Trong thế giới động vật, hệ thống xác định giới tính rất đa dạng. Đối với con người và động vật có vú sở hữu hệ thống xác định giới tính theo di truyền XY. Còn đối với các loài động vật khác, chúng sở hữu những hệ thống xác định giới tính khác vô cùng độc đáo và hiệu quả, bạn sẽ phải há hốc mồm kinh ngạc đấy!
Cách xác định giới tính trong thế giới động vật
Như bạn đã biết đối với hầu hết các động vật có vú, giới tính của một em bé được xác định bởi gen với hệ thống nhiễm sắc thể XY. Con non sở hữu một nhiễm sắc thể truyền từ mẹ và một từ cha, nếu là XX sẽ cho ta một bé gái và XY cho ta một bé trai. Vì phụ nữ chỉ có thể cho một loại nhiễm sắc thể X thông qua tế bào trứng, còn nam giới có thể cho một trong 2 loại X hoặc Y qua các tế bào tinh trùng, do đó giới tính được xác định bởi người cha và cơ hội cho ra đời một bé trai hoặc bé gái xấp xỉ 50/50.
Chim và một số loài bò sát
Chim và một số loài bò sát cũng có giới tính xác định bởi gen nhưng thay vì giới tính được xác định bởi cha như động vật có vú, thì lại được xác định bởi mẹ. Con đực sở hữu một cặp nhiễm sắc thể ZZ, do đó, con đực chỉ có Z để cho. Con cái sở hữu một cặp ZW nên giới tính của con non phụ thuộc ở con cái và tỉ lệ vẫn xấp xỉ 50/50.
Kiến và ong
Kiến có một hệ thống xác định giới tính thú vị. Tổ kiến được chia thành những đơn vị lao động khác nhau: những binh lính bảo vệ tổ, những kiến thợ thu thập thực phẩm, làm sạch tổ và chăm sóc cho kiến con và có một nữ hoàng và một nhóm nhỏ các kiến đực vây quanh. Kiến nữ hoàng sẽ giao phối và sau đó lưu trữ tinh trùng của kiến đực. Nếu nữ hoàng sử dụng tinh trùng được lưu trữ để thụ tinh cho trứng, thì trứng sẽ nở ra con cái. Tuy nhiên, nếu nó đẻ một quả trứng mà không thụ tinh, trứng sẽ nở thành con đực. Kiến đực không hề có cha và chỉ là một bản sao không hoàn toàn của kiến chúa.
Cá sấu và rùa
Đa số mọi người vẫn nghĩ giới tính ít nhiều phải được xác định bởi gen. Tuy nhiên, đối với một số loài động vật như cá sấu và rùa, điều quyết định nên giới tính đực hay cái không liên quan gì đến gen cả mà nó phụ thuộc vào thời tiết. Ở cá sấu và rùa, khi trứng được đẻ ra, giới tính vẫn chưa xác định cho đến giữa giai đoạn phát triển tổng thể. Trong thời gian này, giới tính được xác định hoàn toàn bởi nhiệt độ trong tổ. Ở loài rùa, nhiệt độ ấm áp trên nhiệt độ mốc sẽ phát triển thành con cái, còn nhiệt độ mát mẻ sẽ cho ra con đực.
Một số loài cá nhiệt đới
Như loài cá hề chẳng hạn, giới tính của chúng còn chưa được xác định chắc chắn sau khi đã nở. Cá hề bắt đầu cuộc sống là đực, tuy nhiên, khi chúng trưởng thành, chúng trở thành con cái. Chúng sống cuộc sống trong đàn với một hệ thống phân cấp nghiêm ngặt nơi chỉ có một con đực mạnh mẽ nhất và một con cái đầu đàn được quyền sinh sản. Và điều ngạc nhiên là nếu con cái đầu đàn chết, con đực mạnh mẽ nhất sẽ biến thành con cái đầu đàn và con đực mạnh mẽ khác sẽ được quyền giao phối với con cái đầu đàn mới này.
Loài sâu xanh đại dương
Còn khá nhiều điều thú vị như loài sâu xanh chẳng hạn, giới tính được xác định bởi một khía cạnh hoàn toàn khác. Đối với loài này, vị trí sẽ quyết định giới tính. Khi ấu trùng của loài này trôi nổi trong đại dương, nếu chúng đáp xuống đáy biển, nó sẽ trở thành một con cái. Nhưng nếu nó rơi trên đầu một con cái, nó sẽ trở thành một con đực.
