Bài tập: Chương 2: Tiến hóa

Bài tập Chương 2: Tiến hóa

Giới thiệu

Trong chương này, chúng ta đã khám phá những cơ chế kỳ diệu thúc đẩy sự tiến hóa của sinh giới, từ biến dị di truyền, chọn lọc tự nhiên đến các nhân tố tiến hóa khác. Bài tập hôm nay sẽ giúp các em củng cố kiến thức thông qua các bài tập có hướng dẫn giải chi tiết. Các em sẽ được ôn lại khái niệm tiến hóa – quá trình biến đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể qua các thế hệ, dẫn đến sự hình thành loài mới và sự đa dạng sinh học ngày nay.

1. Lý thuyết trọng tâm cần nhớ

Trước khi làm bài tập, các em hãy ghi nhớ các nội dung chính sau:

• Tiến hóa nhỏ: Quá trình biến đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể dưới tác động của các nhân tố tiến hóa (đột biến, di nhập gen, chọn lọc tự nhiên, giao phối không ngẫu nhiên, các yếu tố ngẫu nhiên).
• Tiến hóa lớn: Quá trình hình thành loài mới và các đơn vị phân loại trên loài.
• Các nhân tố tiến hóa:
  • Đột biến: Tạo nguyên liệu sơ cấp (alen mới).
  • Di nhập gen: Làm thay đổi tần số alen theo hai chiều hướng.
  • Chọn lọc tự nhiên: Làm biến đổi tần số alen theo một hướng xác định, giữ lại kiểu gen thích nghi.
  • Giao phối không ngẫu nhiên: Làm giảm tính đa dạng di truyền, không làm thay đổi tần số alen.
  • Các yếu tố ngẫu nhiên (biến động di truyền): Làm thay đổi tần số alen một cách ngẫu nhiên, đặc biệt ở quần thể nhỏ.
• Định luật Hacđi – Vanbec: Trong quần thể ngẫu phối, nếu không có tác động của các nhân tố tiến hóa, thành phần kiểu gen và tần số alen sẽ duy trì ổn định qua các thế hệ theo công thức: \( p^2 + 2pq + q^2 = 1 \) (với p là tần số alen trội, q là tần số alen lặn).

2. Bài tập có hướng dẫn giải

Ví dụ 1: Xác định tần số alen và trạng thái cân bằng di truyền

Đề bài: Ở một quần thể thực vật tự thụ phấn, thế hệ xuất phát (P) có thành phần kiểu gen: 0,4 AA : 0,4 Aa : 0,2 aa. Hãy xác định tần số alen A và a ở thế hệ P. Quần thể này có đang ở trạng thái cân bằng di truyền theo định luật Hacđi – Vanbec không? Giải thích.

Hướng dẫn giải:

• Bước 1: Tính tần số alen A (p) và alen a (q):

  p(A) = tỉ lệ AA + 1/2 tỉ lệ Aa = 0,4 + (0,4/2) = 0,6

  q(a) = tỉ lệ aa + 1/2 tỉ lệ Aa = 0,2 + (0,4/2) = 0,4

• Bước 2: Kiểm tra trạng thái cân bằng:

  Định luật Hacđi – Vanbec yêu cầu thành phần kiểu gen thỏa mãn: p² (AA) + 2pq (Aa) + q² (aa) = 1.

  Tính toán: p² = (0,6)² = 0,36; 2pq = 2 × 0,6 × 0,4 = 0,48; q² = (0,4)² = 0,16.

  Như vậy, quần thể cân bằng phải có tỉ lệ: 0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa.

• Bước 3: So sánh với quần thể ban đầu (0,4 AA : 0,4 Aa : 0,2 aa), ta thấy khác biệt. Do đó, quần thể không ở trạng thái cân bằng di truyền.

Ví dụ 2: Ảnh hưởng của chọn lọc tự nhiên

Đề bài: Trong một quần thể bọ cánh cứng, màu sắc cơ thể do một gen có hai alen quy định: alen A (màu nâu) trội hoàn toàn so với alen a (màu xanh). Do biến đổi khí hậu, môi trường sống trở nên nhiều cây xanh hơn, khiến bọ màu xanh có lợi thế dễ ẩn nấp tránh kẻ thù, trong khi bọ màu nâu dễ bị phát hiện. Hãy dự đoán sự thay đổi tần số alen A và a qua các thế hệ. Vai trò của chọn lọc tự nhiên ở đây là gì?

