Mục lục bài họcĐang ở d02-b1

0/16 bài đã học xong

Chương 2 · Theme A3–A4 — Diversity, Classification and Ecosystems · Bài 1/2 của chương · bài 3/16 của IB Biology

Diversity, Classification and Cladistics

Đa dạng, phân loại và cladistics

Lý thuyết · English

What a species is, and where the idea breaks

The biological species concept defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce fertile offspring. It works well for most animals and fails in several important situations: organisms that reproduce asexually never interbreed at all; ring species form a chain of populations in which neighbours interbreed but the two ends do not; fossil lineages, or chronospecies, cannot be tested; and many plant and bird pairs produce fertile hybrids across the supposed boundary.

Every species receives a binomial name: the genus, capitalised, followed by the species epithet in lower case, both italicised, as in Homo sapiens. The system is international, so one organism has one name in every language. Note that chromosome number does not identify a species: humans have $2n=46$ while chimpanzees and potatoes both have $2n=48$.

Classification and cladistics

Living organisms are placed in three domains - Bacteria, Archaea and Eukarya - a scheme built from ribosomal RNA sequence comparison rather than from appearance. A clade is an ancestor together with all of its descendants, and a cladogram shows the branching order deduced from molecular differences; the more sequence differences, the longer two lineages have been separated.

Homologous structures share a common ancestral plan even when their functions differ, and are evidence of divergent evolution. Analogous structures share a function but no common plan, and are the product of convergent evolution. Only homologous features may be used to build a cladogram. A dichotomous key identifies specimens by a series of paired alternatives.

Giải thích tiếng Việt

Loài là gì, và khái niệm ấy vỡ ở đâu

Biological species concept (khái niệm loài sinh học) định nghĩa loài là nhóm sinh vật giao phối được với nhau và sinh ra đời con hữu thụ. Định nghĩa này chạy tốt với phần lớn động vật nhưng gãy ở mấy chỗ mà đề IB rất hay hỏi:

sinh vật sinh sản asexual (vô tính) không hề giao phối, nên không có gì để kiểm;
ring species (loài vòng) là chuỗi quần thể mà hai quần thể cạnh nhau giao phối được nhưng hai đầu chuỗi thì không;
chronospecies - các dạng hoá thạch nối tiếp nhau theo thời gian - không thể đem ra thử giao phối;
nhiều cặp thực vật và chim tạo được hybrid hữu thụ vượt qua ranh giới loài đã đặt.

Mỗi loài mang một binomial name: tên chi viết hoa, đứng trước; tên loài viết thường, đứng sau; cả hai in nghiêng, như Homo sapiens. Hệ thống này dùng chung toàn cầu nên một sinh vật chỉ có một tên duy nhất bất kể ngôn ngữ. Nhớ kỹ: số nhiễm sắc thể không nhận diện được loài - người có $2n=46$, trong khi tinh tinh và khoai tây đều có $2n=48$.

Phân loại và cladistics

Sinh giới được xếp vào ba domain: Bacteria, Archaea và Eukarya. Cách chia này dựng từ so sánh trình tự ribosomal RNA chứ không dựa vào hình thái - và chính dữ liệu phân tử cho thấy Archaea gần Eukarya hơn là gần Bacteria, dù nhìn bằng mắt thì Archaea giống vi khuẩn.

Clade là một tổ tiên cùng với toàn bộ hậu duệ của nó. Cladogram là sơ đồ nhánh suy ra từ mức khác biệt phân tử: càng khác nhau nhiều thì hai dòng càng tách nhau lâu.

Homologous (tương đồng) là cấu trúc chung một sơ đồ tổ tiên dù chức năng đã khác - bằng chứng của divergent evolution. Analogous (tương tự) là cấu trúc chung chức năng nhưng không chung sơ đồ - sản phẩm của convergent evolution. Chỉ được dùng đặc điểm homologous để dựng cladogram. Dichotomous key (khoá lưỡng phân) nhận dạng mẫu vật bằng một chuỗi lựa chọn hai nhánh.

Cách đọc một cladogram, theo đúng thứ tự đề IB chấm. Thứ nhất, đừng đọc theo khoảng cách trên trang hay theo thứ tự tên ở cột phải - hai loài in gần nhau chưa chắc họ hàng gần. Chỉ có điểm rẽ nhánh mới nói lên quan hệ. Thứ hai, muốn so hai loài thì lần ngược từ hai đầu mút về phía trái tới chỗ hai đường gặp nhau; nút gặp nhau càng nằm bên phải thì tổ tiên chung càng gần đây, tức quan hệ càng gần. Thử ngay trên hình: bồ câu gặp thằn lằn ở nút $310$ triệu năm, nhưng bồ câu gặp kỳ giông tận nút $360$ triệu năm, nên bồ câu gần thằn lằn hơn gần kỳ giông - dù ngoại hình thì bồ câu chẳng giống thằn lằn chút nào. Thứ ba, mọi loài ở đây đều là loài đang sống hiện nay, nên đừng đọc loài nằm ở nhánh tách sớm là loài kém tiến hoá.

