campbell chương 1 các chủ đề trong nghiên cứu sự sống

Á Hình 1.1 Bơng hoa cho thấy đặc tính sống? sinh học, mơn khoa học nhà sinh học có nhiều tham vọng Họ hỏi, cách mà tế bào nhỏ bé trở thành to CÁC KHÁI NIỆM THEN CHỐT 1.1 1.2 1.3 Các chủ đề kết nối khái niệm sinh học Chủ đề then chốt: Tiến hố giải thích cho tính thống đa dạng giới sống Các nhà khoa học sử dụng hai dạng điều tra nghiên cứu tự nhiên thành chó, não người làm việc nào, dạng sống khu rừng tương tác với Bạn có cho rằng, số câu hỏi thể sống gây hứng thú cho bạn? Nếu có bạn bát đầu suy nghĩ nhà sinh học Hơn nữa, sinh học tìm tịi chất sống Có lẽ, số câu hỏi bạn liên quan đến sức khoẻ vấn đề môi trường xã hội Sinh học xâm nhập vào cấu văn hoá nhiều | Tìm hiểu giới sống T ơng hoa trang bìa sánh Hình 1.1 hoa loài ngọc lan hoa to, loại cổ khu rừng châu Á châu Mĩ Hoa ngọc lan nở dấu hiệu sinh vật sống hoa chứa quan sinh sản hữu tính, sinh sản, bạn biết, đặc tính sống Như sinh vật, ngọc lan hoa to Hình 1.2 có mối quan hệ mật thiết với sinh vật khác, thân khác xa với rừng tổ tiên Ví dụ, hoa lan phải phụ thuộc vào bọ cánh cứng mang hạt phấn từ hoa đến hoa khác, bọ cánh cứng lại lấy thức ăn từ hoa Những hoa trước giúp trả lời nhiều câu hỏi tác động đến sống Những nghiên cứu đột phá di truyền học sinh học tế bao làm biến đổi y học nông nghiệp Khoa học thần kinh sinh học tiến hoá làm cho tâm lý học khoa học xã hội trở nên sâu sắc Những mơ hình sinh thái giúp xã hội đánh giá vấn để mơi trường nóng lên tồn cầu Chưa việc bắt tay vào nghiên cứu sống lại có tầm quan trọng thích nghi với bọ cánh cứng số cách: Hình bát hoa cho phép bọ cánh cứng đễ xâm nhập vào hoa quan sinh sản với cánh hoa nhỏ, chắc, xếp thành nhiều lớp (xem Hình I.1) giúp đảm bảo cho số bọ cánh cứng phàm an sống sót Sự thích nghỉ kết tiến hoá, trình làm biến đổi sống từ dạng khởi đầu cổ xưa đến đa dạng sinh vật ngày Như thấy cuối chương này, tiến hoá nguyên tắc tổ chức tảng sinh học chủ để sách Mặc dù nhà sinh học biết tiết ngọc lan hoa to thực vật khác cịn nhiều điều bí ẩn Ví dụ, thực dẫn đến xuất thực vật có hoa? Đặt câu hỏi sống tìm kiếm câu trả lời dựa sở khoa ~ tìm hiểu khoa học - hoạt động trung tâm giới học Á Hình 1.2 Cây hoa ngọc lan hoa to đầu mùa xuân Cấu trúc thứ bậc Hình ảnh nhìn gần bơng hoa hướng dương minh hoạ cho cấu trúc có tính trật tự cao đặc trưng cho sống A Á Thích nghỉ tiến hố Hình dạng cá ngựa biển nhỏ bé để nguy trang Những kiểu Dap ứng với môi trường Cây ăn sâu bọ nhanh chóng đón: bay lại chuồn chuồn đậu lên (kích thích từ mơi trường) thích nghi tiến hố qua nhiều hệ nhờ thành đạt sinh sản cá thể mang đặc điểm di truyền phù hợp với môi trường 'Ÿ Sinh trưởng phát triển Các gene mang thông tin di truyền điều khiển phương thức sinh trưởng phát triển sinh vật sinh A trưởng cá Điều hoà Sự điều sấu sơng Nile hồ dịng máu qua mạch máu tai thỏ lớn này, giúp trì thân &_ Chuyển hố lượng nhiệt ổn định nhờ điều chỉnh trao Con chim hút mật đổi nhiệt với khơng khí bao quanh A ữ lấy lượng dạng mật hoa Nó dùng lượng hoá Á Sinh sản Các sinh vật sinh giống chúng Con chim cánh cụt bảo vệ học dự trữ mật hoa để bay làm công việc khác Hinh 1.3 Một số đặc tính sống Máy cắt cỏ chạy xăng có phải vật thể sống khơng? Nó có đặc tính đặc tính nêu trên? Nó khơng có đặc tính nào? Vậy sống gì? Thậm chí đứa trẻ nhận biết chó vật thể sống cịn hịn đá khơng Hiện tượng gọi sống, khó đến mức định nghĩa bàng câu nhất, Chúng ta nhận biết sống qua vật thể sống làm Hình 1.3 quát số khái đến sống Chỉ với số tính q trình có liên quan hình ảnh hạn chế, Hình I.3 nhac nho ching ta rang, giới sống biến đổi kỳ điệu Bằng cách nhà sinh học nhận thức _— CHUONG MOT Mở đấu: Các chủ đề nghiên cứu sống tính đa dạng phức tạp đó? Chương mở đầu xây dựng khung để trả lời cho câu hỏi Phần đầu chương cung cấp tranh chung lĩnh vực sinh học xoay quanh số chủ đề Sau trung vào chủ đề bao trùm sinh học, tiến hoá, lệc giới thiệu lý khiến Charles Darwin phát minh học thuyết Cuối cùng, chúng - nhà khoa ta xem xét cách khám phá khoa học học đề xuất vấn đề tìm câu trả lời giới sống 1.1 Các chủ đề kết nối khái niệm sinh học Sinh học mơn khoa học có tầm kiến thức rộng lớn, theo dõi tin tức biết kiến thức sinh học mở rộng với tốc độ nhanh chưa có Việc ghỉ nhớ cách đơn giản tiết môn khoa học rộng lớn cách làm hợplý Vậy, cách để ban, mot sinh vién, nam bat du ự kiện để phát triển cách nhìn logic vẻ sống? Có cách sáp Xếp nhiều thứ bạn học thành chủ đẻ bao trùm toàn lĩnh vực sinh học - cách tư vẻ sống dược áp dụng nhiều thập kỷ kể từ Việc tập trung vào vài ý tưởng lớn giúp bạn tố chức cảm nhận tồn thơng tin bạn gặp nghiên cứu sinh học Để giúp bạn, chọn bảy chủ đề làm tiêu chuẩn bạn nghiên cứu sách Tiến hố, chủ đề bao trùm tồn sinh học Tiến hoá chủ đề cốt lõi sinh học - quan điểm để nhận thức điều biết ng Sự sống tiến hoá Trái Đất qua hàng tỷ năm, tạo nên đa dạng khổng lỗ sinh vật khứ Tuy nhiên, với tính đa dạng, tìm thấy nhiều đặc điểm chung Ví dụ, cá ngựa, thỏ, chim, cá sấu chim cánh cụt Hình 1.3 trơng khác xương chúng giống Cách giải thích khoa học cho tính thống đa dạng - cho tính thích nghỉ sinh vật với mơi trường chúng - tiến hoá: quan điểm chorằng, sinh vật Trái Đất ngày cháu biến đổi từ tổ tiên chung Nói cách khác, giải thích đặc điểm có hai sinh vật với ý tưởng cho chúng truyền lại từ tổ tiên chung lý giải cho điểm khác biệt sinh vật xảy biến đổi di truyền q trình iến hố Có nhiều loại chứng chứng minh q trình tiến hố diễn ủng hộ cho học thuyết mơ tả tiến hố diễn Chúng ta quay lại với chủ đề tiến hoá cuối chương sau tìm hiểu vài chủ đề khác phác hoạ tranh đủ phạm vi sinh học Chủ đề: Những đặc tính trội cấp độ tổ Những đặc tính trội Nếu thu ơng kính ngược trở lại từ mức độ phân tử Hình 1.4, thấy đặc tính mới, khơng có mức độ tổ chức trước, giai đoạn Những đặc tính trội có nhờ xếp tương tác phận để làm tăng độ phức tạp tổ chức Ví dụ, bạn cho vào ống nghiệm hỗn hợp gồm chlorophyll phân tử khác tìm thấy lục lạp quang hợp khơng diễn Quang hợp diễn phân tử xếp theo cách đặc biệt lục lạp hồn chỉnh Hãy lấy ví dụ khác, vết thương nghiêm trọng đầu, phá huỷ cấu trúc phức tạp não