Những phát hiện mới về nguồn gốc của sự sống

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 12/19/2013 ‹#› XIN CHÀO CÔ GIÁO VÀ CÁC BẠN ĐÃ ĐẾN VỚI BUỔI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 11 Sản phẩm của Nhóm 11 – ĐH Công Nghệ Cơ khí - Môn Sinh Học Đại Cương DANH SÁCH NHÓM 11 GỒM: MSSV: 1. VÕ ĐỨC HOÀNG. 2003130041 2. HOÀNG SƠN. 2003130040 3. DƯƠNG CÔNG TẤN PHÁT 2003130014 4. VÕ HOÀNG ĐỊNH. 2003130031 5. BÙI HỮU HÀ. 2003130071 6. NGUYỄN NGỌC THỌ. 2003130119 7.NGUYỄN NGỌC PHÚC. 2003130055 NHỮNG PHÁT HIỆN MỚI VỀ NGUỒN GỐC CỦA SỰ SỐNG. NỘI DUNG BUỔI THUYẾT TRÌNH GỒM : I.Những học thuyết đầu tiên về sự sống. II.Nguồn gốc của các chất hữu cơ cơ bản. III.Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học. IV.Giai đoạn tiến hóa sinh học. LỜI MỞ ĐẦU : Ngành khoa học sinh vật hiện đại đang đương đầu với một câu hỏi: sự sống bắt nguồn từ đâu? Nghiên cứu về nguồn gốc sự sống là một trong những lĩnh vực được biết đến rất hạn chế.Mặc dù hầu hết những hiểu biết của con người về bộ môn sinh học và thế giớ tự nhiên là dựa trên điều đó. Mặc dù công việc nghiên cứu về lĩnh vực này rất chậm nhưng nó luôn luôn thu hút sự chú ý của nhiều người bởi vì đây là một câu hỏi rất khó và rất lớn.Một số những sự kiện đã cho chúng ta biết một phần điều kiện tạo nên sự sống, nhưng cơ chế bên trong tạo nên sự sống vẫn là một điều bí ẩn. VẬY SỰ SỐNG BẮT NGUỒN TỪ ĐÂU? Sang đầu thế kỉ XX các nhà khoa học đã chứng minh rằng trong điều kiện hiện nay cơ thể sống chỉ được sinh ra từ cơ thể sống có sẵn chứ không được sinh ra từ các chất vô cơ, nhưng trong quá trình xuất hiện và tiến hóa của Trái Đất cách chúng ta khoảng 4,6 tỉ năm chưa hề có sự sống.Thế thì sự sống sinh ra từ đâu? Ngày nay khoa học đã có câu trả lời cho vấn đề nguồn gốc sự sống.Sự sống chỉ xuất hiệ cách đây khoảng 4 tỉ năm bằng con đường vô cơ dưới tác động của nhân tố tự nhiên qua 3 giai đoạn: tiến hóa hóa học – tiến hóa tiền sinh học – tiến hóa tiền sinh học. I. NHỮNG TƯ TƯỞNG, HỌC THUYẾT ĐẦU TIÊN VỀ SỰ SỐNG Vào thế kỉ 4 trước công nguyên , Aristotle đã trình bày dựa trên những điều mà con người thời đó biết được,ít nhất là ở Châu Âu, rằng những vật thể sống.Ví dụ như bọ chét và chuột phát sinh từ những đống rác cũ hay bột mì, những con giòi và rồi trong đống thịt thối. Ông đi đến kết luận : Cuộc sống,nói ngắn gọn hơn,là bắt nguồn từ sự phát triển tự nhiên Năm1862, Louis Pasteur đã tiến hành thí nghiệp chứng minh chắc chắc chắn rằng sự sống không tự ngẫu sinh.Ông dùng hai bình cầu chứa môi trường dinh dưỡng một cái cổ hở, một cái cổ cong, (như hình vẽ mô tả ).Hai bình được đun sôi lâu để diệt vi khuẩn.Sau một thời gian, mầm vi khuẩn rơi vào bình hở làm biến đổi môi trường, còn ở bình cổ cong, vi khẩn không vào được nên không có sự sống, môi trường không đổi. “Pasteur đã chứng minh rằng những sinh vật bậc cao không thế phát sinh một cách tự nhiên.” Sự sống chỉ phát sinh từ những tế bào có sẵn ( Louis Pasteur 1822 – 1895) Trong khi đó, bên kia eo biển Măng sơ, vào năm 1859, nhà khoa học Charles Darwin đã công bố cuốn sách: “ Về nguồn gốc của muôn loài ” ,trong đó ông nhấn mạnh ý tưởng rằng các dạng của sự sống có thay đổi, tiến hóa thành nhiều loài mới qua nhiều kỳ nguyên. Lý thuyết tiến hóa của Charles Darwin đã đưa ra một cơ chế để giải thích điều này: sinh vật phải mất hàng ngàn năm để tiến hóa từ những dạng cơ bản, nhưng nó sẽ không mang những đặc điểm như lúc trước nữa, nhưng những sinh vật cơ bản ấy sẽ từ đâu ra. Sự phát