Ví dụ về cách li trước và sau hợp tử

CÁC CƠ CHẾ CÁCH LI SINH SẢN GIỮA CÁC LOÀI SINH HỌC 12

Bài 28. LOÀI

1. MỤC TIÊU BÀI HỌC.
2. Kiến thức:

- Giải thích được khái niệm loài sinh học [ưu và nhược điểm] theo quan niệm của Mayơ.

- Nêu các tiêu chuẩn để phân biệt hai loài thân thuộc.

- Nêu và giải thích được các cơ chế cách li trước và sau hợp tử.

- Giải thích được vai trò của các cơ chế cách li trong quá trình tiến hóa.

1. Kĩ năng: Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát.
2. Thái độ: Thấy được vấn đề loài xuất hiện và tiến hóa như thế nào và chỉ dưới ánh sáng sinh học hiện đại mới được quan niệm và giải quyết đúng đắn.
3. CHUẨN BỊ.

- Giáo viên: Giáo án, SGK, Tranh ảnh về chim sẻ ngô, chó, mèo, ngựa vằn...

- Học sinh: SGK, đọc trước bài học.

III. PHƯƠNG PHÁP:Vấn đáp tìm tòi

1. TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC.
2. Ổn định tổ chức lớp học: Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số.
3. Kiểm tra bài cũ:

- 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 biến dị di truyền cho chọn lọc tự nhiên?

- Giao phối không ngẫu nhiên làm thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể như thế nào?

- Khi nào có thể kết luận chính xác 2 cá thể sinh vật nào đó thuộc 2 loài khác nhau?

- Điều gì sẽ xảy ra nếu giữa các loài khoog có sự cách li sinh sản?

- Nhiều loài vịt trời khác nhau chung sống trong cùng một khu vực địa lí và làm tổ ngay cạnh nhau, không bao giờ giao phối với nhau. Khi nuôi các cá thể khác giới thuộc 2 loài khác nhau trong điều kiện nhân tạo thì chúng giao phối với nhau và cho ra con lai hữu thụ. Ta có thể lí giải hiện tượng này như thế nào?

- Ôn tập kiến thức và trả lời các câu hỏi cuối bài trong SGK.

- Đọc trước bài 29.

I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Khái niệm loài: được nghiên cứu ở nhiều góc độ khác nhau.

a. Loài hình thái: là 1 nhóm cá thể giống nhau có những tính trạng ổn định và đồng nhất, giữa các loài có sự gián đoạn về 1 tính trạng hình dạng tiêu biểu nào đó.

b. Loài sinh học: [theo tiến hóa]

E.Mayo: Loài là 1 nhóm quần thể tự nhiên có khả năng giao phối với nhau để tạo ra con cái có sức sống, có khả năng sinh sản, được cách li sinh sản với nhóm quần thể khác loài.

c. Loài giao phối [quan điểm di truyền học]:

Loài là 1 nhóm quần 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 nhóm quần thể khác. Loài sinh học là 1 tổ chức đa kiểu, các cá thể trong quần thể đa hình về kiểu gen và kiểu hình. Các quần thể trong loài khác nhau về tần số tương đối của các alen về gen tiêu biểu nên có tỉ lệ các kiểu hình đặc trưng.

d. Loài sinh thái:

- Loài là 1 tập hợp sinh vật thích nghi với 1 ổ sinh thái xác định. Để khai thác có hiệu quả ổ sinh thái đó, loài phải có 1 đặc điểm hoặc 1 loạt đặc điểm thích nghi về hình thái sinh lí, tập tính phù hợp với các điều kiện lí hóa, nguồn thức ăn, kẻ thù tiêu diệt, đối thủ cạnh tranh trên địa bàn chúng sống.

- Quan điểm sinh thái: giải thích sự toàn vẹn của loài bằng chọn lọc tự nhiên. Quan điểm di truyền giải thích điều đó bằng sự trao đổi vốn gen trong loài. Cả 2 có liên quan với nhau. Đối với thuyết tiến hóa, loài sinh học đóng vai trò chủ yếu, nó được xem là đơn vị tổ chức cơ bản của sinh giới, là 1 đơn vị sinh sản, là 1 tổ chức tự nhiên, là 1 thể thống nhất về sinh thái và di truyền, giữa 2 loài có cách li sinh sản.

