Câu 3: nêu sự hình thành tế bào sống đầu tiên trên trái đất.

Hướng dẫn giải chi tiết các bài tập trong sách giáo khoa 12 trang 139

Tóm tắt lý thuyết

Nguồn gốc sự sống

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.

2.1. Tiến hoá hoá học

Quá trình hình thành các hợp chất hữu cơ theo phương thức hóa học dưới tác động của các tác nhân tự nhiên. Từ chất vô cơ → chất hữu cơ đơn giản → chất hữu cơ phức tạp

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

• Trong khí quyển nguyên thủy của trái đất [được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỉ năm] có chứa các khí như hơi nước, khí CO2, NH3, và rất ít khí nitơ…Khí ôxi chưa có trong khí quyển nguyên thủy.
• Dưới tác động của nhiều nguồn năng lượng tự nhiên, các chất vô cơ đã hình thành các chất hữu cơ đơn giản gồm 2 nguyên tố C, H rồi đến các hợp chất có 3 nguyên tố C, H, O và 4 nguyên tố C, H, O, N.
• Theo Oparin và Handan[1920]: Từ các chất vô cơ   Q sấm sét, tia tử ngoại    ⇒  các hợp chất hữu cơ đơn giản đầu tiên.
• Thí nghiệm của Milơ  và  Urây [1953]: H.hợp khí H2, NH3, CH4, H2O    Dòng điên cao thê       ⇒  một số chất hữu cơ đơn giản [Axit amin]

b. Quá trình trùng phân tạo nên các đại phân tử hữu cơ

Các chất hữu cơ đơn giản hòa tan trong các đại dương nguyên thủy, trên nền đáy bùn sét của đại dương, chúng có thể được cô đọng lại và hình thành các chất trùng hợp như prôtêin và axit nucleic.

Nhiều thực nghiệm đã chứng minh sự trùng hợp ngẫu nhiên của các đơn phân, các axit amin, thành các đại phân tử prôtêin trên nền bùn sét nóng.

TN của Fox và các cộng sự [1950]: H.hợp axit amin khô    150 – 180 độC   chuỗi peptit ngắn [Prôtêin nhiệt].

Tóm lại:

Trong điều kiện khí quyển không có O2:

Từ các chất vô cơ Q sấm sét, tia tử ngoại ⇒ các hợp chất đơn giản: aa, Nu, đường đơn, axit béo... kết hợp lại   ⇒  các đại phân tử hữu cơ.

Từ các Nu Trùng phân  ⇒  các ARN khác nhau về thành phần và L → ARN có khả năng nhân đôi tốt dưới tác dụng của CLTN. Từ ARN → ADN bền vững hơn, khả năng phiên mã chính xác hơn ⇒ ADN là nơi lưu trữ và bảo quản TTDT, còn ARN làm nhiệm vụ dịch mã

Cơ chế dịch mã có thể được hình thành:

• Các aa liên kết yếu với các Nu/ARN, còn ARN như khuôn mẫu để các aa bám vào và liên kết với nhau → chuỗi p.peptit ngắn " Prôtêin.
• Nếu chuỗi polypeptit ngắn này có đặc tính của enzim xúc tác cho quá trình phiên mã và dịch mã thì sự tiến hoá sẽ xảy ra nhanh hơn.

2.2. Tiến hoá tiền sinh học

là giai đoạn hình thành nên các tế bào sơ khai và sau đó hình thành nên các tế bào sống đầu tiên.

• 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 thuỷ được hình thành thì quá trinh tiến hoá sinh học tiếp diễn, dưới tác động của các nhân tố tiến hoá 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]

2.3. Tiến hoá sinh học

• Từ các tế bào nguyên thủy, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên [trên cơ sở đột biến trong gen và chọn lọc của môi trường] sẽ tiến hóa hình thành nên các cơ thể đơn bào đơn giản – tế bào sinh vật nhân sơ cách đây 3.5 tỉ năm.
• Từ tế bào nhân sơ tổ tiên sẽ tiến hóa thành các sinh vật nhân sơ và nhân thực.
• Sự tiến hóa sinh học diễn ra cho đến ngày nay và tạo ra toàn bộ sinh giới ngày nay.

GIẢI BÀI TẬP

Bài 1, 2 trang 139 SGK Sinh 12

Bài 1. Trình bày thí nghiệm của Mile về sự hình thành của các hợp chất hữu cơ.

Trả lời:

- Năm 1953. Mile [Miller] và Urây đã làm thí nghiệm kiểm tra giả thuyết của Oparin và Handan. Các ông đã tạo ra môi trường có thành phần hoá học giống khí quyển của Trái Đất nguyên thuỷ trong một bình thuý tinh 5 lít.

- Hỗn hợp khí CH4, NH3, và hơi nước được đặt trong điều kiện phóng điện liên tục suốt một tuần. Kết quả thu được một số chất hữu cơ đơn giản trong đó có các axit amin.

- Sau thí nghiệm của Mile - Urây, nhiều nhà khoa học khác đã lặp lại thí nghiệm này với thành phần các chất vô cơ có thay đổi chút ít và họ đều nhận được các hợp chất hữu cơ đơn giản khác nhau.

Bài 2. Nêu thí nghiệm chứng minh các prôtêin nhiệt có thể tự hình thành từ các axit amin mà không cần đến các cơ chế dịch mã.

Trả lời:

Để chứng minh các đơn phân như axit amin có thế kết hợp với nhau tạo nên các chuỗi pôlipeptit đơn giản trong điều kiện của Trái Đất nguyên thuỷ, vào những năm 1950, Fox và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm đun nóng hỗn hợp các axit amin khô ở nhiệt độ từ 150 -180°c và đã tạo ra được các chuỗi peptit ngắn được gọi là prôtêin nhiệt.

Bài 3, 4, 5 trang 139 SGK Sinh 12

Bài 3. Giả sử ở một nơi nào đó trên Trái Đất hiện nay các hợp chất hữu cơ được tổng hợp từ chất vỏ cơ trong tự nhiên thì liệu từ các chất này có thể tiến hoá hình thành nên các tế bào sơ khai như đã từng xảy ra trong quá khứ? Giải thích.

Trả lời:

Không vì điều kiện hiện này trên trái đất rất nhiều. Ngay cả khi các chất hữu cơ có thể được hình thành bằng con đường hoá học ở một nơi nào đó trên Trái Đấi như hiện nay thì những chất này cũng rất dễ bị các sinh vật khác phân giải.

Bài 4. Nêu vai trò của lipit trong quá trình tiến hóa tạo nên lớp màng bán thấm.

Trả lời:

Màng lipit có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành sự sống vì nhờ có màng mà các tập hợp của các chất hữu cơ khác bên trong màng được cách li với thế giới bên ngoài. Những tập hợp nào có được phần hoá học đặc biệt giúp chúng có khả năng tự nhân đôi [sinh sản] và lớn lên [sinh trưởng] thì tập hợp đó được CLTN duy trì.

Bài 5. Giải thích chọn lọc tự nhiên giúp hình thành lên các tế bào sơ khai như thế nào.

Trả lời:

Khi các đại phân tử như lipit prôtêin, các nuclêic ...xuất hiện trong nước và tập chung cùng nhau thì các phân tử lipit do đặc tính kị nước sẽ lập tức hình thành lên lớp màng bao bọc lấy tập hợp các đại phân tử tạo nên các giọt nhỏ li ti khác nhau. Những giọt nhỏ chứa các phân tử hữu cơ có màng bao bọc như vậy chịu sự tác động của chọn lọc tự nhiên sẽ tiến hóa dần tạo nên các tế bào sơ khai [prolobiont]