Lý thuyết Sinh học 12 Bài 20: Quan niệm của Darwin về chọn lọc tự nhiên và hình thành loài

1. Quan sát các loài sinh vật trong tự nhiên

- Những quan sát về thế giới sống cùng hàng nghìn mẫu động, thực vật thu thập được trong chuyến hành trình kéo dài 5 năm vòng quanh thế giới trên con tàu Beagle đã được Darwin sử dụng làm cơ sở để hình thành học thuyết tiến hoá của mình sau này.

Chuyến thám hiểm vòng quanh thế giới trên tàu Beagle

- Một số kết quả quan sát của Darwin:

+ Qua quan sát các cá thể sinh vật có cùng bố mẹ, các sinh vật thuộc cùng một loài, Darwin nhận thấy các cá thể sinh vật có họ hàng càng gần gũi thì càng có nhiều đặc điểm giống nhau, như vậy các cá thể sinh vật có nhiều đặc điểm giống nhau là do chúng có chung tổ tiên. Ví dụ: Những loài chim mà Darwin quan sát thấy trên các đảo thuộc quần đảo Galapagos ở Nam Mỹ cách đất liền khoảng 900 km, có nhiều đặc điểm giống với các loài chim sống ở vùng đất liền gần nhất mà không giống với những loài sống ở nơi khác có cùng vĩ độ trên Trái Đất. Ông cho rằng, chim và các loài khác trên đảo có nguồn gốc từ đất liền Nam Mỹ.

+ Darwin cũng nhận thấy các cá thể có cùng bố mẹ vẫn có một số đặc điểm khác biệt nhau và khác với bố mẹ. Ông gọi đó là các biến dị cá thể. Ví dụ: Darwin đã phát hiện thấy, mặc dù các loài chim trên các đảo có nhiều đặc điểm giống nhau, nhưng chúng cũng khác nhau về một vài đặc điểm nhỏ như kích thước và hình dạng mỏ nên có khả năng thích nghi là các loài khác nhau. Ví dụ: Những con chim sẻ ở các đảo có nhiều cây cho hạt to thì hầu hết có mỏ ngắn, dày có thể tách được vỏ hạt để lấy thức ăn, còn những con sống ở đảo có nhiều côn trùng mỏ lại mảnh, dài thích hợp với việc bắt sâu bọ.

Các loài chim sẻ trên quần đảo Galapagos

+ Darwin gọi những biến dị cá thể giúp sinh vật sống sót và sinh sản tốt hơn giống như các dạng mỏ chim là các đặc điểm thích nghi. Các đặc điểm thích nghi được Darwin quan sát thấy ở nhiều loài sinh vật như các loài hoa lan, côn trùng,...

+ Darwin còn nhận thấy các sinh vật có khả năng sinh ra một số lượng rất lớn cá thể con, vượt xa số lượng cá thể mà nguồn tài nguyên của môi trường có thể nuôi dưỡng. Vì vậy, chỉ một số ít cá thể con sinh ra có thể sống sót đến giai đoạn trưởng thành và sinh sản.

Ổn định số lượng cá thể của quần thể trong tự nhiên

2. Quan sát các giống vật nuôi và cây trồng

Darwin đã quan sát các giống vật nuôi và cây trồng được con người tạo ra từ một giống ban đầu để đưa ra quan điểm về chọn lọc nhân tạo.

- Khái niệm: Chọn lọc nhân tạo là quá trình con người chủ động lựa chọn và giữ lại những cá thể có đặc điểm mong muốn để sinh sản, nhằm tạo ra các giống vật nuôi, cây trồng có đặc điểm di truyền phù hợp với nhu cầu của con người.

- Động lực: Động lực của chọn lọc nhân tạo là nhu cầu của con người.

- Cơ chế: Để chọn lọc nhân tạo có thể xảy ra thì cần phải có các biến dị cá thể. Con người chọn ra những loại biến dị cá thể mà mình ưa thích, cho nhân giống và loại bỏ những biến dị mà mình không mong muốn.

Giống gà mới được tạo thành nhờ chọn lọc nhân tạo

- Kết quả: Kết quả của quá trình chọn lọc nhân tạo là sự phân li tính trạng, hình thành nên các giống cây trồng, vật nuôi mang đặc điểm khác nhau từ một vài dạng tổ tiên hoang dại ban đầu.

- Một số ví dụ về sự hình thành một số giống cây trồng, vật nuôi nhờ chọn lọc nhân tạo:

+ Sự hình thành nhiều giống cải khác nhau như cải bắp, cải lá, su hào,... từ cây cải dại.

Phân li tính trạng ở các giống cải hình thành do chọn lọc nhân tạo

+ Một số giống bồ câu khác nhau hình thành từ bồ câu núi.

Phân li tính trạng ở các giống chim bồ câu hình thành do chọn lọc nhân tạo

+ Chọn lọc các giống cà chua từ cà chua hoang dã hay cà chua nho tạo thành cà chua Slicing, cà chua Oxheart, cà chua Beefsteak,…;

+ Chọn lọc các giống chuối như chuối tiêu Phú Thọ, tiêu hồng, chuối già hương, chuối Laba, chuối hột,... từ cây chuối dại;…

+ Các giống chó nhà hiện nay được chọn lọc từ chó sói.

+ Loài lợn được nuôi tại các gia đình hiện nay bắt nguồn từ lợn rừng.