sinh và phát triển sự sống trên Trái Đất được chia thành 3 giai đoạn : Tiến hóa hóa học. Tiến hóa tiền sinh học. Tiến hóa sinh học. ( Charles Darwin 1809 – 1882 ) Trong các giai đoạn tiến hóa, các chất hữu cơ đầu tiên được hình thành từ các chất vô cơ với điều kiện nguyên thủy của Trái Đất.Các chất hữu cơ đơn giản này được trùng phân tạo nên các đại phân tử , từ các đại phân tử hữu cơ này hình thành các tế bào sơ khai và tạo nên các tế bào sống đầu tiên, từ các tế bào sống này hình thành nên những sinh vật cơ bản.Ngày nay, học thuyết tế bào hiện đại khẳng định rằng tất cả các sih vật đều được cấu tạo nên từ tế bào, nhưng tế bào mới được tạo nên từ sự phân chia của những tế bào trước nó. Nguồn gốc tế bào cũng chính là nguồn gốc sự sống và là những bước quan trọng nhất trong quá trình tiến hóa sự sống.Sự xuất hiện tế bào chính là bước đánh dấu chuyển biến từ thế giới hóa học vô sinh để bắt đầu sự sống sinh vật.Nghiên cứu sâu về sự ra đời của tế bào sẻ phần nào giúp ta tìm ra được cội nguồn của sự sống. Những thí nghiện của Pasteur và học thuyết của Charles Darwin đã dẫn tới những kết luận đối ngược nhau về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất. Pasteur tuyên bố rằng các công trình của ông cuối cùng củng cố niền tin Chúa tạo ra sự sống.Cũng bởi vì sự sống không thể bắ nguồn từ những vật thể phi sự sống, sinh vật đầu tiên trên Trái Đất cũng không thể tự mình có được nếu không có sự sáng tạo của một đấng siêu nhiên.Thế nhưng học thuyết tiến hóa của Darwinlaj cho rằng sự sống đầu tiên trên Trái Đất có thể bắt nguồn từ những vật chất tự nhiên. II. NGUỒN GỐC CỦA CÁC CHẤT HỮU CƠ CƠ BẢN : Gỉa thuyết này cho rằng sự sống bắt nguồn từ không gian ngoài địa cầu, từ một hành tinh khác hay thiên hà khác, xâm nhập vào địa cầu qua các thiên thạch, bụi vũ trụ, sao chổi….Nhiệt độ không gian rất thấp, càng lên cao càng thấp , âm 50 độ C ở tầm bay cao độ 10 km.Các sinh vật đơn bào có thể sống vĩnh viễn ở nhiệt độ Nitrogen lỏng ( âm 190 độ C ). Tiến sĩ Terry Kee, một nhà sinh học vũ trụ của Đại học Leeds tại Anh, tin rằng khi những thiên thạch bắn phá địa cầu vài tỉ năm trước, nhiều viên rơi xuống những vùng nước xung quanh núi lửa hoạt động Nước nằn gần núi lửa hoạt động có tính axit nhẹ do nó hòa tan những vật chất từ núi lửa.Nhờ tính axit nhẹ mà nước tương tác với thiên thạch để tạo nên những hợp chất hóa học đầu tiên. 1. Gỉa thuyết : Sự sống đến từ vũ trụ. Và để chứng minh, Terry Kee thả những mẫu thiên thạch chứa sắt vào nước có tính axit nhẹ và nhận thấy các hợp chất phosphate hình thành. Sau khi được nung nóng tới khoảng 80 độ C, các hợp chất phosphate biến thành pyrophosphate – chất tạo nên adenosine triphosphate ( ATP ) . Các nhà khoa học đã phát hiện các chất tạo nên DNA trong các thiên thạch, nhưng chưa chắc chắn rằng liệu chúng được tạo ra trong không gian hay do tác động của Trái Đất trong quá trình va chạm. Các nhà khoa học của NASA đã phân tích những mẫu thiên thạch hình thành cách đây nhiều tỉ năm trước khi rơi xuống Trái Đất và họ phát hiệ ra Adenine và Guanin – hai trong bốn chất được gọi là nuleobazơ tạo nên DNA – đã được tìm thấy trong những mẫu thiên thạch đó. Qua quộc nghiên cứu, các nhà khoa học cũng đã cung cấp các bằng chứng cho thấy rằng các nucleobazơ đã được hình thành trong không gian chứ không phải từ môi trường trên Trái Đất. Qua nghiên cứu, phân tích đã cho thấy là cả ba loại phân từ cần thiết để kiến tạo nên các tế bào sống là: các nuclebazơ, các acid