trí não dừng hoạt động cho dù phận não cịn Sự tư trí nhớ đặc tính mạng lưới phức tạp tế bào thần kinh Tại bậc tổ chức cao sinh học - hệ sinh thái - Sự quay vòng nguyên tố hoá học quan trọng sống carbon, phụ thuộc vào mạng lưới sinh vật đa dạng tương tác với với đất, nước, khơng khí Những đạc tính trội khơng phải có sống Chúng ta thấy tâm quan trọng việc xếp tỉnh tế so sánh hộp chứa phận xe đạp với xe đạp Than đá kim cương carbon tỉnh khiết chúng lại có đặc tính khác ngun tử carbon vủa chúng xếp khác Tuy nhiên, so với vật thể khơng sống vậy, tính phức tạp hệ thống sinh học làm cho việc nghiên cứu đặc tính trội sống trở nên đặc biệt khó khăn Sức mạnh hạn chế giản hố luận Vì đặc tính sống xuất từ tổ chức phức tạp nên nhà khoa học phải đối mặt với nhiều tình khó khăn tìm hiểu hệ thống sinh học Một mặt, giải thích đầy đủ bậc tổ chức cao cách phân nhỏ thành phần Một động vật bị cắt khơng cịn hoạt động chức nữa: tế bào bị phân tách đến tận thành phần hố học khơng cịn tế bào Việc phá huỷ hệ thống s ng can thiệp vào hoạt động chức Mặt khác, phức tạp cá thể sinh vật tế bào khơng thể phân tích cách tách riêng phần ra, Giản hố luận - cách phân nhỏ hệ thống phức tạp thành hợp phân đơn giản để nghiên cứu - chiến lược hữu ích sinh học Ví dụ, để nghiên cứu cấu trúc chức sinh học Nghiên cứu sống trải rộng từ mức độ hiển vi phân tử tế bào cấu tạo nên thể sống quy mơ tồn cầu tồn hành tinh Chúng ta chia chúng thành cấp độ tổ chức sinh học Hãy hình dung, từ khơng trung mở ống kính phân tử DNA tách chiét tirté bao, James Watson Francis Crick, nam 1953, suy luận phân tử đóng vai trị sở hố học di truyền Tuy nhiên, vai trị DNA tế bào thể hiểu rõ nhà khoa học có khả nghiên cứu tương tác với phân tử khác Các Ontario, Canada, nơi tìm hiểu thích mức độ phân tử Hình 1.4 (ở hai trang tiếp sau) thuật lại trội bậc với để nhìn sống Trái Đất ngày gần Bây mùa xuân, điểm đến khu rừng chuyến du ngoạn vào sống với mũi tên cong dẫn dất bạn qua mức độ tổ chức sinh học minh hoạ hình ảnh nhà sinh học phải cân chiến lược giản hoá với đối - cụ thể là, cách tế bào, thể tổ chức cao hơn, hệ sinh thái phối hợp hoạt động nhau, Ngày nay, lĩnh vực nghiên cứu tương tác hệ thống sinh học dựa nghiên cứu đa ngành gọi sinh học hệ thống CHƯƠNG MỘT _ Mở đầu: Các chủ đế nghiên cứu sống ' Hình 1.4 cấp độ tổ chức sinh học T1 Sinh quyền Khi tiến gần tới Trái Đất đủ để nhận lục địa đại dương, bắt đầu nhận thấy dấu hiệu sống, ví dụ, màu xanh gồm cánh rừng hành tinh Đó hình ảnh sinh quyển, bao hết tất mơi trường có sống Trái Đất Sinh bao gồm hầu vùng đất, vùng nước khí tới độ cao vài kilomet Hệ sinh thái Khi đến bể mặt Trái Dat, hay tưởng tượng ta đến Ontario, bắt đầu phân biệt cánh rừng với rụng (những rụng vào mùa mọc lại vào mùa khác) Cánh rừng rụng ví dụ hệ sinh thái Đồng cỏ, sa mạc rạn san hô biển kiểu hệ sinh thái khác Một hệ sinh thái bao gồm tất vật thể sống khu vực cụ thể với thành phần không sống môi trường mà sống tương tác, đất, nước, chất khí khí ánh sáng Tất > Quần xã Toàn sinh vật sống hệ sinh thái cụ thể hệ sinh thái Trái Đất kết hợp lại tạo nên sinh gọi quần xã sinh học Quần xã hệ sinh thái rừng bao gồm nhiều loại thực vật khác, nhiều loài động vật, lồi nấm số lượng vơ lớn vi sinh vật, vi khuẩn, loại sinh vật q nhỏ thấy có kính hiển vi Mỗi dạng sống gọi lồi, » Quần thể Quần thể bao gồm tất cá thể loài sống phạm vi khu vực xác định Ví dụ, cánh rừng Ontario thể chúngta chứa quần thích đường quần thể hươu trắng Bây giờ, định nghĩa lại rằng, quần xã tập hợp quần thể sống vùng cụ thể ^ Cá thể sinh vật Mỗi vật thể sống gọi cá thể sinh vật Mỗi thích khác rừng sinh vật, giống động vật rừng ếch, sóc, hươu nai bọ cách cứng Đất chứa đầy vi sinh vật vi khuẩn CHƯƠNG MỘT Mở đấu: Các chủ đế nghiên cứu sống Y_ 6Cơ quan hệ quan Y 8Tếbào Tế bào đơn vị cấu trúc chức sống Một số Hệ thống phân cấp tổ chức sống liên tục mở tìm hiểu kiến trúc thể phức tạp Lá mộc lan ví sinh vật trùng amip hầu hết vi khuẩn đơn bào Các sinh vật khác, bao gồm động vật thực vật, đa bào Thay tế bào phải thực chức sống, sinh vật đa bào có phân chia dụ quan, cấu tạo từ hai nhiều loại mô (cái mà gặp mức tổ lao động tế bào chuyên hoá Cơ thể người gồm tỷ tỷ tế bào nhỏ thuộc nhiều loại khác nhau, tế bảo tế bào thần kinh chức sau) Cơ quan thực chức cụ thể thể Thân rễ quan lớn tổ chức thành mơ khác Ví dụ, mơ gồm bó tế bào não, tim thận Các quan người, phóng đại Chiều ngang tế bào khoảng 25 micrornet (tim), khác thực vật Ví dụ quan người Ong vat phức tạp khác thực vật tổ chức thành hệ quan, hệ quan gồm nhóm quan phối hợp với thực Trên ảnh bên nhìn thấy hình ảnh số tế bào mơ Có thể lấy 700 tế bào xếp đủ ngang qua mặt đồng xu Mặc dù tế bào nhỏ vậy, bạn thấy tế bào chứa nhiều cấu trúc màu xanh gọi lục lạp có nhiệm vụ quang hợp chức chun biệt Ví dụ, hệ tiêu hố người bao gồm quan lưỡi, dày ruột ¥ 9Bao quan Lục lạp ví dụ bào quan, hợp phần có chức nang khác cấu tạo nên tế bào Trong hình ảnh này, cơng cụ hữu ích gọi kính hiển vi _ \„ điện tử mang đến hình ảnh > 7Mô Cấp tổ chức - xem mơ hình - cần có kính hiển vi Chiếc hình cắt vát Mơ giống tổ ong bên (bên trái ảnh) vị trí để quang hợp, q trình chuyển 50 im > T0Phân tử Mở rộng ống kính rõnétvề lục lạp Nguyên tử đến nắc cuối đưa vào lục lạp để quan sát hoá lượng ảnh sáng thành lượng hoá học đường thức ăn khác Chúng thể cắt lát mỏng với hy vọng giúp thấy loại mơ xếp - sống mức độ phân tử Phân tử cấu trúc hoá học cấu tạo từ hai nhiều đơn vị nhỏ g‹ nguyên tử, biểu diễn bóng ảnh phân giống trị chơi xếp hình gọi biểu mô, “da” bề mặt (phần bên phải ảnh) Các lỗ xuyên qua biểu mô cho phép carbon dioxide, vậ thô để tu chlorophyll may tinh tao Chlorophyll phân tử sắc tố làm cho mộc lan có sản xuất đường, đến tới mô quang hợp bên Ở mức độ tổ chức này, màu xanh Là số phân tử quan trọng Trái Đất, chlorophyll hấp thụ ảnh sáng mặt trời vào giai đoạn đầu thay rang mơ có cấu trúc tế bào, Thực tế, loại mơ nhóm tế bào giống trình quang hợp Bên lục lạp, hàng triệu chlorophyll phân tử khác tổ chức thành công cụ để chuyển hoá lượng ánh sáng thành lượng hoá học thức ăn CHƯƠNG MỘT Mở đầu : Các chủ đề nghiên cứu