Sự tiến hóa và thích nghi của các hình thức sinh sản hữu tính.DOC

Trong số các hình thức sinh sản, sinh sản hữu tính có tác động sâu sắc đến quá trình phát triển của sinh giới.. Do đó để tìm hiểu về vấn đề sinh sản và phát triển cá thể động vật, tôi lự

MỞ ĐẦU

Sinh sản và phát triển là hai quá trình quan trọng của sự sống sinh vật nói chung và động vật nói riêng Đồng thời sinh sản và phát triển có mối quan

hệ chặt chẽ với nhau Trong quá trình phát triển của sinh giới thì quá trình phát triển cá thể ngắn hơn quá trình phát triển chủng loại Quá trình phát triển chủng loài chính là lịch sử biến đổi các cá thể của sinh vật, mà các thể hệ mới được tạo nên là do kết quả của sự sinh sản của các thể hệ bố mẹ

Giới động vật, trong quá trình tiến hóa đã trải qua nhều giai đoạn phát sinh chủng loại Mỗi nhóm động vật mới hình thành đều mang những đặc điểm về cấu trúc và chức năng đặc biệt cho phép chúng thích nghi với môi trường sống Sự sinh sản cũng là một trong những chức năng đặc biệt ấy Mục đích cuối cùng của sự thích nghi là nhằm đạt được hiệu quả sinh sản tối ưu Đời sống cá thể thì có giới hạn nhưng sự tồn tại của quần thể sẽ vượt ra ngoài giới hạn ấy nhờ sự sinh sản

Động vật sinh sản theo nhiều cách, sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính Trong số các hình thức sinh sản, sinh sản hữu tính có tác động sâu sắc đến quá trình phát triển của sinh giới

Do đó để tìm hiểu về vấn đề sinh sản và phát triển cá thể động vật, tôi lựa chọn đề tài tiểu luận: “Sự tiến hóa và thích nghi của các hình thức sinh sản hữu tính”

NỘI DUNG

1.Khái niệm sinh sản hữu tính

Khả năng sinh sản là một đặc trưng của sinh vật để tiếp tục duy trì sự tồn tại của loài Mỗi cá thể động vật và thực vật cần phải sinh sản để tạo ra những cá thể mới thay thế cho các cá thể chết đi vì bị ăn thịt, bị ký sinh hoặc già cỗi Khả năng sinh sản thể hiện ở ngay các sinh vật vô cùng bé nhỏ là vi rút cho đến các sinh vật đa bào bậc cao

Mầm mống của sự sinh sản hữu tính đã xuất hiện ở những sinh vật đơn bào như vi khuẩn nhưng sinh sản hữu tính đúng nghĩa chỉ ra đời và hoàn thiện cùng với sự phát triển của các cơ thể đa bào

Theo GS.TS Ngô Đắc Chứng, sinh sản hữu tính là quá trình tạo ra các thể mới do sự kết hợp của hai tế bào gọi là giao tử tạo thành một tế bào mới gọi là hợp tử Hợp tử sẽ phát triển thành cơ thể mới

Bản thân từ sinh sản hữu tính đã hàm chứa hai khái niệm riêng biệt Khái niệm sinh sản gắn với sự tạo ra những cá thể mới từ một cá thể ban đầu, còn khái niệm hữu tính liên quan đến sự kết hợp và sắp xếp lại gen từ hai cá thể khác nhau mà không nhất thiết phải là sự tạo ra cá thể mới, ví dụ ở vi khuẩn có khả năng chuyển gen từ cá thể này sang cá thể khác nhờ gai giới tính, kết quả là trẻ hóa quần thể nhờ sự sắp xếp lại bộ gen

Nếu sinh sản vô tính tạo nên những quần thể hoàn toàn đồng nhất di truyền thể hiện sự bất lợi khi môi trường sống thay đổi thì sinh sản hữu tính là

cơ chế làm cho bộ gen các cá thể trong quần thể trở nên đa dạng hơn, điều đó

có nghĩa là tạo những giá trị thích nghi khác nhau có thể giúp cho sinh vật thích nghi trong những điều kiện sống khác nhau Từ đó sinh vật có thể sống sót tốt hơn có ý nghĩa về mặt tiến hóa

2 Sự tiến hóa và thích nghi của sinh sản hữu tính ở động vật

Căn cứ vào mức độ hoàn thiện của sinh sản hữu tính trong quá trình sinh sản của sinh vật, có thể chia sinh sản hữu tính thành các dạng sau:

2.1.Sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp

Trùng roi thường sinh sản phân đôi, nhưng bên cạnh đó còn sinh sản theo lối tiếp hợp Vật chất di truyền được trao đổi giữa hai cá thể qua cầu nối nguyên sinh chất, sau khi hai cá thể trùng roi áp chặt “miệng”

