Loài , các cơ chế cách li và quá trình hình thành loài
Sự phát sinh sự sống trên trái đất
Bài viết giới thiệu về tiêu chuẩn phân biệt các loài, vai trò của các cơ chế cách li và phân biệt các quá trình hình thành loài
A. LOÀI VÀ CÁC CƠ CHẾ CÁCH LI
I. Loài sinh học và tiêu chuẩn phân biệt loài
1. Khái niệm
– Loài sinh học là một nhóm cá thể có vốn gen chung, có những tính trạng chung về hình thái, sinh lí, có khu phân bố xác định, trong đó các cá thể giao phối với nhau và được cách li sinh sản với những nhóm quần thể thuộc loài khác.
– Quần thể là nhóm cá thể cùng loài, là đơn vị tổ chức cơ sở của loài.
– Các quần thể của một loài có thể phân bố gián đoạn hoặc liên tục tạo thành các nòi khác nhau
– Nòi địa lí là nhóm quần thể phân bố trong một khu vực địa lý xác định. Hai nòi địa lý khác nhau có khu phân bố không trùng lên nhau.
– Nòi sinh thái là nhóm quần thể thích nghi với những điều kiện sinh thái xác định. Trong cùng một khu vực địa lí có thể tồn tại nhiều nòi sinh thái, mỗi nòi chiếm một sinh cảnh phù hợp.
– Nòi sinh học: là nhóm quần thể kí sinh trên loài vật chủ xác định hoặc trên những phần khác nhau của cơ thể vật chủ. Đây là sự phân hóa thường gặp ở các loài động, thực vật kí sinh.
Loài , các cơ chế cách li và quá trình hình thành loài
2. Các tiêu chuẩn để phân biệt các loài thân thuộc
– Các tiêu chuẩn để phân biệt hai loài thân thuộc :
+ Tiêu chuẩn hình thái : Dựa trên sự khác nhau về hình thái để phân biệt.
Các cá thể của cùng một loài có chung một hệ tính trạng hình thái giống nhau. Trái lại, giữa hai loài khác nhau có sự gián đoạn về hình thái.
+ Tiêu chuẩn địa lí – sinh thái : Dựa vào khu phân bố của sinh vật để phân biệt.
Hai loài có khu phân bố riêng biệt.
Hai loài có khu phân bố trùng nhau một phần hoặc trùng nhau hoàn toàn sẽ rất khó phân biệt.
+ Tiêu chuẩn sinh lí – sinh hoá : Dựa vào sự khác nhau trong cấu trúc và tính chất của ADN và prôtêin để phân biệt.
Những loài càng thân thuộc thì sự sai khác trong cấu trúc ADN và prôtêin càng ít.
+ Tiêu chuẩn cách li sinh sản : Giữa hai loài có sự cách li sinh sản (các cá thể không giao phối với nhau hoặc giao phối nhưng sinh ra con không có khả năng sinh sản hữu tính – bất thụ).
Mỗi tiêu chuẩn trên chỉ mang tính hợp lí tương đối. Vì vậy, tuỳ mỗi nhóm sinh vật mà vận dụng tiêu chuẩn này hoặc tiêu chuẩn khác là chủ yếu. Trong nhiều trường hợp phải phối hợp nhiều tiêu chuẩn mới phân biệt được các loài sinh vật một cách chính xác.
II. Cơ chế cách li
1. Khái niệm
Ví dụ : ( Xem trong video )
Cách li là quá trình ngăn cản quá trình giao phối của các các thể trong quần thể với nhau và làm tăng cường sự sai khác vốn gen giữa các quần thể so với quần thể ban đầu .
Các kiểu cách li : cách li đại lí và cách li sinh sản
2. Các dạng cách li
a) Cách li địa lí (cách li không gian):
Quần thể bị phân cách nhau bởi các vật cản địa lí như núi, sông, biển…
Khoảng cách đại lí làm ngăn cản các cá thể của các quần thể cùng loài gặp gỡ và giao phối với nhau.