sống =" Sinh hoc théng Hệ thống đơn giản tổhợp hợp phần hoạt động Nhà sinh học nghiên cứu hệ thống cấp độ tổ chức Một tế bào tổổ coi hệ thống, giống mi ếch kiến hay hệ sinh thái sa mạc Để hiểu hệ thống nào, việc có “danh mục hoạt động thành p ân", chí lủ chưa đủ Nhận hố luận Ta cứu tồn n Bố h ni "Triển vọng thay đổi giống bay từ góc phố lên máy bay trực thang bay cao thành phố, từ bạn nhìn thấy cơng trình xây dựng, tai nạn, cố tín hiệu giao thơng nh hưởng đến tồn thành phố thời điểm khác ngày Mục tiêu sinh học hệ thống, xây dựng hình diễn tả phương thức hoạt đội hệ thống sinh học Những mơ hình thành cơng sẽgiúp nhà khoa học tiên đoán biến đổi một vài biến số tác động đến hợp phần khác toàn hệ thống Như vậy, cách tiếp cận theo hệ thống giúp có dạng câu hỏi Thuốc giảm huyết áp tác động đến chức quan toàn thể người nào? Việc tăng cung cấp nước cho trồng tác động đến trình việc dự trữ phân tử quan trọng dinh dưỡng người nào? Việc tăng dan carbon đioxide khí tác động đến hệ sinh thái toàn sinh nào? Mục đích cuối sinh học hệ thống trả lời cho câu hỏi lớn giống câu hỏi cuối Sinh học hệ thống có liên quan đến việc nghiên cứu sống cấp độ tổ chức Vào năm đầu kỷ XX, nhà sinh học nghiên cứu sinh lý học động vật (hoạt động chức nang dong vat) bat dau long ghép số liệu để tìm hiểu quan điều khiển trình điều hoà hàm lượng đường máu phối hợp với Và vào năm 1960, nhà khoa học nghiên cứu hệ sinh thái lần đưa cách tiếp cận công phu, theo hệ thống, phương pháp mơ hình tỷ mỷ sơ đồ hoá mạng lưới tương toán học với thời, lấy carbon dioxide từ khơng khí sử dụng ánh sáng mặt trời chlorophyll hấp thụ để điều khiển q trình quang hợp chuyển hố nước carbon dioxide thành đường oxygen Cây thai oxygen vao khơng khí la giúp hình thành đất phá vỡ tảng đá Cả sinh vật môi trường bị tác động mối tương tác chúng Cây tương tác với sinh vi sinh vật đất sống liên quan đến ăn vật khác y vật Đông học hệ sinh thái sinh thái bao gồm hai Hoạt động bất k q trình Một q trình quay vịng chất dinh hat khống mà cần cuối cùng, dưỡng Ví du đo sinh vật phân huỷ lớp rụng, r: quay chết mảnh vụn Quá trình thứ hai hệ sinh thái dong lượng chiều từ ánh sáng mặt trời đến sinh vật sản xuất đến sinh vật tiêu thụ Sinh vật sản xuất xanh sinh vật quang hợp khác, chúng sử dụng lượng ánh sáng để tạo đường Các sinh vật tiêu thụ sinh vật động vật chúng än sinh vật sản xuất sinh vật tiêu thụ khác Sơ đồ Hình 1.5 minh hoạ hai qua trinh hệ sinh thái châu Phi Sự chuyển hoá lượng Sự vận động, sinh trưởng, sinh sản hoạt động kh: sống công việc cần lượng Sự trao đồi lượng sinh vật môi trường xung quanh thường bao gồm chuyển đổi lượng từ dạng sang dạng khác Ví dụ, hấp thụ lượng ánh sáng chuyển hố thành lượng hố học dự trữ phân tử đường Khi tế bào động vật sử dụng đường làm nhiên liệu để vận động, chúng chuyển hoá lượng hoá học thành động Và tất chuyển hố lượng đó, Hệ sinh thái Sinh vật sản xuất (thực vật sinh vật quang hợp khác) tác sinh vật với thành phần không sống hệ sinh thái hệ sinh thái đâm lầy Những mơ hình thống với biến c tiên đoán đáp ứng c; học hệ thống nghiên cứu mức tế bào phân tử, điều mơ tả phần sau thảo luận DNA Sinh vật tiêu thụ (vi dụ, động vật) Chủ đề: Các sinh vật tương tác, trao đổi vật chất lượng với mơi trường “Trở lại Hình 1.4, lần tập trung vào rừng Trong hệ sinh thái hệ sinh thái khác, sinh vật tương tác liên tục với mơi trường, bao gồm Ví dụ, ca € ác nhân tố không sống sinh vật khác hấp thụ nước chất khống từ đất thơng qua rẻ Đồng CHƯƠNG MỘT Mở đấu : Cá: chủ đế nghiên cứu sống A Hình 1.5Quay vịng chất dinh dưỡng dòng lượng hệ sinh thái (a) Canh chim có dạng phù hợp khí động lực (b) Cánh chim có cấu trúc bên lỗ chỗ tổ ong nên vững nhẹ Các nếp gấp trongcủa màng N Ty thể (c) Co bay neuron (các tế bào thần kinh) kiểm sốt, chúng truyền tín hiệu Với sợi dài, neuron cấu tạo đặc biệt phù hợp với việc truyền tin bên thể Hinh 1.6 Các cấu trúc phù hợp với chức chim mong biển Cơ thể chim cấu trúc thành phần giúp cho (d) Các bay lấy lượng từ bào quan gọi ty thể Ty thể có màng với nhiều nếp gấp Các phân tử gắn kết màng thực nhiều giai đoạn trình sản sinh lượng nếp gấp giúp cho lượng lớn lớp màng nằm gọn không gian hẹp bay H Cánh tay người có hình dạng phù hợp với chức nào? số lượng vào mơi trường dưỡng hố học lượng qua hệ sang va duéi dang chuyển thành nhiệt dạng nhiệt Ngược với quay vòng hệ sinh sinh thái thường vào nhiệt (xem Hình 1.5) toả chất dinh thái, dịng dang anh Chủ đề: Cấu trúc chức phù hợp với cấp độ tổ chức sinh học Một chủ dé khác thể Hình 1.4 ý tưởng cho rang cấu trúc phù hợp với chức năng, điều mà nhận thấy Chủ đề: Tế bào đơn vị sở cấu trúc chức thể Trên thang phân cấp cấu trúc sống, tế bào có vị trí đặc biệt mức độ tổ chức thấp thực hoạt động cần thiết cho sống Hơn nữa, hoạt động thể dựa hoạt động tế bào Ví dụ, phân chia tế bào tạo tế bào sở cho sinh sản, sinh trưởng tái sinh co thể đa bào (Hình 1.7) Một ví dụ khác chuyển động mắt bạn bạn đọc dịng sống ngày Ví dụ, tcnovit thích hợp để vặn đỉnh ốc, hay búa dùng để đóng đỉnh Dụng cụ để làm phải phù hợp với cấu trúc Áp dụng vào sinh học, chủ để dẫn giải phẫu học sống cấp độ cấu trúc Ta thấy ví dụ Hình Lá mỏng, phẳng giúp lục lạp hấp thu tối đa lượng ánh tích cấu trúc sinh học cho chúng trúc làm hoạt động chức phận sáng mặt ta manh giúp trời Việc phân mối việ iu Ngược lại, biết thâm nhập vào bên cấu trúc Cánh chim ví dụ từ giới Động vật bổ sung cho chủ đẻ quan hệ chức nang ~ cấu trúc (Hình 1.6) Khi khám phá Sự sống, phát vẻ đẹp chức bậc cấu trúc Á Hình 1.7 Tế bào phổi sa giơng phân chia thành hai tế bào nhỏ hơn; tế bào sinh trưởng lại phân chia CHƯƠNG MỘT _ Mở đấu:Các chủ đế nghiên cứu sống dựa hoạt động tế bào tế y thân kinh Thậm chí, q trình tồn cầu qua vịng carbon sản phẩm tích luy hoạt động tế bào, bao gồm trình quang hợp diễn lục lạp tế bào Việc tìm hiểu tế bào hoạt động tâm điểm nghiên cứu sinh học Mọi tế bào có đặc điểm chung định Ví dụ, tế bào bao bọc màng điều hoà ¡ vật chất tế bào môi trường bao quanh tế bào sử dụng DNA làm thông tin di truyền Va, Tuy nhiên, phân biệt hai loại tế bào chính: tế bào nhân sơ tế bào nhân thực Tế bào