Lý thuyết tiến hóa đối với Sinh học ppsx

Lý thuyết tiến hóa đối với Sinh học Sự sống là gì? Trước khi tìm hiểu về việc nghiên cứu sự sống, chúng ta cần thống nhất sự sống là gì. Mặc dù tất cả chúng ta đều biết những dạng sự sống quanh ta hàng ngày, nhưng thật khó để định nghĩa sự sống một cách rõ ràng. Có một định nghĩa ngắn gọn về sự sống như sau: một đơn vị có tính di truyền, có khả năng trao đổi chất, tái sinh (reproduction), và tiến hóa (evolution). Phần lớn quyển sách này đề cập những đặc tính trên của sự sống và làm thế nào chúng phối hợp với nhau để giúp cơ thể sống sót và tái sinh( hình 1.1). Bản tóm tắt khái quát sau đây sẽ giúp cho các bạn nghiên cứu về các tính chất đó. 1.1 Những mặt khác nhau của 1 đời sống: Sâu bướm, nhộng và bướm trưởng thành là những giai đoạn khác nhau trong 1 vòng đời của 1 con bướm chúa (Danaeus plexippus). Sâu bướm thu thập những nguyên liệu và năng lượng cần thiết để thực hiện hàng triệu các phản ứng chuyển hóa dẫn đến sự sinh trưởng và biến đổi, đầu tiên từ sâu bướm chuyển thành nhộng và cuối cùng thành bướm trưởng thành thích ứng cho việc sinh sản và phát tán. Sự biến đổi từ dạng này sang dạng khác được khởi sự từ các dấu hiệu từ bên trong cơ thể. Sự trao đổi chất bao gồm sự biến đổi vật chất và năng lượng Trao đổi chất (metabolism): toàn bộ các hoạt động hoá học của cơ thể sống, bao gồm hàng ngàn các phản ứng hoá học riêng lẻ. Các phản ứng hoá học lấy vật chất và năng lượng và chuyển hoá chúng thành các dạng khác nhau, sẽ được tìm hiểu kĩ trong phần 1 của quyển sách này. Để 1 cơ thể hoạt động, rất nhiều trong số các phản ứng xảy ra đồng thời, cần phải kết hợp với nhau. Các gen thì quy định sự điều khiển này. Bản chất của vật chất di truyền (gen) mà điều khiển các hiện tượng trong đời sống chỉ mới được hiểu rõ trong khoảng 100 năm trở lại đây. Phần 2 của cuốn sách dành cho việc kể về câu chuyện của những khám phá về gen. Môi trường bên ngoài có thể thay đổi một cách chóng mặt và không hề báo trước khiến cho cơ thể không thể kiểm soát được. Một cơ thể chỉ có thể bảo vệ được sức khoẻ nếu như môi trường bên trong còn đảm bảo được các điều kiện hoá lý. Các cơ quan bảo vệ của cơ thể giữ không thay đổi theo điều kiện môi trường bên ngoài bằng cách điều chỉnh quá trình trao đổi chất cho phù hợp với sự thay đổi các điều kiện môi trường như nhiệt độ, có hay không có ánh sáng mặt trời, hay có những tác nhân lạ bên trong cơ thể. Việc giữ vững sự ổn định tương đối các điều kiện bên trong cơ thể , giữ cho thân nhiệt ổn định, được gọi là tính nội cân bằng. Sự điều chỉnh để cơ thể nội cân bằng thường xuyên là không rõ ràng, bởi vì không thấy một sự biến đổi nào. Tuy nhiên, ở một vài thời điểm trong cuộc sống, có nhiều cơ quan trả lời lại sự thay đổi điều kiện không phải bằng cách giữ vững tình trạng của chúng mà theo 1 cách thay đổi phần lớn tổ chức cấu tạo. Một hình thức đầu tiên của sự thay đổi cấu trúc là sự phát triển của hình thức bào tử, một dạng bảo vệ tốt và là một hình thức vô hoạt trong các cơ thể phải chịu đựng điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một ví dụ điển hình về sự tiến hoá rất lâu về sau này là của các loài sâu bọ, như các loài bướm. Để đáp ứng lại các dấu hiệu hoá học bên trong cơ thể, một con sâu bướm sẽ phát triển bên trong một con nhộng và rồi trở thành một con bướm trưởng thành. Sự sinh sản làm cuộc sống tiếp diễn liên tục và là nền tảng cho sự tiến hóa. Sự sinh sản khác nhau là một tính chất chính của cuộc sống. Nếu không có quá trình sinh sản, cuộc sống sẽ nhanh chóng biến mất. Sinh vật đơn bào đầu tiên sinh sản bằng hình thức nhân đôi vật chất di truyền của chúng sau đó phân tách thành hai. Hai tế bào con giống nhau và giống hệt tế bào