Bài 3 trang 180 sgk Sinh học 12 nâng cao: Giai đoạn tiến hóa hóa học có những đặc điểm gì?
Lời giải:
Giai đoạn tiến hóa hóa học gồm quá trình hình thành các đại phân tử tự nhân đôi qua 3 bước:
- Sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản: các chất vô cơ có trong khí quyển nguyên thủy [hơi nước, các 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 [hiđrôcacbon, saccarit, lipit, axit amin và nuclêôtit].
- Sự hình thành các đại phân tử từ các chất hữu cơ đơn giản: Các chất hữu cơ đơn giản hòa tan trong đại dương nguyên thủy, lắng đọng trên nền bùn sét nóng đã trùng hợp lại tạo nên các đại phân tử ARN, ADN, prôtêin…
- Sự hình thành các đại phân tử tự nhân đôi: Hiện nay, người ta giả thiết rằng phân tử tự tái bản xuất hiện đầu tiên là ARN. ARN có thể tự tái bản không cần đến sự tham gia của enzim. Hiện nay, trong tế bào, ARN đóng vai trò là chất xúc tác sinh học như enzim.
Bài 4 trang 180 sgk Sinh học 12 nâng cao: Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học và sinh học diễn ra như thế nào?
Lời giải:
- Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học: là giai đoạn hình thành mối tương tác của các đại phân tử, chủ yếu là axit nuclêic và prôtêin tạo thành một hệ thống riêng, tách biệt với môi trường nhờ lớp màng lipoprôtêin. Hệ thống này gọi là tế bào nguyên thủy. Chúng có khả năng sử dụng năng lượng, trao đổi chất và phân chia.
- Giai đoạn tiến hóa sinh học: Từ các tế bào nguyên thủy, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên sẽ tiến hóa thành các cơ thể đơn bào đơn giản [cơ thể sống đầu tiên ở dạng sinh vật nhân sơ – cách đây khoảng 3,5 tỉ năm]. Sau đó hình thành cơ thể nhân thực, đầu tiên là đơn bào nhân thực [xuất hiện cách nay 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 đã diễn ra cho đến ngày nay, tạo ra toàn bộ sinh giới như hiện nay.
Câu hỏi: Trình tự các giai đoạn của tiến hóa phát sinh sự sống trên Trái Đất là?
A. Tiến hóa hóa học – tiến hóa sinh học.
B. Tiến hóa hóa học – tiến hóa tiền sinh học - tiến hóa sinh học.
C. Tiến hóa sinh học – tiến hóa hóa học – tiến hóa tiền sinh học.
D. Tiến hóa tiền sinh học – tiến hóa sinh học – tiến hóa hóa học.
Lời giải:
Đáp án đúng: B. Tiến hóa hóa học – tiến hóa tiền sinh học - tiến hóa sinh học.
Giải thích:
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.
Cùng Toploigiai tìm hiểu những kiến thức cơ bản về sự sống trên Trái Đất nhé!
Xét về toàn bộ quá trình tiến hóa, sự sống trên Trái Đất đã trải qua các giai đoạn sau:
- Tiến hóa hóa học: sự hình thành và tiến hóa của các hợp chất hữu cơ
- Tiến hóa tiền sinh học: sự hình thành và tiến hóa của các tế bào sơ khai
- Tiến hóa sinh học: sự tiến hóa của các loài sinh vật trên Trái Đất cho đến ngày nay.
I. Tiến hóa hóa học
1. Hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ
- Theo ông Oparin [Nga] và Haldane [Anh] đã độc lập nhau cùng đưa ra giả thuyết cho rằng các hợp chất hữu cơ đơn giản đầu tiên trên trái đất có thể được xuất hiện bằng con đường hóa tổng hợp từ các chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng là sấm sét, tia tử ngoại, núi lửa: Bầu khí quyển nguyên thủy không có oxi, dưới tác dụng của nguồn năng lượng tự nhiên [tia chớp, tia tử ngoại, núi lửa …] 1 số các chất vô cơ kết hợp tạo nên chất hữu cơ đơn giản: a. amin, nucleotit, đường đơn, a. xit béo … Các đơn phân kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử.