Đây là hình thức sính sản hữu tính không tạo giao tử Sau khi màng phim tan tạo cầu nối nguyên sinh chất, nhân lớn sẽ tan ra, nhân bé phân chia 2 lần tạo thành 4 tế bào n, 3 trong số đó tiêu biến, còn lại phân chia 1 lần nữa để tạo thành tiền nhân định cư và tiền nhân di động (nhân sinh dục) Tiền nhân định cư của cá thể này sẽ kết hợp với tiền nhân di động của cá thể kia cho nhân kết hợp Sau đó các cá thể tách nhau ra Nhân kết hợp trong mỗi cá thể nguyên phân để cho 4 nhân bé và 4 nhân lớn rồi phân chia vô tính để cho cá thể mới Thời gian tiếp hợp kéo dài khoảng 12 h

Nhờ quá trình này, các NST được sắp xếp lại tạo những tổ hợp gen mới phân bố về cho các cá thể con Mặc dù số lượng cá thể không tăng lên nhưng

ở đây có quá trình giảm phân và sự nhận biết giới tính khi tiếp hợp

Sự xuất hiện các cá thể đa bào kéo theo những phân hóa phức tạp về cấu trúc và chức năng

Ở tập đoàn volvoc, một tế bào sinh sản ban đầu sẽ phân chia tạo một số lượng

tế bào nhất định ở cá thể trưởng thành Ở đây có sự biệt hóa,tạo ra nhiều loại

tế bào Sự phân công lao động ở chổ: ngay từ một tế bào sinh sản phân chia

để tạo cá thể mới, một số tế bào con đã được biệt hóa mang đặc tính và chức năng sinh sản Khi cá thể trưởng thành,các tế bào sinh sản sẽ phân chia tạo nhiều cá thể con ngay trong lòng của cá thể mẹ Sự tách biệt hau dòng tế bào sinh sản và sinh dưỡng xuất hiện rất sớm trong quá trình phát triển cá thể

2.2 Sinh sản hữu tính đẳng giao

Là hình thức sinh sản hữu tính có tạo thành giao tử nhưng đơn giản nhất Ví dụ trùng roi Chlamydomonas sống ở ao hồ, có hai roi Khi sinh sản hữu tính, tế bào mẹ chia thành 8-32 tế bào nhỏ gọi là giao tử giống tế bào mẹ nhưng nhỏ hơn Hai giao tử kết hợp với nhau tạo thành hợp tử có 4 roi, 4 roi mắt, tế bào tròn lại tiết ra màng dày giúp tồn tại trong những điều kiện không thuận lợi Khi thuận lợi, hợp tử phân bào cho 4 tế bào, mỗi tế bào có hai roi Đây là hiện tượng sinh sản hữu tính nguyên thủy, vì giao tử được tạo thành không có cấu tạo đặc biệt và giống nhau về kích thức, hình dạng và đều di động, nên gọi sinh sản hữu tính đẳng giao

2.3 Sinh sản hữu tính lệch giao

Sự tiếp hợp ở động vật nguyên sinh

Sự phối hợp hữu tính của các giao tử không giống nhau, một giao tử lớn hơn

ít di động gọi là giao tử cái, một giao tử nhỏ hơn, có khả năng di động tốt là giao tử đực

Ví dụ ở tập đoàn Paderina và Eudorina của động vật đơn bào Có một

số tập đoàn, các tế bào trực tiếp chuyển thành giao tử cái, trong khi đó một số khác phân chia tạo thành giao tử đực Hai loại giao tử này kết hợp với nhau sẽ tạo thành hợp tử phát triển thành tập đoàn mới, gọi là sinh sản hữu tính lệch giao

Tập đoàn volvoc:

Hình thức sinh sản hữu tính lệch giao ở những nhóm động vật bậc cao

có điểm khác hơn, chỉ có tinh trùng mới có khả năng di động, nhỏ hơn và có roi, còn trứng không có roi nên không di động Bên cạnh đó một số trường

hợp khác, ví dụ trùng sốt rét Plasmodium, có sinh sản hữu tính lệch giao

nhưng chưa có giao tử đực và cái chính thức mà chỉ mới xuất hiện, mầm giao

tử lớn và giao tử bé Sau 1 thế hệ sinh sản vô tính bằng liệt sinh, liệt trùng

Eudorina

chui vào huyết cầu và chuyển thành mầm giao tử lớn và mầm giao tử bé, mỗi mầm giao tử lớn tạo 1 giao tử lớn, còn mỗi mầm giao tử bé tạo 5-6 giao tử bé Trong ruột muỗi, giao tử lớn kết hợp giao tử bé tạo hợp tử có khả năng di động gọi là noãn động, kén trứng và sau nhiều lần phân chia tạo thành hàng vạn bào tử

