Bài 10: Sự Phát Sinh Sự Sống Trên Trái đất

Hôm nay chúng ta sẽ sang chương tiếp theo của Tiến hóa sinh học là Sự phát sinh và phát triển vủa sự sống trên Trái đất.

Chia quá trình tiến hóa làm 3 giai đoạn:

• Tiến hóa hóa học
• Tiến hóa tiền sinh học
• Tiến hóa sinh học

Tiến hóa sinh học các em đã được học ở chương trước, hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về quá trình tiến hóa hóa học và tiến hóa tiền sinh học.

1. Tiến hóa hóa học

1.1. Quá trình hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ

• Giả thuyết của Oparin và Handan cho rằng:
  • Khí quyển nguyên thủy có chứa các khí: CH4, NH3, CO, C2N2, hơi nước (H2O),... không có hoặc rất ít khi O2.
  • Các nguồn năng lượng: Sấm chớp, tia tử ngoại,...

⇒ Các nguồn năng lượng đã tác động vào hơn hợp khí nói trên làm hình thành các chất hữu cơ đơn giản có 3 nguyên tố (gluxit, lipit), chất hữu cơ có 4 nguyên tố (axit amin,...).

• Thí nghiệm của Milo và Urây:
  • Tạo môi trường giống khí quyển nguyên thủy chứa CH4, NH3, hơi nước.
  • Đặt hỗn hợp khí vào bình thủy tinh 5 lít trong điều kiện phóng điện liên tục 1 tuần.

⇒ Kết quả thu được một số hợp chất hữu cơ đơn giản, trong đó có các axit amin và nucleotit.

Thí nghiệm này chứng tỏ các hợp chất hữu cơ đơn giản có thể được tổng hợp bằng con đường hóa học từ các chất vô cơ.

1.2. Quá trình trùng phân tạo các đại phân tử hữu cơ

Dưới những pđiều kiện nhất định, các phân tử hữu cơ đơn giản kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử hữu cơ.

(Nucleotit)n → axit nucleic

(axit amin)n → protein

• Thí nghiệm của Fox và các cộng sự (năm 1950): Đun hỗn hợp các axit amin khô trong môi trường có nhiệt độ từ 150oC - 180oC thu được các đoạn polipeptit ngắn (protein nhiệt).

⇒ Các đại phân tử hữu cơ có thể tổng hợp bởi con đường hóa học.

1.3. Quá trình hình thành các phân tử ADN, ARN có khả năng tự nhân đôi

• Các nucleotit kết hợp với nhau tạo thành vô số các phân tử ARN có kích thước khác nhau.
• Chọn lọc tự nhiên (CLTN) đã chọn lọc các phân tử ARN có khả năng nhân đôi tốt và có hoạt tính enzim tốt hơn làm vật chất di truyền.
• Nhờ sự có mặt của enzim, các phân tử ARN đã tổng hợp nên các phân tử ADN, các phân tử ADN có cấu trúc bền vững hơn và có khả năng phiên mã chính xác hơn nên đã thay thế ARN làm vật chất lưu trữ và bảo quản thông tin di truyền còn ARN chỉ có vai trò trong quá trình dịch mã.

1.4 Quá trình hình thành cơ chế dịch mã

• Các axit amin có thể hình thành các liên kết yếu với các nucleotit trên phân tử ARN, các axit amin liên kết với nhau tạo thành các chuỗi polipeptit (ARN đóng vai trò khuôn mẫu để tổng hợp polipeptit)
• Nếu các chuỗi polipeptit có hoạt tính enzim có vai trò xúc tác của enzim cho các quá trình phiên mã, dịch mã thì tiến hóa diễn ra nhanh hơn.
• Chọn lọc tự nhiên sẽ tiến hành chọn lọc ra phức hợp các đại phân tử hữu cơ có khả năng tương tác với nhau một cách ổn định.

2. Tiến hóa tiền sinh học

• Khi các đại phân tử hữu cơ là ADN, ARN, lipit,...ở trong môi trường nước sẽ được lipit bao bọc tạo thành các giọt nhỏ li ti.
• Những giọt này chịu tác động của chọn lọc tự nhiên, có sự trao đổi chất với môi trường bên ngoài, có sự lớn lên...tiến hóa thành các tế bào sơ khai.
• Những tế bào sơ khai nào có khả năng duy trì cấu trúc ổn định, trao đổi chất và năng lượng với môi trường bên ngoài, có khả năng phân chia tốt sẽ được chọn lọc tự nhiên lưu giữ lại và nhân lên, từ từ tiến hóa thành tế bào nhân sơ.

* Bằng chứng thực nghiệm:

• Các nhà khoa học cho hỗn hợp các đại phân tử hữu cơ như protein, ADN, ARN, lipit vào nước thu được các giọt lipoxom có biểu hiện các đặc tính sơ khai của sự sống.
• Từ hỗn hợp dung dịch các đại phân tử hữu cơ (hạt keo) tạo ra các giọt coaxecva, có biểu hiện của các đặc tính sơ khai của sự sống: duy trì cấu trúc ổn định, hấp thụ vật chất từ môi trường ngoài, có thể thay đổi cấu trúc nội tạng, tăng kích thước, từ dó phân chia và lớn lên.

⇒ Tiến hóa sinh học: tiến hóa hình thành các loài sinh vật đa dạng và phong phú như ngày nay.