- Ông Miller và Uray đã làm thí nghiệm kiểm chứng: Tạo ra môi trường có thành phần hóa học giống khí quyển của trái đất nguyên thủy trong bình thủy tinh. Hỗn hợp khí CH4, NH3, H2 và hơi nước được đặt trong điều kiện phóng điện liên tục suốt 1 tuần lễ. Kết quả các ông đã thu được 1 số chất hữu cơ đơn giản trong đó có các a. amin. Các chất hữu cơ được hình thành trong điều kiện hóa học của bầu khí quyển nguyên thủy ngày càng phức tạp dần CH → CHO → CHON
2. Quá trình trùng phân tạo nên các đại phân tử hữu cơ
- Để chứng minh các đơn phân như axit amin có thể kết hợp với nhau tạo nên các chuỗi polipeptit đơn giản trong điều kiện trái đất nguyên thủy, ông Fox và các cộng sự vào năm 1950 đã tiến hành thí nghiệm đun nóng hỗn hợp các axit amin khô ở nhiệt độ từ 150 → 180oC và đã tạo ra được các chuỗi peptit ngắn [gọi là prôtêin nhiệt].
→ Kết luận: Các đơn phân tử kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử.
3. Sự xuất hiện cơ chế tự nhân đôi
a. ADN có trước hay ARN có trước?
- Một số bằng chứng đã chứng minh ARN có thể tự nhân đôi không cần enzim nên ARN tiến hóa trước ADN.
- ARN có khả năng tự nhân đôi, CLTN sẽ chọn các phân tử ARN có khả năng tự sao tốt, có hoạt tính enzim tốt làm vật liệu di truyền. Từ ARN → ADN.
b. Hình thành cơ chế dịch mã:
- ARN là khuôn để các axit amin liên kết nhau tạo thành chuỗi polipeptit và chúng được bao bọc bởi màng bán thấm cách li với môi trường ngoài.
II. Tiến hóa tiền sinh học
- Các đại phân tử: lipit, protit, a. nucleic … xuất hiện trong nước và tập trung cùng nhau thì các phân tử lipit do đặc tính kị nước sẽ lập tức hình thành nên lớp màng bao bọc lấy tập hợp các đại phân tử hữu cơ tạo nên các giọt nhỏ li ti khác nhau. Các giọt này chịu sự tác động của CLTN sẽ tiến hóa dần tạo nên các tế bào sơ khai [protobiont].
- Các protobiont nào có được tập hợp các phân tử giúp chúng có khả năng trao đổi chất và năng lượng với bên ngoài, có khả năng phân chia và duy trì thành phần hóa học thích hợp thì được giữ lại và nhân rộng.
- Bằng thực nghiệm các nhà khoa học cũng đã tạo được các giọt gọi là lipôxôm khi cho lipit vào trong nước cùng với một số các chất hữu cơ khác nhau. Lipit đã tạo nên lớp màng bao lấy các hợp chất hữu cơ khác và một số li-pô-xôm cũng đã biểu hiện một số đặc tính sơ khai của sự sống như phân đôi, trao đổi chất với môi trường bên ngoài. Ngoài ra các nhà khoa học cũng tạo được các giọt côaxecva có khả năng tăng kích thước và duy trì cấu trúc ổn định trong dung dịch.
- Sau khi các tế bào nguyên thủy được hình thành thì quá trình tiến hóa sinh học tiếp diễn, dưới tác động của các nhân tố tiến hóa đã tạo ra các loài sinh vật như ngày nay. Tế bào nhân sơ [cách đây 3,5 tỉ năm], đơn bào nhân thực [1,5 – 1,7 tỉ năm], đa bào nhân thực [670 triệu năm].
III. Tiến hóa sinh học
Từ các tế bào nguyên thủy, dưới tác dụng chọn lọc của các nhân tố tiến hóa [thuyết tiến hóa tổng hợp] tạo nên các loài sinh vật như ngày nay.