hai nhóm vi vi khuẩn vi khuẩn cổ tế bào nhân sơ Các sinh vậ từ dạng sống khác, kể thực vật, động vật, cấu tạo tế bào nhân thực Tế bào nhân thực chia nhỏ màng bên tế bào thành bào quan có màng bao bọc bạn thấy Hình 1.8 lục lạp Hình 1.4 Ở hầu hết tế bào nhân thực, bào quan lớn nhân tế bào chứa DNA tế bào Các bào quan khác năm tế bào chất, toàn vùng nằm nhân màng ngồi tế bào Hình 1.8 cho thấy tế bào nhân sơ đơn giản nhiều nói chung nhỏ tế bào nhân thực Ở tế bào nhân sơ, DNA không bị phân tách với phần cịn lại tế bào khơng nằm nhân có màng bao bọc Các tế bào nhân sơ khơng có loại bào quan có màng bao bọc khác - bào quan đặc trưng dù thể có tế bào cho tế bào nhân thực Tuy vậy, nhân sơ hay nhân thực cấu trúc chức phụ thuộc vào tế bào Tế bào nhân thực Mang té bao Tế bào nhân sơ DNA (khơng có nhân), Mang té bao Chủ đề: Tính liên tục sống dựa thông tin di truyền DNA g Bên tế bào phân chia Hình 1.7 (ở tran trước), bạn thấy cấu trúc gọi nhiễm sắc a thể bắt màu xanh với thuốc nhuộm Nhiễm sắc thể hấu hết thông tin di truyền tế bào, phân tử ĐNA chúng (viết tắt acid deoxyribonucleic), DNA 1a co gene, đơn vị di truyền, truyền thông tin từ sở vật chất bố mẹ đến Ví dụ, nhóm máu (A, B, AB O) bạn kết gene định mà bạn di truyền từ bố mẹ bạn Cấu trúc chức DNA g Mỗi nhiễm sắc thể có phân tử DNA dài với hàn trăm hàng nghìn gene phân bố dọc theo chiều dài no, DNA nhiễm sắc thể chép tế bào chuẩn bị phân chia tế bào nhận hoàn chỉnh gene Mỗi bất đầu sống bảng tế bào với DNA di truyền từ bố mẹ Sự chép DNA qua chu kỳ phân bào giúp truyền đến hàng tỷ tỷ tế bào Trong tế bào, gene năm đọc theo chiều đài phân tử DNA mã hố thơng tin để tạo nên phân tử khác tế bào Bằng phát triển trì tồn thể cách gián tiếp, soát việc mà thể thực (Hình 1.9) DNA kiểm sở liệu trung tâm Cấu trúc phân tử DNA giải thích cho khả lưu trữ thơng tin Mỗi phân tử DNA cấu tạo từ hai chuỗi đài xếp thành chuỗi xoăn Mỗi mắt xích chuỗi số bốn cấu kiện hoá học gọi nucleotide (Hi nh 1.10) Cách DNA mã với cách sap xếp chữ hoá thông tin di truyền giống bảng chữ theo trình tự xác có ý nghĩa tiếng Anh lồi gặm nhấm; riêng biệt Ví dụ từ rz ic chi lại có tit tar ách chứa đựng thông tin nghĩa khác Các thư viện với mã hoá theo trình tự khác từ 26 chữ Chúng ta coi nucleotide bảng chữ yên Cách xếp Té bao chất cách đó, DNA kiểm soát biệt bốn chữ liên tục theo trình tự đặc hố học mã hố thơng tin xác gene Một gene vỉ khuẩn dịch xây dựng thành phần màng tế bào” Một gene cụ thể người có nghĩa “hãy tạo hormone sinh trưởng” Một cách tổng quát hơn, gene giống chương c trình lưu giữ để tế bào sản sinh phân tử lớn đượ gọi protein Các protein khác người bao gồm bảo vệ gọi các protein co proi kháng thể Nhóm protein sống cịn cho tế bào enzyme xúc tác (làm tăng tốc độ) phản ứng hoá cấp thiết kế học đặc hiệu Như vậy, DNA cung protein cơng cụ thực xây dựng nên, bảo trì tế bào Bao quan Nhân tế bào (chtfa DNA) À tiến hành hoạt động bào nhân Hình 1.8 Sự khác biệt tế bào nhân sơ tế 'thực kích thước mức độ phức tạp CHUONG MOT Mở đấu: Các chủ để nghiên cứu sống DNA gene kiểm sốt ví sản xuất protein h sử dụng loại phân tử gần gũi cách gián tiếp với RNA làm vật trung gian Tỉnh trùng Nhân chứa DNA Tế bào trứng thụ tinh có DNA từ bố Tế bào trứng mẹ Các tế bào phôi với DNA di truyền lại Á Hình 1.9 DNA di truyền từ bố mẹ lại điều khiển Con với đặc điểm di truyền từ bố mẹ phát triển Nucleotide | Trình tự nucleotide dọc theo gene phiên mã sang RNA sau dịch mã thành protein đặc hiệu có hình dạng chức Trong trình dịch mã, tất dạng sống chủ yếu khai thác kiểu mã di truyền Một đoạn trình tự cụ thể nucleotide nói lên điều cho sinh vật cho sinh vat khác Sự khác biệt sinh vật phản ánh khác biệt trình tự nucleotide chúng t RNA tế bào địch mã thành protein Từ nhiều thập kỷ qua, biết số loại phân tử RNA thực thành phần máy tế bào sản xuất protein Gần đây, nhà khoa học phát loại RNA hoàn toàn mới, giữ vai trò khác tế bào điều hoà hoạt động chức gene mã hố protein Tồn "thư viện” thiết kế di truyền mà sinh vật thừa hưởng gọi hệ gene Tế bào người điển hình có hai nhiễm sắc thể giống có tổng cộng khoảng ty nucleotide Nếu nucleotide lấy biểu tượng chữ để viết thành từ TC từ bạn đọc văn di truyền phải chứa day 600 sánh có kích thước sách Trong thư viện hệ gene trình tự nucleotide gene quy định khoảng 75.000 loại protein số lượng phân tử RNA chưa biết rõ, (a)Chuỗi xoắn kép DNA Mơ hình cho thấy ngun tử đoạn DNA, cấu tạo từ hai chuỗi dài nucleotide DNA có hình dạng ba chiều giống chuỗi xoắn kép (b) Mạch đơn DNA Các hình hình học chữ biểu tượng đơn giản cho nucleotide phần nhỏ mạch phân tử DNA Thông tin di truyền mã hố trình tự đặc biệt bốn loại nucleotide (Tên chúng viết tắt A, T, C G.) Hinh 1.10 DNA: Vat chất di truyền Sinh học hệ thốn mứcgđộ tế bào phân tử Ngày nay, với trình tự hệ gene sinh vật khác, bao gồm vi khuẩn, vi khuẩn cổ, nấm, thực vật động vật, toàn trình tự nucleotide hệ gene người Những thành tựu có nhờ phát triển phương pháp máy xác định trình tự DNA máy Hình 1.11, trang sau xác định trình tự hệ gene người thành tựu khoa học kỹ thuật sánh ngang với việc nhà du hành vũ trụ tàu Apolio đặt chân xuống mặt trăng nam 1969 CHƯƠNG MỘT _ Mở đầu: Các chủ đề nghiên cửu sống > Hình 1.11 Sinh học đại khoa học thơng tin Các máy xác định trình tự DNA tự động máy tính mạnh giúp thực xác định trình tự hệ gene người Những, phương tiện Walnut Creek, California, số nhiều phịng thí nghiệm hợp tác Dựán Quốc tế Hệ gene người Tuy nhiên, bắt đầu cho cố găng nghiên cứu lớn hơn, cố gắng để tìm hiểu hoạt động vơ vàn Màng ngồi bể mặt tế bào protein DNA mã hố điều hồ hoạt động tế bào toàn thẻ liệ thức số Cách tốt để ngập từ dự án xác định trình tự hệ gene danh mục ngày nhiều chức protein biết cách tiếp cận theo hệ thống mức độ tế bào áp dụng Té bao chất phân từ Hình 1.12 minh hoạ kết nghiên cứu protein lập đồ mạng lưới tương tí lớn để tế bào ruồi quả, đối tượng nghiên cứu phổ biến Mơ ng hình xây dựng dựa sở liệu hàng protein biết mối tương tác biết chúng với protein khác Ví dụ, protein A công làm thay đổi hoạt động protein B, C D sau tiếp tục tương tác với protein khác Hình