Chọn lọc tự nhiên

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.1.A: Mô tả các nguyên nhân của chọn lọc tự nhiên.

• 7.1.A.1 Chọn lọc tự nhiên là cơ chế chính của tiến hóa.
• 7.1.A.2 Theo thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwin, sự cạnh tranh vì tài nguyên hạn chế dẫn đến sự sống sót khác biệt. Các cá thể có kiểu hình thuận lợi hơn có khả năng sinh tồn cao hơn và sinh sản nhiều con cái hơn, do đó truyền lại các tính trạng thuận lợi đó cho các thế hệ sau.

Mục tiêu học tập 7.1.B: Giải thích cách chọn lọc tự nhiên ảnh hưởng đến quần thể.

• 7.1.B.1 Khả năng sinh tồn tiến hóa được đo lường bằng thành công sinh sản.
• 7.1.B.2 Môi trường sinh học và phi sinh học có thể dao động, ảnh hưởng đến tốc độ và hướng tiến hóa. Các biến dị di truyền khác nhau có thể được chọn lọc trong mỗi thế hệ.

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.2.A: Mô tả tầm quan trọng của biến dị kiểu hình trong một quần thể.

• 7.2.A.1 Chọn lọc tự nhiên tác động lên các biến dị kiểu hình trong quần thể.
• 7.2.A.2 Môi trường thay đổi và tạo ra áp lực chọn lọc lên quần thể.
  • Ví dụ minh họa cho 7.2.A.2: Thời điểm ra hoa liên quan đến biến đổi khí hậu toàn cầu
• 7.2.A.3 Một số biến dị kiểu hình có thể làm tăng hoặc giảm độ thích nghi của sinh vật trong các môi trường cụ thể.
  • Ví dụ minh họa cho 7.2.A.3: Thiếu máu tế bào liềm; Kháng DDT ở côn trùng

Mục tiêu học tập 7.2.B: Giải thích cách sự biến dị của các phân tử bên trong tế bào liên kết với độ thích nghi của sinh vật.

• 7.2.B.1 Sự biến dị về số lượng và loại phân tử bên trong tế bào có thể giúp quần thể có khả năng sinh tồn và sinh sản tốt hơn trong các môi trường khác nhau.

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.3.A: Giải thích cách con người có thể ảnh hưởng đến sự đa dạng trong một quần thể.

• 7.3.A.1 Thông qua chọn lọc nhân tạo, con người ảnh hưởng đến sự biến dị ở các loài khác.

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.4.A: Giải thích cách các sự kiện ngẫu nhiên ảnh hưởng đến cấu trúc di truyền của một quần thể.

• 7.4.A.1 Tiến hóa cũng bị thúc đẩy bởi các sự kiện ngẫu nhiên.
  • i. Đột biến là một quá trình ngẫu nhiên bổ sung biến dị di truyền mới cho quần thể.
  • ii. Trôi dãn gen là sự thay đổi tần số alen quy định bởi một quá trình phi chọn lọc xảy ra trong các quần thể nhỏ.
  • iii. Hiệu ứng cổ chai là một loại trôi dãn gen xảy ra khi kích thước quần thể bị thu hẹp xuống còn một số lượng nhỏ cá thể trong ít nhất một thế hệ.
  • iv. Hiệu ứng người sáng lập là một loại trôi dãn gen xảy ra khi một phần của quần thể tách khỏi các thành viên còn lại. Tần số gen và tính trạng sẽ thay đổi dựa trên bộ gen của quần thể người sáng lập mới này.
  • v. Di cư có thể dẫn đến dòng gen (sự thêm vào hoặc loại bỏ alen khỏi quần thể).

Mục tiêu học tập 7.4.B: Mô tả vai trò của các quá trình ngẫu nhiên trong tiến hóa của các quần thể cụ thể.