amin amphiphilic. Tất cả đều đã được tìm thấy trong các thiên thạch và dường như được hình thành tại đó. Như vậy, theo các nhà khoa học, thiên thạch có thể đươc nói đến như nguồn cung cấp các nguồn thành phần cần thiết cho nguồn gốc của sự sống trên Trái đất và có thể ở cả nơi khác. 2. Giả thuyết: các chất hửu cơ phức tạp được sinh ra từ những hợp chất cơ bản có sẵn Giả thuyết thứ hai về nguồn gốc sự sống cho rằng không có nguồn cung cấp từ ngoài trái đất mà các chât hửu cơ phức tạp được sinh ra từ nhũng hợp chất nhỏ có sẵn dưới các tác động bên ngoài như: bức xạ mặt trời, sấm sét, sức nóng từ lõi trái đất và mặt trời. Tất cả đều sinh ra từ giai đoạn tiến hóa đầu tiên: tiến hóa hóa học Khi khối không khí khử này giao tiếp với năng lượng, như tia lữa điện của sấm chớp, nhiệt của hỏa diệm sơn, hay tia UV sẽ cho ra một số chất hửu cơ giản dị - hợp chất đơn (monomers) như đường glucose hay aminoacid Các hợp chất đơn hửu cơ này tích tụ chung với nhau như “nước canh-soup” Các phân tử hợp chất đơn kết hợp với nhau thành đa hợp chất hửu cơ (polymers) và cuối cùng cấu tạo sự sống. Kết hợp các phospholipids tạo thành chất lipid có 2 lớp (lipid bilayers) là thành phần cấu tạo màng tế bào Theo giả thuyết thứ hai này thì: Trái đất thời nguyên thủy có một khí quyển khử gồm khí nitrogen, methane, ammonia, nước hydrogen sulfide, cacbon dioxyide hay cacbon monoxide và phosphate nhưng không có hay rất hiếm oxygen và ozone a. Giai đoạn tiến hóa hóa học - Giả thuyết về quá trình hình thành các chất hửu cơ đơn giản từ các chất vô cơ Năm 1920 Aleksandr Ivanovich Oparin đưa ra giả thuyết: các chất hửu cơ có thể tổng hợp từ các chât vô cơ có sẵn trong tự nhiên. Trong khí quyển nguyên thủy của Trái đất có các khí như CH4, NH3, hay là xianôgen (C2H2) ( Aleksandr Ivanovich Oparin 1894-1980) Do tác dụng của các tia bức xạ mặt trời, tia tử ngoại…đã làm cho chất vô cơ hình thành nên các chất hửu cơ đơn giản hidrocacbua gồm 2 nguyên tố là C và H rồi từ đó hình thành nên các hợp chất 3 nguyên tố C,H,O như saccarit lipid rồi tạo ra các hợp chất hửu cơ 4 nguyên tố C,H,O,N như acid amin và các nucleic. Từ các acid amin hình thành nên các protein đơn giản rồi đến các protein phức tạp và từ các Nucleotit hình thành các acid nucleotit. Các chất hửu cơ đó ngày càng phức tạp rồi trở nên nặng dần rồi theo nươc mưa xuống hòa tan vào nước đại dương. Tuy nhiên giả thuyết này không được công nhận vì không có thực nghiệm. b. Thí nghiệm của Urey - Miller Năm 1953 Harold Urey và Stanley Miller bằng thực nghiệm có thể chứng minh rằng các chất hửu cơ đơn giả có thể hình thành từ các chất vô cơ theo con đường hoá học trong điều kiện Trái đất cổ xưa. Trong thí nghiệm vĩ đại này, các nhà khoa học đã tạo ra điều kiện trong Trái đất cổ xưa. Thí nghiệm bên đã chứng minh được một số bước trong trong giả thuyết của Oparin. Điều này mở ra một bước ngoặt mới trong việc tìm hiểu cội nguồn của sự sống. Thí nghiệm gồm một bình đầu tiên chứa nước với hỗn hợp khí CH4 , NH3, H2 Đun nóng bình này đến khi xảy ra hiện tượng hóa hơi rồi dẫn vào một bình thứ hai phóng tia lửa điện liên tục ( mô phỏng sấm sét ).Hỗn hợp khí được làm lạnh, ngưng tụ lại ( mô phỏng Trái Đất nguội dần ) và dẫn ngược trở lại vào bình đầu tiên để tiếp tục chu trình trên. Trong vòng một giờ, nước trong bình chuyển sang màu da cam. Sau một tuần, họ quan sát thấy 15% cacbon đã chuyển thành hợp chất hữu cơ. Sau vài tuần, chất lỏng trong bình đầu tiên trở nên sẫm màu và dần dần chuyển thành màu nâu sẫm. Khi phân tích chất này, Miller và Urey phát hiện một lượng lớn acid amin chứa trong đó, một thành phần quan trọng trong cấu trúc cơ bản của khối vật chất sống.