cách xếp toàn protein vị trí đồ trình bày chúng tế bào Cơ sở chiến lược hệ thống không hẻ phức tạp Thứ liệt kê phận cấu thành hệ thống nhất, cần nhiều tốt, ví dụ tất gene protein (áp dụng thuyết giản hố luận) Sau biết tế cần tìm hiểu phận hoạt động mối quan hệ với phận khác hệ thống - mối tương tác protein-protein ví dụ tế bào ruồi tính Cuối cùng, với giúp đỡ máy phân mềm chuyên biệt, ta sáp xếp hệ thống mạng lưới Hình 1.1 Cho dù ý tưởng sinh học hệ thống đơn giản việc thực hành khơng đơn giản chút tính phức A Hinh 1.12 Bản đồ hệ thống kiểu tương tác protein tế bào Sơ đồ xác định vị trí 2.346 protein (các dấu chấm) mạng lưới tương tác (các đường nối protein) tế bào ruồi Các nhà sinh học hệ thống tạp hệ thống sinh học Cần phát triển ba nghiên cứu xây dựng mơ từ sở liệu to lớn công cụ phân tích cách tiếp cận hệ thống sử dụng mơ hình để tiên đốn yếu tố thay đổi, ví dụ tăng hoạt tính nên tảng phục vụ cho sinh học hệ thống Một công nghệ "nhập vật liệu -tốc độ cao”, vật liệu xác sinh học cách nhanh chóng cho ệ y xác định trình tự DNA tự động inh trình tự hệ é gene người có thé ví dụ loại công cụ (xem Hinh 1.11) 10 CHUONG MOT Mở đấu: Các chủ đế nghiên cứu sống phân tử mối tương tác chúng tế bào Mục tiêu protein cụ thể, ảnh hưởng dây chuyển mức phân tử toàn tế bào để gây biến đổi khác Có lẽ, số lượng protein tổng số loại tế bào khoảng từ 4.000 đến 7.000 (a) SIÊU GIỚI BACTERIA (VI KHUẨN) Ÿ Vi khuẩn sinh vật nhân sơ đa dạng phân bố rộng ngày chia thành nhiều giới Mỗi cấu trúc hình que ảnh tế bào vi khuẩn Nhóm lồi thành nhóm: Ý tưởng Con người nhóm Ví dụ, có theo nghệ ln có xu hướng nhóm dựa vào đặc điểm lẽ bạn nhóm sỹ lễ sau đa dạng thành giống chúng sưu tập nhạc phẩm bạn lại nhóm nghệ sỹ theo tiêu chuẩn rộng hơn, nhu nhac roc nhạc cổ điển Tương tự vậy, việc nhóm lồi giống, thành nhóm điều tự nhiên Chúng ta nói sóc bướm mặc đù có nhiều lồi thuộc nhóm động vật Thậm chí, xếp thành nhóm theo tiêu chuẩn rộng loài gam nhấm (gồm sóc) (b) SIÊU GIỚI ARCHAEA (VI KHUAN cồ) côn trùng (gồm bướm) Phân loại học, ngành sinh học làm nhiệm vụ đặt tên phân loại loài Ÿ Nhiều sinh vật nhân sơ gọi vi khuẩn cổ sống ~ xây dựng trật tự xếp lồi thành nhóm theo tiêu rộng dân lên (xem Hình 1.14) Bạn suối nước nóng Siêu giới vi khuẩn cổ gồm nhiều giới Ảnh cho thấy khuẩn lạc gồm nhiều tế bảo giờ, tập trung vào giới siêu giới - đơn vị môi trường cực đoan Trái Đất, hổ muối nghiên cứu sơ đồ phân loại phân loại kỹ Chương 26 Bây rộng Ba siêu giới giới sống Cho đến vài thập kỷ trước đây, hầu hết nhà sinh học đồng ý với sơ đồ phân loại chia thể sống thành năm giới: Thực vật, Động vật, Sinh vật nhân sơ * So sánh trình tự Nấm, Sinh vật nhân thực đơn bào hững phương pháp loài khác nhau, dẫn đến việc phải đánh giá lại tiêu ranh giới gi giới Các nhà nghiên cứu đẻ xuất khoảng từ sáu đến hàng tá giới Tuy nhiện, tranh luận tiếp tục mức độ giới nên ci ting di dat duoc trí nhóm giới thành ba độ tổ chức cao gọi siêu giới Ba siêu giới đặt tên Bacteria (Vi khuẩn), Archaea (vi khuẩn cổ) Eukarya (Sinh vật nhân thực) (Hình 1.15) Các sinh vật siêu giới Archaea siêu giới Bacteria déu 1a sinh nhân sơ Hầu hết sinh vật nhân sơ đơn bào có kích thước hiển vi Trong hệ thống phân loại năm giới, vi khuẩn vi khuẩn cổ A Protist (gém nhiều giới) Ÿ_ Giới Động vật gồm sinh vật nhân thực đa bào ăn sinh vật khác sinh vật nhân thực đơn bào sinh vật đa bào đơn giản có quan hệ họ hàng với chúng Ảnh protist sống nước hồ Gần đây, nhà khoa học tranh cãi xếp protist vào giới để phản ánh quan hệ tiến hoá chúng, > Giới Nấm, phần xác định kiểu dinh dưỡng thành viên nó, loại nấm hấp thụ chất dinh dưỡng từ môi trường Giới Thực vật gốm sinh vật đa bào thực quang hợp - q trình chuyển hố lượng ánh sáng thành lượng hố học thức ăn Á Hình 1.15 Ba siêu giới giới sống CHƯƠNG MỘT Mở đầu : Các chủ đề nghiên cứu sống 13 xếp vào giới chúng có cấu trúc tế bào nhân sơ Tuy nhiên, ngày có nhiều chứng ủng hộ quan điểm vi khuẩn vi khuẩn cổ hai nhánh khác biệt sinh vật nhân sơ; bạn biết khác biệt Chương 27 Cũng cịn có chứng chứng minh vi khuẩn cổ có quan hệ họ hàng gần gũi với sinh vật nhân thực với vi khuẩn Ngày nay, tất sinh vật nhân thực (sinh vật có cấu trúc tế Tính thống đa dạng giới song Tuy giới sống đa dạng có tính thống rõ rệt Ở phần da nhắc đến xương giống động vị có xương sống, nhiên, đặc điểm giống rõ mức độ tế bào phân tử Ví dụ, ngơn ngữ di truyền DNA chung cho sinh vật khác nhau, vỉ khuẩn động vật bào nhân thực) nhóm thành siêu giới Eukarya Vào kỷ nguyên sơ đồ phân loại năm gi hầu hết sinh vật nhân thực đơn bào, nguyên sinh động vật, xếp vào giới "Protista” (giới Nguyên sinh) Nhiều nhà sinh học mở rộng ranh giới giới Protista gồm số dạng sống đa bào, tảo biển có quan hệ họ hàng gần với số protist đơn bào Xu hướng phân loại gần phân nhỏ protista thành vài giới Ngồi nhóm sinh vật ngun sinh (protist), siêu giới Eukarya bao gồm ba giới sinh vật nhân thực đa bào: giới Thực vật, Nấm Động vật Ba giới phân biệt nhau, phan, phương thức đinh dưỡng chúng Thực vật tự sản sinh đường thức ăn khác cách quang hợp Nấm hấp thụ chất dinh đưỡng hoà tan từ môi trường xung quanh; nhiều loại chất thải hữu (như inh vật chết nấm phân huỷ rụng phân động vậU) rỏi hấp thụ chất dinh dưỡng từ nguồn Động vật lấy thức an bang cách tiêu hoá - ăn sinh vật khác Tất nhiên vào phân huỷ thuộc giới Động vật Nhiều chứng tính thống thấy nhiều đặc điểm cấu tạo tếbào (Hình 1.16) Chúng ta giải thích chất hai mặt tính thống ống nào? Q trình đa dạng tiến hố diễn giải phần sau minh hoạ đặc điểm giống, khác giới sống giới thiệu thêm chiều khác sinh học: thời điểm lịch sử Charles Darwin thuyết chọn lọc tự nhiên hoá thạch Lịch sử sống chứng minh chứng khác thiên tiểu thuyết vẻ biển đổi “Trái Đất với vơ vàn dạng sống ln tiến hố trải qua hàng tỷ năm (Hình 1.17) Quan điểm tiến hố giới sống, ý vào tháng I] nam 1859, Charles Robert Darwin công bố số sách quan trọng có ảnh hưởng viết Với tiêu chọn lọc đề Về nguồn gốc lồi hình thành tự nhiên, sách Darwin sách bán chạy nhanh chóng làm cho “Chi nghĩa Darwin” trở nên tương đồng với quan điểm tiến hố (Hình 1.18) ụ Lông nhung Paramecium