2.4 Sinh sản hữu tính noãn giao

Sinh sản hữu tính noãn giao là hình thức sinh sản phổ biến, trong đó hai giao tử khác nhau về hình dạng, kích thước Giao tử đực có thành phần cấu tạo chủ yếu là nhân còn tế bào chất là một lớp mỏng quanh nhân, có roi, có khả năng di động, kích thước nhỏ Giao tử lớn không di động, tế bào chất chứa nhiều chất dự trử, gọi là noãn hoàng

Các giao tử được sản xuất bởi các tế bào riêng biệt của cơ thể nằm trong cơ quan sinh dục Cơ quan sinh dục của động vật bậc thấp thì đơn giản còn của các sinh vật càng cao càng phức tạp và hoàn thiện

Ở tập đoàn volvoc bên cạnh lối sinh sản vô tính có sinh sản hữu tính qua sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái Theo xu hướng phân hóa phức tạp dần dần cấu trúc ở các thành viên của họ này, sinh sản hữu tính đi từ kiểu

đẳng giao đến dị giao và noãn giao Kết quả của sinh sản hữu tính ở đây là một hợp tử lưỡng bội có khả năng tiềm sinh chịu đựng được điều kiện sống khắc nghiệt Khi điều kiện trở nên thuận lợi, hợp tử sẽ phân chia giảm nhiễm tạo cả thể con đơn bội gồm cả hai giới tính

Sự sinh sản hữu tính noãn giao được phân biệt hai trường hợp: lưỡng tính như ở sán dây và phân tính ở đa số động vật sinh sản hữu tính

Vòng đời sán dây:

2.5 Sinh sản hữu tính đặc biệt hay đơn tính sinh

Trinh sinh là một hình thức sinh sản trong đó trứng không thụ tinh mà vẫn phát triển thành cá thể sinh vật Hiện tượng sinh sản này còn được gọi là trinh sinh, trinh sản hay xử nữ sinh

Ở các loài rệp cây, ong, kiến … sản sinh hai loại noãn Một loại noãn phát triển không cần thụ tinh, cho cá thể trưởng thành đơn tính, một loại noãn phát triển bình thường sau thụ tinh Trinh sản có một ý nghĩa đặc biệt về mặt sinh học Ở một loài giáp xác nhỏ nước ngọt, trinh sản xảy ra khi điều kiện sống thuận lợi cho phép quần thể tăng nhanh về số lượng Còn các loài có đời sống xã hội như ong, kiến … trinh sản kết hợp sinh sản hữu tính cho ra đời những cá thể có chức năng khác nhau như ong đực là kết quả sinh sản đơn tính, còn ong chúa và ong thợ là kết quả của sinh sản hữu tính

Vòng đời ở ong là minh chứng rõ nhất của hình thức trinh sinh.

Trong số các động vật có xương sống, một số giống cá, lưỡng thê và thằn lằn theo một kiểu phức tạp trong đó sau giảm phân, số lượng nhiễm sắc

thể được nhân đôi Nhiều loài thằn lằn thuộc giống Cnemidophorus chỉ toàn

con cái và sinh ản hoàn toàn theo lối trinh sinh

Hiện tượng này khác với sinh sản vô tính ở chổ trứng được hình thành

từ giảm phân của tế bào sinh dục, tế bào trứng phát trển tạo cá thể mới

Hiện tượng trinh sinh được phân thành 3 dạng: đơn tính sinh sinh nam; đơn tính sinh sinh nữ; đơn tính sinh chu kỳ

Sinh sản trinh sinh còn được thấy rõ trong vòng đời của trùng bánh xe:

Bên cạnh đó còn tồn tại một kiểu sinh sản lưỡng tính đặc biệt ở một số loài: Chúng thay đổi giới tính trong chu kỳ sống, tùy thuộc vào tuổi hay kích thước Nếu giới tính cái thể hiện ở giai đoạn đầu gọi là cái chín trước, ngược lại là đực chín trước Ở một số loài cá sống trong các vùng rạn đá ở vùng biển Thái Bình Dương, mỗi bầy bao gồm một con trống có kích thước lớn và còn lại là mái Khi con trống không còn thì con mái lớn nhất sẽ trở thành trống và chỉ trong vòng 1 tuần nó sẽ sản sinh tinh trùng thay vì noãn Hiện tượng ngược lại được quan sát thấy ở sò Hiện tượng lưỡng tính nối tiếp tùy thuộc vào kích thước cả thể giyps cho hiệu quả sinh sản của loài tăng lên Các loài

cá kể trên, kích thước con trống lớn giúp nó thắng các địch thủ để di truyền nòi giống tốt hơn Trong khi đó ở sò, vốn là loài định cư, thì kích thước lớn của con cái lại giúp nó sản sinh nhiều trứng phóng thích ra môi trường

