Tiêu đề CHƯƠNG 2. SỰ PHÁT SINH VÀ PHÁT TRIỂN SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT.doc ✅

Trang 1 CHƯƠNG 2. SỰ PHÁT SINH VÀ PHÁT TRIỂN SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU I. SỰ PHÁT SINH SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT Quá trình phát sinh sự sống gồm hai giai đoạn: Tiến hóa hóa học và tiến hóa tiền sinh học. 1. Tiến hóa hóa học: Tiến hóa hóa học là giai đoạn hình thành nên các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ theo phương thức hóa học. Theo giả thuyết của Oparin, khí quyển trái đất nguyên thủy chứa các loại khí như: NH 3 , CH 4 , H 2 và hơi nước. Từ các chất khí này đã hình thành các đại phân tử hữu cơ qua các giai đoạn: - Hình thành các hợp chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ: Trong điều kiện khí hậu trái đất nguyên thủy, các chất vô cơ trong khí quyển tương tác với nhau nhờ các nguồn năng lượng tự nhiên như: núi lửa, sấm sét, tia tử ngoại... để hình thành nên các chất hữu cơ đơn giản đầu tiên như axit amin, đường đơn... - Hình thành các hợp chất hữu cơ phức tạp từ các chất hữu cơ đơn giản: Từ các chất hữu cơ đơn giản, trong các điều kiện nhất định đã tương tác với nhau để hình thành nên các đại phân tử hữu cơ như prôtêin, axit nuclêic, đường đa... Theo các nhà khoa học, phân tử có khả năng tự nhân đôi đầu tiên là ARN. Do đó, thông tin di truyền được lưu trữ đầu tiên trên ARN. - Hiện nay đã có nhiều bằng chứng ủng hộ cho giả thuyết nêu trên. - Ngày nay, tiến hóa hóa học không diễn ra vì: + Thiếu các điều kiện lịch sử cần thiết. + Nếu các hợp chất hữu cơ được tạo ra đâu đó ngoài cơ thể sống thì ngay lập tức sẽ bị các loài vi sinh vật phân hủy. 2. Tiến hóa tiền sinh học: Tiến hóa tiền sinh học là quá trình tiến hóa của các đại phân tử hữu cơ được đánh dấu bằng sự hình thành các tế bào sơ khai. Theo giả thuyết của các nhà khoa học, khi các đại phân tử hữu cơ như prôtêin, axit nuclêic, lipit, hydratcacbon... xuất hiện trong môi trường nước và tập trung lại thành các giọt côaxecva thì các phân tử lipit với tính chất kị nước có thể hình thành nên lớp màng bao bọc các đại phân tử, tạo nên các giọt nhỏ li ti. Dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, những giọt này sẽ tiến hóa dần thành các tế bào sơ khai. Những tế bào nào có khả năng trao đổi chất với môi trường, duy trì ổn định cấu trúc và có khả năng phân chia thì sẽ được ưu tiên giữ lại và nhân lên. Từ các tế bào nguyên thủy tiến hóa lên các cơ thể sống đầu tiên, rồi từ đó tiến hóa hình thành nên sinh giới như ngày nay. II. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SINH GIỚI QUA CÁC ĐẠI ĐỊA CHẤT 1. Hóa thạch và vai trò của hóa thạch a. Khái niệm - Hóa thạch là di tích của sinh vật để lại trong các lớp đất đá của vỏ trái đất. Hóa thạch thường gặp là các sinh vật bằng đá (thường là một phần cơ thể), các mảnh xương, mảnh vỏ sinh vật hóa đá, đôi khi là xác sinh vật được bảo quản trong băng tuyết, trong hổ phách. - Hiện nay có một số loại sinh vật không biến đổi (hoặc rất ít bị biến đổi) so với trước đây được coi là dạng hóa thạch sống. b. Quá trình hình thành hóa thạch: - Hóa thạch bằng đá: Khi sinh vật chết, phần mềm của sinh vật bị phân hủy bởi vi khuẩn, chỉ các phần cứng như xương, vỏ đá vôi được giữ lại và hóa đá; hoặc sau khi phần mềm được phân hủy sẽ tạo ra khoảng trống trong lớp đất sau đó các chất khoáng (như ôxit silic...) tới lấp đầy khoảng trống tạo thành sinh vật bằng đá giống sinh vật trước kia. - Hóa thạch khác: Một số sinh vật khi chết được giữ nguyên vẹn trong các lớp băng với nhiệt độ thấp (ví dụ voi mamut...), hoặc được giữ nguyên vẹn trong hổ phách (ví dụ kiến...). c. Phương pháp xác định tuổi của các lớp đất và hóa thạch: Tuổi của hóa thạch được xác định nhờ phân tích các đồng vị phóng xạ có trong hóa thạch hoặc đồng vị phóng xạ có trong các lớp đất đá chứa hóa thạch.