Lông nhung Paramecium đơn bào đẩy thể bơi nước hồ Lát cắt ngang lơng nhung nhỉn kính hiển vi điện tử nhung lông trúc cẩu : sống giới dạng đa g tron g thốn tính dụ ví Một 1.16 A Hinh động Chúng có nhiều sinh vật nhân thực Lơng nhung phần kéo dài tế bào có chức chuyển nhung có cẩu lơng có khác vật sinh chí Thậm người um meci Para sinh vật nhân thực ngang lông nhung nhau, có hệ thống ống tỉnh vi ấn tượng thấy ảnh lát cắt trúc giống 14 CHUONG MOT Mở đầu: Các chủ đế nghiên cứu sõng Lơng nhung với tế bào khí quản Các tế bào lót khí quản người có lông nhung giữ cho phổi cách lớp nhầy bẫy mảnh vụn tính đa dạng có biến đổi tiến hố lồi phân nhánh từ tổ tiên chung (Hình 1.19) Luận điểm lớn thứ hai Darwin đưa chế hậu duệ có biến đổi Ơng gọi chế tiến hoá chọn lọc tự nhiên Darwin tổng hợp thành thuyết chọn lọc tự ông từ quan mà tự chúng chẳng c( chẳng có sâu sắc, Những người khác biết số manh mối khác vấn đề khó hiểu tiến hố Darwin lại biết lắp A Hinh 1.18 Charles Darwin ghếp manh mối thời trẻ với Ông bắt Á _ Hình 1.17 Đào bới vào khứ Nhà Cổ sinh học Paul Sereno, Trường Đại học Tổng hợp Chicago thận trọng khai quật xương chân khủng long Niger Nguồn gốc loài rõ hai luận điểm Thứ , Darwin đưa chứng ủng hộ cho quan điểm ơng rằng, lồi ngày xuất từ dạng tổ tiên (Chúng ta thảo luận chứng tiến hoá cách tiết Chương ¡ lịch sử tiến hố lồi “hậu du ệ - Đó câu nói sáng suốt phản ánh tính hai mặt tính thống tính đa dạng sống - tính thống quan hệ họ hàng loài hậu dug (con cháu) bắt nguồn từ tổ tiên chu đầu quan sát sau từ tự nhiên: Các cá thể quân thể có nhiều đặc điểm khác nhau, có khả di truyền (truyền từ bố mẹ đến cái) Ngoài ra, q thể có khả sinh số nhiều nhiều so với số sống sót sinh sản tiếp Với số cá thể nhiều mơi trường có khả cung cấp nên cạnh tranh tránh khỏi Cuối cùng, nói chung, lồi thích ứng với mơi trường sống chúng Ví dụ, chim sống nơi hạt cứng nguồn thức ăn có mỏ khoẻ Darwin rút kết luận từ quan sát để đến thuyết tiến hố Ơng cho rằng, cá thể với tính trạng di truyền thích hợp với mơi trường cụ thể có khả sống sót cao sinh sản nhiều so với cá thể thích nghỉ Qua nhiều hệ, tỷ lệ cá thể có tính trạng có lợi ngày tang dan quần thể Á^ Hình 1.19Tính thống đa dạng họ Hoa phong lan, Ba loại hoa phong lan rừng mưa biến thể dạng hoa chung Ví dụ, hoa có cánh hoa hình mơi để hấp dẫn côn trùng thụ phấn làm bến đậu cho chúng CHƯƠNGMỘT Mở đầu: Các chủ dé nghiên cứu sống 15 © Quan thé với đặc điểm di truyền khác Đào thải cá thể mang đặc điểm định © Các cá thể sống sót sinh sản © Tân số đặc điểm giúp tăng cường khả sống sót thành đạt sinh sản gần hoạn hoả trận bụi tro đen màu có đất nơi sống định giả cứng cánh bọ A Hinh 1.20 Chọn lọc tự nhiên Quần thể ng chỉm Nhữ than đen màu đến nhạt xám màu từ , khác sắc màu u nhiề ền truy di thể đay Đầu tiên, cá thể quần ăn bọ cánh cứng đói dễ dàng nhận có màu nhạt Tiến hoá diễn cớ thành đạt sinh sản không giống cá thể, giúp cho quần thể thích nghỉ với mơi ä trường Darwin gọi chế thích nghỉ tiến hố “chọn lọc tự nhiên” mơi trường tự nhiên “chọn lọc” để nhân lên đặc điểm định Ví dụ Hình 1.20 minh hoạ khả chọn lọc tự nhiên "sửa chữa” lại biến dị di truyền màu sắc quần thể Chúng ta thấy sản phẩm chọn lọc tự nhiên ách thích ống phù hợp với môi trường nghỉ cực sinh vật khác hồn cảnh đặc biệt (Hình 1.21) Cây tiến hố Hãy xn cấu trúc xương cánh dơi Hình 1.21 theo cách khác Những cánh đó, dù thích nghĩ để bay, thực có xương, khớp, dây thân kinh mạch máu chân tay sinh vật khác tay người, chân trước ngựa chân chèo cá voi Quả thực trước động vật có vú biến dị giải phẫu thiết kế chung giống bơng hoa Hình 1.19 biến đị "lồi hoa phong lan” Những ví dụ mối quan hệ họ hàng minh chứng cho tính thống ự đa dạng sống, đưa Darwin đến quan ẩm hậu duệ có biến đổi Theo quan điểm tính thống giải phẫu động vật có vú phản ánh di truyền cấu trúc từ tổ tiên - động vật có vú "đâu tiên”, từ sinh động vật có vú khác Sự đa dạng trước động vật có vú chọn lọc tự nhiên, hoạt động qua nhiều triệu hệ hồn cảnh mơi trường khác làm biến chứng khác chứng minh cho tiên chung ải phẫu, ủng hộ cho quan điểm tổ động vật có vú Darwin cho rằng, chọn lọc tự nhiên, nhờ hiệu ứng tích lũy qua thời gian đài làm cho lồi tổ tiên sinh hai xảy nhiều lồi cháu Vi du, điều bị quần thể bị phân nhỏ thành vài quần thể nhỏ hơn, 16 CHƯƠNG MỘT Mở đầu: Các chủ đề nghiên cứu sống ÁÀ Hình 1.21 Thích nghỉ tiến hố Di, lồi động vật có vú duyg có khả bay khoẻ, cánh màng mỏn nằm “ngón tay” dài Theo quan điểm sống Darwin, kiểu thích nghỉ chọn lọc tự nhiên, ng cách ly môi trường khác Trong nhữ khu vực hoạt động tách biệt chọn lọc tự nhiên, dan lan toa thành nhiều lồi qn thể cách ly địa qua nhiều hệ, thích nghỉ với tập ú tố mơi trường khác hợp c: ‘Cay phả hệ” 14 loài chim sẻ Hình 1.22 minh lồi có thé hoạ ví dụ từ tổ ly Galápagos, 900 km, vào tiếng lan toả thích nghỉ lồi tiên chung Darwin thu thập mẫu vật chim chuyến thăm quần đảo cách cách bờ biển Thái Bình Dương Nam Mỹ năm 1835 Đây quân đảo núi lửa tương đối trẻ, quê hương nhiều loài động vật khơng cịn tìm thấy đâu khác giới, mặc sinh vật Galápagos, rõ ràng có quan hầu hết họ hàng với loài lục địa Nam Mỹ Sau núi tạo nên Galápagos vài triệu năm trước, có lẽ chim sẻ hịn đảo khác trở nên đa dạng dù hệ lửa nguồn từ lồi chim sẻ tổ tiên tình cờ bay đến quần đảo từ § § —— ei — te | | | Ï| —_ Í 6° a —3-——9 g & 5š —_—_— |i || | f — z z L_| Chim sẻ đất mỏ nhọ: Geospiza difficilis : AN CO | F soc Cactospiza heliobates Chim sẻ ăn câya đước ˆ wrest Fe | Cactospiza pallida >2 — Chim sẻ vừa Camarhynchus pauper | { Chim sẻ gõ kiến oe j wee» Chim sé to Camarhynchus psittacula L Chim sẻ nhỏ Camarhynchus parvulus | | S §š ele | es | } ị xo ¡ | ion a & A Qa Platypiza crassirostris | |Li xám Certhidea fusca ————>———— ie z | | el “7” soe Ce Chim sé warbler "` ¬ j | Certhidea olivacea s Sz TT” ¬ Chim sẻ đất xương rồng to Geospiza conirostris ¬" ===-‹‹ Chim sẻ đất xương rồng Geospiza scandens ' ương | p—n TOTIEN CHUNG & < a Chim sẻ wabler xanh Hinh 1.22 Hậu duệ có biến đổi: lan toả thích nghỉ chim sẻ quần dao Galapagos “Cay” pha hệ minh hoạ _——- Chim sẻ đất cỡ nhỏ Geospiza