Hạn chế sự trao đổi vốn gen các quần thể .
Phân hóa vốn gen của quần thể .
b) Cách li sinh sản:
Cách li sinh sản là các trở ngại trên cơ thể sinh vật (trở ngại sinh học) ngăn cản các cá thể giao phối với nhau hoặc ngăn cản tạo ra con lai hữu thụ.
Cách li sinh sản bao gồm cách li trước hợp tử và cách li sau hợp tử.
Cách li trước hợp tử bao gồm : cách li nơi ở, cách li tập tính, cách li thời gian (mùa vụ), cách li cơ học.
Cách li sau hợp tử : là những trở ngại ngăn cản việc tạo ra con lai hoặc ngăn cản việc tạo ra con lai hữu thụ.
Cách li trước hợp tử :
Những trở ngại ngăn cản các cá thể giao phối với nhau để sinh hợp tử được gọi là cách li trước hợp tử.
+ Cách li nơi ở (cách li sinh cảnh) : do sống ở những sinh cảnh khác nhau nên không giao phối với nhau.
+ Cách li tập tính : do tập tính giao phối khác nhau nên không giao phối được với nhau.
+ Cách li thời gian (mùa vụ, sinh thái) : do mùa sinh sản khác nhau nên không giao phối được với nhau.
+ Cách li cơ học : do đặc điểm cấu tạo cơ quan sinh sản khác nhau nên không thể giao phối với nhau.
– Cách li sau hợp tử :
Những trở ngại ngăn cản việc tạo ra con lai hoặc ngăn cản tạo ra con lai hữu thụ, thực chất là cách li di truyền, do không tương hợp giữa 2 bộ NST của bố mẹ về số lương, hình thái, cấu trúc.
+ Thụ tinh được nhưng hợp tử không phát triển.
+ Hợp tử phát triển nhưng con lai không sống hoặc con lai bất thụ.
3. Vai trò của các cơ chế cách li
Vai trò của các cơ chế cách li :
+ Ngăn cản các quần thể của loài trao đổi vốn gen cho nhau, do vậy mỗi loài duy trì được những đặc trưng riêng
+ Ngăn cản các quần thể của loài trao đổi vốn gen cho nhau ® củng cố, tăng cường sự phân hoá thành phần kiểu gen trong quần thể bị chia cắt.
B. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LOÀI VÀ VAI TRÒ CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA
1.Thực chất quá trình hình thành loài và vai trò của các nhân tố tiến hóa.
Thực chất của hình thành loài mới là một quá trình lịch sử, cải biến thành phần kiểu gen của quần thể ban đầu theo hướng thích nghi, tạo ra kiểu gen mới, cách li sinh sản với quần thể gốc.
– Vai trò của các nhân tố tiến hóa :
+ Các quá trình đột biến và giao phối cung cấp nguồn nguyên liệu cho chọn lọc.
+ Tác động của các nhân tố ngẫu nhiên, di – nhập gen làm thay đổi đột ngột tần số tương đối của các alen, nhờ đó làm tăng tốc quá trình hình thành loài mới.
+ Quá trình chọn lọc tự nhiên là nhân tố định hướng sự hình thành loài, quy định chiều hướng và nhịp điệu thay đổi tần số tương đối của các alen, lựa chọn những tổ hợp alen đảm bảo sự thích nghi với môi trường.
– Vai trò của các cơ chế cách li
Các cơ chế thích nghi là thúc đẩy quá trình phân li tính trạng, tăng cường phân hóa vốn gen trong quần thể gốc, làm cho quần thể gốc nhanh chóng phân li thành những quần thể mới ngày càng khác xa nhau cho tới khi có sự cách li di truyền, nghĩa là tạo ra loài mới.
