Giáo án Bài 21. Học thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại

Huy động vốn hiểu biết của HS về sự thay đổi tần số allele trong quần thể nhỏ và định hướng vấn đề: không phải mọi thay đổi tần số allele đều do chọn lọc.

GV trình bày tình huống: Sau một cơn bão, một nhóm nhỏ dân số sống sót ngẫu nhiên, trong đó allele a ít hơn so với trước bão. HS trả lời câu hỏi: Đây gợi yếu tố nào? Có thể kết luận chắc chắn đây là chọn lọc tự nhiên không? Cần thêm dữ liệu gì để kiểm chứng?

HS nêu được: nhóm sống sót ngẫu nhiên nên yếu tố có khả năng là phiêu bạt di truyền (hiệu ứng nút cổ chai) nếu việc sống sót không liên quan đến kiểu gene; chưa thể kết luận là chọn lọc tự nhiên; cần dữ liệu về kiểu gene của những cá thể sống sót và của quần thể trước bão để loại trừ chọn lọc. Bão không tự tạo allele theo nhu cầu môi trường.

HS nêu được khái niệm tiến hóa nhỏ, phiêu bạt di truyền và dòng gene; phân biệt được ba khái niệm dựa trên bản chất và quy mô quần thể.

HS làm việc theo cặp đôi, hoàn thành Phiếu học tập số 1: ghép 3 thuật ngữ (Tiến hóa nhỏ, Phiêu bạt di truyền, Dòng gene) với 3 nội dung tương ứng; sau đó trả lời câu hỏi: Vì sao phiêu bạt di truyền thường mạnh ở quần thể nhỏ? Dòng gene làm thay đổi tần số allele bằng cơ chế nào?

Kiến thức HS rút ra:

• Tiến hóa nhỏ: thay đổi tần số allele và thành phần kiểu gene của quần thể qua thế hệ.
• Phiêu bạt di truyền: biến đổi tần số allele do ngẫu nhiên, thường mạnh ở quần thể nhỏ, vì trong quần thể nhỏ, sự lấy mẫu ngẫu nhiên qua mỗi thế hệ dễ làm mất hoặc tăng allele.
• Dòng gene: trao đổi allele giữa quần thể qua di chuyển và sinh sản, làm thay đổi tần số allele của quần thể nhận.
  Đáp án ghép: Tiến hóa nhỏ – thay đổi tần số allele và thành phần kiểu gene qua thế hệ; Phiêu bạt – biến đổi do ngẫu nhiên, mạnh ở quần thể nhỏ; Dòng gene – trao đổi allele qua di chuyển và sinh sản.

HS giải thích được cơ chế tác động của đột biến, tái tổ hợp, chọn lọc, dòng gene, ngẫu nhiên và giao phối không ngẫu nhiên đối với tần số allele và kiểu gene.

Nhóm 4 HS hoàn thành khăn trải bàn gồm 5 ô: (1) Đột biến; (2) Tái tổ hợp; (3) Chọn lọc; (4) Dòng gene và ngẫu nhiên; (5) Giao phối không ngẫu nhiên. Mỗi ô ghi: nhân tố này tác động lên allele hay tổ hợp? Có làm đổi tần số allele không? Ví dụ minh họa. Câu hỏi thảo luận: Vì sao giao phối không ngẫu nhiên không tự đổi tần số allele?

Nội dung HS ghi trên khăn trải bàn:

• Đột biến tạo allele mới.
• Tái tổ hợp tạo tổ hợp allele mới, không tạo allele mới.
• Chọn lọc tác động qua kiểu hình, gắn với thành công sinh sản, làm đổi tần số allele theo hướng xác định.
• Dòng gene và ngẫu nhiên cũng làm đổi tần số allele.
• Giao phối không ngẫu nhiên có thể đổi kiểu gene (tỉ lệ kiểu gene) nhưng không tự đổi tần số allele.
  Kết luận nhóm: Chỉ có đột biến tạo allele mới; các yếu tố làm đổi tần số allele gồm đột biến, chọn lọc, dòng gene và ngẫu nhiên; tái tổ hợp và giao phối không ngẫu nhiên chủ yếu làm đổi tổ hợp và kiểu gene.

HS giải thích được vai trò của cách li sinh sản trong hình thành loài theo khái niệm sinh học; nhận biết giới hạn của cách li địa lí, của khái niệm loài sinh học và của việc suy luận từ tần số một thế hệ.

GV tổ chức kỹ thuật Đúng/Sai có giải thích với 3 nhận định: (a) Hai quần thể cách núi nên chắc chắn là hai loài. (b) Cách li địa lí có thể dẫn đến cách li sinh sản bền, khi đó dòng gene có thể tách. (c) Chỉ cần thấy tần số allele của một quần thể tăng trong một thế hệ là đủ kết luận allele đó có lợi. HS giơ thẻ Đúng/Sai và giải thích. Câu hỏi bổ sung: Khái niệm loài sinh học có hạn chế với nhóm sinh vật nào?