Thằn lằn sa mạc
Đối với loài động vật này, chúng chả cần biết giới tính để làm gì vì chúng luôn luôn là con cái. Chúng là một loài với số lượng cá thể gần như tất cả đều là giống cái. Mặc dù chúng vẫn đẻ trứng, nhưng những quả trứng nở ra như một bản sao của chính chúng.
Như vậy đối với một số loài, câu hỏi là cậu bé hay cô bé được trả lời bởi di truyền học. Đối với những loài khác, nó được trả lời bởi môi trường. Và với những loài khác nữa, chúng thậm chí chẳng thèm quan tâm đến câu hỏi này.
Cập nhật: 10/04/2020
1.1. Nhiễm sắc thể giới tính
– NST giới tính là loại NST có chứa gen quy định giới tính và các gen khác.
+ Trong các tế bào lưỡng bội [2n]:
- Có các cặp NST thường.
- 1 cặp NST giới tính kí hiệu XX [tương đồng] và XY [không tương đồng].
+ Mỗi NST giới tính có 2 đoạn:
- Đoạn không tương đồng chứa các gen đặc trưng cho từng NST
- Đoạn tương đồng chứa các lôcút gen giống nhau.
- Ở người và động vật có vú, ruồi giấm …. XX ở giống cái, XY ở giống đực.
- Ở chim, ếch nhái, bò sát, bướm…. XX ở giống đực còn XY ở giống cái.
- NST giới tính mang gen quy định tính đực, cái và tính trạng liên quan tới giới tính.
1.2. Cơ chế xác định giới tính
– Đa số các loài, giới tính được xác định trong thụ tinh.
– Sự phân li và tổ hợp cặp NST giới tính trong giảm phân và thụ tinh là cơ chế xác định giới tính ở sinh vật.
- VD: cơ chế xác định giới tính ở người.
– Sự tự nhân đôi, phân li và tổ hợpcủa NST trong giảm phân và thụ tinh là cơ chế xác định giới tính.
+ Khi giảm phân:
- Ở bố: Sự phân li của cặp NST giới tính XY cho 2 loại tinh trùng X và Y với tỉ lệ ngang nhau.
- Ở mẹ: Sự phân li của cặp NST giới tính XX chỉ cho một loại trứng X.
+ Qua thụ tinh: Tạo ra 2 loại hợp tử XX phát triển thành con gái và XY phát triển thành con trai, với số lượng và sức sống ngang nhau. Vì thế, tỉ lệ nam : nữ thường xấp xỉ 1:1
+ Sơ đồ:
\[P : XY x XX\]
\[Gp: X, Y; X\]
\[F1: 1XY; 1XX [1 Trai; 1 gái]\]
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phân hoá giới tính
– Hoocmôn sinh dục:
+ Rối loạn tiết hoocmon sinh dục sẽ làm biến đổi giới tính tuy nhiên cặp NST giới tính không đổi.
- Dùng Metyl testossteron [hormon sinh dục] tác động vào cá vàng cái có thể làm cá biến thành cá đực.
- Trứng rùa ủ ở nhiệt độ dưới 28oC sẽ nở thành con đực trên 32oC thì nở thành con cái.
+ Nhiệt độ, ánh sáng … cũng làm biến đổi giới tính
- Cây thầu dầu trồng trong ánh sáng cường độ yếu thì số hoa đực giảm
2. Bài tập minh họa
Điểm khác nhau cơ bản giữa NST giới tính và NST thường?
Hướng dẫn giải:
3. Luyện tập
3.1. Bài tập tự luận
Câu 1: Tại sao người ta có thể điều chỉnh tỉ lệ đực : cái ở vật nuôi. Điều đó có ý nghĩa gì trong thực tiễn?
Câu 2: Trình bày cơ chế sinh con trai, con gái ở người. Quan niệm cho rằng người mẹ quyết định việc sinh con trai hay con gái là đúng hay sai?
Câu 3: Tại sao trong cấu trúc dân số tỉ lệ nam : nữ xấp xỉ bằng nhau?
Câu 4: Ở những loài mà giới tính đực là giới dị giao tử thì những trường hợp nào trong các trường hợp sau đảm bảo tỉ lệ đực : cái xấp xỉ 1 : 1?
a] Số giao tử đực bằng số giao tử cái.
b] Hai loại giao tử mang NST X và NST Y có số lượng tương đương.
c] Số cá thể đực và số cá thể cái trong loài vốn đã bằng nhau.
d] Sự thụ tinh của hai loài giao tử đực mang NST X và NST Y với trứng có số lượng tương đương.