fuliginosa Ý_ Chim sẻ đất cỡ vừa Geospiza fortis —======e Chim sé đất cỡ to > e Geospiza magnirostris mô hình xây dựng gần cho thấy tiến hoá chim sẻ quần đảo Galápagos Hãy ý đến hình dạng mỏ khác để thích nghỉ với nguồn thức ăn đảo khác (Trước người ta cho chúng bắt nguồn từ lục địa Nam Mỹ giống nhiều sinh vật khác quân đảo Galápagos, ngày người ta cho chúng đến từ đảo Carribe) Nhiều năm sau có sưu tập chim sẻ quân đảo Galápagos Darwin, nhà nghiên cứu bắt đầu phân loại mối quan hệ loài chim sẻ, lúc đầu từ số liệu giải phẫu địa lý, gần so sánh trình tự DNA Sơ đồ quan hệ tiến hoá nhà sinh học, nói chung, có dạng hình cho dù ngày nhà sinh học thường quay theo cách Hình 1.22, Các sơ đồ hình trở nên dễ hiểu thấy người có dịng họ diễn tả sơ đồ phả hệ, lồi sinh vật nhánh tiến hoá ngày mở rộng theo thời gian thơng qua tổ tiên chung Những lồi giống nhau, loài chim sẻ quần đảo Galápagos, có tổ tiên chung nhánh tương đối gần tiến hố, Nhưng dị theo tổ tiên sống cách xa chim sẻ có quan hệ họ hàng với chim sẻ cổ, diều hâu, chim cánh cụt loài chim khác Và chim, động vật có vú tất động Vật có xương sống khác lại có tổ tiên chung cổ Chúng ta cịn tìm thấy chứng mối quan hệ rộng đặc điểm giống vậy, cấu trúc tương tự lông nhung tất sinh vật nhân thực (xem Hình 1.16) Quay ngược lại đủ xa thấy hố thạch sinh vật nhân sơ nguyên thuỷ sống Trái Đất cách hon 3,5 ty nam Chúng ta nhận dấu vết tế bào ~ ví dụ, mã di truyền Mọi dạng sống kết nối thông qua lịch sử tiến hố lâu đài CHƯƠNG MỘT Mở đầu : Các chủ đề nghiên cứu sựsống 17 RUMI1 Địa bậc Giải cho Khoa học khám phá Đơi cịn gọi khoa học mô tả, khoa học khám gửi thư giống với hệ thống phân loại theo cấp nào? thích từ “sửa chữa” cách ẩn dụ thích hợp thấy chọn lọc tự nhiên tác động đến biến dị di truyền quần thể nào? phá mô tả cấu trúc trình tự nhiên kỹ lưỡng ta hiểu cấu trúc tế bào giúp mở rộng Các kiều số liêu Quan sát dùng giác quan để thu thập thông tin cách trực tiếp gián tiếp với trợ giúp cơng cụ kính hiển vi để mở rộng giác quan Các quan sát ghi chép lại gọi số liệu Nói họ hàng chúng thực vật? Hãy vẽ mô hình phân sinh vật nhân thực Câu trả lời có Phụ lục A sở liệu hệ gene loài thể biểu diễn tiến hố ba cành Trên cành sinh vật nhân thực, ba nhánh giới Thực vật, Nấm Động vật Điều xảy nấm động vật có quan hệ họ hàng gần gũi với hơn, chứng gân cho thấy, so với quan hệ định ba giới thơng qua việc quan sát phân tích cần thận số liệu Ví dụ, khoa học khám phá cho chúng EIEETfẾBa siêu giới bạn học Khái niệm 1.2 cành đơn giản thể quan hệ giả cách | ách khác, số liệu hạng mục thông tin mà việc hiểu khoa học cần dựa vào tìm Đối với nhiều người, thuật ngữ số điệu nghĩa số Nhưng nhiều số liệu lại có tính định tính, thường di mơ tả khơng phải số đo Vi du, Jane Goodall dành it bà tập tính nhiều thập kỷ để ghi lại 1.3 tỉnh tỉnh nghiên cứu thực địa vùng rừng Gambia Các nhà khoa học sử dụng hai dạng điều tra nghiên cứu tự nhiên Tit science (khoa học) có nguồn gốc từ động từ latin với nghĩa "tìm hiểu" Khoa học cách tìm hiểu giới tự (Hình 1.23) Bà c ổ quan sát bà băng ảnh phim Cùng với số liệu định tính đó, Goodall làm giầu thêm lĩnh vực tập tính động vật nhiễu số liệu định lượng thường ghi lại bảng số đo Lướt qua tạp chí khoa học thư viện trường bạn, bạn thấy nhiều ví dụ số liệu định lượng tổ chức thành bảng đồ thị nhiên Nó phát triển hiếu kỳ thân chúng ta, dạng sống khác, hành tỉnh vẻ vũ trụ Khát khao hiểu biết có lẽ ham muốn hiểu, tìm kiếm thơng “Tâm điểm khoa học tìm tỉn tìm cách giải thích, thường tập trung vào câu biệt Thơi thúc mong muốn tìm hiểu khiến i âu trả lời tự nhiên lồi thích nghỉ với môi trường chúng Và ngày việc tìm hiểu dẫn dắt đến việc phân tích hệ gene giúp hiểu tính thống v tính đa dạng sinh học mức độ phân tử Thực tế, ý thức tìm hiểu động lực tiến sinh học điều khiển Khơng có cơng thức chung để tìm hiểu khoa học thành cơng, khơng có phương pháp khoa học với ách hướng dẫn bắt nhà nghiên cứu phải tuân theo cách cứng nhắc Như tìm kiếm, khoa học, bên cạnh việc lập kế hoạch tỷ mỷ, suy luận, sáng tạo, hợp tác, cạnh tranh, kiên nhân kiên định vượt qua thất ai, bao gồm yếu tố thách thức, mạo hiểm tra làm cho may mắn Các yếu tố đa dạng việc điều khoa học có tính chặt chẽ nhiều người nghĩ Có thể lọc đặc tính định để giúp phân biệt khoa học với cách mơ tả v; thích tự nhiên khác Các nhà khoa học sử dụng hai dạng tìm hiểu khoa học chính: khoa học khám phá khoa học dựa c: thuyết Khoa học khám phá chủ yếu mô /ở tự nhiên Khoa học dựa giả thuyết chủ yếu giải tích tự nhiên điều tra khoa học kết hợp hai cách tiếp cận Hầu hết nghiên cứu 18 CHƯƠNG MỘT Mở đầu: Các chủ đế nghiên cứu sống A Hinh 1.23 Jane Goodall thu thập số liệu định tính tập tính tỉnh tỉnh Goodall ghi chép quan sát bà vào sổ tay thực địa, thường kèm theo phác hoa tập tính vật Phép quy nạp khoa học khám phá Khoa học khám phá dẫn đến kết luận quan trọng dựa cách tư logic gọi phép quy nạp hay lập luận quy nạp Thông qua quy nạp, rút điểm chung từ số lượng lớn quan sát “Mặt Trời ln mọc phương đơng" ví dụ Hoặc “Mọi sinh vật cấu tạo từ š bào" Điểm khái quất phần thuyết tế bào xây dựng dựa khám phá qua hai kỷ tế bào nhà sinh học nhiều mẫu vật khác kí hiển vi Những quan sát kỹ lưỡng phân tích ệ với việc khái qt hố quy nạp tảng cho hiểu biết tự nhiên Khoa học dựa giả thuyết Những quan sát suy luận từ khoa học khám phá kích thích tìm kiếm ngun nhân cách giải thích cho quan sát Cái gáy nén đa đạng chim sẻ quần đảo Galápagos? Cái làm cho rễ non mọc xuống đất cành mang lại mọc lên trên? Cái giải thích cho kết luận rang Mat Trời mọc phương đông? Trong khoa hoc, cách tìm hiểu thường bao gồm việc đưa giả thuyết kiểm định cách giải thích giả thuyết - giả thuyết Vai trị giả thuyết tìm hiểu khoa học Trong khoa học, giả thuyết câu trả lời thử cho câu hỏi xác định rõ - cách giải thích thử nghiệm Đó thường cách đốn dựa kinh nghiệm số liệu có từ khoa học khám phá Giả thuyết khoa học dẫn đến tiên đốn kiểm chứng quan sát bổ sung cách tiến hành thí nghiệm _ Tất sử dụng giả thuyết để giải vấn đề ngày Ví dụ, đèn pin ban bi hong bạn cắm trại Đó quan sát Câu hỏi rõ ràng là: Tại đèn pin lại