Đáp án dự kiến:

• (a) Sai: cách li địa lí chưa đủ tạo loài; cần xét cách li sinh sản, khả năng trao đổi gene.
• (b) Đúng: nếu khác biệt dẫn đến cách li sinh sản bền, dòng gene có thể tách thành hai quần thể tách biệt.
• (c) Sai: tần số allele tăng có thể do phiêu bạt hoặc dòng gene, không chứng minh allele có lợi.
  Khái niệm loài sinh học có hạn chế với sinh vật vô tính và sinh vật đã biết qua hóa thạch, vì không quan sát được khả năng giao phối.

HS vận dụng được khái niệm và công thức tần số allele để làm bài tập; nhận xét được tính đúng sai của kết luận và của suy luận từ dữ liệu.

HS làm Phiếu học tập số 2 gồm 8 câu (đề lấy từ bài tập đã cho). Câu 1-2, 5: chọn đáp án đúng; câu 3: ghép thuật ngữ; câu 4: đúng hay sai; câu 6: phân tích tình huống bão; câu 7: đánh giá tuyên bố hai loài; câu 8: tính tần số allele sau dòng gene. Sau khi làm xong, HS kiểm tra nhanh bằng bài tập tương tác trên NeoEdu.

Đáp án:

1. B (thay đổi tần số allele và thành phần kiểu gene của quần thể qua thế hệ).
2. C (biến đổi tần số allele do ngẫu nhiên, thường mạnh ở quần thể nhỏ).
3. Tiến hóa nhỏ – thay đổi tần số allele và thành phần kiểu gene qua thế hệ; Phiêu bạt di truyền – biến đổi tần số allele do ngẫu nhiên, mạnh ở quần thể nhỏ; Dòng gene – trao đổi allele qua di chuyển và sinh sản.
4. Sai: phiêu bạt và dòng gene có thể làm tăng allele mà không do lợi thế chọn lọc.
5. A (phiêu bạt di truyền; lấy mẫu ngẫu nhiên qua thế hệ có thể làm mất allele trung tính, nhất là ở quần thể nhỏ).
6. Gợi yếu tố: nút cổ chai và phiêu bạt nếu sống sót không liên quan kiểu gene. Chấm: nhận đúng yếu tố 0,4; nêu điều kiện ngẫu nhiên 0,4; nêu giới hạn (cần dữ liệu để loại chọn lọc) 0,2.
7. Chưa đủ. Chỉ cách li địa lí chưa chứng minh cách li sinh sản; cần xét khả năng trao đổi gene và các hàng rào sinh sản. Chấm: chưa đủ 0,4; lý giải cách li 0,4; kiểm chứng 0,2.
8. $\dfrac{150}{250} \times 100\% = 60\%$. Tần số allele a mới là 60%.

HS vận dụng các khái niệm tiến hóa nhỏ, phiêu bạt, dòng gene và cách li sinh sản để phân tích một tình huống thực tế, nêu dữ liệu cần thu thập và đưa ra kết luận có căn cứ.

Tình huống: Trên một hòn đảo nhỏ, một quần thể chim có số cá thể rất ít sau khi nhiều cá thể bị cuốn đi trong một cơn bão. Một quần thể chim khác ở đất liền, cách đảo bằng biển rộng, không trao đổi cá thể. Nhóm HS trả lời 3 câu: (1) Nhân tố nào có thể làm thay đổi tần số allele của quần thể trên đảo? (2) Muốn kết luận chọn lọc tự nhiên đã tác động, cần thu thập dữ liệu gì? (3) Nếu sau nhiều năm hai quần thể không còn giao phối được với nhau, có thể nói chúng đã thành hai loài theo khái niệm sinh học không? Vì sao?

Nội dung trả lời mong đợi:
(1) Phiêu bạt di truyền (do quần thể nhỏ, sống sót ngẫu nhiên); dòng gene bị hạn chế vì cách biển; chọn lọc tự nhiên nếu có khác biệt về thành công sinh sản.
(2) Dữ liệu về kiểu gene và kiểu hình của cá thể sống sót và cá thể trước bão; số con sinh ra của từng kiểu gene qua các thế hệ; tần số allele qua nhiều thế hệ.
(3) Có thể, nếu cách li sinh sản đã bền vững và hai quần thể không còn trao đổi gene; khi đó dòng gene đã tách, theo khái niệm loài sinh học chúng là hai loài. Lý do: loài sinh học dựa trên khả năng giao phối và sinh con hữu thụ, không chỉ dựa trên khoảng cách địa lí.