• 7.4.B.1 Các quá trình ngẫu nhiên có thể dẫn đến sự thay đổi tần số alen trong quần thể.
  • i. Đột biến tạo ra biến dị di truyền, cung cấp các kiểu hình để chọn lọc tự nhiên tác động.
  • ii. Trôi dãn gen có thể khiến một quần thể nhỏ phân ly so với các quần thể khác cùng loài.
  • iii. Dòng gen giữa hai quần thể ngăn chặn chúng phân ly thành các loài riêng biệt.

Mục tiêu học tập 7.4.C: Mô tả sự thay đổi cấu trúc di truyền của một quần thể theo thời gian.

• 7.4.C.1 Sự thay đổi tần số alen cung cấp bằng chứng cho việc tiến hóa đã xảy ra trong quần thể.

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.5.A: Mô tả các điều kiện mà tần số alen và kiểu gen sẽ thay đổi trong quần thể.

• 7.5.A.1 Cân bằng Hardy–Weinberg là một mô hình dùng để mô tả và dự đoán tần số alen trong một quần thể không tiến hóa. Các điều kiện để một quần thể hoặc một alen nằm trong cân bằng Hardy–Weinberg là:

  • i. Kích thước quần thể lớn
  • ii. Không có di cư
  • iii. Không có đột biến mới
  • iv. Giao phối ngẫu nhiên
  • v. Không có chọn lọc tự nhiên

  Những điều kiện này không bao giờ được đáp ứng hoàn toàn, nhưng chúng cung cấp một giả thuyết không giá trị quan trọng.

• 7.5.A.2 Tần số alen trong một quần thể không tiến hóa có thể được tính toán từ tần số kiểu gen.

  • Phương trình: Phương trình Hardy–Weinberg— $p^2 + 2pq + q^2 = 1$; $p + q = 1$, trong đó: $p$ = tần số alen 1 trong quần thể; $q$ = tần số alen 2 trong quần thể
  • Ví dụ minh họa cho 7.5.A.2: Phân tích biểu đồ tần số alen trong quần thể

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.6.A: Mô tả các loại dữ liệu cung cấp bằng chứng cho tiến hóa.

• 7.6.A.1 Tiến hóa được hỗ trợ bởi bằng chứng khoa học từ nhiều lĩnh vực (dữ liệu địa lý, địa chất, vật lý, sinh hóa và toán học).

Mục tiêu học tập 7.6.B: Giải thích cách dữ liệu hình thái, sinh hóa và địa chất cung cấp bằng chứng rằng các sinh vật đã thay đổi theo thời gian.

• 7.6.B.1 Bằng chứng phân tử, hình thái và di truyền từ các sinh vật còn sống và tuyệt chủng làm tăng sự hiểu biết của chúng ta về tiến hóa.
  • i. Hóa thạch có thể được xác định tuổi bằng nhiều phương pháp khác nhau. Bao gồm: 1) độ tuổi của lớp đá nơi tìm thấy hóa thạch; 2) tốc độ phân rã của đồng vị bao gồm carbon-14; và 3) dữ liệu địa lý.
  • ii. Sự tương đồng hình thái, bao gồm cả cấu trúc thoái hóa, là bằng chứng về tổ tiên chung.
• 7.6.B.2 So sánh trình tự nucleotide DNA và trình tự axit amin protein cung cấp bằng chứng cho tiến hóa và tổ tiên chung.

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.7.A: Mô tả bằng chứng về cấu trúc và chức năng ở cấp độ tế bào và phân tử cung cấp bằng chứng cho tổ tiên chung của tất cả sinh vật nhân thực.

• 7.7.A.1 Bằng chứng về cấu trúc và chức năng chỉ ra tổ tiên chung của tất cả sinh vật nhân thực. Những bằng chứng này bao gồm:
  • i. Các bào quan có màng bao bọc
  • ii. nhiễm sắc thể dạng tuyến tính
  • iii. Gen chứa intron

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.8.A: Giải thích tiến hóa là một quá trình đang diễn ra ở tất cả các sinh vật sống.