3.2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Đặc điểm của NST giới tính là:
A. Có nhiều cặp trong tế bào sinh dưỡng B. Có 1 đến 2 cặp trong tế bào C. Số cặp trong tế bào thay đổi tuỳ loài
D. Luôn chỉ có một cặp trong tế bào sinh dưỡng
Hệ xác định giới tính [tiếng Anhː Sex-determination system], hay còn gọi là cơ chế xác định giới tính, là tập hợp các cấu trúc, nhân tố và quá trình sinh học quyết định sự hình thành và phát triển giới tính [đực hay cái] của cá thể sinh vật.[1][2][3]
Nhiễm sắc thể giới tính XX/XY ở ruồi giấm
NST giới tính XX/XYSửa đổi
Bài chi tiết: Hệ thống xác định giới tính XY
Trong kiểu này, hợp tử mang cặp nhiễm sắc NST XX [đồng giao tử] sẽ phát triển thành giới cái, còn hợp tử mang cặp nhiễm sắc NST XY [dị giao tử] sẽ phát triển thành giới đực. Cơ chế này đã được giới thiệu ở nhiều sách giáo khoa và giáo trình cho học sinh, sinh viên.[2][3][9] Ví dụ như ở ruồi giấm [hình bên], ở người và ở hầu hết các loài thú.
Sơ đồ minh họa cơ chế NST hình thành chấu chấu cái [XX] và châu chấu đực [XO]
NST giới tính XX/X0Sửa đổi
Trong kiểu này, hợp tử mang cặp nhiễm sắc NST XX sẽ phát triển thành giới cái, còn hợp tử mang cặp nhiễm sắc NST XO [chỉ có 1 NST X] sẽ phát triển thành giới đực. Cơ chế này đã được giới thiệu ở nhiều sách giáo khoa và giáo trình cho học sinh, sinh viên.[2][3][9] Ví dụ thường gặp nhất là châu chấu, cào cào.
NST giới tính ZWSửa đổi
Bài chi tiết: Hệ thống xác định giới tính ZW
Kiểu này ngược với người và ruồi giấm, gặp ở các loài thuộc lớp chim: hợp tử mang cặp nhiễm sắc NST XY sẽ phát triển thành giới cái, còn hợp tử mang cặp nhiễm sắc NST XX sẽ phát triển thành giới đực. Ngoài ra, còn gặp cả ở bò sát, một số loài cá và bướm.[9] Tuy nhiên, để đỡ nhầm lẫn, NST X đổi là Z, còn NST Y đổi là W, do đó:
- Con đực mang cặp NST giới tính là ZZ, nghĩa là giới đồng giao tử;
- còn con cái mang cặp NST giới tính ZW là thuộc giới dị giao tử.
Hệ UVSửa đổi
Ở một số loài Rêu và Tảo, có vòng đời phát triển theo giai đoạn 2n và n xen kẽ. Giao tử là đơn bội hình thành qua giảm phân [meiosis]. "Bào tử" cái có NST giới tính được gọi là U, còn "bào tử" đực có NST giới tính được gọi là V. Khi U kết hợp với V thành bào tử thể [cũng gọi là thể bào tử] thì tạo thành bào tử UV.[10][11]
Hệ đơn bội/lưỡng bộiSửa đổi
Cơ chế 2n và n
Bài chi tiết: Haplodiploidy
Được gọi là Haplodiploidy phổ biến ở các loài ong, kiến Hymenoptera.[3] Cá thể cái có bộ NST lưỡng bội [2n], còn cá thể đực có bộ NST đơn bội. Khi cá thể cái đẻ trứng, thì trứng là giao tử đơn bội [n]. Nếu trứng được thụ tinh bởi tinh trùng của cá thể đực, thì sinh ra hợp tử 2n, nở thành cá thể cái. Cá thể cái nào được hưởng "chính sách" đặc biệt của quần thể, thì mới trở thành chúa [queen] của quần thể đó, có khả năng sinh sản; còn lại là các cá thể cái vô sinh [ong thợ, kiến thợ].[12][13][14] Nếu trứng không thụ tinh, thì nở ra cá thể đực đơn bội, chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp trong quần thể.[15]
Bài chi tiết: Xác định giới tính phụ thuộc nhiệt độ
Con vích đang bơi ở đáy biển nông.