mẹ, ngoại trừ sự đột biến xảy ra trong quá trình nhân đôi. Những lỗi đột biến đó dù hiếm, nhưng lại cung cấp các vật chất thô cho quá trình tiến hoá sinh học. Sự phối hợp của quá trình sinh sản đơn giản cùng các lỗi trong việc nhân đôi vật chất di truyền tạo nên sinh học tiến hoá, một sự thay đổi về thành phần gen của các quần thể sinh vật trải qua thời gian. Sự đa dạng hóa cuộc sống một phần được điều khiển bởi môi trường vật lý. Có những nơi lạnh và có những nơi nóng, cái lạnh và nóng có thể kéo một khoảng thời gian dài trong năm. Ở một vài nơi (các đại dương, hồ, sông) thì ẩm ướt, một vài chỗ (các hoang mạc) thì luôn khô hạn. Không một dạng sống đơn giản nào có thể hoạt động tốt trong mọi loại môi trường như vậy. Thêm nữa, chính các dạng sống qui định sự đa dạng của chúng. Một khi thực vật tiến hóa thì nó trở thành nguồn thức ăn cho các dạng sống khác. Lần lượt các loài ăn thực vật sau đó lại trở thành thức ăn cho các loài sinh vật khác. Và khi các dạng sống này chết đi, chúng lại tiếp tục là thức ăn cho các dạng sống khác. Điểm khác nhau giữa các dạng sống cho phép chúng tồn tại trong các môi trường khác nhau và thích ứng với các kiểu sống khác nhau mà ta gọi là sự thích nghi. Sự đa dạng tuyệt vời của các dạng sống làm cho sinh học trở thành một thứ khoa học hấp dẫn và Trái đất trở thành một nơi giàu có, phục vụ cho cuộc sống. Có một thời kì dài không có sự sống trên trái đất. Sau đó là thời kì sống của các đơn bào, rồi đến sự sinh trưởng của các đa bào. Nói một cách khác, tự nhiên và sự đa dạng các dạng sống khác nhau luôn thay đổi theo thời gian. Việc nghiên cứu quá trình mà tạo nên sự tiến hoá sinh học trên trái đất là một khoa học rất được chú trọng vào thế kỷ 19. Những quá trình đó sẽ được nói đến rõ nét hơn trong phần 4 của cuốn sách này. Còn ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu một cách ngắn gọn làm sao có thể khám phá ra chúng. Tiến hóa sinh học Những thay đổi qua hàng tỷ năm Khá lâu trước khi hiểu được cơ chế tiến hoá của sinh giới , nhiều người đã nhận thấy rằng sinh vật biến đổi theo thời gian và những cơ thể sống đã tiến hoá từ một loài nào đó ko còn tồn tại trên trái đất. Vào năm 1760, nhà tự nhiên học người Pháp_Count George-Louis Leclerc de Buffon (1707-1788)_đã viết “Lịch sử tự nhiên của muôn loài”, cuốn sách đã trình bày một cách rõ ràng về khả năng tiến hoá của sinh vật. Buffon đã quan sát xương chi của tất cả các loài động vật có vú ông nhận thấy có sự tương đồng ở nhiều điểm (hình 1.2). Ông cũng lưu ý một điểm: có những loài động vật có vú, như heo chẳng hạn, chân chúng có những ngón chẳng bao giờ chạm đất, và không có tác dụng gì. Buffon đã gặp khó khăn trong việc giải thích sự tồn tại của những ngón nhỏ vô ích này bởi quan niệm thông thường: Trái đất và tạo vật của nó được thượng đế tạo ra trong mối quan hệ với các dạng trước đó. Để giải thích cho những quan sát của mình, Buffon giả thiết rằng xương chi của các động vật có vú có thể đã được thừa hưởng từ một tổ tiên chung. Những con heo đó có thể có những ngón chân vô chức năng vì chúng được thừa hưởng từ tổ tiên đã có những ngón chân với đầy đủ hình dạng và chức năng. Buffon đã không thể giải thích được những biến đổi diễn ra như thế nào nhưng một học trò của ông là Jean baptiste de Lamarck (1744-1829) đã đề xuất một cơ chế cho sự thay đổi. Ông cho rằng: ”Một giống sinh vật có thể thay đổi dần dần qua nhiều thế hệ vì thế hệ con cháu được thừa hưởng những đặc tính đã trở nên phổ biến, các đặc tính này sẽ càng hoàn thiện hơn trong quá trình phát triển của sinh vật, ngược lại các đặc tính không được tiếp nhận sẽ thu nhỏ lại và trở nên kém phát triển”. Ngày nay, các nhà khoa học không thừa nhận quá trình tiến hóa tuân theo cơ chế này. Tuy nhiên Lamarck đã để lại một dấu ấn quan trọng trong quá trình giải thích sự tiến hoá của sinh vật. Thuyết tiến hóa của Darwin Năm 1858, theo xu hướng chung, các nhà sinh học nhanh chóng tiếp thu một lý thuyết tiến hóa mới được đề xuất độc lập bởi Charles Darwin và Alfred Russel Wallace. Vào thời gian này, những nhà địa chất đã thu thập được những bằng chứng về sự tồn tại và thay đổi củaTrái đất qua hàng triệu năm, chứ không chỉ dừng lại ở vài ngàn năm như mọi người đã tưởng. Các bạn sẽ học kỹ hơn về thuyết tiến hóa do chọn lọc tự nhiên ở chương 23, nhưng các bạn cần nắm được những ý cơ bản để có thể hiểu được nội dung của quyển sách này. Lý thuyết của Darwin bao gồm 3 quan sát thực nghiệm và 1 kết luận ông rút ra từ đó. Ba quan sát thực nghiệm: Khi sống dưới đáy đại dương một số loài cá có hình thù kỳ lạ để phù hợp với hoàn cảnh sống đặc biệt  Tốc độ sinh sản của cơ thể sinh vật, mặc dù chậm, nhưng đủ lớn để có số lượng cá thể khổng lồ nếu tốc độ tử không nhanh bằng.  Trong mỗi loài sinh vật, đều có sự khác nhau giữa các cá thể.  Con cháu giống bố mẹ vì chúng đã thừa hưởng những đặc tính của của bố mẹ mình. Từ những quan sát này Darwin đã rút ra kết luận: “Sự khác biệt giữa những cá thể ảnh hưởng lớn đến sự tồn tại và sinh sản của chúng. Một vài điểm đặc trưng làm gia tăng sự thích nghi của chúng sẽ được truyền lại cho các thế hệ tiếp theo” Darwin gọi sự thành công trong phương thức tồn tại và phát triển khác nhau của những cá thể là Chọn lọc tự nhiên. Ông gọi đó là ”sự truyền lại và thay đổi”. Những nhà sinh vật bắt đầu có sự thay đổi một chút về quan niệm chủ đạo so với 1 thế kỷ trước.Họ chấp nhận sự lâu dài của quá trình tiên hoá và thừa nhận rằng Chọn lọc tự nhiên là 1 quá trình các sinh vật thích nghi với môi trường sống. Để chấp nhận quan niệm này cần nhiều thời gian vì nó đòi hỏi phải từ bỏ nhiều quan niệm của thế giới quan buổi ban đầu. Trước Darwin, người ta xem thế giới là mới mẻ và cơ thể sinh vật khi được thượng đế tạo ra đã có như dạng hiện thời. Đến thời Darwin, thế giới được xem là đã cổ xưa, cả trái đất lẫn những cư dân của nó đều đã thay đổi theo thời gian. Những dạng tổ tiên rất khác so với những dạng tồn tại ngày nay. Những cơ thể sống tiến hóa những đặc điểm riêng của chúng vì với những đặc điểm này tổ tiên của chúng đã tồn tại và sinh sản tốt hơn với những đặc điểm khác. Những sự kiện trọng đại trong lịch sử sự sống trên trái đất Lịch sử sự sống trên trái đất Lịch sử sự sống trên trái đất được tóm lượt trong vòng lịch gồm 30 ngày theo hình 1.3. Những thay đổi trong hơn 4 tỷ năm qua là kết quả của các tiến trình tự nhiên mà chúng có thể được xác định và nghiên cứu bằng những phương pháp [...]... các thành phần hóa học cấu tạo thành Những đơn vị hóa học nhỏ nhất gọi là nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo thành phân tử (tính chất của các đơn vị hóa học này được đề cập ở chương 2) Quá trình tiến hóa hoá học (chemical evolution) làm xuất hiện sự sống đã diễn ra cách nay gần 4 tỷ năm, khi những tương tác của các hợp chất vô cơ tạo ra những phân tử có những tính chất đáng lưu ý Một số hóa chất liên... khăn để nghiên cứu Nhưng chính điều đó làm cho sinh học trở nên thu hút và lý thú hơn Không phải tất cả mọi điều tra đều là khoa học Phương pháp nghiên cứu khoa học là công cụ mạnh nhất của loài người để tìm hiểu tự nhiên và tăng cường sự hiểu biết của mình đối với thế giới tự nhiên và các quy luật của nó Sức mạnh của khoa học được đặt nền tảng trên các lý thuyết đã được kiểm chứng Quá trình này có khả... tiếp cận với các kiến thức về sinh học đủ để ta hiểu rõ nếu các chính sách về sinh học được ban hành Xuyên suốt cuốn sách này chóng ta sẽ trao đổi về sự kỳ thú trong nghiên cứu sinh vật và thấy được sự phong phú về phương thức nghiên cứu của các nhà sinh học để tìm hiểu về thế giới theo cách chúng ta nhận biết và cách thức hoạt động, chức năng của muôn loài Động cơ lớn nhất của các nhà sinh học là sự... Các nhà khoa học có thể mở được những bí ẩn về di truyền này và nghiên cứu sâu hơn về các quá trình sản sinh ra chúng Mặc dù còn nhiều điều chưa được hoàn thành, các nhà sinh học đã đủ biết để lập ra cây tiến hoá tạm thời của sự sống, được chỉ ra trong Hình 18 Sinh vật thuộc hai nhóm sinh vật thời thái cổ và vi khuẩn là các sinh vật không có nhân Archaea và vi khuẩn cũng có mối liên hệ với nhau và chúng...khoa học Trong phần này, chúng ta sẽ mô tả một số điểm thay đổi quan trọng nhất để nắm được tinh thần của quyển sách Sáu sự kiện tiến hoá trọng đại sau sẽ cung cấp cho chúng ta 1 khung thảo luận cả về những đặc tính của sự sống và sự tiến hóa của các đặc tính này Sự sống nảy sinh thông qua con đường tiến hóa hóa học Sự sống đã bắt đầu từ những chất không có... đất ngày nay Mục đích của cây tiến hoá là xác định mối quan hệ tiến hoá giữa các loài trên trái đất ngày nay Đạt được mục đích này là nhờ các nhà sinh vật học đã nghiên cứu tập hợp đầy đủ các thành viên của sự sống trên cây tiến hoá từ những vi trùng đến những động vật có vú Từ dữ liệu của cây tiến hóa cho ta thấy được sự đa dạng của các nguồn Những hóa thạch của các sinh vật sống trước đây kể cho... chuyên hóa cho việc sinh dục Chỉ những tế bào sinh dục chuyên hoá, gọi là giao tử, có thể thay đổi gene, và đời sống sinh dục của những sinh vật đa bào trở nên phức tạp hơn Một phương pháp hoàn toàn mới để phân chia nhân ra đời_giảm phân Một tiến trình rắc rối và phức tạp, giảm phân mở ra vô số khả năng cho sự tái kết hợp của gene giữa những giao tử Sex làm tăng tốc độ của sự tiến hoá vì 1 cơ thể sinh. .. nấm mốc, nấm lớn, nấm men và các sinh vật tương tự khác, đây là nguồn tài nguyên phong phú cho việc tổng hợp các phân tử sinh học bằng các chất sinh học khác Nấm có thể làm hỏng thực phẩm trong môi trường của chúng và sau đó chúng hấp thu các sản phẩm hỏng vào trong tế bào của chúng Chúng rất quan trọng trong quá trình phân hủy xác của các vật liệu sinh học và các sinh vật chết khác đóng góp quan trọng... nghiệm, độ tin cậy và độ chính xác được nâng cao, thì giả thuyết sẽ được xem như là học thuyết Nếu như các kết quả không làm sáng tỏ các giả thuyết, nó sẽ bị bác bỏ hay sẽ được sửa đổi để phù hợp với những thông tin mới Sau đó các phỏng đoán mới được đưa ra và các kiểm chứng mới cũng sẽ được tiến hành Giả thuyết được kiểm tra bằng hai cách Kiểm tra giả thuyết rất đa dạng, nhưng có 2 loại chính sau đây: phương... sự có mặt của pH thấp Một phần nhỏ chứng minh cho giả thuyết hiếm khi nào dẫn tới chấp nhận giả thuyết Tương tự, 1 chống đối riêng lẽ không thể bác bỏ giả thuyết Các kết quả không ủng hộ giả thuyết do nhiều nguyên nhân, một trong số đó là giả thuyết sai Ví dụ, 1 phỏng đoán sai có thể rút ra từ 1 giả thuyết không chính xác Hay 1 thí nghiệm dùng 1 sinh vật không thích hợp có thể đưa tới các kết quả sai . quá trình giải thích sự tiến hoá của sinh vật. Thuyết tiến hóa của Darwin Năm 1858, theo xu hướng chung, các nhà sinh học nhanh chóng tiếp thu một lý thuyết tiến hóa mới được đề xuất độc. hóa học cấu tạo thành. Những đơn vị hóa học nhỏ nhất gọi là nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo thành phân tử (tính chất của các đơn vị hóa học này được đề cập ở chương 2). Quá trình tiến hóa. kiện tiến hoá trọng đại sau sẽ cung cấp cho chúng ta 1 khung thảo luận cả về những đặc tính của sự sống và sự tiến hóa của các đặc tính này. Sự sống nảy sinh thông qua con đường tiến hóa hóa học