• 7.8.A.1 Tất cả các loài đã tiến hóa và tiếp tục tiến hóa. Ví dụ bao gồm:
  • i. Thay đổi bộ gen theo thời gian
  • ii. Sự thay đổi liên tục trong hồ sơ hóa thạch
  • iii. Tiến hóa kháng thuốc kháng sinh, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ hoặc thuốc hóa trị
  • iv. Mầm bệnh tiến hóa và gây ra các bệnh mới nổi

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.9.A: Mô tả các loại bằng chứng có thể được sử dụng để suy luận mối quan hệ tiến hóa.

• 7.9.A.1 Cây phát sinh loài và cladogram thể hiện các mối quan hệ tiến hóa giả thuyết giữa các dòng dõi mà có thể được kiểm chứng.
• 7.9.A.2 Cây phát sinh loài thể hiện mức độ thay đổi theo thời gian được hiệu chuẩn bởi hóa thạch hoặc đồng hồ phân tử, trong khi cladogram không thể hiện thang đo thời gian hay sự khác biệt tiến hóa giữa các nhóm.
• 7.9.A.3 Các đặc điểm bị mất đi hoặc xuất hiện trong quá trình tiến hóa có thể được sử dụng để xây dựng cây phát sinh loài và cladogram. Nhóm ngoại (out-group) đại diện cho dòng dõi ít liên quan nhất với phần còn lại của các sinh vật trong cây phát sinh loài hoặc cladogram.
  • i. Các đặc điểm dẫn xuất chung có thể xuất hiện ở hơn một dòng dõi và chỉ ra tổ tiên chung. Những đặc điểm này hữu ích cho việc xây dựng cây phát sinh loài và cladogram.
  • ii. Dữ liệu phân tử thường cung cấp bằng chứng chính xác và đáng tin cậy hơn so với các đặc điểm hình thái trong việc xây dựng cây phát sinh loài hoặc cladogram.

Mục tiêu học tập 7.9.B: Giải thích cách cây phát sinh loài và cladogram có thể được sử dụng để suy luận mức độ liên quan tiến hóa.

• 7.9.B.1 Cây phát sinh loài và cladogram có thể được sử dụng để minh họa sự hình thành loài đã xảy ra. Các nút trên cây đại diện cho tổ tiên chung gần nhất của bất kỳ hai nhóm hoặc dòng dõi nào.
• 7.9.B.2 Cây phát sinh loài và cladogram có thể được xây dựng dựa trên sự tương đồng hình thái của các loài còn sống hoặc hóa thạch, cũng như sự tương đồng trình tự DNA và protein.
• 7.9.B.3 Cây phát sinh loài và cladogram đại diện cho các giả thuyết luôn được điều chỉnh dựa trên bằng chứng.

Hiểu biết Bền vững (Ý TƯỞNG LỚN 1 — Tiến hóa): Quá trình tiến hóa thúc đẩy sự đa dạng và tính thống nhất của sự sống.

Mục tiêu học tập 7.10.A: Mô tả các điều kiện dưới đó các loài mới có thể xuất hiện.

• 7.10.A.1 Hình thành loài xảy ra khi hai quần thể trở nên cách ly sinh sản khỏi nhau.
• 7.10.A.2 Khái niệm loài sinh học cung cấp một định nghĩa phổ biến cho một loài đối với các sinh vật sinh sản hữu tính. Nó nêu rằng loài có thể được định nghĩa là một nhóm có khả năng giao phối và trao đổi thông tin di truyền để tạo ra con cái có khả năng sinh tồn và sinh sản.

Mục tiêu học tập 7.10.B: Mô tả tốc độ tiến hóa và hình thành loài dưới các điều kiện sinh thái khác nhau.

• 7.10.B.1 Cân bằng gián đoạn là khi tiến hóa diễn ra nhanh chóng sau một khoảng thời gian dài ổn định. Chủ nghĩa dần dần là khi tiến hóa diễn ra chậm rãi trong hàng trăm nghìn hoặc hàng triệu năm.
• 7.10.B.2 Tiến hóa phân nhánh xảy ra khi thích nghi với môi trường sống mới dẫn đến sự đa dạng kiểu hình. Tốc độ hình thành loài có thể đặc biệt nhanh trong các thời kỳ phóng xạ thích nghi khi các môi trường sống mới trở nên sẵn có.
• 7.10.B.3 Tiến hóa hội tụ xảy ra khi các áp lực chọn lọc tương tự dẫn đến các thích nghi kiểu hình tương tự ở các quần thể hoặc loài khác nhau.