Trang 2 d. Vai trò của hóa thạch: - Hóa thạch là bằng chứng trực tiếp để biết được lịch sử phát sinh, phát triển của sự sống. Vì vậy, hóa thạch là bằng chứng quan trọng nhất trong nghiên cứu tiến hóa. - Là dẫn liệu quý để nghiên cứu lịch sử vỏ trái đất, nghiên cứu sự biến đổi của khí hậu, địa chất. 2. Lịch sử phát triển của sinh giới qua các đại địa chất - Trái Đất trong quá trình hình thành và tồn tại luôn biến đổi gây nên những biến đổi mạnh mẽ về sự phân bố của các loài trên Trái Đất cũng như gây nên những vụ tuyệt chủng hàng loạt các loài. Sau mỗi lần tuyệt chủng hàng loạt, những sinh vật sống sót bước vào giai đoạn bùng nổ sự phát sinh các loài mới và chiếm lĩnh các ổ sinh thái còn sống. -Dựa vào những biến đổi lớn về địa chất, khí hậu và thế giới sinh vật để chia lịch sử phát triển thành 5 đại (Thái cổ  Nguyên sinh  Cổ sinh  Trung sinh  Tân sinh). Sự sống đầu tiên xuất hiện ở dưới nước, sau đó di cư lên cạn (từ đại Cổ sinh, sinh vật bắt đầu di cư lên cạn). Càng về sau thì sinh vật càng đa dạng và thích nghi càng hợp lí với môi trường. (Trong quá trình tiến hóa, số lượng loài tăng lên, đa dạng sinh học tăng lên). Sự biến đổi địa chất là nguyên nhân dẫn tới sự tuyệt chủng hàng loạt của các loài. Sau mỗi lần biến đổi địa chất, những sinh vật sống sót sẽ tiến hóa thành các loài mới. III. SỰ PHÁT SINH LOÀI NGƯỜI 1. Bằng chứng về nguồn gốc động vật của loài người - Bằng chứng giải phẫu so sánh: Sự giống nhau về các đặc điểm giải phẫu giữa người và động vật có xương sống và đặc biệt là với thú. - Bằng chứng phôi sinh học so sánh: Sự giống nhau về quá trình phát triển phôi giữa người và động vật có xương sống và đặc biệt là với động vật có vú. - Bằng chứng về sinh học phân tử: (98% ADN của người giống với ADN của tinh tinh). * Những đặc điểm giống nhau trên đây chứng tỏ người và vượn người có nguồn gốc chung và có quan hệ họ hàng rất thân thuộc. 2. Các giai đoạn chính trong quá trình phát sinh loài người - Vượn người cổ đại (đã tuyệt chủng) là tổ tiên chung của vượn người ngày nay và loài người (tách nhau ra cách đây 5 đến 7 triệu năm trước). Trong các loài vượn người ngày nay, tinh tinh là loài có quan hệ gần gũi với loài người nhất. - Quá trình hình thành loài người: Từ vượn cổ đại Homo habilis (người khéo léo)  Homo erectus (người đứng thẳng)  Homo sapiens (người hiện đại). Loài người hiện nay vẫn đang tiếp tục tiến hóa về mặt văn hóa. Trong chi Homo có nhiều loài người nhưng các loài người khác đã bị tuyệt chủng, ngày nay chỉ còn loài người Homo sapiens. B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu 1: Khai quật được hóa thạch của một người vượn cổ. Hóa thạch là một mẫu xương hàm và toàn bộ hộp sọ. Bằng phương pháp phân tích đồng vị phóng xạ C 14 người ta xác định được hàm lượng C 14 có trong hóa thạch là 625.10 -16 . Hãy xác định tuổi của hóa thạch đó. Hướng dẫn trả lời - Chất phóng xạ C 14 có thời gian bán rã là 5730 năm. Do vậy muốn xác định tuổi của hóa thạch này thì phải xác định được C 14 có trong hóa thạch đã trải qua bao nhiêu chu kì bán rã. - Khi sinh vật đang sống, hàm lượng C 14 có trong cơ thể là 10 -12 . Khi sinh vật chết thì C 14 bị phân rã để trở về C 12 . - Số chu kì bán rã của C 14 có trong hóa thạch là: 16 124 625.1011 10162   . Như vậy C 14 đã thực hiện 4 chu kì bán rã  Tuổi của hóa thạch là 4x573022920 (năm). - Muốn xác định tuổi của hóa thạch thì phải tính số chu kì phân rã của chất phóng xạ có trong hóa thạch.