PHÂN BIỆT CÁC HÌNH THỨC HÌNH THÀNH LOÀI MỚI TRONG TỰ NHIÊN
| Đặc điểm | Hình thành loài bằng con đường địa lí | Hình thành loài bằng con đường sinh thái | Hình thành loài bằng các đột biến lớn. |
| Ví dụ | Loài chim sẻ ngô có khả năng phân bố rộng, đã tạo ra 3 nòi địa lý chính: nòi châu Âu, nòi Trung Quốc, nòi Ấn Độ. Tiếp giáp giữa Châu Âu và Ấn Độ hay giữa Ấn Độ và Trung Quốc có dạng lai tự nhiên. | Các loài thực vật sống ở bãi bồi sông Vonga rất ít sai khác về hình thái so với các quần thể tương ứng sống ở phía trong bờ sông này. Tuy nhiên, chúng vẫn khác nhau về đặc tính sinh thái, vì phải thích nghi với mùa lũ nên thực vật ở bãi bồi sông có chu kỳ sinh trưởng muộn hơn, ra hoa kết hạt trước khi lũ về. Do vậy, các nòi sinh thái bãi bồi không giao phấn với các nòi tương ứng ở phía trong bờ sông.
|
Ví dụ : SGK |
| Nguyên nhân | – Khu phân bố bị chia cắt do các vật cản địa lí làm cho các quần thể trong loài bị cách li nhau→ tạo ra sự sai khác vốn gen | Trong cùng một vu vực địa lí nhưng bị phân chia thành nhiều ổ sinh thái với các điều kiện khác nhau , tự đó các ổ sinh thái sẽ chọn lọc các các thể của quần thể là khác nhau . Tạo các quần thể có vốn gen phù hợp với từng ổ sinh thái | Do các tác nhận gây đột biến gây tác động |
| Cơ chế hình thành loài mới | – Phân hóa tạo ra sự khác biệt vốn gen của các quần thể trong quần thể gốc ban đầu, hạn chế trao đổi vốn gen gây hiện tượng cách li đại lí => cách li sinh sản giũa các cá thể trong quần thể => HÌnh thành loài mới | Phân hóa vốn gen theo ổ sinh thái => Hình thành nòi sinh thái => cách li (,…) => hình thành loài mới .
|
Do sự biến đổi vật chất di truyến của loài |
| Đặc điểm của từng con đường | – Trải qua nhiều dạng trung gian
– Ở khu vực tiếp giáp các dạng trung gian chưa phân hóa loài mới vẫn có khả năng trao đổi vốn gen với nhau. – Tốc độ hình thành lời mới chậm – Tác động của yếu tố ngẫu nhiêu làm tăng cường sự phân hóa vốn gen => Tăng sự hình thanh loài mới.
|
Tốc độ hình thành lời mới chậm và trải qua nhiều dạng trung gian
|
Gồm (đa bội hóa khác nguồn , đa bội cùng nguồn , tái cấu trúc NST)
Xảy ra ở thực vật và ít xảy ra ở động vật |
| Đối tượng xảy ra | Động vật có năng di chuyển
Xảy ra ở động vật có khả năng tán bào tử hạt giống |
Động vật ít di chuyển , chủ yếu xảy ra ở thực vật | Chỉ xảy ra ở thực vật . không xảy ra ở động vật |
II. Sự phân li các nhóm phân loại và chiều hướng tiến hoá của sinh giới
1. Sự phân li các nhóm phân loại
Sinh giới tiến hóa theo hai hướng :
– Tiến hóa đồng quy
– Tiến hóa theo hướng phân li tính trạng
|
Phân li tính trạng |
Đồng quy tính trạng |
| – CLTN tiến hành theo những hướng khác nhau trên cùng 1 nhóm đối tượng. Qua sự tích lũy biến dị có lợi theo những hướng thích nghi đặc sắc nhất và sự đào thải những dạng trung gian kém thích nghi, con cháu xuất phát từ 1 gốc chung ngày càng khác xa tổ tiên ban đầu và ngày càng khác xa nhau. Căn cứ vào quan hệ họ hàng gần xa người ta xếp các loài con cháu của cùng 1 tổ tiên vào các đơn vị phân loại trên loài: chi, họ, bộ, lớp, ngành.
