Nguồn gốc sự sống

NGUỒN GỐC SỰ SỐNG

I. BẢN CHẤT SỰ SỐNG

1. Các nguyên tố hóa học cấu tạo nên sự sống

- Trên Trái Đất hiện có trên 100 nguyên tố hoá học đã được phát hiện. Có khoảng 60 nguyên tố được sử dụng để cấu tạo nên cơ thể sống và cả 60 nguyên tố này đều có mặt trong giới vô cơ.

- Các nguyên tố phổ biến trong cơ thể sống được xếp vào 3 nhóm:

• Nhóm đa lượng: C, H, O, N… chiếm khoảng 96% tổng số các nguyên tử.
• Nhóm vi lượng: S, P, K, Na… chiếm khoảng 3% tổng số các nguyên tử.
• Nhóm siêu vi lượng: Fe, Cu, Mn, Co, Mo… có hàm lượng rất ít trong cơ thể.

- Các nguyên tố có thể kết hợp lại với nhau tạo thành:

• Các chất vô cơ: H₂O, CO₂, muối khoáng…
• Các chất hữu cơ: lipit, gluxit, prôtêin…

- Các chất hữu cơ có thể rất khác nhau nhưng đều được cấu tạo nên từ bộ khung C (nguyên tử C có hoá trị 4, có khả năng liên kết với nhau và với các phân tử khác như O, N, H… để tạo thành các phân tử phức tạp). Ví dụ trong hình dưới là các axit amin liên kết với nhau tạo thành chuỗi polypeptit.

2. Cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống

- Cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống gồm 2 loại chất hữu cơ: Axit nuclêic và prôtêin

a. Axit nuclêic (ADN, ARN)

- Axit nuclêic được coi là cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống vì:

• Mang thông tin di truyền quy định mọi tính trạng và đặc tính của cơ thể sống.
• Có khả năng tự nhân đôi, từ đó truyền đạt thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Sự tự nhân đôi của ADN là cơ sở phân tử của hiện tượng di truyền và sinh sản, đảm bảo cho sự tồn tại của sinh giới.
• Có khả năng bị biến đổi và tích luỹ các biến đổi (đột biến gen) tạo nên sự đa dạng và phong phú của sinh giới.

→ Axit nuclêic đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh sản và di truyền.

b. Prôtêin

- Prôtêin được coi là cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống vì:

• Prôtêin là thành phần cấu tạo chủ yếu của tế bào, mô, cơ quan và cả cơ thể.
• Prôtêin thực hiện chức năng enzym xúc tác cho các phản ứng sinh lí, hoá sinh của tế bào.
• Prôtêin hocmôn thực hiện chức năng điều hoà quá trình trao đổi chất giữ cho cơ thể luôn ở trạng thái cân bằng động trong mối quan hệ trong nội bộ cơ thể và giữa cơ thể và môi trường.
• Prôtêin còn thực hiện nhiều chức năng khác (bảo vệ, vận động, dự trữ…) đảm bảo sự tồn tại và thích nghi của cơ thể với môi trường.

→ Prôtêin đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và điều hoà.

=> KẾT LUẬN:

- Sự khác nhau về cấu tạo giữa chất hữu cơ và chất vô cơ thể hiện bắt đầu từ cấp độ phân tử. Càng lên các cấp độ tổ chức cao hơn, tính phức tạp, đa dạng và đặc thù của các hệ thống sống ngày càng được biểu hiện rõ.

- Chính sự tương tác qua lại giữa 2 loại đại phân tử prôtêin và axit nuclêic là cơ sở xuất hiện sự sống đầu tiên trên trái đất.

3. Các dấu hiệu đặc trưng của sự sống

- Các dấu hiệu có ở giới vô cơ:

• Tăng trưởng kích thước: các tinh thể muối, đường do nhiều nguyên tử tập hợp lại.
• Trả lời kích thích: sắt bị nam châm hút, thanh kim loại khi nóng thì nở ra, lạnh thì co vào…
• Chuyển động: trái đất chuyển động quanh trục của nó và quanh mặt trời, chuyển động của các ion âm, dương do lực hút tĩnh điện…

- Các dấu hiệu đặc trưng của sự sống:

• Hệ mở
• Tự sao chép
• Tự điều chỉnh
• Tích luỹ thông tin di truyền

a. Hệ mở

- Là hệ thống thường xuyên có sự trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường.