2. Những tiêu chuẩn phân biệt 2 loài thân thuộc.

Loài thân thuộc là những loài có quan hệ gần gũi về nguồn gốc. Để xác định 2 cá thể có cùng 1 loài hay không cần dựa vào 1 số tiêu chuẩn:

a. Tiêu chuẩn hình thái:

- Các cá thể cùng loài có chung 1 hệ tính tạng hình thái giống nhau, giữa chúng có thể có những khác biệt nhỏ ở tính trạng này hay tính trạng khác với những dạng trung gian chuyển tiếp. Ngược lại, giữa 2 loài khác nhau luôn có sự gián đoạn về mặt hình thái, nghĩa là có sự đứt quãng về 1 tính trạng nào đó. Ví dụ: Rau dền gai và rau dền cơm là 2 loài khác nhau vì không có loại trung gian; Sáo đen mỏ vàng, sáo đen mỏ trắng, sáo nâu là 3 loài sáo khác nhau

- Ưu điểm: dễ sử dụng

- Nhược điểm: Chỉ có tính chất tương đối vì có những loài khác nhau nhưng lại giống nhau về hình thái: những loài anh em ruột, đồng sinh. Ví dụ: giun đũa kí sinh ở người và giun đũa kí sinh ở lợn.

b. Tiêu chuẩn địa lí, sinh thái.

- Trường hợp đơn giản: 2 loài thân thuộc chiếm 2 khu phân bố riêng biệt. Ví dụ: voi châu Phi sống ở Nam Phi: Trán dô, tai to… và voi Ấn Độ: trán lõm, tai nhỏ.

- Trường hợp phức tạp: 2 loài thân thuộc nhưng có khu phân bố trùng nhau 1 phần hoặc hoàn toàn nhưng mỗi loài thích nghi với 1 sinh cảnh nhất định. Ví dụ: loài mao lương sống ở bãi cỏ ẩm có chồi nách lá vươn dài, loài mao lương sống ở bờ ao có lá bầu dục, ít răng cưa.

- Ưu điểm: trong trường hợp đơn giản dễ sử dụng

- Nhược điểm: Chỉ có giá trị tương đối, với những loài phân bố khắp nơi trên thế giới, đặc điểm địa lí không còn ý nghĩa thậm chỉ có những loài thân thuộc có khu phân bố trùng nhau.

c. Tiêu chuẩn sinh lí, hóa sinh

- Protein tương ứng ở các loài khác nhau được phân biệt với nhau bởi 1 số đặc tính. Ví dụ: protein trong tế bào biểu bì, trong hồng cầu, trong trứng của loài ếch hồ Nam Liên Xô chịu nhiệt cao hơn protein tương ứng của loài ếch cỏ miền Bắc từ 3 – 40C. Sự tổng hợp 1 số loại acid amin như histidin,… được thực hiện giống nhau ở những loài khác xa nhau trong khi đó sự tổng hợp lizin lại diễn ra hoàn toàn khác nhau ở những loài động vật có quan hệ gần gũi với nhau.

- Ưu điểm: có hiệu quả phân biệt các loài vi khuẩn.

- Nhược điểm: Khó áp dụng

d. Tiêu chuẩn cách li sinh sản.

Mỗi loài có 1 bộ NST đặc trưng về số lượng, hình dạng, cách phân bố các gen do đó lai khác loài thường không có kết quả nghĩa là giữa 2 loài có sự cách li về mặt sinh sản [di truyền] ở nhiều cấp độ. Mặc dù, tiêu chuẩn cách li sinh sản là tiêu chuẩn chính xác nhất để phân biệt 2 loài thân thuộc, tuy nhiên trên thực tế không đơn giản, nhiều khi rất khó để phân biệt liệu 2 quần thể đó trong tự nhiên có thật sự cách li về mặt sinh sản hay không, chúng cách li ở mức độ nào. Tiêu chuẩn này không áp dụng đối với loài sinh sản vô tính.

=> Như vậy, mỗi 1 tiểu chuẩn nói trên chỉ có giá trị tương đối, tùy với mỗi nhóm sinh vật mà người ta vận dụng tiêu chuẩn này hay tiêu chuẩn kia là chủ yếu. Đối với vi khuẩn, tiêu chuẩn hóa sinh có ý nghĩa hàng đầu. Ở mỗi nhóm thực vật, động vật có thể dùng tiêu chuẩn hình thái là chính hoặc kết hợp tiêu chuẩn sinh lí tế bào, hóa sinh… Đối với các loài động thực vật bậc cao, đặc biệt chú ý tiêu chuẩn di truyền, trong nhiều trường hợp phải phối hợp với nhiều tiêu chuẩn để xác định chính xác.

3. Cấu trúc loài.

Trong tự nhiên, loài tồn tại như 1 hệ thống quần thể. Quần thể là đơn vị tổ chức cơ sở của loài, các quần thể hay nhóm các quần thể có thể phân bố gián đoạn hoặc liên tục để tạo thành các nòi. Các cá thể thuộc các nòi khác nhau trong cùng 1 loài vẫn có thể giao phối với nhau.

