Charles Crisafulli và các đồng nghiệp của ông là một trong những nhà sinh thái học đầu tiên nghiên cứu các quá trình sinh thái kế tiếp nhau trên núi lửa St. Helens sau vụ phun trào năm 1980. Họ tập trung vào việc phục hồi các động vật có vú nhỏ ở các quần xã bị xáo trộn bởi vụ phun trào theo nhiều cách khác nhau: đồng cỏ Pumice (A) trải qua sự hủy diệt hoàn toàn tất cả các sinh vật sống và hai quần xã kế tiếp: khu đập nước (B) trong đó cây bị đổ và đất bị bao phủ trong bùn nhưng một số loài vẫn sống ở dưới lòng đất. Khu vực bụi núi lửa (C) còn nguyên vẹn rừng và đồng cỏ, nhưng bị bao phủ trong các mảnh vụn núi lửa. Một khu vực tham khảo không bị xáo trộn cách núi lửa 21km được sử dụng làm đối chứng (D). Dưới đây là dữ liệu thu thập năm 2000 về thành phần loài (chỉ xét động vật có vú nhỏ) và sự phong phú theo tỉ lệ trong bốn quần xã khác nhau sau phun trào.

Khu vực Loài	Tỉ lệ cá thể phát hiện
	A	B	C	D
Peromyscus maniculatus	1	0,2	0,25	0,1
Tamias amoenus	0	0,4	0	0
Spermophilus saturatus	0	0,05	0	0
Microtus oregoni	0	0,1	0	0
Neurotrichus gibbsi	0	0,05	0	0
Sorex trowbridgi	0	0,1	0	0,05
Sorex monticolus	0	0,1	0,15	0,1
Clethrionomys gapper	0	0	0,45	0,65
Tamias townsendi	0	0	0,05	0
Mustela erminea	0	0	0,05	0
Glaucomys sabrinus	0	0	0,05	0
Sorex vagrans	0	0	0	0,05
Sorex palustris	0	0	0	0,05

a) Sử sụng công thức tính độ đa dạng loài theo chỉ số đa dạng Shannon: H’ = ∑ [(p_i)× ln(p_i)] và xác định quần xã nào có độ đa dạng loài thấp nhất, quần xã nào có độ đa dạng loài cao nhất cao nhất? Biết rằng, H’: chỉ số đa dạng Shannon, p_i là độ phong phú của loài thứ i trong quần xã.

b) Vẽ biểu đồ so sánh độ đa dạng loài ở các quần xã theo thứ tự mức xáo trộn. Kết quả thu được có phù hợp với giả thuyết nhiễu loạn trung bình không? Giải thích.

c) Xem xét sự có mặt hoặc không của một số loài trong bốn quần xã, cho biết loài nào xuất hiện trong tất cả các quần xã? Từ đó có thể rút ra kết luận gì về lịch sử đời sống của chúng?

d) So sánh độ giàu loài và thành phần loài ở các khu vực: đập nước, bụi núi lửa và quần xã tham khảo. Tại sao lại có sự khác biệt như vậy?

a

Xét phả hệ A:

- Nếu bố bị bệnh thì tất cả con gái sinh ra đều bị bệnh, bố bình thường thì tất cả con gái sinh ra đều bình thường; mẹ bị bệnh sinh ra hầu hết con trai bị bệnh, mẹ bình thường sinh ra tất cả con trai đều bình thường. Vì thế, gene gây bệnh nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X.

- Mẹ bị bệnh sinh ra cả con trai bị bệnh và cả con trai bình thường, trong khi bố không bị bệnh sinh con gái bình thường à cơ thể mẹ có kiểu gene dị hợp. Như vậy, gen gây bệnh là gene trội.

Vậy, cơ chế di truyền chi phối gene biểu hiện bệnh ở phả hệ A di truyền theo cơ chế di truyền liên kết giới tính do gene trội trên nhiễm sắc thể giới tính X.

0,5

Xét phả hệ B:

- Gene biểu hiện bệnh ở phả hệ B không thể là gene trội trên trên NST giới tính X vì cả 2 thế hệ II và III đều không có hiện tượng di truyền chéo. Vậy, 2 gene biểu hiện bệnh ở 2 gia đình ở trên không di truyền theo cùng một cơ chế.