+ Chọn lọc các giống gà như gà Đông Tảo, gà tre, gà H’ Mông, gà chọi,… từ gà rừng;…

→ Chọn lọc nhân tạo tạo ra sự đa dạng và thích nghi cao độ với nhu cầu của con người của các loài vật nuôi, cây trồng từ vài dạng hoang dại ban đầu.

- Darwin đã đưa ra quan điểm về chọn lọc tự nhiên:

+ Khái niệm: Darwin gọi quá trình tự nhiên làm tăng dần tần số cá thể mang đặc điểm thích nghi qua các thế hệ là chọn lọc tự nhiên.

+ Động lực: Các cá thể sinh vật không ngừng cạnh tranh với nhau trong quá trình sinh tồn dẫn đến làm giảm khả năng sống sót và sinh sản đối với các cá thể kém thích nghi với hoàn cảnh sống. Darwin gọi đó là đấu tranh sinh tồn (động lực của chọn lọc tự nhiên).

+ Cơ chế: Trong quần thể sinh vật luôn sẵn có một số biến dị di truyền, những biến dị làm tăng khả năng sống sót và khả năng sinh sản của sinh vật thì tần số các cá thể có các biến dị đó sẽ ngày một tăng dần trong quần thể ở các thế hệ sau.

+ Kết quả: Chọn lọc tự nhiên không chỉ làm cho sinh vật thích nghi được với môi trường sống mà còn làm xuất hiện các loài mới từ một tổ tiên chung.

+ Ví dụ: Quá trình hình thành loài hươu cao cổ theo quan điểm của Darwin: Trong quần thể hươu cổ ngắn lúc đầu có sẵn những biến dị là cho cổ chúng dài hơn bình thường. Những cá thể hươu có biến dị cổ dài giúp chúng có sức sống cao hơn trong điều kiện môi trường sống thay đổi (lá cây có trên cao mà không có dưới thấp), do đó chúng sinh sản mạnh hơn. Các cá thể hươu cổ ngắn vì thiếu thức ăn mà chết dần. Do đó, những cá thể có biến dị cổ dài sẽ có sức sống cao hơn và sinh sản mạnh hơn, làm cho số lượng hươu cổ dài càng ngày càng tăng trong quần thể. Trong khi đó, các cá thể có cổ ngắn sẽ bị chết do thiếu thức ăn. Dần dần, quần thể hươu cổ ngắn lúc đầu trở thành quần thể hươu cổ dài và hình thành loài mới.

Quá trình hình thành loài hươu cao cổ theo Darwin

- Darwin đã đưa ra quan điểm về con đường hình thành loài theo ý tưởng "Hậu duệ có biến đổi":

+ Hậu duệ là đời con, mà đời con thường có rất nhiều đặc điểm di truyền giống với bố mẹ và tổ tiên. Các cá thể có cùng quan hệ họ hàng có nhiều đặc điểm giống nhau hơn so với những cá thể không có quan hệ họ hàng hoặc có quan hệ họ hàng xa.

+ Tuy nhiên, con cái sinh ra cũng có những biến đổi (biến dị di truyền) giúp chúng thích nghi với các điều kiện sống mới. Các thế hệ con dần dần tích luỹ nhiều các đặc điểm thích nghi có thể hình thành nên loài mới. Những cá thể nào không có được các biến dị di truyền, khả năng sống sót và sinh sản kém sẽ bị đào thải.

+ Ông đã phác hoạ quá trình hình thành các loài trong quá trình tiến hoá bằng sơ đồ phân nhánh. Tận cùng của mỗi nhánh trong hình tượng trưng cho một loài sinh vật. Các loài tiến hoá từ tổ tiên chung và có các biến dị di truyền giúp chúng thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau. Trong quá trình tiến hoá, nhiều loài không thích nghi được với môi trường nên đã tuyệt chủng.

Phác hoạ sơ đồ hình thành loài kiểu tiến hoá phân nhánh được Darwin công bố trong công trình Nguồn gốc các loài

→ Chọn lọc tự nhiên là cơ chế hình thành nên quần thể có các đặc điểm thích nghi với môi trường, từ đó hình thành nên các loài sinh vật từ một tổ tiên chung.

- Darwin đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết của mình.

Ví dụ:

+ Ông đã tiến hành ngâm nhiều loại hạt giống khác nhau trong nước biển với thời gian dài và kiểm tra độ nảy mầm của các loại hạt sau đó. Thí nghiệm cho thấy, hạt của nhiều loài cây vẫn còn khả năng nảy mầm sau khi ngâm thời gian dài trong nước biển, chứng tỏ các cây trên đảo đã được phát tán từ đất liền.

+ Quan sát các loài cây bắt côn trùng như cây nắp ấm, Darwin đưa ra giả thuyết rằng, với cấu trúc lá để bắt côn trùng như vậy, cây có thể thích nghi với môi trường nghèo nitrogen. Darwin đã làm thí nghiệm nhỏ vào lá các cây nắp ấm những loại dung dịch khác nhau như nước đường, lipid hay protein. Kết quả cho thấy, cây nắp ấm chỉ tiêu thụ protein đúng như ông dự đoán.

- Một điều lí thú là, cùng với Darwin, một nhà khoa học cùng thời là Wallace, đã độc lập nghiên cứu đưa ra học thuyết chọn lọc tự nhiên giải thích quá trình hình thành các loài và gửi cho Darwin góp ý. Mặc dù hai nhà khoa học cùng phát hiện ra cơ chế chọn lọc tự nhiên nhưng học thuyết chọn lọc tự nhiên chỉ được mang tên Darwin vì ông đã đưa ra được một số lượng rất lớn các bằng chứng khoa học cho học thuyết của mình.