Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về sự phát sinh sự sống trên trái đất?
Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về sự phát sinh sự sống trên trái đất?
A. Những cá thể sống đầu tiên trên trái đất được hình thành trong khí quyển nguyên thuỷ
B. Quá trình hình thành nên chất sống đầu tiên diễn ra theo con đường hoá học, nhờ nguồn năng lượng tự nhiên
C. Axitnuclêic đầu tiên được hình thành có lẽ là ARN chứ không phải là AND vì ARN có thể tự nhân đôi mà không cần enzim
D. Các chất hữu cơ phức tạp đầu tiên xuất hiện trong nước có thể tạo thành các giọt keo hữu cơ, các giọt keo này có khả năng trao đổi chất và đã chịu tác động của quy luật chọn lọc tự nhiên
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.
Các giai đoạn tiến hóa trong phát sinh sự sống trên Trái Đất
Sự sống được hình thành trên Trái Đất qua các giai đoạn kế tiếp nhau: tiến hóa hóa học, tiến hóa tiền sinh học và tiến hóa sinh học.
Trong giai đoạn tiến hóa hóa học, các chất vô cơ có trong khí quyển nguyên thủy [hơi nước, khí cacbônic, amôniac, nitơ...] dưới tác động của các nguồn năng lượng tự nhiên đã liên kết lại tạo nên các phân tử hữu cơ đơn giản [cacbonhiđrô, saccarit, lipit, axit amin và nuclêôtit]. Các chất hữu cơ hòa tan trong đại dương nguyên thủy lắng đọng trên nền bùn sét nóng đã trùng hợp lại tạo nên các đại phân tử như ARN, ADN và prôtêin...
Trong giai đoạn tiến hóa tiền sinh học, các đại phân tử tập hợp và tương tác với nhau trong một hệ thống mở tạo nên các tế bào nguyên thủy [tiền tế bào].
Trong giai đoạn tiến hóa sinh học, từ các dạng tiền tế bào đã tiến hóa cho ra tất cả các sinh vật nhân sơ và nhân thực hiện nay.
Luyện Bài Tập Trắc nghiệm Sinh lớp 12 - Xem ngay
I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
Sự sống là thuộc tính của cơ thể sống, không phải do lực thần bí nào tạo ra mà được phát sinh và phát triển, tiến hóa trên chính Trái Đất từ quá trình phức tạp hóa các hợp chất của carbon, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau. Quá trình phát sinh sự sống gồm các giai đoạn: tiến hóa hóa học, tiến hóa tiền sinh học và tiến hóa sinh học.
A. Tiến hóa hóa học
Giai đoạn tiến hóa hóa học bao gồm quá trình hình thành các đại phân tử tự nhân đôi qua 3 bước: sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ, sự hình thành các đại phân tử từ các hợp chất hữu cơ đơn giản và sự hình thành các đại phân tử tự nhân đôi.
1. Sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản.
- Trong khí quyển nguyên thủy Trái Đất [được hình thành cách đây 4,6 tỉ năm] có chứa các khí như hơi nước, Carbonic, ammoniac và rất ít khí nito… Khí oxi chưa có trong khí quyển nguyên thủy.
- Dưới tác động của nhiều nguồn năng lượng tự nhiên [bức xạ nhiệt của Mặt Trời, phóng điện trong khí quyển, hoạt động của núi lửa, phân rã của các nguyên tố phóng xạ…], các chất vô cơ đã hình thành các hợp chất hữu cơ đơn giản gồm 2 nguyên tó C và H như carbonhydro; những hợp chất hữu cơ gồm 3 nguyên tố C, H, O như saccarid và lipid; những hợp chất hữu cơ 4 nguyên tố C, H, O, N như acid amin và nucleotide là các đơn phân của các chất trùng hợp protein và acid nucleic.
- Sự hình thành các hợp chất hữu cơ từ các hợp chất vô cơ đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Năm 1953, Stanley Miller đã tổng hợp được các chất hữu cơ khác nhau, kể cả các acid amin từ các khí vô cơ [gần giống với khí quyển nguyên thủy] dưới tác động của tia lửa điện. Về sau, nhiều nhà khoa học đã lặp lại thí nghiệm của Miller và đã thu được nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau gồm các saccarid, lipid, 20 acid amin, các nucleotide kể cả ATP. Các nhà khoa học cũng đã tìm thấy các chất hữu cơ trong các đám mây vũ trụ như trong các thiên thạch rơi xuống Trái Đất. Điều này chứng tỏ rằng các chất hữu cơ có thể có nguồn gốc vũ trụ.
2. Sự hình thành các đại phân tử từ các hợp chất hữu cơ đơn giản
- Các chất hữu cơ đơn giản hòa tan trong các đại dương nguyên thủy, trên nền đáy bùn sét của đại dương, chúng có thể được đọng lại và hình thành các chất trùng hợp như protein và acid nucleic.
- Nhiều thực nghiệm đã chứng minh sự trùng hợp ngẫu nhiên của các đơn phân, các acid amin thành các đại phân tử protein trên nền bùn sét nóng.