- Nòi địa lí: Là 1 nhóm quần thể phân bố trong 1 khu vực địa lí xác định, 2 nòi địa lí khác nhau có khu phân bố xác định không trùm lên nhau.

- Nòi sinh thái là nhóm quần thể thích nghi với những điều kiện sinh thái xác định, trong cùng 1 khu vực địa lí có thể tồn tại nhiều nòi sinh thái khác nhau, mỗi nòi chiếm 1 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. Ví dụ: chấy, ghẻ…

Trên thực tế, loài là 1 hệ thống tổ chức phức tạp, người ta có thể phân biệt 1 số cấp tổ chức trung gian giữa cá thể với quần thể, giữa nòi với loài.

4. Các cơ chế các li giữa các loài.

Sự trao đổi gen giữa các quần thể trong loài hoặc giữa các nhóm cá thể phân li từ quần thể gốc bị hạn chế hoặc bị cản trở hình thành do các cơ chế cách li. Sự cách li ngăn cản sự giao phối tự do, do đó giúp củng cố tăng cường sự phân hóa vốn gen trong quần thể bị chia cách.

a. Cách li địa lí:

Là những trở ngại về địa lí: Sông, núi, biển,… làm ngăn cản các cá thể của các nòi trong loài giao phối với nhau. Những loài ít di động hoặc không có khả năng di động, phát tán dễ chịu ảnh hưởng của dạng cách li này.

b. Cách li sinh sản.

Cách li sinh sản: Là những trở ngại về mặt sinh học nhằm ngăn các cá thể của quần thể gặp gỡ, kết đôi giao phối để tạo ra con lai có sức sống hoặc có khả năng sinh sản. Có 2 loại: Cách li trước và sau hợp tử.

- Cách li trước hợp tử: Thực chất là cơ chế cách li nhằm ngăn cản sự thụ tinh tạo hợp tử gồm các mức độ:

+ Cách li nơi ở [sinh cảnh]: 2 loài cùng sống trong 1 khu vực địa lí có sinh cảnh khác nhau nên chúng không giao phối được với nhau. Ví dụ: Một số loài cá sông quen sống trong bùn nên hạn chế giao phối với các loài khác.

+ Cách li tập tính: Các cá thể mỗi loài có tập tính giao phối riêng nên giữa chúng không giao phối với nhau. Ví dụ: Ruồi giấm các loài khác nhau có cách ve vãn khác nhau.

+ Cách li cơ học: Các cá thể thuộc các loài khác nhau có cấu tạo cơ quan sinh sản khác nhau nên chúng không thể giao phối với nhau. Ví dụ: Các cây khác loài có cấu tạo hoa khác nhau nên hạt phân loài này không thụ phấn được cho cây loài khác hoặc không nảy mầm được trên đầu nhụy hoa khác loài, nảy mầm được nhưng kích thước ống phấn không phù hợp…

+ Giao tử bị chết: là hiện tượng tinh trùng của loài này không có khả năng sống trong cơ quan sinh sản của loài khác. Ví dụ: tinh trùng ngỗng không sống được trong âm đạo vịt.

- Cách li sau hợp tử: là những trở ngại nhằm ngăn cản hợp tử phát triển hoặc việc tạo ra con lai, ngăn cản con lai hữu thụ.

+ Hợp tử bị chết: Cá thể thuộc 2 loài khác nhau có thể giao phối tạo hợp tử nhưng hợp tử không phát triển được. Ví dụ: Cừu với dê tạo được hợp tử chết ngay…

+ Con lai giảm khả năng sống: là hiện tượng các cá thể khác loài giao phối với nhau tạo được con lai nhưng con lai chết trước lúc sinh hoặc trước tuổi trưởng thành hoặc giảm sức sống.

+ Con lai bất thụ: Lai khác loài có thể tạo con lai sống sót được nhưng không có khả năng sinh sản do sai khác trong công thức di truyền. Ví dụ: Lừa đực với ngựa cái tạo ra con La bất thụ.

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Bài 1: Trình bày về các cơ chế cách li sinh sản giữa các loài và vai trò của nó.

                                                Hướng dẫn giải

1] Vai trò cách li sinh sản:

Cách li sinh sản có vai trò ngăn cản các cá thể giao phối với nhau hoặc ngăn cản việc tạo ra con lai hữu thụ.