0,5

b

- Ở phả hệ A, gene biểu hiện bệnh là gen trội trên nhiễm sắc thể giới tính X à cơ di truyền liên kết giới tính do gene trội nằm trên nhiễm sắc thể X là cơ chế duy nhất chi phối sự di truyền bệnh này.

- Ở phả hệ B, do bố truyền bệnh cho con trai, nhưng ở thế hệ sau lại xuất hiện con trai không bị bệnh và con gái bị bệnh à gene quy định tính trạng bệnh không nằm trên nhiễm sắc thể Y. Do ở câu a) chúng ta đã khẳng định gene biểu hiện bệnh không phải là gene trội trên NST X và từ phả hệ chúng ta cũng có thể khẳng định chắc chắn không phải di truyền do gene trong ty thể. Như vậy, chỉ có các trường hợp gene trội trên NST thường, gene lặn trên NST thường và gene lặn trên NST giới tính X. Trong số này, khả năng gene gây bệnh là gene trội trên NST thường là nhiều khả năng nhất do có hiện tượng truyền trực tiếp từ cá thể “đực” sang cá thể “đực”, xuất hiện ở mọi thế hệ, cả “đực” và “cái” trong cùng thế hệ đều biểu hiện.

0,5

Hai trường hợp còn lại (gene lặn trên NST thường và NST X) ít khả năng hơn vì:

+) Nếu gene lặn trên NST thường thì cả 2 người vợ ở thế hệ I và II có kiểu gene dị hợp. Trong khi lặn thường do “đột biến mất chức năng” và thường là “allele gây bệnh ở người” nên xác suất thấp hơn.

+) Nếu gene lặn trên NST X, thì cũng giống trường hợp lặn trên NST thường, 2 người vợ của thế hệ I và II có kiểu gen dị hợp tử và người chồng của con gái thứ 4 (thế hệ II) không mang gene gây bệnh, hoặc do “tình cờ” xuất hiện đột biến mới trong dòng tế bào sinh dục trong phạm vi các cá thể thế hệ I và II của phả hệ này. Xác suất đồng thời xảy ra các sự kiện trên là thấp hơn.

0,5

- P thuần chủng về đột biến mắt xù xì à F1: 100% ruồi cái kiểu dại à hai đột biến thuộc về hai gene khác nhau (tương tác bổ sung trong sự quy định kiểu hình mắt hay 2 gene không allele với nhau) à F1 dị hợp tử và 2 cặp gene, đột biến là lặn, kiểu dại là trội

- Qui ước hai cặp gene tương ứng là A/a và B/b

- Kiểu hình ở F1 không đồng đều ở 2 giới: 100% ruồi cái mắt kiểu dại; 100% ruồi đực mắt xù xì à gene quy định màu mắt nằm trên nhiễm sắc thể giới tính

- Từ số lượng cá thể đời lai F2 à Tỉ lệ kiểu hình ở F2 là:

+ Con cái: mắt kiểu dại : mắt xù xì =1:1

+ Con đực: mắt kiểu dại = 12,8%, mắt xù xì = 87,2%

- Nếu hai gene phân ly độc lập, F1 x F1 không thể cho tỉ lệ phân ly ở F2 như đầu bài đã nêu à 2 gene liên kết không hoàn toàn trên nhiễm sắc thể X, xảy ra hoán vị gene trong giảm phân tạo giao tử của ruồi cái

- P: Ruồi cái dòng đột biến A (X_a^BX_a^B) x Ruồi đực dòng đột biến B (X_A^bY) à F1: ruồi cái (XX) 100% mắt kiểu dại

à Ruồi cái F1 có kiểu gene dị hợp tử chéo: X_a^BX_a^B.

- F2: 12,8% số ruồi đực có mắt kiểu dại X_A^BY được tạo thành từ giao tử hoán vị gen X_A^B của ruồi cái à Tần số hoán vị gene = 12,8 x2 = 25,6%

- Sơ đồ lai từ P à F2:

P:                            X_a^BX_a^B     x     X_A^bY

F1:         X_a^BX_A^b 100% ruồi cái mắt kiểu dại : X_a^BY 100% ruồi đực mắt xù xì

G_F1:                  X_a^B      X_A^bX_A^B     X_a^b                          X_a^B    Y

                   38,2% 38,2% 12,8% 12,8%                              50% 50%

F2:         Con cái: 50% mắt kiểu dại : 50% mắt xù xì

            Con đực: 12,8% mắt kiểu dại : 87,2% mắt xù xì.

2,5