Bài 18: Sự phát sinh sự sống

Có ba giai đoạn chính trong quá trình phát sinh sự sống trên Trái Đất: tiến hoá hoá học, tiến hoá tiền sinh học và tiến hoá sinh học.

I. TIẾN HOÁ HOÁ HỌC

- Tiến hoá hoá học là quá trình tiến hoá dẫn đến sự hình thành các hợp chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ diễn ra trên Trái Đất cách đây hơn 4 tỉ năm.

- Quá trình tiến hoá hoá học xảy ra theo một trình tự gồm hai giai đoạn chính:

+ Tổng hợp hoá học các phân tử hữu cơ nhỏ từ các chất vô cơ.

+ Phản ứng trùng ngưng làm liên kết các phân tử nhỏ (đơn phân) thành các đại phân tử.

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

- Các chất vô cơ trong bầu khí quyển nguyên thuỷ của Trái Đất (CH₄, NH₃, C₂N₂, CO, H₂O) dưới sự tác động của các nguồn năng lượng tự nhiên hình thành nên các hợp chất hữu cơ đơn giản gồm hai nguyên tố C và H, rồi đến những hợp chất gồm ba nguyên tố C, H, O, sau đó đến những hợp chất gồm bốn nguyên tố C, H, O, N.

- Năm 1953, Stanley Miller và người thầy của ông là Harold Urey đã dùng thiết bị đặc biệt và cho dòng điện phóng qua một hỗn hợp khí có thành phần tương tự khí quyển của Trái Đất nguyên thuỷ liên tục trong một tuần và thu được một số amino acid.

- Thí nghiệm đã thiết lập được quy trình tự nhiên tạo ra khối vật chất sống mà không đòi hỏi sự sống và nó đã khởi nguồn cho nhiều nghiên cứu sâu hơn về nguồn gốc sự sống.

- Sau đó các nhà khoa học khác đã lặp lại thí nghiệm này (có cải tiến) và thu được hầu hết 20 loại amino acid, các nucleotide.

- Các nhà khoa học còn tìm thấy những loại đường và lipid như vẫn thấy trong cơ thể của các sinh vật hiện nay.

b. Quá trình trùng ngưng tạo nên các đại phân tử sinh học

- Các quá trình hoá học vẫn tiếp diễn trong đại dương nguyên thuỷ, tạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn.

- Sự trùng ngưng (quá trình gắn kết các đơn phân lại với nhau) hình thành các đại phân tử như chuỗi polypeptide, chuỗi đường đơn,...

- Nucleic acid cũng được hình thành từ các đơn phân là nucleotide theo con đường trùng ngưng.

- Vật chất di truyền đầu tiên là RNA. RNA có thể tự nhân đôi và các đơn phân nucleotide có thể tự tập hợp thành các đoạn RNA ngắn mà không cần đến sự tham gia của enzyme (protein).

II. TIẾN HOÁ TIỀN SINH HỌC

- Tiến hoá tiền sinh học là giai đoạn thứ hai trong quá trình phát sinh sự sống trên Trái Đất. Giai đoạn này hình thành nên các tế bào sơ khai đầu tiên, cách đây khoảng 4,2 – 3,8 tỉ năm trước.

- Trong môi trường nước, các phân tử lipid tương tác với nhau hình thành khối cầu lipid bao bọc các đại phân tử sinh học. Các phân tử này tương tác với nhau tạo nên tế bào sơ khai đầu tiên có  khả năng chuyển hoá, sinh trưởng và nhân đôi. Sự xuất hiện tế bào nhân sơ đầu tiên trên Trái Đất đánh dấu kết thúc giai đoạn tiến hoá tiền sinh học.

- Các polypeptide, polynucleotide, nucleotide mới tổng hợp được tập hợp ở cùng một vùng. Sự tiến hoá dẫn tới hình thành lớp màng bao bọc các đại phân tử này.

- Tế bào đầu tiên được hình thành khi các phân tử phospholipid kết hợp ngẫu nhiên thành cấu trúc màng trong điều kiện Trái Đất nguyên thuỷ. Các tế bào sống đầu tiên gọi là các giọt coacervate.

III. TIẾN HOÁ SINH HỌC

- Sự xuất hiện của tế bào nhân sơ đầu tiên đã kết thúc tiến hoá hoá học và tiến hoá tiền sinh học, mở đầu thời kì tiến hoá sinh học với những quy luật riêng của sinh vật.

- Quá trình này có thể đã diễn ra cách đây ít nhất 3,5 tỉ năm dựa vào hoá thạch cổ nhất của tế bào nhân sơ.

- Trong giai đoạn này, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, sinh vật đã hoàn thiện dần về tổ chức, từ tế bào chưa có nhân điển hình đến tế bào có nhân điển hình đến cơ thể đa bào, hình thành nên các loài vi sinh vật, thực vật và động vật phong phú ngày nay theo các quy luật của thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại.