Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Các hình thức sinh sản ở động vật
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em kể tên và phân biệt được bốn hình thức sinh sản vô tính ở động vật, phân biệt được thụ tinh ngoài và thụ tinh trong theo cơ chế cũng như hệ quả lên số lượng và sự sống sót của con non, phân biệt được ba hình thức phát triển phôi sau thụ tinh — đẻ trứng, đẻ trứng thai, đẻ con — theo nơi phát triển và nguồn dinh dưỡng, và giải thích được vì sao thụ tinh ngoài đòi hỏi số lượng giao tử lớn hơn hẳn thụ tinh trong.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước em đã thấy thực vật có hoa chỉ sinh sản hữu tính qua thụ phấn và thụ tinh kép (same-grade bridge). Ở KHTN 7, em cũng đã biết khái niệm sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính áp dụng chung cho cả thực vật lẫn động vật, cùng vài ví dụ quen thuộc như thuỷ tức nảy chồi hay giun dẹp tái sinh (prior-grade review). Bài này hệ thống hoá lại những ví dụ đó thành các hình thức có tên riêng, và mở rộng sang cách động vật thụ tinh.
Khởi động
Một con cá chép cái có thể đẻ tới hàng vạn trứng trong một lần đẻ, trong khi một con thú cái thường chỉ mang một hoặc vài thai mỗi lứa. Cả hai đều sinh sản hữu tính, cùng cần tinh trùng gặp trứng — vậy điều gì khiến số lượng giao tử của chúng chênh lệch nhau đến vậy?
Kiến thức trọng tâm
Một số nhóm động vật, chủ yếu là động vật bậc thấp, vẫn giữ khả năng sinh sản vô tính — con sinh ra từ một cá thể mẹ duy nhất, không có sự kết hợp giao tử, nên mang bộ gene giống hệt mẹ. Phân đôi là hình thức đơn giản nhất: cơ thể mẹ tách trực tiếp thành hai cơ thể con kích thước gần bằng nhau, thường gặp ở động vật đơn bào như trùng roi, trùng giày. Nảy chồi tạo ra một chồi nhỏ mọc lồi ra từ cơ thể mẹ, lớn dần rồi có thể tách rời thành cá thể độc lập hoặc ở lại tạo thành một tập đoàn gắn liền nhau — thuỷ tức và san hô là ví dụ điển hình.
Phân mảnh xảy ra khi cơ thể mẹ vỡ ra thành nhiều mảnh, và mỗi mảnh đủ lớn có khả năng tái sinh thành một cơ thể hoàn chỉnh mới — giun dẹp là ví dụ quen thuộc, và một số loài sao biển thậm chí tái sinh được từ một cánh tay tách rời kèm một phần đĩa trung tâm. Trinh sản khác hẳn ba hình thức trên vì vẫn bắt đầu từ trứng, nhưng trứng phát triển thành cá thể mới mà không cần thụ tinh — ong là ví dụ được nghiên cứu kĩ nhất: trứng không thụ tinh của ong chúa phát triển thành ong đực mang bộ nhiễm sắc thể đơn bội, còn trứng đã thụ tinh mới phát triển thành ong thợ hoặc ong chúa lưỡng bội.
Từ vô tính tới hữu tính, rồi từ thụ tinh ngoài tới thụ tinh trong, mỗi bước đều đổi lấy ít giao tử hơn bằng tỉ lệ gặp nhau cao hơn.
Sinh sản hữu tính ở động vật luôn bắt đầu bằng sự hình thành giao tử — sinh tinh ở cơ quan sinh dục đực và sinh trứng ở cơ quan sinh dục cái — cả hai đều qua giảm phân để tạo ra giao tử đơn bội. Sau đó, tinh trùng phải gặp được trứng để thụ tinh, tạo hợp tử lưỡng bội, và cách chúng gặp nhau chia thành hai kiểu rất khác nhau về hệ quả.
Thụ tinh ngoài phóng thích cả tinh trùng lẫn trứng ra môi trường nước bên ngoài cơ thể, để chúng tự gặp nhau một cách ngẫu nhiên — phần lớn cá và ếch nhái sinh sản theo cách này. Vì dòng nước pha loãng giao tử rất nhanh, và trứng lẫn tinh trùng đều dễ bị dòng nước cuốn trôi hoặc bị các loài khác ăn mất trước khi kịp gặp nhau, tỉ lệ thụ tinh thành công trên mỗi cặp giao tử rất thấp. Để bù lại, loài thụ tinh ngoài phải phóng thích một số lượng giao tử cực lớn, đủ để một phần nhỏ trong số đó vẫn gặp được nhau.