- Để tồn tại và phát triển, hệ thống sống cũng thường xuyên trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường.

• Trao đổi vật chất: thông qua chu trình sinh địa hoá các chất
• Trao đổi năng lượng: thông qua dòng năng lượng trong hệ sinh thái

→ Hệ thống sống là hệ mở, thường xuyên tự đổi mới thông qua quá trình trao đổi chất và năng lượng với môi trường, từ đó dẫn tới các đặc trưng khác: sinh trưởng, cảm ứng, vận động…

b. Khả năng tự sao chép

- Là thuộc tính cơ bản của vật chất di truyền, từ đó thông tin di truyền được truyền đạt từ thế hệ này sang thế hệ khác.

→ Sự tự nhân đôi của ADN là cơ sở phân tử của hiện tượng di truyền và sinh sản, đảm bảo cho sự tồn tại của sinh giới.

c. Khả năng tự điều chỉnh

- Là khả năng tự động duy trì và giữ vững sự ổn định về cấu trúc và các hoạt động chức năng. Khả năng tự điều chỉnh của hệ sống là do sự phối hợp hoạt động của các gen, các enzym và hocmôn trong tế bào, cơ thể.

→  Nhờ có khả năng tự điều chỉnh, các hệ sống có khả năng  thích ứng với sự thay đổi của môi trường.

d. Khả năng tích luỹ thông tin di truyền

- Cấu trúc của ADN có thể bị biến đổi dưới ảnh hưởng phức tạp của môi trường, những biến đổi này được sao chép lại và tích luỹ dần qua các thế hệ (quá trình tích luỹ thông tin di truyền).

→ Nhờ có khả năng tích luỹ thông tin di truyền, cấu trúc ADN ngày càng phức tạp và đa dạng, tạo nên sự đa dạng và phong phú của sinh giới và là cơ sở phân tử của sự tiến hoá.

- Các vật thể sống đang tồn tại trên quả đất là những hệ mở, có cơ sở vật chất chủ yếu là các đại phân tử axit nuclêic và prôtêin, có khả năng tự đổi mới, tự sao chép, tự điều chỉnh và tích luỹ thông tin di truyền.

II. NGUỒN GỐC SỰ SỐNG

1. Các quan điểm cổ điển về nguồn gốc sự sống

- Quan điểm của Thiên chúa giáo: Chúa sáng tạo ra muôn loài và con người.

- Quan điểm của người Trung Quốc: Bà Nữ Oa lấy đất sét nặn nên muôn vật và loài người, rồi thổi linh hồn vào đó.

- Quan điểm của một số nhà khoa học ở thế kỉ 18: sự sống được mang đến trái đất từ một nơi nào đó trong vũ trụ.

2. Quan điểm hiện đại về sự phát sinh sự sống trên trái đất

- Sự phát sinh sự sống là quá trình tiến hoá của các hợp chất của Cacbon, dẫn tới sự hình thành hệ tương tác giữa các đại phân tử prôtêin và axit nuclêic có khả năng tự nhân đôi, tự đổi mới.

- Quá trình tiến hoá của sự sống diễn ra qua 3 giai đoạn:

• Tiến hoá hoá học: giai đoạn tiến hoá hình thành nên các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ.
• Tiến hoá tiền sinh học: giai đoạn tiến hoá hình thành nên các các tế bào sơ khai và các tế bào sống đầu tiên của sinh giới.
• Tiến hoá sinh học: từ các tế bào đầu tiên hình thành nên các loài sinh vật đa dạng, phong phú như ngày nay.

III. TIẾN HÓA HÓA HỌC

1. Khái niệm

- Tiến hoá hoá học là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ theo những quy luật hoá học: Phân tử đơn giản → phân tử phức tạp hơn → đại phân tử → hệ tương tác giữa các đại phân tử.

2. Diễn biến

a. Sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ

- Trong khí quyển nguyên thuỷ đã có những hợp chất đơn giản chứa các nguyên tố C, H, O, N.

- Dưới tác dụng của các nguồn năng lượng tự nhiên (bức xạ mặt trời, tia tử ngoại, tia lửa điện…) diễn ra sự kết hợp các nguyên tố:

• Các nguyên tố kết hợp với nhau tạo thành hợp chất 2 nguyên tố C và H (CH4, C2H2…)
• Từ các hợp chất 2 nguyên tố hình thành hợp chất 3 nguyên tố C,H,O (C2H5OH, C6H12O6, các đường đơn, các phân tử lipit đơn giản…)
• Từ các hợp chất 3 nguyên tố hình thành hợp chất 4 nguyên tố C, H, O, N là cơ sở tạo thành các nuclêôtit và các axit amin.

b. Quá trình trùng phân tạo nên các đại phân tử hữu cơ

- Từ các axit amin tạo thành prôtêin.

- Từ các đường đơn tạo thành các loại Cacbohyđrat.

- Từ các axit béo + glyxerol tạo thành lipit.

- Từ các nuclêôtit tạo thành axit nuclêic:

• ARN vừa có khả năng tự nhân đôi, vừa có hoạt tính enzym => được hình thành và tiến hoá trước ADN.
• Từ ARN tổng hợp nên ADN. ADN có cấu trúc bền vững hơn, tự sao và phiên mã chính xác hơn => dần thay thế ARN trong việc lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

→ Quá trình tiến hoá hóc học:

- Bắt đầu: từ các chất vô cơ đơn giản

- Kết thúc: tạo thành các đại phân tử có tính đa dạng và đặc thù cao, trong đó axit nuclêic và prôtêin là cơ sở chủ yếu hình thành nên sự sống.

IV. TIẾN HÓA TIỀN SINH HỌC

1. Khái niệm

- Tiến hoá tiền sinh học là quá trình hình thành mầm mống những cơ thể đầu tiên trước khi các cơ thể sinh vật chính thức ra đời.

2. Diễn biến

- Diễn ra trong các đại dương, dưới tác dụng của các quy luật sinh học. Gồm 4 sự kiện chính:

• Sự tạo thành các côaxecva.
• Sự hình thành lớp màng bán thấm.
• Sự xuất hiện các enzym.
• Sự xuất hiện cơ chế tự sao chép.

a. Sự tạo thành các côaxecva

- Các chất hữu cơ hoà tan tập trung thành côaxecva có các dấu hiệu nguyên thuỷ của trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản.

- Do tác động của chọn lọc tự nhiên, cấu trúc và thể thức phát triển của côaxecva được hoàn thiện dần.

• Côaxecva nào hấp thụ được chất dinh dưỡng của môi trường thì lớn lên và phân chia, ngày càng hoàn thiện về cấu trúc và chức năng.
• Côaxecva nào không hấp thụ được chất dinh dưỡng của môi trường thì bị chọn lọc tự nhiên đào thải.

b. Sự hình thành lớp màng bán thấm

- Giữa côaxecva và môi trường hình thành lớp màng tương tự màng sinh chất của tế bào → tạo thành không gian riêng, giảm bớt tác động của môi trường.

- Thông qua màng, côaxecva thực hiện quá trình trao đổi chất với môi trường.

c. Sự xuất hiện các enzym: Trong côaxecva, hình thành hệ enzym xúc tác cho phản ứng tổng hợp và phân huỷ các chất.

d. Sự xuất hiện cơ chế tự sao chép

- Sự tương tác giữa axit nuclêic và prôtêin trong côaxecva dẫn đến sự hình thành cơ chế tự sao chép truyền lại các đặc điểm từ thế hệ này sang thế hệ khác, nhờ đó mà sự sống được duy trì liên tục và không ngừng phát triển.

→ Côaxecva là mầm mống của cơ thể đầu tiên, từ đó, qua quá trình tiến hoá sinh học sẽ xuất hiện các sinh vật nhân sơ, nhân chuẩn…rất đa dạng và phong phú.

V. TIẾN HÓA SINH HỌC

- Sau khi các tế bào nguyên thuỷ được hình thành, quá trình tiến hoá sinh học được tiếp diễn nhờ các nhân tố tiến hoá tạo ra các loài sinh vật như hiện nay.

→ NHẬN XÉT: 

- Các loài đều có nguồn gốc chung

- Tiến hoá là quá trình lâu dài gồm nhiều giai đoạn, trong đó kết quả của giai đoạn trước làm tiền đề phát triển của giai đoạn kế tiếp.