Thường gặp ở bò sát, nhất là các loài rùa. Con vích cái đào hố trên bãi biển, đẻ trứng rồi vùi sâu xuống cát. Ở phía trên hố, khoảng 32°C thì trứng nở toàn các cá thể cái, ở phía dưới mát hơn, khoảng 26°C thì trứng nở toàn các cá thể đực.[9][16][17]
Trứng của kiến nâu [Formica rufa] ở nhiệt độ < 20°C thì nở toàn cá thể cái, còn ở nhiệt độ cao hơn [khoảng 25°C] thì lại nở toàn cá thể đực.[17]
- Nguyên lý chung xác định giới tính [tiếng Anh] ở //www.nature.com/scitable/topicpage/nettie-stevens-a-discoverer-of-sex-chromosomes-6580266/
- Các loại đầy đủ [tiếng Việt] ở sách đã xuất bản:
- Sinh học Campbell.[2]
- Di truyền học: Đỗ Lê Thăng, Phạm Thành Hổ.[3]
- ^ a b c Sinauer Associates ["Developmental Biology". 6th edition]. “Chromosomal Sex Determination in Mammals”.
- ^ a b c d Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
- ^ a b c d e f Phạm Thành Hổ: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2000.
- ^ “Sex determination [GENETICS]”.
- ^ “Environmental Sex Determination”.
- ^ “Nettie Stevens: A Discoverer of Sex Chromosomes | Learn Science at Scitable”. www.nature.com [bằng tiếng Anh]. Truy cập ngày 7 tháng 6 năm 2018.
- ^ Ogilvie, Marilyn Bailey; Choquette, Clifford J. [1981]. “Nettie Maria Stevens [1861-1912]: Her Life and Contributions to Cytogenetics”. Proceedings of the American Philosophical Society. 125 [4]: 292–311. JSTOR986332. PMID11620765.
- ^ “Nettie Maria Stevens [1861-1912] | The Embryo Project Encyclopedia”. embryo.asu.edu [bằng tiếng Anh]. Truy cập ngày 7 tháng 6 năm 2018.
- ^ a b c d "Sinh học 9", "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2019
- ^ Bachtrog D, Kirkpatrick M, Mank JE, McDaniel SF, Pires JC, Rice W, Valenzuela N [tháng 9 năm 2011]. “Are all sex chromosomes created equal?”. Trends Genet. 27 [9]: 350–7. doi:10.1016/j.tig.2011.05.005. PMID21962970.
- ^ Renner, S. S.; Heinrichs, J.; Sousa, A. [2017]. “The sex chromosomes of bryophytes: Recent insights, open questions, and reinvestigations of Frullania dilatata and Plagiochila asplenioides”. Journal of Systematics and Evolution. 55 [4]: 333–339. doi:10.1111/jse.12266.
- ^ Beye, Martin; Hasselmann, Martin; Fondrk, M.Kim; Page, Robert E; Omholt, Stig W [tháng 8 năm 2003]. “The Gene csd Is the Primary Signal for Sexual Development in the Honeybee and Encodes an SR-Type Protein”. Cell. 114 [4]: 419–429. doi:10.1016/S0092-8674[03]00606-8.
- ^ Privman, Eyal; Wurm, Yannick; Keller, Laurent [ngày 7 tháng 5 năm 2013]. “Duplication and concerted evolution in a master sex determiner under balancing selection”. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 280 [1758]: 20122968. doi:10.1098/rspb.2012.2968.
- ^ Miyakawa, Misato Okamoto; Tsuchida, Koji; Miyakawa, Hitoshi [tháng 3 năm 2018]. “The doublesex gene integrates multi-locus complementary sex determination signals in the Japanese ant, Vollenhovia emeryi”. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 94: 42–49. doi:10.1016/j.ibmb.2018.01.006.
- ^ vanWilgenburg, Ellen; Driessen, Gerard; Beukeboom, Leow [ngày 5 tháng 1 năm 2006]. “Single locus complementary sex determination in Hymenoptera: An "unintelligent" design?”. Frontiers in Zoology. 3 [1]: 1. doi:10.1186/1742-9994-3-1. PMC1360072. PMID16393347.
- ^ “Olive ridley Turtle”.
- ^ a b "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2019