hỏng? Hai giả thuyết có lý dựa kinh ngi bạn là: (1) hết pin (2) bóng đèn bị cháy Mỗi giả thuyết dẫn đến tiên đốn mà bạn kiểm chứng thí nghiệm hết pin cho ta tiên đoán rằng, thay pin giải giả thuyết vấn đề Hình 1.24 sơ đồ hố cách khám phá Tất nhiên, mổ xẻ trình suy nghĩ giải vấn để cách dùng giả thuyết, tiên đốn thí nghiệm Nhưng, giả thuyết khoa học, rõ ràng có nguồn gốc từ xu hướng người muốn làm rõ thứ cách thử sai Suy diễn: Logic 'Nếu thì" giả thuyết khoa hoc Một kiểu logic gọi suy diễn (diễn dịch) thường dùng khoa học dựa giả thuyết Suy diễn ngược lại với quy nạp, nhớ lại, quy nạp cách lý giải để tìm kết luận chung từ tập hợp quan sát Trong, cách lý giải suy diễn, tư logic theo hướng ngược lại, từ chung đến riêng A Hinh 1.24 Vi du vé tìm hiểu dựa giả thuyết Từ tiền để chung, suy kết riêng mà hy vọng có tiền đề Nếu sinh vật cấu tạo từ tế bào (tiền để 1) người sinh vật (tiền đề 2) người cấu tạo từ tế bào (phán đoán suy luận cho trường hợp cụ thể) Trong khoa học dựa giả thuyết, suy diễn thường dạng tiên đốn kết thí nghiệm quan sát tìm thấy giả thuyết cụ thể (tiền đẻ) CHƯƠNG MỘT Mở đầu : Các chủ để nghiên cứu sống 19 Sau kiểm chứng giả thuyết cách thực thí nghiệm quan sát để xem kết có dự đốn khơng Cách kiểm chứng suy diễn hình đèn pin: thức tư lơgic "»ế§ (hỉ” Trong ví dụ Nếi hết pin giả thuyết bạn thay pin đèn pin phải hoạt động Xem xét kỹ giả thuyết điều tra khoa học 'Ví dụ đèn pin minh hoạ hai định lượng quan trọng giả thuyết khoa học Thứ nhất, gi št phải kiểm phải có cách để kiểm tra tính chứng ý tưởng Thứ hai, giả thuyết phải phú nhận đắn sát tiến hành thí được: nghĩa phải có cách quan nghiệm để xác minh ý tưởng &hóng Giả thuyết răng, hết pin nguyên nhân làm cho đèn hỏng kiểm chứng sai cách thay pin cũ bảng pin mà đèn không hoạt động Không phải u chuẩn khoa học: giả thuyết đáp ứng Hãy thử tìm cách chứng minh giả thuyết rằng, bóng ma khơng nhìn thấy khu cám trại đùa giỡn với đèn bạn sai đi! Việc kiểm tra đèn pin minh hoạ cho luận điểm chủ yếu khác giả thuyết khoa học Thật lý tưởng có hai nhiều giả thuyết thay thiết kế thí nghiệm để xác định giả thuyết sai Ngồi hai giả thuyết trình bày Hình cịn có giả thuyết khác cđ pin bóng 24, đèn hỏng Giả thuyết cho thấy kết tiến hành thí nghiệm Hình 1.24? Bạn cần xây dựng thí nghiệm bổ sung để kiểm chứng giả thuyết vẻ nhiều thứ hoạt động Chúng giả thuyết chức vậy? ta khai thác kịch đèn pin để rút khoa học Mặc dù học quan trọng bóng đèn cháy cách giải thích đúng, lưu ý rằng, cách kiểm chứng ling ho cho gia thuyét khong phải cách chứng minh giả thuyết mà cách khơng loại trừ thơng qua việc chứng minh sai khơng có Có lẽ, bóng đèn cũ đơn thay vào vận chặt giản bị lỏng bóng Chúng ta xác định huyết bóng đèn hỏng sai thí nghiệm khác - tháo bóng lắp lại cẩn thận Tuy nhiên, khơng thể có đủ số lượng thí nghiệm kiểm chứng để đảm bảo giả thuyết không cịn bị nghỉ ngờ khơng thể kiểm chứng tất giả thuyết thay khác Một giả thuyết giành tin cậy nhờ vượt qua cố gắng chứng minh khơng sai, kiểm chứng loại giả thuyết thay khác pháp khoa học Tính linh hoạt phương Ví dụ đèn pin Hình 1.24 trình điêu tra lý tưởng hoá gọi phương pháp khoa học Chúng ta nhận yếu tố q trình hầu hết báo mà nhà khoa học cơng bố, nhiên, dạng kết cấu chặt Rất cách cứng nhắc trình điều tra khoa học tuân theo tự bước "sách giáo khoa” vẻ phương pháp khoa học quy định CHƯƠNGMỘT Mở đấu:Các chủ đếtrong nghiên cứu sống Ví dụ nhà khoa học bắt đầu thiết kế thí nghiệm sau lại quay lại từ đầu nhận cần có ý nhiều quan sát Trong trường hợp đơn giản quan sát gây khó hiểu không thúc vấn đẻ xác định rõ việc giải Ìy cứu khác thay quan sát với nội dung Ví dụ Darwin thu thập mẫu chim sẻ quần đảo Galápagos khơng ý nhiều năm sau, ý tưởng chọn lọc tự nhiên bát đầu sâu đậm nhà sinh học bắt đầu đặt câu hỏi lịch sử mâu chim Hơn nữa, đơi nhà khoa học định hướng lại nghiên cứu họ nhận đặt vấn đề Vi du, vao dau thé ky XX, nhiều nghiên cứu vẻ bệnh tâm thần phân liệt hội chứng trầm cảm (nay gọi hội chứng lưỡng cực) sai đường tập trung nhiều vào vấn để kinh nghiệm sống gây chứng bệnh nghiêm trọng nào, Nghiên cứu nguyên nhân cách chữa trị tiềm trở nên có hiệu người ta tập trung vào câu hỏi cân chất hoá học định não có ảnh hưởng đến thiểu trí tuệ Một cách cơng bằng, thừa nhận thay đổi bước ngoặt điều tra khoa học trở nên rõ ràng với lợi triển vọng lịch sử Còn nguyên nhân khác khoa học tốt không tuân theo phương pháp điều tra nào: Khám phá khoa học đóng góp nhiều vào hiểu tự nhiên, bỏ qua nhiều bước gọi phương pháp khoa học Đối với bạn, điều quan trọng với sức mạnh phương cách sử dụng cho số tìm khoá học sinh học quan trọng phải tránh rập có kinh nghiệm pháp khoa học, ví dụ tịi phịng thí nghiệm bạn Tuy nhiên, điều khn máy móc Một nghiên cứu tình điều tra khoa học: Nghiên cứu bắt chước quần thể rắn Giờ đây, rút đặc tính khoa học khám phá khoa học dựa giả thuyết, bạn nhận hình thức điều tra nghiên cứu tình nghiên cứu khoa học cụ thể Nghiên cứu bát đâu với tập hợp quan sát khái qt hố có nhờ điều tra Nhiều lồi động vật gây độc có màu sá sỡ, thường với hoa văn khác biệt đối lập với màu nên Đó gọi mầu sắc cảnh báo rõ ràng phát tín hiệu “lồi nguy hiểm” vật ăn thịt tiềm tàng Tuy nhiên, cịn Những kẻ bắt chước trơng giống có bắt chước loài gây độc chúng thực vơ hại Câu hỏi từ quan sát là: Chức kiểu bất chước gì? Một giả thuyết có lý là, trị “lừa đối” thích nghỉ tiến hố bị động vật loài gây độc Giả Bates đưa năm giúp cho động vật vô hại lảm nguy ăn thịt an lầm tưởng chúng thuyết nhà khoa học Anh Henry 1862 ... khác thảo luận tiết Chương 26.) 12 — CHƯƠNGMỘT _ Mở đấu :Các chủ đ? ?trong nghiên cứu sống ''Tính đa dạng đặc điểm bật giới sống Các nhà sinh học xác định đặt tên cho khoảng 1, 8 triệu loài Đến nay,... phá chủ yếu mô /ở tự nhiên Khoa học dựa giả thuyết chủ yếu giải tích tự nhiên điều tra khoa học kết hợp hai cách tiếp cận Hầu hết nghiên cứu 18 CHƯƠNG MỘT Mở đầu: Các chủ đế nghiên cứu sống. .. chuyển hố lượng ánh sáng thành lượng hoá học thức ăn Á Hình 1. 15 Ba siêu giới giới sống CHƯƠNG MỘT Mở đầu : Các chủ đề nghiên cứu sống 13 xếp vào giới chúng có cấu trúc tế bào nhân sơ Tuy nhiên,