– Từ sự phân li tính trạng, suy rộng ra toàn bộ sinh giới đa dạng và phong phú ngày nay đều có 1 nguồn gốc chung. |
– Một số loài thuộc những nhóm phân loại khác nhau, có kiểu gen khác nhau, nhưng có những nét đại cương trong hình dạng cơ thể hoặc hình thái tương tự ở một vài cơ quan, gọi đó là sự đồng qui tính trạng.
– Do cùng sống trong điều kiện giống nhau nên đã được chọn lọc theo cùng 1 hướng, cùng tích lũy những đột biến tương tự như nhau. Ví dụ: Cá mập, ngư long, cá voi là 3 loài khác nhau nhưng cùng sống trong nước nên hình dạng ngoài của chúng rất giống nhau. |
2. Chiều hướng tiến hóa chung của sinh giới
– Ngày càng đa dạng, phong phú: CLTN đã tiến hành theo con đường phân li tính trạng nên sinh giới đã tiến hóa theo hướng ngày càng đa dạng.
– Tổ chức ngày càng cao: CLTN chỉ duy trì những dạng thích nghi với hoàn cảnh sống. Trong hoàn cảnh sống phức tạp thì tổ chức cơ thể phức tạp có ưu thế hơn những dạng có tổ chức đơn giản. Do đó sinh vật đã tiến hóa theo hướng tổ chức ngày càng cao.
– Thích nghi ngày càng hoàn thiện: của CLTN, những dạng thích nghi hơn sẽ thay thế những dạng kém thích nghi, do đó sinh giới đã tiến hóa theo hướng thích nghi ngày càng hoàn thiện.
Trong 3 chiều hướng trên thì thích nghi là hướng cơ bản nhất. Vì vậy, trong những điều kiện xác định, có những sinh vật duy trì tổ chức nguyên thủy (các hóa thạch sống như lưỡng tiêm) hoặc đơn giản hóa tổ chức (các nhóm kí sinh) mà vẫn tồn tại và phát triển. Điều này giải thích vì sao ngày nay có sự song tồn tại những nhóm có tổ chức thấp bên cạnh các nhóm có tổ chức cao. Sự tiến hóa của mỗi nhóm trong sinh giới đã diễn ra theo những con đường cụ thể khác nhau và với những nhịp độ không giống nhau.
3.Chiều hướng tiến hóa của loài
– Tiến bộ sinh học là xu hướng phát triển ngày càng mạnh, biểu hiện ở 3 dấu hiệu:
+ Số lượng cá thể tăng dần, tỉ lệ sống sót ngày càng cao.
+ Khu phân bố mở rộng và liên tục.
+ Phân hóa nội bộ ngày càng đa dạng và phong phú.
Ví dụ, các nhóm giun tròn, côn trùng, cá xương, chim, thú, cây hạt kín là những nhóm đã và đang tiến bộ sinh học.
Giảm bớt sự lệ thuộc vào các điều kiện môi trường bằng những đặc điểm thích nghi mới ngày càng hoàn thiện là xu hướng cơ bản của sự phát triển tiến bộ.
– Thoái bộ sinh học là xu hướng ngày càng bị tiêu diệt, biểu hiện ở 3 dấu hiệu:
+ Số lượng cá thẻ giảm dần, tỉ lệ sống sót ngày càng thấp.
+ Khu phân bố ngày càng thu hẹp và trở nên gián đoạn.
+ Nội bộ ngày càng ít phân hóa, một số nhóm trong đó hiếm dần và cuối cùng là diệt vong.
Ví dụ, một số loài dương xỉ, phần lớn lưỡng cư và bò sát đang thoái bộ sinh học