3. Sự hình thành các đại phân tử tự nhân đôi.
Hiện nay, người ta giả thiết rằng, phân tử tự nhân đôi xuất hiện đầu tiên là acid ribonucleic [ARN]. Chúng có thể tự nhân đôi không cần sự tham gia của các enzyme [protein]. Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng các đơn phân nucleotide có thể tự tập hợp để hình thành các đoạn ngắn ARN mà không cần đến enzyme. Hơn nữa, hiện nay trong tế bào, ARN có thể đóng vai trò là chất xúc tác sinh học như enzym [được gọi là ribozym]. Trong quá trình tiến hóa đầu tiên, ARN được dùng làm phân tử lưu giữ thông tin di truyền, về sau, chức năng này được chuyển cho ADN, còn chức năng xúc tác được chuyển cho protein và ARN chỉ đóng vai trò phân tử truyền đạt thông tin di truyền như ngày nay.
B. Tiến hóa tiền sinh học
Sự xuất hiện các đại phân tử ARN, ADN cũng như protein chưa thể hiện sự sống. Sự sống chỉ thể hiện khi có sự tương tác của các đại phân tử đó trong 1 tổ chức nhất định là tế bào. Sự xuất hiện các tế bào nguyên thủy – tức là sự tập hợp của các đại phân tử trong 1 hệ thống mở, có màng lipoprotein bao bọc ngăn cách với môi trường ngoài, nhưng có khả năng trao đổi chất với môi trường là bước khởi đầu cần thiết cho sự xuất hiện cơ thể sống đơn bào đầu tiên. Các nhà thực nghiệm cũng đã chứng minh được rằng: Trong 1 hệ như vậy, có thể được hình thành ngẫu nhiên từ các đại phân tử ở dạng các giọt coaxecva hoặc giọt cầu trong phòng thí nghiệm.
C. Tiến hóa sinh học
Từ các tế bào nguyên thủy, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên [trên cơ sở đột biến trong gen và chọn lọc của môi trường] sẽ tiến hóa hình thành nên các cơ thể đơn bào đơn giản – tế bào sinh vật nhân sơ cách đây khoảng 3,5 tỉ năm. Từ tế bào nhân sơ tổ tiên sẽ tiến hóa cho ra các dạng cơ thể nhân sơ khác cũng như các dạng cơ thể nhân thực, đầu tiên là đơn bào nhân thực [xuất hiện cách đây khoảng 1,5 – 1,7 tỉ năm], sau đó là đa bào nhân thực [xuất hiện cách đây khoảng 670 triệu năm]. Sự tiến hóa sinh học diễn ra cho đến ngày nay và tạo ra toàn bộ sinh giới hiện nay.
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Bài 1:
Trình bày quan niệm của Oparin về sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản trong giai đoạn tiến hóa hóa học.
Hướng dẫn giải
Trái Đất hình thành cách đây 4,5 tỉ năm. Trong khí quyển nguyên thủy của Trái Đất chứa các khí như hơi nước, khí cacbônic, khí amôniac, rất ít khí nitơ... và chưa có khí ôxi.
- Do tác động của các nguồn năng lượng tự nhiên gồm bức xạ nhiệt của mặt trời, sự phóng điện qua khí quyển, hoạt động của núi lửa, sự phân rã của các guyên tố phóng xạ... là điều kiện để các nguyên tố nhẹ nổi trên bề mặt thạch quyển như C, H, O, N kết hợp thành các hợp chất vô cơ, sau đó là các hợp chất hữu cơ.
• Sự kết hợp giữa hai nguyên tố C và H tạo ra các hiđrôcacbon.
• Sự kết hợp giữa ba nguyên tố C, H và O tạo ra các hợp chất saccarit và lipit.
• Sự kết hợp giữ 4 nguyên tố C, H, O và N tạo ra các axit amin và nuclêôtit.
- Trong thực nghiệm, Stanley Miller [1953] cho tia lửa điện phóng qua hỗn hợp các chất vô cơ gồm hơi nước, CO2, NH3, CH4 đã tạo ra các axit amin.
- Như vậy, tiến hóa hóa học là giai đoạn tổng hợp chất hữu cơ bằng con đường hóa học. Thực chất của giai đoạn này là sự tiến hóa các hợp chất chứa cacbon theo trình tự: C → CH → CHO → CHON.
Bài 2:
Tại sao nói: Kết thúc giai đoạn tiến hóa tiền sinh học là sự ra đời của các tế bào sống được tiến hóa đến ngày nay?
Hướng dẫn giải
ARN, ADN và prôtêin là thành phần cấu tạo quan trọng của vật thể sống, chưa thể hiện sự sống.
- Sự sống chỉ có thể xuất hiện khi các đại phân tử sinh học nói trên tập hợp trong hệ thông mở, được bao bọc bởi màng lipôprôtêit.
- Thực nghiệm cho thấy từ các hợp chất hữu cơ gọi là côaxecva và đã ngẫu nhiên hình thành màng, có khả năng trao đổi chất và tự tái bản.
Các tế bào nguyên thủy hình thành trong nước, do tác động chọn lọc của tự nhiên hình thành các tế bào dị dưỡng đầu tiên. Cũng do chọn lọc tự nhiên, xuất hiện diệp lục và ra đời phương thức tự dưỡng, sau đó hình thành tầng ôzôn, sự sống phát tán lên cạn và phát triển cho đến nay qua giai đoạn tiến hóa sinh học.