Thụ tinh trong đưa tinh trùng trực tiếp vào cơ quan sinh dục con cái, nơi thụ tinh xảy ra ngay bên trong cơ thể mẹ — gặp ở đa số bò sát, chim, thú và một số loài cá. Vì tinh trùng được đưa thẳng tới gần trứng, không phải tự tìm đường qua cả một khối nước rộng lớn, tỉ lệ gặp nhau và thụ tinh thành công cao hơn hẳn, nên số lượng giao tử cần thiết cũng ít hơn rất nhiều so với thụ tinh ngoài.
Sau thụ tinh, phôi có thể phát triển theo ba hướng, phân biệt nhau ở hai đặc điểm: nơi phôi phát triển, và nguồn dinh dưỡng nuôi phôi. Đẻ trứng để phôi phát triển hoàn toàn bên ngoài cơ thể mẹ, dựa vào chất dinh dưỡng dự trữ sẵn trong noãn hoàng của trứng — gặp ở đa số chim, bò sát, cá. Đẻ con để phôi phát triển ngay bên trong cơ thể mẹ, nhận dinh dưỡng liên tục qua nhau thai suốt thai kì — gặp ở đa số thú. Giữa hai thái cực đó còn một dạng ít quen thuộc hơn: đẻ trứng thai giữ trứng lại bên trong cơ thể mẹ cho tới khi nở, nên phôi phát triển ở đúng vị trí như đẻ con, nhưng phôi vẫn chỉ lấy dinh dưỡng từ noãn hoàng của chính quả trứng chứ không nhận gì thêm từ cơ thể mẹ — gặp ở một số loài cá mập, rắn, và cá bảy màu. Chính đẻ trứng thai cho thấy rõ nhất rằng 'nơi phát triển' và 'nguồn dinh dưỡng' là hai đặc điểm độc lập, không phải lúc nào cũng đi cùng nhau.
Đẻ trứng thai đứng giữa: nơi phát triển giống đẻ con (bên trong cơ thể mẹ) nhưng nguồn dinh dưỡng lại giống đẻ trứng (noãn hoàng, không qua nhau thai) — hai trục phân loại độc lập với nhau.
Nhìn chung, thụ tinh trong thường đi kèm mức độ chăm sóc con non cao hơn, khiến tỉ lệ sống sót của từng cá thể con cũng cao hơn so với thụ tinh ngoài.
Ví dụ
So sánh thụ tinh ngoài và thụ tinh trong về số lượng giao tử và tỉ lệ sống sót của con non
1
Hãy so sánh thụ tinh ngoài (điển hình ở cá) và thụ tinh trong (điển hình ở thú) theo hai tiêu chí: số lượng giao tử cần cho mỗi lần sinh sản, và tỉ lệ sống sót của từng cá thể con.
2
Ta có ở thụ tinh ngoài, tinh trùng và trứng gặp nhau ngẫu nhiên trong nước, dễ bị pha loãng hoặc trôi dạt, nên tỉ lệ một trứng gặp đúng một tinh trùng rất thấp — loài thụ tinh ngoài buộc phải phóng thích số lượng giao tử rất lớn để bù lại. Ở thụ tinh trong, tinh trùng được đưa trực tiếp gần trứng bên trong cơ thể mẹ, tỉ lệ gặp nhau cao hơn hẳn, nên số lượng giao tử cần thiết giảm đi rất nhiều.
3
Trứng thụ tinh ngoài phát triển ngoài môi trường, không được cơ thể mẹ bảo vệ, dễ bị các loài khác ăn hoặc chết vì điều kiện môi trường thay đổi, nên tỉ lệ sống sót của từng cá thể con thấp. Phôi thụ tinh trong, đặc biệt ở loài đẻ con, phát triển bên trong cơ thể mẹ và thường đi kèm chăm sóc con non sau sinh, nên tỉ lệ sống sót của từng cá thể cao hơn nhiều.
4
Vậy thụ tinh ngoài đánh đổi số lượng giao tử khổng lồ lấy tỉ lệ sống sót thấp của từng cá thể, còn thụ tinh trong đánh đổi số lượng giao tử ít hơn lấy tỉ lệ sống sót cao hơn — hai chiến lược khác nhau nhưng đều đảm bảo loài duy trì được số lượng cá thể qua các thế hệ.
Ví dụ
Vì sao cá chép phải đẻ hàng vạn trứng mỗi lần (dạng đề kiểm tra)
1
Cá chép sinh sản bằng thụ tinh ngoài, mỗi lần đẻ tới hàng vạn trứng vào môi trường nước. Hãy giải thích vì sao số lượng trứng lại lớn đến vậy, và dự đoán điều gì xảy ra với tỉ lệ trứng nở thành cá con trưởng thành.
