến hoá là thay đổi đặc tính di truyền, không nhất thiết theo hướng “hoàn hảo”. Sinh vật hiện nay thích nghi với môi trường, không phải “khoẻ nhất” hay “thông minh nhất”.
2 Chọn lọc tự nhiên tạo ra biến dị. CLTN không tạo biến dị – biến dị có sẵn (do đột biến, biến dị tổ hợp). CLTN chỉ sàng lọc và giữ lại biến dị thích nghi.
3 Thuốc trừ sâu gây đột biến kháng thuốc ở côn trùng. Sai – gene kháng thuốc đã có sẵn trong quần thể (do đột biến tự phát trước đó). Thuốc trừ sâu chỉ đóng vai trò tác nhân chọn lọc, không phải tác nhân gây đột biến.
4 CLTN tác động trực tiếp lên kiểu gene. CLTN tác động trực tiếp lên kiểu hình (VD: màu cánh bướm), qua đó gián tiếp thay đổi tần số kiểu gene trong quần thể.
5 Ô nhiễm làm bướm đổi màu. Ô nhiễm làm thay đổi hướng chọn lọc (môi trường tối → bướm đen được ưu tiên). Sự đa dạng màu sắc bướm đã có sẵn do biến dị di truyền, không phải ô nhiễm tạo ra.
6 Chọn lọc nhân tạo luôn tốt cho sinh vật. CLNT tốt theo nhu cầu con người nhưng có thể giảm đa dạng di truyền, làm giống dễ bị tổn thương trước dịch bệnh hoặc thay đổi môi trường.
7 Tiến hoá chỉ xảy ra ở động vật. Tiến hoá xảy ra ở tất cả sinh vật có gene: vi khuẩn, virus, thực vật, nấm, động vật.
8 CLTN luôn có lợi cho quần thể. CLTN không có mục đích – nó chỉ là quá trình cá thể thích nghi hơn sống sót nhiều hơn. Trong một số trường hợp, CLTN có thể dẫn đến quần thể mất đa dạng hoặc thậm chí tuyệt chủng nếu môi trường thay đổi quá nhanh.
Cô Trần Thị Thanh Thảo

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu