Sinh 12: Lý Thuyết Quá Trình Hình Thành Loài Mới Và Bài Tập

1. Quá trình hình thành loài là gì?

Trước khi tìm hiểu quá trình hình thành loài thì các em cần hiểu rõ về định nghĩa của loài.

Loài (giới hạn ở loài giao phối) là một hoặc một nhóm quần thể có vốn gen chung, có những tính trạng chung về hình thái, sinh lý, có khu phân bố nhất định, trong đó các cá thể có khả năng giao phối một cách tự nhiên với nhau để sinh ra đời con hữu thụ và được cách ly sinh sản với những quần thể của các loài khác.

Vậy quá trình hình thành loài là gì?

Hình thành loài được hiểu 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. Đó là quá trình biến hệ di truyền hở của các quần thể trong loài thành hệ di truyền kín của loài mới.

Có 2 phương thức hình thành loài chính là hình thành loài khác khu và cùng khu.

2. Quá trình hình thành loài khác khu vực địa lý

2.1. Cơ chế hình thành loài bằng con đường cách li địa lí

- Cách ly địa lý xuất hiện khi loài tự mở rộng khu phân bố hoặc khu phân bố của loài bị phân cắt do các chướng ngại địa lý (núi, sông...) => Các quần thể của loài bị cách ly địa lý với nhau.

- Điều kiện sống ở các khu vực địa lý khác nhau sẽ gặp những nhân tố tiến hóa khác nhau và mang những đặc trưng cho từng vùng, sau đó chọn lọc tự nhiên tích luỹ từng đột biến và đột biến tổ hợp theo nhiều hướng khác nhau.

- Các quần thể bị cách ly về mặt địa lý sẽ dần phân ly thành các nòi địa lý khác nhau rồi trở thành các loài mới khác nhau do:

+ Tích lũy đủ những biến dị trong một khoảng thời gian dài.

+ Loại bỏ được các dạng trung gian chuyển tiếp.

- Các loài mới này có khu phân bố không trùng với loài khác nên được gọi là loài khác khu.

Tuy nhiên, sự cách ly địa lý chỉ đóng vai trò làm trở ngại cho sự trao đổi gen giữa các quần thể, đồng thời thúc đẩy sự phân hoá cấu trúc di truyền chứ không được xem là nguyên nhân trực tiếp gây ra những biến đổi ứng với các thay đổi trên cơ thể sinh vật. Chọn lọc tự nhiên là nhân tố trực tiếp gây ra những biến đổi trên cơ thể sinh vật, nó đã chọn lọc kỹ lưỡng những kiểu gen có khả năng thích nghi với các điều kiện trong khu phân bố mới.

Một số điểm cần lưu ý:

- Xét trên con đường địa lý, nếu có sự tham gia của nhân tố biến động di truyền thì sự phân hoá kiểu gen gốc sẽ xảy ra nhanh hơn. Ví dụ, trong sự hình thành của các loài động, thực vật đặc hữu trên đảo đại dương được phát sinh từ những cá thể ban đầu vô tình trôi dạt đến đảo.

- Khi thiết lập được sự hình thành loài bằng con đường địa lý, vốn gen của 2 quần thể bị phân cắt có thể sai khác nhau dần dần qua một số cơ chế sau:

+ Xảy ra đột biến ở các gen khác nhau.

+ Giao phối có chọn lọc tích lũy đủ những đặc điểm sai khác giữa 2 quần thể. Ví dụ, giả sử các cá thể của quần thể cùng bị một cơn bão cuốn trôi ra biển nhưng chỉ có các cá thể sở hữu màng bơi mới có thể sống sót và định cư luôn trên đảo. Những cá thể sống sót lại giao phối với nhau gọi là giao phối không ngẫu nhiên thì những con cháu do những cá thể đó sinh ra sẽ được thừa hưởng đặc điểm có màng bơi. Các cá thể không có màng bơi tạo thành quần thể và chủ yếu sinh sống trên đất liền.

+ Do các cá thể sống ở 2 môi trường khác nhau nên áp lực chọn lọc cũng khác nhau.

Ví dụ: Sự hình thành nên loài chim sẻ ngô.

Chim sẻ ngô mở rộng vùng phân bố ở hầu hết thế giới, chúng hình thành nên 3 nòi địa lý mang các đặc điểm về sải cánh và màu lông khác nhau đó là nòi châu Âu, nòi Trung Quốc và nòi Ấn Độ:

- Mối quan hệ giữa nòi châu Âu và Ấn Độ: Các cá thể có khả năng giao phối để sinh con hữu thụ chứng tỏ chưa cách ly sinh sản nên chưa thể hình thành loài mới.

- Mối quan hệ giữa nòi Trung Quốc và Ấn Độ: Các cá thể cũng có khả năng giao phối và sinh ra con hữu thụ nên cũng chưa cách li sinh sản nên chưa thể hình thành loài mới.

- Còn giữa nòi Trung Quốc và châu Âu: Các cá thể không xảy ra hiện tượng giao phối nên không sinh ra đời con chứng tỏ đã có cách ly sinh sản. Từ đó có thể kết luận rằng đây là sự hình thành 2 loài mới.

Tham khảo ngay bộ sổ tay các môn tổng ôn kiến thức và kỹ năng giải mọi dạng bài tập trong đề thi THPT và ĐGNL

2.2. Vai trò của cách ly địa lý trong quá trình hình thành loài mới

+ Sự cách ly địa lý đóng góp một phần trong việc duy trì sự khác biệt của tần số alen cũng như thành phần kiểu gen giữa các quần thể được tạo ra bởi tác động của nhân tố tiến hóa.

+ Chọn lọc tự nhiên và các nhân tố tiến hóa có thể tạo nên sự khác biệt về vốn gen giữa các quần thể khi các quần thể sống trong những khu vực địa lý khác nhau. Khi sự khác biệt về di truyền giữa các quần thể được tích tụ dẫn đến xuất hiện cách li sinh sản thì loài mới được hình thành.

+ Cụ thể, cách ly đại lý sẽ khiến các cá thể trong các quần thể cùng loài không thể gặp gỡ và giao phối với nhau. Chọn lọc tự nhiên cùng các nhân tố tiến hóa khác dần dần làm cho các quần thể nhỏ khác biệt nhau về tần số alen và thành phần kiểu gen, đến khi tích lũy đủ sự thay đổi thì xuất hiện cách ly sinh sản làm xuất hiện loài mới.

2.3. Đặc điểm của quá trình hình thành loài bằng con đường cách ly địa lý

+ Quá trình hình thành loài bằng con đường cách ly địa lý diễn ra phổ biến với những loài động vật vì chúng có khả năng di chuyển xa.

+ Quá trình này xảy ra rất chậm chạp và trải qua nhiều dạng trung gian chuyển tiếp dẫn đến quá trình hình thành loài chậm.

+ Ở khu vực tiếp giáp của các dạng trung gian chưa có sự phân hóa loài mới do vẫn còn khả năng trao đổi với nhau vốn gen.

+ Quá trình này thường gắn liền với quá trình thích nghi của quần thể.

+ Cách ly địa lí không nhất thiết phải có sự xuất hiện của loài mới.

+ Khi yếu tố ngẫu nhiên tác động thì sự phân hoá kiểu gen diễn ra nhanh hơn làm tăng xác suất hình thành loài mới. Ví dụ như có những loài động vật hoặc thực vật đặc hữu trên các đảo đại dương phát sinh từ những cá thể ngẫu nhiên trôi dạt đến đảo.

3. Quá trình hình thành loài cùng khu vực địa lý

- Bao gồm một số con đường: Hình thành loài bằng cách ly sinh thái, cách ly tập tính, lai xa và đa bội hóa.

3.1. Hình thành loài bằng cách ly tập tính

Ví dụ: Có 2 loài cá ở một hồ nước ở châu Phi, một loài cá màu đỏ hồng và một loài cá màu xám, vì màu sắc khác nhau nên chúng không giao phối với nhau dẫn đến cách ly sinh sản.

Khi đưa hai loài cá này vào một thủy vực có ánh sáng đơn sắc màu cam, hai loài cá này thấy cùng màu nhau nên giao phối với nhau và sinh sản được.

=> Hai loài này có một nguồn gốc chung.

Giải thích:

Giả sử ban đầu chỉ có loài cá màu hồng đỏ, do đột biến gen làm xuất hiện một vài cá thể xám, do không cùng màu nên bắt đầu xuất hiện tập tính giao phối khác nhau, các cá thể màu xám có xu hướng giao phối với nhau mà không giao phối với cá màu đỏ hồng, làm tăng số lượng cá màu xám, hình thành quần thể có sự cách ly sinh sản với quần thể gốc và hình thành nên loài mới.

Kết luận:

Đột biến bắt đầu xuất hiện liên quan đến tập tính giao phối của quần thể cá ban đầu, các cá thể mang đột biến sẽ có xu hướng giao phối với nhau.

Do có chọn lọc trong việc giao phối và các nhân tố tiến hóa khác dẫn đến hình thành quần thể mới cách ly với quần thể gốc, nếu có sự cách ly sinh sản thì hình thành loài mới.

3.2. Hình thành loài bằng cách ly sinh thái

Trong cùng một khu vực địa lí, khi có sự chọn lọc trong các quần thể của loài để thích nghi với các điều kiện sinh thái khác nhau sẽ dẫn tới hình thành các nòi sinh thái rồi phát triển thành các loài mới.

Ví dụ: Quần thể cỏ băng và cỏ sâu róm ở lưu vực sông Volga.

Vào đúng mùa lũ quần thể trong bờ sinh trưởng, chúng ra hoa kết hạt bình thường. Còn quần thể ngoài bãi bồi sinh trưởng chậm hơn, đến khi lũ rút và trước khi lũ về mới ra hoa và kết hạt. Vì vậy hai quần thể này đã được cách ly sinh sản.

Giải thích:

Các quần thể trong bờ sẽ phát tán hạt ra bãi bồi. Như vậy dưới tác động của lũ và các nhân tố tiến hóa khác, các cá thể ở bãi bồi sẽ có sự sai khác về vốn gen dần dần trở nên cách ly sinh sản với quần thể gốc và hình thành loài mới.

Kết luận:

Hai quần thể sống cùng khu vực địa lý nhưng ở hai ổ sinh thái khác nhau và chịu tác động của nhân tố tiến hóa sẽ xuất hiện những sai khác về vốn gen, sau đó xuất hiện sự cách ly sinh sản với quần thể gốc và hình thành nên loài mới.

3.3. Hình thành loài nhờ cơ chế lai xa và đa bội hóa

- Lai xa được hiểu là phép lai giữa 2 cá thể thuộc 2 loài hoàn toàn khác nhau, hầu hết khi đem lai thì con lai bất thụ (không có khả năng sinh sản). Duy chỉ có trường hợp cây sinh sản vô tính mới có thể hình thành loài mới bằng lai xa.

- Đa bội hóa hay song nhị bội là trường hợp con lai khác loài được tác nhân đột biến làm toàn bộ bộ NST gấp đôi lên.

Ví dụ: Sự hình thành lúa mì hiện đại nhờ quá trình lai xa và đa bội hoá: Lúa mì Triticum monococcum (kiểu gen AA, 2n = 14) đem lai với lúa mì hoang dại Triticum speltoides (kiểu gen BB, 2n = 14) được con lai (hệ gen AB, 2n = 14) nhưng bất thụ (không có khả năng sinh sản); sau đó xuất hiện sự đa bội hóa bộ NST của lúa lai tạo lúa mì Triticum turgidum (hệ gen AABB, 4n = 28), dạng lúa mì Triticum turgidum lai với cỏ dại Triticum tauschil (hệ gen DD, 2n = 14) được con lai có hệ gen ABD với 3n = 21 cũng bị bất thụ, đa bội hóa bộ NST của con lai tạo dạng lúa mì Triticum aestivum (lúa mì hiện nay) có hệ gen AABBDD với 6n = 42.

Giải thích:

- Cơ thể sinh ra do quá trình lai xa thường bị bất thụ do cơ thể sinh ra do lai xa mang cả 2 bộ NST đơn bội của 2 loài bố, mẹ nên khi thụ tinh không tạo được thành cặp tương đồng nên quá trình tiếp hợp và giảm phân diễn ra không bình thường.

- Lai xa kết hợp với đa bội hóa tạo ra cơ thể lai mang bộ NST lưỡng bội của cả bố và mẹ nên khi thụ tinh tạo được các cặp NST tương đồng cho phép quá trình tiếp hợp và giảm phân diễn ra bình thường và sinh con lai không bị bất thụ (sinh sản hữu tính bình thường). Cơ thể lai tạo ra sẽ cách ly sinh sản với cả 2 loài bố mẹ, nếu tiếp tục trải qua quá trình nhân lên để hình thành một hoặc nhóm quần thể thì có khả năng tồn tại như một loài trong hệ sinh thái, vậy đây cũng được xem là quá trình hình thành loài mới.

Kết luận: Hình thành loài mới nhờ lai xa kết hợp đa bội hóa sẽ giúp đời con mang bộ NST lưỡng bội của cả loài bố và mẹ nên chúng có khả năng giảm phân bình thường và hoàn toàn hữu thụ.

4. Một số bài tập trắc nghiệm về quá trình hình thành loài (có đáp án)

Câu 1: Nếu có sự tham gia của biến động di truyền trong sự hình thành loài bằng con đường địa lý thì:

A. Do sự biến động làm giảm độ đa dạng di truyền -> Không thể hình thành loài mới được.

B. Do sự phân hóa kiểu gen diễn ra chậm -> Hình thành loài mới sẽ diễn ra chậm hơn.

C. Do sự phân hóa kiểu gen diễn ra nhanh -> Hình thành loài mới sẽ diễn ra nhanh hơn.

D. Do sự tác động của các yếu tố ngẫu nhiên -> Cùng một lúc sẽ hình thành nhiều loài mới.

Đáp án: C

Câu 2: Đối tượng thường gặp trong sự hình thành loài bằng con đường địa lý:

A. Động vật nhưng khả năng di chuyển kém.

B. Động, thực vật ít di chuyển

C. Động vật và thực vật có khả năng di chuyển xa.

D. Thực vật

Đáp án: C

Câu 3: Thí nghiệm trên ruồi giấm của Dodd chứng minh sự hình thành loài bằng cách ly nào?

A. Cách ly sinh thái

B. Cách ly tập tính

C. Cách ly địa lý

D. Cơ chế lai xa kèm đa bội hoá

Đáp án: C

Câu 4: Để các nhóm cá thể đã phân hóa tích lũy những biến dị di truyền theo nhiều hướng khác nhau, ngày càng có nhiều sự thay đổi thành phần kiểu gen thì dạng cách ly cần thiết là:

A. Trước hợp tử

B. Sau hợp tử

C. Di truyền

D. Địa lý

Đáp án: D

Câu 5: CLTN có vai trò gì trong quá trình hình thành loài mới bằng con đường địa lý?

A. Đào thải những biến dị có hại và tích lũy biến dị có lợi để dần hình thành nòi mới.

B. Tích lũy những đột biến cũng như biến dị tổ hợp theo nhiều hướng thích nghi, dần hình thành các nòi địa lý sau đó phát triển thành các loài mới.

C. Gây nên sự phân ly về tính trạng để tạo ra nhiều nòi mới.

D. Tác động lên cơ thể sinh vật theo sự biến đổi tương ứng.

Đáp án: B

Câu 6: Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về hình thành loài mới bằng con đường cách ly địa lý?

A. Quá trình này không xảy ra ở thực vật mà chỉ xảy ra ở động vật.

B. Cách ly địa lý tác động trực tiếp trên cơ thể sinh vật những biến đổi tương ứng.

C. Nếu có tác động của các yếu tố ngẫu nhiên thì vốn gen của quần thể có thể bị thay đổi nhanh hơn.

D. Quá trình này không có sự tác động của CLTN và thường xảy ra một cách chậm chạp.

Đáp án: C

Câu 7: Phát biểu nào dưới đây là đúng nhất khi nói về vai trò của cách ly địa lý trong quá trình hình thành loài?

A. Do môi trường địa lý khác nhau nên có sự phân hoá thành phần kiểu gen của quần thể.

B. Cách ly địa lý luôn dẫn đến cách ly sinh sản.

C. Cách ly địa lý có thể trải qua nhiều giai đoạn trung gian chuyển tiếp để hình thành loài mới.

D. Nếu thiếu cách ly địa lí thì loài mới không thể hình thành.

Đáp án: C

Câu 8: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về vai trò của cách ly địa lý trong hình thành loài mới?

A. Do xuất hiện những trở ngại địa lý hay do di cư nên mới có cách ly địa lý.

B. Cách ly địa lý góp một phần vào sự phân hóa vốn gen giữa các quần thể khác nhau.

C. Cách ly địa lý có thể trải qua nhiều giai đoạn trung gian chuyển tiếp để hình thành loài mới.

D. Cách ly địa lý là nguyên nhân trực tiếp làm biến đổi tần số alen cũng như thành phần kiểu gen của quần thể theo một hướng nhất định.

Đáp án: D

Câu 9: Kết luận nào sau đây sai khi nói về quá trình hình thành loài mới?

A. Chọn lọc tự nhiên không liên quan đến sự hình thành loài mới bằng lai xa kết hợp đa bội hóa.

B. Sự phân hóa vốn gen của quần thể do nhân tố thúc đẩy là cách ly địa lý.

C. Cách ly sinh sản có vai trò đánh dấu sự hình thành loài mới ở những loài sinh sản hữu tính.

D. Không cần đến sự cách ly địa lý trong quá trình hình thành loài mới bằng con đường sinh thái.

Đáp án: A

Câu 10: Phần lớn các loài dương xỉ và thực vật có hoa được hình thành bằng cơ chế cách ly nào?

A. Địa lý. B. Cơ chế lai xa và đa bội hóa.

C. Tập tính. D. Sinh thái.

Đáp án: B

Bài viết này đã mang đến những nội dung chi tiết nhất về quá trình hình thành loài đòi hỏi các em phải nắm được. Để ôn tập tốt hơn sinh 12, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm nhiều bài học hay và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất trong quá trình ôn thi THPT Quốc gia môn Sinh sắp tới nhé!

>> Xem thêm: Diễn thế sinh thái là gì? Nguyên nhân, kết quả và bài tập trắc nghiệm