Để loại bỏ khả năng các vi khuẩn nhiễm hỗn hợp và tổng hợp các hợp chất, ông lặp lại thí nghiệm nhưng không cho phóng điện và năng suất lại không có ý nghĩa. Kế tiếp là thí nghiệm của Joan Oró I Florensa ( NASA, 1959-1962 ) cho biết tổng hợp được chất nucleobase adenine, thành phần cấu tạo của nucleic acids trong phân tử ATP và GTP , bằng cách nung nóng dung dich ammonium cyanide Để chứng minh rằng trong điều kiện băng giá cũng có thể tổng hợp được s-triazines, pyrimidines ( gồm cyosine và uracil ), và adenine từ dung dịch urea khi cho dung dịch này qua nhiều chu kỳ kết đông nước đá rồi cho tan trong điều kiện không khí khử với tia lửa điện. Trong thập niên 1950s và 1960s, thí nghiệm của Sidney W Fox cho thấy chất peptide được cấu tạo ngẫu nhiên trong điều kiện môi trường tương tự của thời Hadean và Archean cách đây trên 2,5 tỉ năm.Ông chứng minh các amino acids kết hợp ngẫu nhiên và tạo thành peptides. Các amino acids và peptids này kết hợp lại thành một màng hình cầu, tương tự màng tế bào của sinh vật ngày nay. Năm 2001, Jason Dworkin cho dung dich đông lạnh gồm nước, menthanol, ammonia và carbon monoxide với tia tử ngoại UV. Phản ứng cho ra một số lượng đáng kể chất hữu cơ, các chất này kết hợp thành bong bóng hay có hình sợi ở trong nước. Ông cho rằng các màng bong bóng này giống màng tế bào chứa chất căn bản của sự sống.Các bong bóng có kích thước từ 10 đến 40 micro, bằng kích thước của hồng huyết cầu.Đặc biệt là các bong bóng này phát quang khi tiếp xúc với UV.Ông cho rằng các bong bóng phát quang này chính là mẫu mực quang tổng hợp ở thời cổ đại. Năm 2004, nhóm Leslie Orgel, thành công tổng hợp chất Purine trong môi trường băng giá từ hydrogen cyanide. Tất cả các thí nghiệm trên đều sử dụng tia lửa điện là nguồn năng lượng, bắt trước sấm sét hay tia hồng tử ngoại. Ngược lại, Gunster Wãchtershãuser, trong thập niên 1980s , sử dụng năng lượng hóa học từ sulphides sắt, như Pyrite.Năng lượng này không những tổng hợp được các phân tử hữu cơ mà còn tạo được các oligomers và polymers.Thí nghiệm sản xuất được dipeptieds ( 0,4 đến 12,4% ) và một ít tripeptieds (0,1%). Mới đây khám phá vi khuẩn Menthanosarcina acetivorans ở dưới đáy biển.Vi khuẩn thời cổ đại này hấp thụ carbon monoxide và nhả ra methane và acetate.James Ferry và Christopher House của Đại học Penn State Universty khám phá thêm rằng vi khuẩn này lấy năng lượng từ phản ứng giữa acetate và sulphide sắt chỉ nhờ 2 amino acids đơn giản, khác với sự cần tới trên 10 amino acids như hiện nay. Christof Biebricher, năm 2008, thành công trong việc tái tạo một RNA mới chưa 400 base từ một mẫu RNA thiên nhiên trong điều kiện băng giá.Mẫu RNA mới này tăng trưởng bao quanh RNA thiên nhiên. Nhóm nghiên cứu Đại học Harvard, năm 2008, cho biết đang nghiên cứu việc tạo tế bào nhân tạo.Nhóm nghiên cứu này cho trộn vài acid béo với DNA ( thiên nhiên ) trong một ống nghiệm, kết quả cho thấy thành lập một khối DNA mới chứa nhiều thông tin di truyền.Nếu thêm vào đó nucleotides ( thiên nhiên ) thì nucleotides chạy vào và DNA tự chia đôi trong vòng một ngày.Tuy nhiên, thí nghiệm tạo DNA mới phải dựa vào DNA và nucleotides thiên nhiên trích từ nhiễm thế. Cho tới nay, chưa có khoa học gia nào tạo được tế bào nhân tạo, ngay cả RNA hay DNA nhân tạo.Năm 2009, Sutherland và nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Manchester ( Anh quốc ) đã thành công tổng hợp được 2 khối cấu tạo RNA trong số 4 khối căn bản của RNA, và nhóm ông tin tưởng rằng sẽ thành công tổng hợp được RNA nhân tạo từ các dung dịch hóa học.Một khi tổng hợp được RNA nhân tạo thì không khó lắm trong việc tổng hợp DNA nhân tạo, và dựa theo nghiên cứu của nhóm Harvard, tổng hợp được tế bào nhân tạo sẽ trong tầm tay. Một cách tổng quát, các giả thuyết cho rằng chính nhờ năng lượng của hỏa diệm sơn, sấm sét, tia tử ngoại tổng hợp các khí thời nguyên thủy thành các chất hữu cơ đơn giản như amino acids, nucleobases, rồi các chất đơn giản này tổng hợp thành các chất phức tạp hơn ( polymers ).Chất sét giàu sắt là nơi các phân tử hữu cơ phức tạp tập trung và cô động đậm đặc, trở nên có khả năng sinh sôi nãy nở bằng cách tách đôi.Khối sét này hấp thụ carbon dioxide biến thành oxalic và các dicarbonxilic acids khác.Trong các suối nước nóng giàu chất sulphides, khối mang chất sống này có khả năng định khí Nitrogen.Phosphate cũng được hấp thụ và tạo thành nucleotides và phospholipids.Đó là giả thuyết giải thích tiến trình tiến tới thành lập tế bào của sinh vật đơn bào.Sinh vật đầu tiên sống dị dưỡng (heterotroph),tự dưỡng (autotrophic) hay cộng sinh (symbiosis).Sinh vật ký sinh (parasites) xuất hiện về sau. Trong các giả thuyết về “ Nước suop Nguyên Thủy ” thì sự sống bắt nguổn đầu tiên trong nước như : đại dương , biển, bờ biển, các hồ nước hay trên mặt đất nơi nào có nước.Tuy nhiên, Gold, trong thập niên 1970s, đưa giả thuyết sự sống có thể bắt đầu trong môi trường nóng của vỏ Trái Đất,không trên mặt đất mà ở độ sâu vài km dưới mặt đất.Ở cuối thập niên 1990s, người ta khám phá một số vi sinh vật còn nhỏ hơn vi trùng có cấu tạo DNA trong lớp đá sâu trong lòng đất. Ngày nay, NASA cũng khám phá thêm thấy rằng dấu vết vi khuẩn hóa thạch thời nguyên thủy archea có rất nhiều trong lòng đất, không những của quả địa cầu mà còn thấy ở nhiều hành tinh khác. III. GIAI ĐOẠN TIẾN HÓA TIỀN SINH H ỌC 1. Sự tạo thành giọt coaserva : Giọt coaserva là những phân tử có khả năng phân chia, sinh trưởng và hấp thụ chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài, đây được coi là những biểu hiện đầu tiên của sự sống.Các nhà khoa học đã tạo được những giọt coaserva khi trộn polymer trong dd nước ( hiện tượng hóa keo ), chúng dễ dàng được tạo thành mà không đòi hỏi những điều kiện đặc biệt Coaserva có thể lắp ráp khi lắc dd có chứa lipid, protein, nucleotit acid và polisacarit. Coaserva tách biệt với môi trường ngoài bởi màng kỵ nước.Các hạt Coaserva có thể hấp thụ enzyme và các chất khác từ mô trường,giải phóng các sản phẩm của phản ứng enzyme.Khi hấp thụ các chất, Coaserva sinh trưởng và phân chia thành các Coaserva nhỏ.Các Coaserva có thành phần tốt hơn sẽ to ra và phân chia tiếp. Theo Oparin , chọn lọc tự nhiên sẽ giữ lại và hoàn thiện các giọt tốt hơn để tạo nên tế bào. Từ các chất hữu cơ cao phân tử có hiện tượng đông tụ thành giọt leo gọi là giọt Coaserva , đây là dấu hiệu sơ khai của cuộc sống ( trao đổi chất, lớn lên, phân chia ). 