2
Ta có cá chép thụ tinh ngoài — trứng và tinh trùng được phóng thích tự do vào nước, phải tự gặp nhau một cách ngẫu nhiên, nên phần lớn trứng không được thụ tinh hoặc bị dòng nước cuốn trôi trước khi gặp tinh trùng. (1)
3
Vì tỉ lệ gặp nhau ngẫu nhiên trong nước vốn đã thấp, cá chép buộc phải đẻ số lượng trứng cực lớn để đảm bảo vẫn có đủ trứng được thụ tinh thành công, dù tỉ lệ phần trăm thành công trên mỗi trứng không cao. (2)
4
Trứng và cá con mới nở không được cơ thể mẹ bảo vệ, dễ bị các loài khác ăn hoặc chết vì điều kiện môi trường bất lợi, nên trong hàng vạn trứng đẻ ra, chỉ một phần rất nhỏ sống sót tới khi trưởng thành.
5
Vậy từ (1) và (2), số lượng trứng khổng lồ của cá chép là cách bù đắp cho tỉ lệ thụ tinh và tỉ lệ sống sót thấp vốn có của thụ tinh ngoài, không phải dấu hiệu cá chép sinh sản kém hiệu quả.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn thường gặp là coi việc tái sinh một bộ phận cơ thể — như thằn lằn mọc lại đuôi đã đứt — là sinh sản vô tính kiểu phân mảnh. Đây là hiểu sai: phân mảnh chỉ tính là sinh sản khi mảnh tách rời phát triển thành một cá thể MỚI hoàn chỉnh, còn con thằn lằn ban đầu vẫn là chính nó, chỉ mọc lại phần đã mất — đó là tái sinh, không tạo ra cá thể nào mới nên không phải là sinh sản.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Sinh sản vô tính ở động vật: phân đôi, nảy chồi, phân mảnh, trinh sản — không cần giao tử kết hợp. Sinh sản hữu tính: thụ tinh ngoài (nước, cần rất nhiều giao tử, tỉ lệ sống sót thấp) và thụ tinh trong (trong cơ thể mẹ, cần ít giao tử hơn, tỉ lệ sống sót cao hơn).
Ở nhóm thụ tinh trong, việc tạo giao tử và thời điểm rụng trứng không diễn ra tuỳ tiện mà được điều khiển rất chặt chẽ bằng hormone. Bài sau đi vào bên trong cơ chế điều khiển đó, và cách con người khai thác nó trong chăn nuôi lẫn trong y học.
Sau bài này, em kể tên và phân biệt được bốn hình thức sinh sản vô tính ở động vật, phân biệt được thụ tinh ngoài và thụ tinh trong theo cơ chế cũng như hệ quả lên số lượng và sự sống sót của con non, phân biệt được ba hình thức phát triển phôi sau thụ tinh — đẻ trứng, đẻ trứng thai, đẻ con — theo nơi phát triển và nguồn dinh dưỡng, và giải thích được vì sao thụ tinh ngoài đòi hỏi số lượng giao tử lớn hơn hẳn thụ tinh trong.
Bài trước em đã thấy thực vật có hoa chỉ sinh sản hữu tính qua thụ phấn và thụ tinh kép (same-grade bridge). Ở KHTN 7, em cũng đã biết khái niệm sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính áp dụng chung cho cả thực vật lẫn động vật, cùng vài ví dụ quen thuộc như thuỷ tức nảy chồi hay giun dẹp tái sinh (prior-grade review). Bài này hệ thống hoá lại những ví dụ đó thành các hình thức có tên riêng, và mở rộng sang cách động vật thụ tinh.
Một số nhóm động vật, chủ yếu là động vật bậc thấp, vẫn giữ khả năng sinh sản vô tính — con sinh ra từ một cá thể mẹ duy nhất, không có sự kết hợp giao tử, nên mang bộ gene giống hệt mẹ. Phân đôi là hình thức đơn giản nhất: cơ thể mẹ tách trực tiếp thành hai cơ thể con kích thước gần bằng nhau, thường gặp ở động vật đơn bào như trùng roi, trùng giày. Nảy chồi tạo ra một chồi nhỏ mọc lồi ra từ cơ thể mẹ, lớn dần rồi có thể tách rời thành cá thể độc lập hoặc ở lại tạo thành một tập đoàn gắn liền nhau — thuỷ tức và san hô là ví dụ điển hình.