Mục tiêu học tập 7.10.C: Giải thích các quá trình và cơ chế thúc đẩy hình thành loài.

• 7.10.C.1 Hình thành loài đồng sinh xảy ra ở các quần thể có sự chồng lấn về địa lý. Hình thành loài dị sinh xảy ra ở các quần thể bị cô lập về mặt địa lý.
• 7.10.C.2 Các cơ chế tiền hợp tử và hậu hợp tử khác nhau có thể duy trì sự cách ly sinh sản và ngăn chặn dòng chảy gen giữa các quần thể.
• Ví dụ minh họa cho 7.10.C: Drosophila Hawaii; Anolis Caribbean; Ruồi tảo táo Rhagoletis

Hiểu biết bền vững (BIG IDEA 4 — Tương tác hệ thống): Các hệ thống sinh học tương tác với nhau, và các hệ thống cũng như sự tương tác của chúng biểu hiện những thuộc tính phức tạp.

Mục tiêu học tập 7.11.A: Giải thích cách sự đa dạng di truyền của một loài hoặc quần thể ảnh hưởng đến khả năng chống chịu với các áp lực môi trường.

• 7.11.A.1 Mức độ biến dị trong quần thể ảnh hưởng đến động thái của quần thể.
  • i. Khả năng phản ứng của một quần thể trước những thay đổi của môi trường phụ thuộc vào sự đa dạng di truyền. Các loài và quần thể có ít đa dạng di truyền đang đối mặt với nguy cơ suy giảm hoặc tuyệt chủng.
  • ii. Các quần thể có đa dạng di truyền cao có khả năng phục hồi tốt hơn trước các xáo trộn môi trường vì chúng có nhiều khả năng chứa đựng các cá thể có thể chịu được áp lực môi trường.
  • iii. Các alen có lợi cho thích nghi trong điều kiện môi trường này có thể gây hại trong điều kiện khác do các áp lực chọn lọc khác nhau.
  • Ví dụ minh họa cho 7.11.A.1: Chim đại bàng California; Chồn chân đen; Gà đồng cỏ; Bệnh thối lá khoai tây; Rễ vàng ngô; Đa dạng di truyền và áp lực chọn lọc; Kháng thuốc kháng sinh ở vi khuẩn (không phải tất cả các cá thể trong một quần thể đa dạng đều nhạy cảm với dịch bệnh)

Hiểu biết bền vững (BIG IDEA 4 — Tương tác hệ thống): Các hệ thống sinh học tương tác với nhau, và các hệ thống cũng như sự tương tác của chúng biểu hiện những thuộc tính phức tạp.

Mục tiêu học tập 7.12.A: Mô tả bằng chứng khoa học hỗ trợ các mô hình về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất.

• 7.12.A.1 Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất được hỗ trợ bởi bằng chứng khoa học.
  • i. Bằng chứng địa chất củng cố các mô hình về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất.
  • ii. Trái Đất hình thành cách đây khoảng 4.6 tỷ năm (bya). Môi trường quá khắc nghiệt đối với sự sống cho đến khoảng 3.9 tỷ năm trước, và bằng chứng hóa thạch sớm nhất về sự sống có từ 3.5 tỷ năm trước. Kết hợp các bằng chứng này cung cấp một phạm vi thời gian khả thi cho nguồn gốc của sự sống.
• 7.12.A.2 Giả thuyết thế giới RNA đề xuất rằng RNA có thể là vật liệu di truyền đầu tiên. Có ba giả định:
  • i. Ở một thời điểm nào đó, tính liên tục di truyền được đảm bảo thông qua quá trình sao chép RNA.
  • ii. Cặp base là cần thiết cho quá trình sao chép.
  • iii. Các protein mã hóa di truyền không tham gia như các xúc tác.