2. Sự hình thành lớp màng : Sự hình thành lớp màng nhằm phân cách các Coaserva với môi trường.Thông qua màng, Coaserva sẽ thực hiện sự trao đổi chất với môi trường, lớp màng này gồn những phân tử protein và lipit sắp xếp theo một trật tự xác định. Các đại phân tử lipit, protit, axit nucleic…xuất hiện trong nước và tập trung cùng nhau dẫn đến việc các lipit có tính kỵ nước sẻ lập tức hình thành 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 chọn lọc tự nhiên sẽ dần tiến hóa và tạo nên các tế bào sơ khai 3. Sự xuất hiện của enzyme : Các enzyme đóng vai trò xúc tác, làm cho quá trình tổng hợp và phân giải các chất hữu cơ xảy ra nhanh hơn.Tiền thân của các enzyme có thể là những chất hữu cơ phân tử lượng thấp kết hợp với các ion kim loại và liên kết với các polypeptide. 4. Hình thành cơ chế di truyền : Theo chọ lọc tự nhiên,môi trường sẽ chọ lọc những tế bào thích nghi và đào thải những tế bào không thích nghi.Các đặc tính của tế bào không thể duy trì và tiến hóa qua từng thế hệ nếu không có cơ chế di truyền.Trong tế bào,thông tin di truyền được mã hóa trong acid nucleit (DNA và RNA), nhưng DNA xuất hiện trước RNA hay ngược lại?Đó vẫn là điều bí ẩn. a. Gỉa thuyết cho rằng DNA có trước : Năm 1929,G.Muller một nhà di truyền học nổi tiếng nêu giả thuyết cho rằng sự sống bắt đầu từ một hoặc vài gen tạo thành không do các sinh vật.Trong một thời gian dài, giả thuyết này không được chú ý. Nhưng sau đó đã xuất hiện một vài bằng chứng cho thấy giả thuyết này ngày càng có lý : Thứ nhất : cấu trúc phân tử và sự tái sinh của virus.Chúng ta biết rằng sau khi virus xâm nhập vào vi khuẩn chỉ có DNA hoặc RNA được bơm vào và tự nó sao chép rồi tạo ra các hạt virus mới. Thứ 2 : trong quá trình tổng hợp protein, ngoài DNA và mRNA thông tin, còn có sự tham gia của tRNA vận chuyển và rRNA của ribosome.Điều này cho thấy nucleic acid có trước. Thứ 3 : nhiều nucleotide giữ vai trò quan trọng và đa dạng ở tất cả các sinh vật. b. Gỉa thuyết RNA là nguyên liệu di truyền đầu tiên : Một số ý kiến cho rằng chính RNA mới là nguyên liệu di truyền đầu tiên, và để chứng minh cho điều này các nhà khoa học đã nêu ra một vài bằng chứng như : RNA bền hơn. RNA có khả năng nhân đôi từ mạch khuôn mẫu nhanh hơn và ít sai sót hơn các trình tự khác. RNA dễ tổng hợp hơn DNA. Sự sai sót trong quá trình tái bản cùng với tác động chọn lọc tự nhiên đã tạo ra sự đa dạng của RNA. RNA là chất tự xúc tác ( với r RNA, t RNA và m RNA ). Cấu trúc của DNA và bảng chữ vần để lập mã thông tin Các phân tử di truyền như DNA và RNA là các đa phân tử được cấu tạo bằng những bloc thành phần gọi là các nucleotide.Còn các nucleobase có các thành phần khác nhau: đường, phosphat và một nucleobase.Các nucleobase có bốn loại và tạo thành vần chữ cái (alphabet) nucleobase có thể là A (phân tử adenine), G (phân tử guanine), C (phân tử cytosine) và T (phân tử thymine), trong RNA chữ cái T được thay bằng chữ cái U (phân tử uracine).Các nucleobase là csac hợp chất giàu nitrogen mà liên kết với nhau theo một quy luật đơn giản: A liên kết với U (hoặc T), G với C.Mỗi cặp cơ sở (cặp gốc) làm thành nấc thang của hai sợi xoắn DNA. Và sự kết cặp đặc thù riêng biệt là quan trọng để sao chép trung thành thông tin. Các phân tử phosphate và đường làm thành xương sống của mỗi sợi DNA hoặc RNA. Các Nucleobase : Các nucleobase có thể kết hợp một cách tự phát sau một số bước từ cyanide, acetylene và những phân tử đơn giản có mặt trong số hóa chất nguyên thủy. Đường Ribose : Hình thành bằng cách làm nóng dd kiềm của formaldehyde, các loại chất này cũng tồn tại khi trái đất còn ở thời kỳ nguyên sơ. Phosphorus : Phosphorus – nguyên tố trung tâm cảu nhóm phosphate,nguyên tố có nhiều trong vỏ trái đất song hòa tan trong nước là môi trường mà người ta giả định ở đấy đã phát sinh sự sống. DNA : Là một phân tử acid nucleic mang