Trang 3 - Ở trong cơ thể sinh vật, hàm lượng C 14 luôn = 10 -12 . Khi sinh vật chết, hàm lượng C 14 giảm dần theo thời gian. Thời gian để hàm lượng C 14 giảm đi còn 50% được gọi là thời gian bán rã. Câu 2: Tại sao sự hình thành các tế bào sơ khai (protobiont) lại được coi là bước then chốt trong quá trình phát sinh sự sống? Hướng dẫn trả lời - Sự hình thành các tế bào sơ khai, trong đó, các đại phân tử được tập trung lại thành một hệ và tách biệt với các phân tử khác trong dung dịch, là điều kiện quan trọng để chọn lọc tự nhiên có thể tác động lên cả hệ thống, từ đó chọn lọc ra những hệ thống mà các thành phần trong đó có thể hỗ trợ nhau để hình thành nên các đặc tính cơ bản của sự sống như: trao đổi chất, năng lượng; sinh trưởng, sinh sản... - Trong dung dịch mở (không có màng bao bọc), sự trộn lẫn ngẫu nhiên các đại phân tử khó có thể hình thành nên những hệ thống tương tác phức tạp như vậy. Câu 3: Nếu các nhà khoa học tạo ra một protobiont (tế bào sơ khai) có ARN có khả năng sao chép và có khả năng chuyển hóa trong điều kiện tương tự như điều kiện của trái đất nguyên thủy, thì điều này có chứng minh được rằng sự sống đã được xuất hiện như trong thí nghiệm này hay không? Hướng dẫn trả lời Không thể khẳng định rằng sự sống đã được xuất hiện như trong điều kiện thí nghiệm. Kết quả như vậy chỉ cho thấy sự sống có thể đã được bắt đầu như trong thí nghiệm mà thôi. Câu 4: Những căn cứ nào để các nhà khoa học cho rằng trong quá trình tiến hóa, ARN có trước ADN? Giả thuyết nào giải thích cho sự thay thế “thế giới ARN” bằng “thế giới ADN”? Hướng dẫn trả lời - Những bằng chứng ủng hộ cho giải thuyết ARN có trước ADN: + ARN có thể tự nhân đôi mà không cần enzym. Mặt khác ARN trong dung dịch bền vững hơn ADN. + Ngày nay, người ta đã tìm thấy các phân tử ARN trong tế bào có hoạt tính của enzym, có khả năng xúc tác (gọi là ribozym). - Giả thuyết về quá trình tiến hóa tạo ra ARN và ADN có khả năng nhân đôi: + Đầu tiên, các nuclêôtit kết hợp với nhau tạo ra rất nhiều phân tử ARN với chiều dài và trình tự khác nhau. + Những phân tử ARN có khả năng tự sao và hoạt tính enzym tốt hơn được chọn lọc tự nhiên giữ lại làm vật chất di truyền, tạo nên “thế giới ARN”. + Từ ARN đã tạo ra ADN với cơ chế tượng tự. + Với ưu thế là cấu trúc bền vững hơn, khả năng sao chép chính xác hơn ARN nên ADN đã dần thay thế ARN trong việc lưu giữ và bảo quản thông tin di truyền, tạo ra “thế giới ADN”. Còn ARN chỉ làm nhiệm vụ trong quá trình dịch mã. Câu 5: Giải thích tại sao thực vật thường phục hồi nhanh hơn động vật sau các lần đại tuyệt chủng? Hướng dẫn trả lời - Vì thực vật có khả năng chống chịu với các điều kiện cực đoan tốt hơn so với động vật. - Khả năng này có được là do: + Thực vật có khả năng sống ở dạng tiềm sinh tốt hơn động vật (hạt cứng, rễ, thân ngầm...) do đó chúng có thể tránh được tác động của các điều kiện môi trường cực đoan trong một thời gian dài. + Thực vật có khả năng dự trữ năng lượng tốt hơn nhờ các cơ quan dự trữ như: hạt, củ, thân,... + Nhu cầu năng lượng của thực vật thường thấp hơn động vật do thực vật ít tiêu tốn năng lượng cho nâng đỡ, di chuyển, điều hòa thân nhiệt... Câu 6: Trong quá trình tiến hóa, ở một giai đoạn nhất định, một số nhánh tiến hóa ở động vật có xu hướng gia tăng kích thước cơ thể. Hãy nêu nguyên nhân dẫn đến xu hướng tiến hóa này. Hướng dẫn trả lời Các nguyên nhân/hoàn cảnh dẫn đến xu hướng tiến hóa này: - Mối quan hệ vật ăn thịt – con mồi: Vật ăn thịt to hơn sẽ bắt được mồi nhiều hơn, do vậy tăng khả năng sinh sản qua đó CLTN tác động theo hướng tăng kích thước cơ thể; tương tự, trong mối quan hệ