Hướng dẫn giải:

• Bước 1: Xác định kiểu hình thích nghi: Bọ màu xanh (kiểu gen aa) được chọn lọc tự nhiên ưu ái hơn, vì chúng dễ ẩn nấp và sống sót tốt hơn.
• Bước 2: Dự đoán sự thay đổi tần số alen: Tần số alen A (quy định màu nâu) sẽ giảm dần, vì những cá thể mang alen A (AA và Aa) bị tiêu diệt nhiều hơn. Ngược lại, tần số alen a sẽ tăng dần, vì cá thể aa được bảo tồn và sinh sản tốt hơn.
• Bước 3: Kết luận: Chọn lọc tự nhiên ở đây đóng vai trò định hướng, làm biến đổi tần số alen theo một hướng xác định (tăng tần số alen a), giúp quần thể thích nghi với môi trường xanh.

Ví dụ 3: Tác động của giao phối không ngẫu nhiên

Đề bài: Một quần thể thực vật giao phấn có tần số alen A = 0,7 và a = 0,3. Nếu quần thể này tiến hành tự thụ phấn bắt buộc (giao phối không ngẫu nhiên) qua 2 thế hệ, tần số alen và thành phần kiểu gen sẽ thay đổi như thế nào? Hãy giải thích.

Hướng dẫn giải:

• Bước 1: Nhấn mạnh tính chất: Giao phối không ngẫu nhiên (tự thụ phấn) không làm thay đổi tần số alen, nhưng làm thay đổi thành phần kiểu gen theo hướng tăng đồng hợp tử, giảm dị hợp tử.
• Bước 2: Xác định tần số alen sau 2 thế hệ tự thụ phấn vẫn là: A = 0,7, a = 0,3 (không đổi).
• Bước 3: Dự đoán thành phần kiểu gen: Sau mỗi thế hệ tự thụ, tỉ lệ Aa giảm một nửa. Cụ thể:

  Ở thế hệ đầu (giả sử cân bằng): AA = p² = 0,49; Aa = 2pq = 0,42; aa = q² = 0,09.

  Sau 1 thế hệ tự thụ: Aa = 0,42 × 1/2 = 0,21; AA = 0,49 + (0,42 - 0,21)/2 = 0,595; aa = 0,09 + 0,105 = 0,195.

  Sau 2 thế hệ tự thụ: Aa = 0,21 × 1/2 = 0,105; AA = 0,595 + (0,21 - 0,105)/2 = 0,6475; aa = 0,195 + 0,0525 = 0,2475.

  Kết quả: Tần số alen không đổi, nhưng tỉ lệ đồng hợp (AA + aa) tăng từ 58% lên 89,5%.

3. Ghi nhớ

• Tiến hóa là quá trình biến đổi thành phần di truyền của quần thể.
• Đột biến và di nhập gen cung cấp nguyên liệu; chọn lọc tự nhiên định hướng quá trình tiến hóa.
• Định luật Hacđi – Vanbec là công cụ quan trọng để đánh giá quần thể có chịu tác động của các nhân tố tiến hóa hay không.
• Giao phối không ngẫu nhiên không làm thay đổi tần số alen nhưng làm giảm đa dạng kiểu gen.

4. Bài tập gợi ý

Các em hãy tự giải các bài tập sau để rèn luyện thêm:

1. Trong một quần thể ngẫu phối, tần số alen A là 0,8, alen a là 0,2. Nếu xảy ra đột biến thuận từ A thành a với tốc độ 10⁻⁴/giao tử/thế hệ. Hãy tính sự thay đổi tần số alen A sau 5 thế hệ (bỏ qua các yếu tố khác).
2. Cho quần thể có thành phần kiểu gen: 0,2 AA : 0,6 Aa : 0,2 aa. Hãy xác định quần thể có cân bằng di truyền không? Nếu không, sau bao nhiêu thế hệ ngẫu phối thì quần thể sẽ đạt cân bằng?
3. Phân biệt vai trò của chọn lọc tự nhiên và các yếu tố ngẫu nhiên trong quá trình tiến hóa. Cho ví dụ minh họa.
4. Giải thích tại sao trong quần thể nhỏ, tần số alen có thể thay đổi đột ngột do yếu tố ngẫu nhiên (hiệu ứng thắt cổ chai hoặc hiệu ứng sáng lập).

Chúc các em học tốt và hiểu sâu hơn về chương Tiến hóa!