thông tin di truyền mã hóa cho hoạt động sinh trưởng và phát triển của các vật chất hữu cơ bao gồm cả một số virus. Tạo RNA : Một khi chúng ta đã có nucleotide bước còn lại là quá trình polymer để có được phân tử RNA : đường của một nucleotide sẽ liên kết hóa học với phosphate tiếp theo và như thế các nucleotide sẽ nối với nhau thành một chuỗi. Họ đã tạo được những dãy RNA dài gồm 40 nucleotide (một gen hiện nay dài đến nhiều nghìn nucleotide). Song sự polymer hóa vẫn chưa giải quyết được vấn đề nguồn gốc của sự sống. Muốn “sống” các sinh thể phải có khả năng sinh sản đây là một quá trình đòi hỏi sự sao chép thông tin. Trong các tế bào hiện tại thì enzym làm nhiệm vụ sao chép đó Tuy nhiên các đa phân tử có thể cuộn lại thành nhiều dạng và từ đó khả năng xúc tác các phản ứng hóa học giống như enzym ngày nay đang làm. Cho nên nhiều khả năng là các RNA trong những sinh thể nguyên sơ có thể điều hành sự sao chép này. Khái niệm này đã dẫn đến nhiều thí nghiệm trong Szostak Lab và phòng thí nghiệm của David Bartel ở MIT Hiện nay nguyên lý ao chép RNA (RNA self-replication) đã nhận được sự hưởng ứng từ Tracey Lincoln, Gerald Joyce. Tiếc thay các thí nghiệm cần nhiều RNA mà chúng ta chưa thể chế tạo nổi với số lượng lớn cần thiết. Tiền tế bào Giả sử rằng khoảng trống trong sự hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc sự sống một ngày nào đó sẽ được lấp trống. Ta hãy tìm xem các phân tử bằng cách nào đã tương tác với nhau để liên kết thành một cấu trúc có dạng tế bào hay nói cách khác là “một tiền tế bào” (protocell). Các màng bao bọc các tế bào hiện tại gồm một lớp kép lipid chứa phospholipid & choesterol. Những loại protein phức tạp nằm trong các mangf đó đóng vai trò thủ môn giữ khung thành, chúng bơm ra và hút vào tế bào nhũng phân tử trong khi đó những protein khác lại có nhiệm vụ hàn gắn các màng. Thử hỏi làm thế nào mà các tiền tế bào với cấu trúc đơn sơ lại có thể đảm nhiệm những công việc trên mà không có bộ máy protein? Những màn nguyên thủy có lẽ được cấu thành bỡi những phân tử đơn giản, như các axit béo (một thành phần của các photpholipid phức tạp). Những nghiên cứu trong những năm 1970 chứng tỏ rằng những màng đó được hình thành nhờ kết hợp tự phát từ những acid béo, tuy nhiên một cảm nhận chung là nhũng màng như thế sẽ làm thành nhũng rào ngăn cản sự thâm nhập các nucleotide và các chất dinh dưỡng phức tạo khác vào tế bào. Vì ý niệm này mà người ta cho rằng quá trinhf chuyển hóa (metabolism) đã phát triển đầu tiên nhờ vậy mà các tế bào có khả năng tự tổng hợp được các nucleotide Tiền tế bào và các túi. Tuy nhiên các nghiên cứu trong Szostak Lab (phòng thí nghiệm do Szostak Lab chủ nhiệm) cho thấy rằng các phân tử lớn như các nucleotide trong thực tế có thể thẩm thấu qua các màng đó khi mà các nucleotide cũng như các màng đang có cấu trúc đơn giản “nguyên sơ” hơn hiện tại. Điều này cho phép tiến hành một thí nghiệm mô phỏng khả năng của một tiền tế bào sao chép thông tin di truyền bằng cách sử dụng các chất dinh dưỡng có trong môi trường. Các nhà sinh học Szostak Lab đã tạo nên những túi có màng axit béo trong chứa một đoạn ngắn đơn sợi DNA. Mẫu sợi đơn này sẽ đóng vai trò một bản in (template) cho sợi (strand) mới. Sau đó các tác giả cho các túi này tham gia vào các phản ứng hóa học mạnh giữa các nucleotide. Các nucleotide đã đi xuyên qua các màng và sau tương tác với nhau tạo nên một sợi bổ sung. Thí nghiệm này chứng tỏ rằng những tiền tế bào nguyên thủy