Phân mảnh xảy ra khi cơ thể mẹ vỡ ra thành nhiều mảnh, và mỗi mảnh đủ lớn có khả năng tái sinh thành một cơ thể hoàn chỉnh mới — giun dẹp là ví dụ quen thuộc, và một số loài sao biển thậm chí tái sinh được từ một cánh tay tách rời kèm một phần đĩa trung tâm. Trinh sản khác hẳn ba hình thức trên vì vẫn bắt đầu từ trứng, nhưng trứng phát triển thành cá thể mới mà không cần thụ tinh — ong là ví dụ được nghiên cứu kĩ nhất: trứng không thụ tinh của ong chúa phát triển thành ong đực mang bộ nhiễm sắc thể đơn bội, còn trứng đã thụ tinh mới phát triển thành ong thợ hoặc ong chúa lưỡng bội.
Thụ tinh ngoài phóng thích cả tinh trùng lẫn trứng ra môi trường nước bên ngoài cơ thể, để chúng tự gặp nhau một cách ngẫu nhiên — phần lớn cá và ếch nhái sinh sản theo cách này. Vì dòng nước pha loãng giao tử rất nhanh, và trứng lẫn tinh trùng đều dễ bị dòng nước cuốn trôi hoặc bị các loài khác ăn mất trước khi kịp gặp nhau, tỉ lệ thụ tinh thành công trên mỗi cặp giao tử rất thấp. Để bù lại, loài thụ tinh ngoài phải phóng thích một số lượng giao tử cực lớn, đủ để một phần nhỏ trong số đó vẫn gặp được nhau.
Thụ tinh trong đưa tinh trùng trực tiếp vào cơ quan sinh dục con cái, nơi thụ tinh xảy ra ngay bên trong cơ thể mẹ — gặp ở đa số bò sát, chim, thú và một số loài cá. Vì tinh trùng được đưa thẳng tới gần trứng, không phải tự tìm đường qua cả một khối nước rộng lớn, tỉ lệ gặp nhau và thụ tinh thành công cao hơn hẳn, nên số lượng giao tử cần thiết cũng ít hơn rất nhiều so với thụ tinh ngoài.
Sau thụ tinh, phôi có thể phát triển theo ba hướng, phân biệt nhau ở hai đặc điểm: nơi phôi phát triển, và nguồn dinh dưỡng nuôi phôi. Đẻ trứng để phôi phát triển hoàn toàn bên ngoài cơ thể mẹ, dựa vào chất dinh dưỡng dự trữ sẵn trong noãn hoàng của trứng — gặp ở đa số chim, bò sát, cá. Đẻ con để phôi phát triển ngay bên trong cơ thể mẹ, nhận dinh dưỡng liên tục qua nhau thai suốt thai kì — gặp ở đa số thú. Giữa hai thái cực đó còn một dạng ít quen thuộc hơn: đẻ trứng thai giữ trứng lại bên trong cơ thể mẹ cho tới khi nở, nên phôi phát triển ở đúng vị trí như đẻ con, nhưng phôi vẫn chỉ lấy dinh dưỡng từ noãn hoàng của chính quả trứng chứ không nhận gì thêm từ cơ thể mẹ — gặp ở một số loài cá mập, rắn, và cá bảy màu. Chính đẻ trứng thai cho thấy rõ nhất rằng 'nơi phát triển' và 'nguồn dinh dưỡng' là hai đặc điểm độc lập, không phải lúc nào cũng đi cùng nhau.
Ta có ở thụ tinh ngoài, tinh trùng và trứng gặp nhau ngẫu nhiên trong nước, dễ bị pha loãng hoặc trôi dạt, nên tỉ lệ một trứng gặp đúng một tinh trùng rất thấp — loài thụ tinh ngoài buộc phải phóng thích số lượng giao tử rất lớn để bù lại. Ở thụ tinh trong, tinh trùng được đưa trực tiếp gần trứng bên trong cơ thể mẹ, tỉ lệ gặp nhau cao hơn hẳn, nên số lượng giao tử cần thiết giảm đi rất nhiều.
Trứng thụ tinh ngoài phát triển ngoài môi trường, không được cơ thể mẹ bảo vệ, dễ bị các loài khác ăn hoặc chết vì điều kiện môi trường thay đổi, nên tỉ lệ sống sót của từng cá thể con thấp. Phôi thụ tinh trong, đặc biệt ở loài đẻ con, phát triển bên trong cơ thể mẹ và thường đi kèm chăm sóc con non sau sinh, nên tỉ lệ sống sót của từng cá thể cao hơn nhiều.
Một nhầm lẫn thường gặp là coi việc tái sinh một bộ phận cơ thể — như thằn lằn mọc lại đuôi đã đứt — là sinh sản vô tính kiểu phân mảnh. Đây là hiểu sai: phân mảnh chỉ tính là sinh sản khi mảnh tách rời phát triển thành một cá thể MỚI hoàn chỉnh, còn con thằn lằn ban đầu vẫn là chính nó, chỉ mọc lại phần đã mất — đó là tái sinh, không tạo ra cá thể nào mới nên không phải là sinh sản.