I. Loài sinh học
Khái niệm loài sinh học
Loài (giới hạn ở loài giao phối) là một 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 có khả năng giao phối tự nhiên với nhau sinh ra thế hệ con hữu thụ và được cách li sinh sản với những quần thể thuộc các loài khác.
Trong tự nhiên, có các trường hợp:
+ Trong cùng một loài nhưng lại rất đa dạng về hình thái (ví dụ: người châu âu, châu á, châu phi thường rất khác nhau).
+ Hai loài hoàn toàn khác nhau nhưng lại có kiểu hình tương đối giống nhau (ví dụ: bướm độc và bướm thường, một số loài chim sáo khác nhau có kiểu hình rất giống nhau)
Cần lưu ý:
+ Cách li sinh sản: nếu 2 cá thể không giao phối với nhau trong tự nhiên thì dù trong điều kiện nhân tạo ép chúng giao phối, sinh con hữu thụ → chúng vẫn thuộc 2 loài khác nhau. Ví dụ: Vịt trời (Anas platyrhynchos) và vịt nhọn đuôi (Anas acuta) là 2 loài vịt nước ngọt ở bắc bán cầu. Khi bị nhốt chung, các loài này giao phối với nhau và tạo ra con lai hoàn toàn hữu thụ. Tuy nhiên, trong tự nhiên, sự giao phối chéo giữa chúng rất hiếm khi xảy ra, mặc dù chúng thường làm tổ cạnh nhau → chúng thuộc 2 loài khác nhau.
+ Cách li di truyền: nếu 2 cá thể có thể giao phối hoàn toàn tự nhiên với nhau nhưng sinh ra con bất thụ thì chúng cũng thuộc 2 loài khác nhau. Ví dụ: ngựa và lừa giao phối với nhau sản sinh ra con la hoặc con bacđo nhưng chúng luôn bất thụ→ chúng thuộc các loài khác nhau.
II. Khái quát về quá trình hình thành loài
Khái niệm: Hình thành loài 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.
III. Hình thành loài khác khu vực địa lí (hình thành loài bằng con đường cách li địa lí)
Diễn biến
+ Loài mở rộng khu phân bố hoặc khu phân bố của loài bị chia cắt do các chướng ngại địa lí (núi, sông, nước biển...)
+ Các quần thể của loài bị cách li địa lí với nhau.
+ Điều kiện sống ở các khu vực địa lí khác nhau thì khác nhau và đặc trưng cho từng vùng → CLTN tích luỹ các đột biến và tổ hợp gen theo các hướng khác nhau. Các quần thể không thể giao phối với nhau do chướng ngại địa lí.
+ Các quần thể bị cách li địa lí dần dần phân li thành các nòi địa lí khác nhau rồi tới các loài mới khác nhau đánh dấu bằng sự cách li sinh sản (cách li di truyền).
+ Các loài mới này có khu phân bố không trùng nhau (loài khác khu).
→ Sự cách li địa lí không phải là cách li sinh sản mà chỉ đóng vai trò ngăn cản sự trao đổi gen giữa các quần thể, thúc đẩy sự phân hoá cấu trúc di truyền của quần thể gốc ban đầu chứ không phải là nguyên nhân trực tiếp gây ra những biến đổi tương ứng trên cơ thể sinh vật. Cách li địa lí có vai trò duy trì sự khác biệt về vốn gen giữa các quần thể do các nhân tố tiến hóa tạo nên.
Đặc điểm
+ Có thể trải qua nhiều dạng trung gian
+ Ở khu vực tiếp giáp các dạng trung gian chưa phân hóa loài mới do vẫn có khả năng trao đổi vốn gen với nhau.
+ Tốc độ hình thành loài mới chậm.
+ Tác động của yếu tố ngẫu nhiêu thì sự phân hoá kiểu gen gốc diễn ra nhanh hơn → Tăng sự hình thanh loài mới. Ví dụ như sự hình thành các loài động vật, thực vật đặc hữu trên các đảo đại dương xuất phát từ những cá thể ban đầu trôi dạt đến đảo.
VD1: Sự hình thành các loài chim sẻ ngô.
Chim sẻ ngô mở rộng vùng phân bố trên hầu khắp thế giới, hình thành 3 nòi địa lí có sải cánh và màu lông khác nhau: nòi châu Âu, nòi Trung Quốc và nòi Ấn Độ:
+ Giữa các nòi châu Âu và Ấn Độ: các cá thể có giao phối và sinh ra con cái hữu thụ → chưa cách li sinh sản → chưa hình thành loài mới.
+ Giữa các nòi Trung Quốc và Ấn Độ: các cá thể có giao phối và sinh ra con cái hữu thụ → chưa cách li sinh sản → chưa hình thành loài mới.
+ Giữa các nòi Trung Quốc và châu Âu: các cá thể không giao phối sinh ra con cái → đã có cách li sinh sản → hình thành 2 loài mới.
IV. Hình thành loài bằng cách li tập tính và cách li sinh thái
Khi không có sự cách li địa lí, vẫn có nhiều cơ chế làm cho quần thể của loài ban đầu được phân hóa thành nhiều quần thể phân bố liền kề nhau, thậm chí trên cũng một khu vực địa lí nhưng lại cách li sinh sản với nhau.