chứa RNA có khả năng sao chép chât liệu di truyền mà không cần đến enzyme Để cho các tiền tế bào bắt đầu sinh sản chúng phải có khả năng lớn lên, sao chép nội dung di truyền rồi phân chia thành tế bào thế hệ “con”. Các thí nghiệm chứng tỏ rằng các túi (vesicle) nguyên sơ này có thể phát triển theo hai phương thức khác nhau. Trong các phương trình tiên phong vào năm 1990, Pier Luigi và cộng sự (Swiss Federal Institude of technology, Zurich) đã thêm các acid béo vào nước bao quanh các túi nói trên. Kết quả là các màng bao bọc túi đã hấp thụ acid béo và lớn lên về diện tích. IV. GIAI ĐOẠN TIẾN HÓA SINH HỌC. Tiến hóa sin học : là một quá trình lịch sử tiến hóa rất lâu dài, từ coaxecva hình thành những dạng sống chưa có cấu tạo tế bào, đến đơn bào và sinh vật đa bào như ngày nay. Khi đã hình thành nên tế bào sơ khai thì chọn lọc tự nhiên sẽ không còn tác động lên từng phân tử hữu cơ riêng lẽ mà tác động nên tập hợp các phân tử như một đơn vị thống nhất.Tế bào sơ khai khi nào có được tập hợp các phân tử giúp chúng có khả năng trao đổi chất và năng lượng bên ngoài, có khả năng phân chia và duy trì thành phần hóa học thích hợp của mình thì sẽ được giữ lại và phân rộng. Từ những tế bào sơ khai ban đầu, trải qua các quá trình chọn lọc và tiến hóa khắc nghiệt những tế bào đó sẽ hình thành và phát triển thành các cơ thể đơn bào đơn giản, dần dần sẽ tiến hóa thành tế bào sinh vật nhân sơ và tê bào sinh vật nhân thực rồi từ tế bào sinh vật nhân thực sẽ tiếp tục tiến hóa thành cơ thể nhân thực, đơn bào nhân thực và cuối cùng là đa bào nhân thực.Tất cả đều chịu sự tác động mạnh mẽ của chọn lọc tự nhên, các tế bào sẽ dần hoàn thiện và hình thành nên các sinh vật đầu tiên trên Trái Đất. SƠ ĐỒ TÓM TẮT CÁC GIAI ĐOẠN TIẾN HÓA Tiến hóa hóa học : Thiên thạch mang tới Trái Đất các chất vô cơ Trái Đất với các chất vô cơ có sẵn Hợp chất hữu cơ cơ bản Đại phân tử Xúc tác Xúc tác Trùng Phân Tiến hóa tiền sinh học Đại Phân Tử Các giọt li ti có màng bao bọc Tế bào sơ khai ARN AND có khả năng nhân đôi Tập trung CLNT Coaxecva Tiến hóa sinh học Tế bào sơ khai Các tế bào đơn giản Tế bào sinh vật nhân sơ Tế bào sinh vật nhân thực Đơn bào nhân thực Đa bào Nhân thực NGUỒN GỐC CỦA SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT Mặc dù trái đất được tạo ra 4,5 tỷ năm trước đây, cuộc sống bắt đầu tồn tại không lâu sau. Do khoảng thời gian rất lớn có liên quan, có bằng chứng là không thuyết phục cho những ngày chính xác nhưng dù sao, nguồn gốc của cuộc sống để tồn tại được rõ ràng từ đầu. Hệ thống năng lượng mặt trời của chúng tôi là vẫn còn trẻ và mặt trời vẫn làm mát xuống sau khi tạo ra hàng tỷ năm trước. Những trường hợp độc đáo của hệ thống năng lượng mặt trời của chúng ta và hành tinh của chúng ta đã vào cuộc sống. Điều này là do một số đặc điểm được trưng bày bởi sinh quyển của chúng ta, diện của một hành tinh có khả năng duy trì sự sống. Venus, một trong những trong người một trong những người hàng xóm của hành tinh là gần gũi hơn ánh sáng mặt trời, hành tinh thể hiện đặc tính đó sẽ không thể để hổ trợ cuộc sống. Mặt khác, sao hỏa là xa hơn mặt trời và quá lạnh để tự nhiên hổ trợ cuộc sống. Tuy nhiên, với thao tác của con người, thông qua terraforming, sao Hỏa thực sự có thể hổ trợ cuộc sống trong trạng thái hiện tại của nó. Tuy nhiên, Trái đất, hàng tỷ năm đã sở hửu tất cả các tài liệu và điều kiện phù hợp để hổ trợ cuộc sống CẢM ƠN CÔ GIÁO VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE THANK YOU!