Ví dụ — đọc quan hệ họ hàng trên cladogram

Dựa vào cladogram ở hình trên: bồ câu có quan hệ họ hàng gần với thằn lằn hay với kỳ giông? Dẫn mốc phân li để chứng minh, và giải thích vì sao nhìn bằng ngoại hình lại cho câu trả lời ngược lại.

Giải.

Bước 1 - lần về nút chung. Đi ngược từ bồ câu về gốc, đường của nó gặp đường thằn lằn ở nút $310$ triệu năm. Đi ngược từ bồ câu, đường của nó chỉ gặp đường kỳ giông ở nút $360$ triệu năm, tức xa hơn về quá khứ.

Bước 2 - kết luận. Nút gặp nhau càng gần hiện tại thì tổ tiên chung càng gần, nên bồ câu có quan hệ họ hàng gần với thằn lằn hơn là với kỳ giông. Diễn đạt theo ngôn ngữ cladistics: bồ câu và thằn lằn nằm chung một clade nhỏ hơn, clade đó lại nằm trong clade lớn hơn có thêm kỳ giông.

Bước 3 - vì sao trực giác đánh lừa. Nhìn bằng mắt thì kỳ giông và thằn lằn giống nhau hơn: cùng bốn chân, cùng thân dài, cùng đuôi, cùng da không lông. Nhưng những đặc điểm ấy là đặc điểm tổ tiên còn giữ lại, không phải đặc điểm mới chung. Bồ câu trông khác vì dòng của nó biến đổi nhanh, chứ không phải vì nó tách ra sớm hơn.

Bước 4 - dữ liệu nào dựng nên hình này. Cladogram hiện đại dựng từ so sánh trình tự nucleotide hoặc trình tự amino acid, không dựng từ hình thái. Đó chính là điểm mạnh: dữ liệu phân tử không bị đánh lừa bởi convergent evolution, trong khi hình thái thì có.

Ví dụ — số nhiễm sắc thể nói lên điều gì

Tinh tinh có $2n=48$, khoai tây cũng có $2n=48$, còn người có $2n=46$. Giải thích vì sao số nhiễm sắc thể không dùng được để xác định loài hay để đo quan hệ họ hàng, và nêu bằng chứng thay thế.

Giải.

Bước 1 - kiểm giả định của câu hỏi. Số nhiễm sắc thể là một con số đếm được, dễ đo, nên nghe rất hấp dẫn khi dùng làm tiêu chí phân loại. Nhưng nó chỉ nói lên bộ gene được đóng gói thành mấy phần, không nói gì về nội dung của bộ gene ấy.

Bước 2 - phản ví dụ hai chiều. Chiều thứ nhất: tinh tinh có $2n=48$ và khoai tây cũng có $2n=48$, nhưng hai loài này cách nhau cả tỉ năm tiến hoá. Cùng số nhiễm sắc thể không hề có nghĩa là họ hàng gần.

Chiều thứ hai: người có $2n=46$ còn tinh tinh có $2n=48$, dù hai loài chỉ khác nhau vài phần trăm trình tự DNA. Nhiễm sắc thể số $2$ của người là kết quả của một lần hợp nhất hai nhiễm sắc thể tổ tiên - bằng chứng là nó còn dấu vết của hai vùng tâm động. Vậy số khác nhau cũng không có nghĩa là xa nhau.

Bước 3 - dùng gì thay thế. Tiêu chí đáng tin là trình tự DNA hoặc trình tự amino acid, vì số khác biệt tích luỹ theo thời gian tách dòng. Đây chính là dữ liệu để dựng cladogram và để chia ba domain.

Chốt lại cho phòng thi: gặp câu cho hai loài cùng $2n$ rồi hỏi kết luận gì, câu trả lời an toàn là không kết luận được gì cả từ riêng con số đó.

Bẫy hay mất điểm — Đọc cladogram theo khoảng cách trên trang hoặc theo thứ tự tên ở cột phải là sai. Hai loài in cạnh nhau chưa chắc họ hàng gần; chỉ có điểm rẽ nhánh mới nói lên quan hệ. Sai lầm sinh đôi với nó là coi loài ở nhánh tách sớm nhất là loài nguyên thuỷ hay kém tiến hoá - trong khi mọi loài trên hình đều đã tiến hoá suốt cùng một khoảng thời gian.

Phải nhớ — Loài xác định bằng khả năng sinh đời con hữu thụ, không bằng ngoại hình và càng không bằng số nhiễm sắc thể. Cladogram dựng từ dữ liệu phân tử và chỉ dùng đặc điểm homologous; đặc điểm analogous là sản phẩm của convergent evolution nên sẽ ghép nhầm những dòng không họ hàng.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Theme A3–A4 — Diversity, Classification and Ecosystems gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →

← Bài trướcCells, Ultrastructure and Size Limits Bài sau →Ecosystems, Energy Flow and Sustainability