2] Các cơ chế cách li sinh sản:

a] Cách li trước hợp tử: Ngăn cản sinh vật giao phối với nhau, thực chất là ngăn cản sự thụ tinh tạo hợp tử.
a1- Cách li nơi ở: Do sống khác sinh cảnh.
a2- Cách li tập tính: Do tập tính sinh sản khác nhau.
a3- Cách li thời gian: Do mùa sinh sản khác nhau.
a4- Cách li cơ học: Do khác nhau về cấu tạo cơ quan sinh sản.

b] 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.

Ví dụ:

+ Tinh trùng cóc thụ tinh với trứng ếch nhưng hợp tử bị chết.

+ Lai giữa ngựa cái và lừa đực tạo ra con la bị bất thụ, không tạo được giao tử.

Bài 2: 

Để phân biệt giữa hai loài thân thuộc người ta dựa vào những tiêu chuẩn nào? Hãy nêu các ví dụ minh họa.

                                                           Hướng dẫn giải
1] Tiêu chuẩn hình thái:

Giữa hai loài khác nhau, luôn luôn có sự gián đoạn về mặt hình thái, nghĩa là phải có những điểm khác biệt rõ nét về hình thái.

Ví dụ: Quạ đen - Quạ khoang [có 1 khoang trắng ở cổ]
         Rau Dền gai - Rau Dền cơm [không gai]

+ Tuy nhiên, tiêu chuẩn trên chỉ mang tính tương đối vì có lúc hai loài khác nhau nhưng lại có hình thái giống hệt nhau.

Ví dụ: Giun đũa ở người và lợn.

2] Tiêu chuẩn địa lí và sinh thái:

- Trường hợp đơn giản là hai loài thân thuộc có hai khu phân bố riêng biệt. Ví dụ: Loài voi châu Phi có trán dô, tai to, đầu vòi có một núm thịt, răng hàm có nếp men hình quả trám, loài voi Ấn Độ lại có trán lõm, tai nhỏ, đầu vòi có hai núm thịt, răng hàm có nếp men hình bầu dục.

- Trường hợp phức tạp hơn là hai loài thân thuộc có khu phân bố trùng lên nhau một phần hoặc trùng hoàn toàn, trong đó mỗi loài thích nghi với những điều kiện sinh thái nhất định.

Ví dụ: Hai loài mao lương sống ở bãi ẩm có chồi nách, lá vươn dài, thân bò, con loài mao lương sống ở bờ mương có lá bầu dục, ít răng cưa.

Tuy nhiên, tiêu chuẩn trên chỉ có tính tương đối vì có loài phân bố khắp nơi trên quả đất hay ở một khu vực nhỏ của tiểu bang Teax [Mỹ] lại có 400 loài ruồi giấm sống chung.

3] Tiêu chuẩn sinh lí - sinh hóa:

a] Tiêu chuẩn sinh lí:

Prôtêin mỗi loài sinh vật có tính chất sinh lí đặc thù.

Ví dụ: Prôtêin trong tế bào biểu bì, hồng cầu, trứng của loài ếch hồ miền Nam Liên Xô [cũ] bị biến tính chênh lệch 3 - 4°C so với loài ếch cỏ miền băc Liên Xô [cũ].

b] Tiêu chuẩn sinh hóa:

+ Mỗi loài sinh vật tổng hợp các loại hợp chất đặc thù.

Ví dụ: Tinh dầu sả, Quế, Bạch đàn...

Thuốc lá và cà chua đều thuộc họ cà nhưng thuốc lá có khả năng tổng hợp ancalôit, còn cà chua thì không.

+ Tuy nhiên tiêu chuẩn trên cũng chỉ mang tính tương đối vì có những thể cá thể cùng loài, lại tổng hợp các chất khác nhau.

Ví dụ: Người máu A có kháng nguyên A, người máu B có kháng nguyên B.

4] Tiêu chuẩn di truyền:

Mỗi loài có một bộ NST đặc trưng về số lượng, hình thái và cách phân bố các gen trên đó. Do sự sai khác này mà phép lai khác loài thường không có hiệu quả. Giữa hai loài có sự cách li sinh sản, cách li di truyền được biểu hiện ở nhiều mức độ khác nhau.

- Tiêu chuẩn trên cũng chỉ có tính tương đối vì có nhiều loài có cùng bộ 2n, 1/1000 trong số La lại hữu thụ...

Mỗi tiêu chuẩn trên đều có tính tương đốì. Do vậy tùy theo mỗi nhóm sinh vật mà người ta có lúc vận dụng tiêu chuẩn này hay tiêu chuẩn kia. Chẳng hạn ở vi sinh vật thì tiêu chuẩn sinh hóa có giá trị nhất; đốì với động thực vật bậc cao phải chú ý đặc biệt đến tiêu chuẩn di truyền; có lúc phải phối hợp nhiều  tiêu chuẩn mới có thể xác định chính xác.