Động vật có hiện tượng lưỡng tính tuần tự (sequential hermaphrodite) như lươn sống trong bùn, khi còn non là những cá thể cái, sau đó chuyển sang giới tính đực rồi lại chuyển sang giới tính cái Cá hàng chài (Lubridae) sống ở các rạn san hô, bắt đầu là đực hoặc cái tuỳ loài sau mới chuyển thành giới tính khác

Trong quá trình phát triển của hình thức sinh sản hữu tính, người ta nhận thấy có ba hướng như sau:

- Hướng thứ nhất: các giao tử từ chỗ giống nhau (đẳng giao) đến chỗ khác nhau (lệch giao và noãn giao)

- Hướng thứ hai: có sự biệt hóa của các tế bào cơ thể đảm nhận chức năng sinh sản tức là sinh sản ra các tế bào sinh dục

- Hướng thứ ba: có sự biệt hóa giới tính

Sinh sản hữu tính làm tăng tính biến dị di truyền ở thế hệ con Thông qua quá trình giảm phân và sự thụ tinh ngẫu nhiên, rất nhiều tổ hợp gen khác nhau sẽ được hình thành từ một số ít bộ gen ban đầu Mức biến dị di truyền của một quần thể càng lớn thì khả năng thích nghi với môi trường biến động càng cao Như vậy sinh sản hữu tính làm tăng khả năng thích nghi và giúp cho quần thể tồn tại được trong một môi trường biến động

Cùng với sự phức tạp hóa dần về cấu trúc cơ thể cũng như chức năng sống, động vật đa bào ngày càng bớt phụ thuộc trực tiếp từ môi trường ngoài

về nhiều mặt trong đó có sinh sản Quá trình tiến hóa từ kiểu thụ tinh ngoài, nghĩa là phụ thuộc hoàn toàn môi trường nước đến thụ tinh trong, vốn là một đặc điểm thích nghi tiến hóa quan trọng trong việc chuyển lên sống lên cạn Thụ tinh trong đòi hỏi những cấu trúc sinh dục chuyên hóa để đưa tinh trùng vào đường sinh dục của con cái và những tập tính sinh dục tương ứng

Quá trình tiến hóa còn đi từ sự phát triển tự thân của phôi trong trứng

có vỏ bao bọc cho đến sự trưởng thành và hoàn thiện của phôi trong tử cung

mẹ, đi kèm với những tập tính bảo vệ và nuôi nấng con non hết sức phức tạp

Cuối cùng đỉnh cao, xét về mặt sinh sản - ở người , trong đó sinh sản không đơn thuần là tập tính truyền giống mà còn bị chi phối bởi biết bao nhân

tố tinh thần và tình cảm

KẾT LUẬN

Mặc dù mầm mống của sinh sản hữu tính đã manh nha từ procaryote và eucaryote đơn bào nhưng chỉ thực sự tồn tại cùng với sự xuất hiện và phát triển của eucaryote đa bào

Sự tiến hóa của các hình thức sinh sản làm rõ được các nội dung cơ bản Hình thành cá thể đa bào từ sự phân chia xác định của một tế bào sinh sản và sự biệt hóa các tế bào thành tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh sản

Các hình thức sinh sản hữu tính ở các nhóm động vật vừa thể hiện sự tiến hóa theo hướng từ đơn giản đến phức tạp, ngày càng chuyên hóa hơn về chức năng đảm bảo cho hiệu quả sinh sản ngày càng cao hơn Mặt khác đặc điểm sinh sản hữu tính ở các nhóm động vật còn thể hiện sự thích nghi với môi trường sống cụ thể của loài, giúp cho loài có thể phát huy tốt nhất khả năng duy trì nòi giống, bảo tồn và sắp xếp đa dạng vốn gen qua các thế hệ của loài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Ngô Đắc Chứng (2007), Sinh sản và phát triển cá thể động vật, NXB Đại

học Huế, Huế

2.Phan Kim Ngọc và Hồ Huỳnh Thùy Dương (2000), Sinh học của sự sinh sản, NXB Giáo dục, Hà Nội.

3 Thái Trần Bái (2001), Động vật học không xương sống NXB Giáo dục, Hà

Nội

4 Ngô Đắc Chứng (2014), Sinh học cơ thể động vật, NXB Đại học Huế, Huế.