Hình thành loài bằng cách li tập tính
Do đột biến, các cá thể của quần thể có thể thay đổi một số đặc điểm liên quan tới tập tính giao phối → các cá thể đó có xu hướng thích giao phối với nhau (giao phối có chọn lọc) → lâu dần, sự khác biệt về vốn gen do giao phối không ngẫu nhiên và do các nhân tố khác có thể dẫn tới cách li sinh sản → hình thành loài mới.
Ví dụ: Sự hình thành các loài cá với màu sắc khác nhau trong một hồ nước ở Châu Phi
Hình thành loài bằng cách li sinh thái
Trong cùng một khu vực địa lí, các quần thể của loài được chọn lọc thích nghi với các điều kiện sinh thái khác nhau, hình thành các nòi sinh thái rồi đến các loài mới.
Ví dụ:
+ Sự hình thành các loài thực vật (cỏ băng, cỏ sâu róm...) sống trên bãi bồi ở sông Vônga (SGK):
- Quần thể ở bãi bồi có chu kì sinh sản (kết hạt) vào thời điểm trước khi lũ về.
- Quần thể phía trong bờ sông kết hạt vào đúng mùa lũ.
→ Cách li thời gian → cách li sinh sản → Loài mới.
+ Sự hình thành các loài ruồi đẻ trứng vào táo ở Bắc Mĩ:
- Lúc đầu, loài ruồi này sinh sống trên cây táo gai dại.
- Khoảng 200 năm sau, một số quần thể xâm lấn sang các cây táo thường.
- Do các cây táo thường ra quả sớm hơn táo dại → các ruồi sống trên cây táo thường được chọn lọc theo hướng thành thục sớm hơn (kịp đẻ trứng khi táo chín) → lâu dần bị cách li thời gian so với loài gốc → cách li sinh sản → hình thành loài mới.
V. Hình thành loài bằng các đột biến lớn (hình thành loài nhanh - hình thành loài bằng cách mạng di truyền)
Hình thành loài nhờ cơ chế tự đa bội
Hiện tượng tự đa bội có thể nhanh chóng hình thành loài mới từ 1 loài ban đầu mà không cần cách li địa lí.
Tự đa bội thường xảy ra ở thực vật: trong giảm phân, các cặp NST không phân li tạo thành giao tử 2n.
Ví dụ: chuối nhà 3n được hình thành từ chuối rừng 2n theo con đường tự đa bội.
Bước 1: Giao tử 2n × giao tử 2n → hợp tử 4n và cây 4n
Bước 2: Cây 4n tự thụ phấn → loài mới. (loài tứ bội 4n)
Kiểm tra: Cây 4n × cây 2n → cây 3n (bất thụ).
Theo tiêu chuẩn cách li sinh sản, quần thể 4n cách li sinh sản với quần thể 2n. (2 loài khác nhau)
Hình thành loài nhờ cơ chế lai xa và đa bội hóa
P : Loài A (2nA) × Loài B (2nB)
G : nA nB
F1 : (nA + nB) → không có khả năng sinh sản hữu tính (bất thụ)
Đa bội F1
F2 : (2nA + 2nB) →(thể song nhị bội) → có khả năng sinh sản hữu tính (hữu thụ).
- Cơ thể lai xa thường không có khả năng sinh sản hữu tính (bất thụ) do cơ thể lai xa mang bộ NST đơn bội của 2 loài bố, mẹ. Đa bội hóa có thể khắc phục được nhược điểm của lai xa → con lai có khả năng sinh sản hữu tính.
- Cơ thể lai tạo ra cách li sinh sản với 2 loài bố mẹ, nếu được nhân lên tạo thành một quần thể hoặc nhóm quần thể có khả năng tồn tại như một khâu trong hệ sinh thái → loài mới hình thành.
Hình thành loài nhờ cấu trúc lại bộ NST
- Đột biến cấu trúc NST (đặc biệt là dạng đảo đoạn và chuyển đoạn) làm thay đổi hình thái NST → thay đổi nhóm gen liên kết → gây khó khăn trong quá trình giảm phân hình thành giao tử ở cơ thể con lai giữa các cá thể bình thường và các cá thể mang đột biến → con lai bất thụ → hình thành loài mới.
- Ví dụ:
- Sự hình thành các loài châu chấu không cánh ở Châu Đại dương.
- NST số 2 của người do sự sát nhập 2 NST của vượn người.
Nhìn chung:
- Sự hình thành loài mới là một quá trình lịch sử, với sự tham gia của các nhân tố đột biến, giao phối, CLTN và các cơ chế cách li.
- Mối quan hệ giữa quá trình hình thành loài mới và quá trình hình thành các đặc điểm thích nghi:
- Quá trình hình thành đặc điểm thích nghi không nhất định dẫn đến hình thành loài mới. VD: Loài người có rất nhiều các quần thể khác nhau, đa màu da, đa sắc tộc nhưng vẫn là cùng một loài.
- Ngược lại, hình thành loài mới bao giờ cũng gắn liền với sự hình thành các đặc điểm thích nghi mới, vì thích nghi rồi, cộng thêm cơ chế cách li sẽ dẫn đến các loài mới.