Trang 4 này, con mồi lớn hơn có nhiều cơ hội trốn thoát nên cũng được CLTN tác động theo hướng tăng kích thước cơ thể; - Trong điều kiện khí hậu lạnh, như thời kì băng hà, động vật đẳng nhiệt có xu hướng gia tăng kích thước cơ thể, vì tỉ lệ S/V sẽ nhỏ hơn khiến ít mất nhiệt hơn dẫn đến cơ hội sống sót cao hơn; - Do tương quan giữa các bộ phận cơ thể: Một bộ phận nào đó (đặc điểm thích nghi) của cơ thể giúp sinh vật sống sót và sinh sản tốt hơn, như cổ dài của hươu cao cổ, sẽ kéo theo kích thước cơ thể tăng lên; - Chọn lọc giới tính: Con đực có kích thước to hấp dẫn được nhiều con cái đến giao phối hơn do vậy làm tăng dần kích thước cơ thể, đặc biệt là ở con đực của một số loài trong những giai đoạn tiến hóa nhất định. Câu 7: Trong quá trình phát sinh loài người, tiến hóa sinh học và tiến hóa xã hội có vai trò gì? Hướng dẫn trả lời - Sự phát sinh loài người được cho là trải qua 2 giai đoạn tiến hóa: Tiến hóa sinh học và tiến hóa xã hội. - Tiến hóa sinh học là giai đoạn tiến hóa từ tổ tiên chung của người và vượn người, dưới tác động của các nhân tố tiến hóa, hình thành nên loài người với đặc điểm sinh học giống như người ngày nay. - Tiến hóa xã hội là giai đoạn phát triển của xã hội loài người qua các thời kì, trải qua các hình thái kinh tế xã hội, làm cho đời sống xã hội của loài người ngày càng phát triển. - Trong giai đoạn đầu của quá trình phát sinh loài người, tiến hóa sinh học đóng vai trò chủ yếu nhưng từ khi loài người hiện đại được hình thành cho đến ngày nay, tiến hóa xã hội đóng vai trò chủ yếu. Câu 8: Trong nghiên cứu tiến hóa ở các chủng tộc người và ở các loài linh trưởng, hệ gen ti thể và vùng không tương đồng trên nhiễm sắc thể Y có ưu thế, vì sao? Hướng dẫn trả lời Vì: - Các tính trạng do các gen này quy định được di truyền tương ứng theo dòng mẹ và bố, do vậy dễ xây dựng sơ đồ phả hệ và cây phát sinh chủng loại. - Sự thay đổi ở các tính trạng do các gen này quy định chủ yếu do đột biến, nên có thể dễ dàng ước lượng được sự phân li của các chủng tộc và các loài trong quá trình tiến hóa. Câu 9: Trên quan điểm di truyền và tiến hóa, hãy giải thích tại sao số lượng và chức năng của các gen ở người và tinh tinh rất giống nhau, nhưng hai loài lại khác nhau nhiều về đặc điểm hình thành và các đặc điểm sinh học khác? Hướng dẫn trả lời - Số lượng gen của người và của tinh tinh rất giống nhau chứng tỏ hai loài mới được phân hóa từ một tổ hợp gen chumg (cách đây chừng 6 – 7 triệu năm). Thời gian vài triệu năm chưa đủ để đột biến tạo ra sự cách biệt lớn về mặt di truyền. - Thời gian tiến hóa ngắn nhưng một số ít đột biến ở các gen điều hòa khiến cho việc điều hòa biểu hiện gen trong các giai đoạn phát triển là khác nhau khiến cho các đặc điểm hình thái rất khác nhau. Ví dụ, hộp sọ của người và tinh tinh trong thời gian đầu của quá trình phôi thai có hình dạng rất giống nhau nhưng sau đó xương hàm không được phát triển dài ra còn ở tinh tinh xương hàm tiếp tục phát triển khiến cho cằm của tinh tinh trưởng thành nhô ra nhiều còn mặt của người lại khá phẳng với cằm tương đối ngắn. Câu 10: Giải thích tại sao ngày nay vẫn còn có sự song song tồn tại các nhóm sinh vật có tổ chức thấp bên cạnh những nhóm có tổ chức cao? Hướng dẫn trả lời Vì: - Nhịp độ tiến hóa của các nhóm không giống nhau, có nhóm tiến hóa nhanh, có nhóm tiến hóa chậm. - Tổ chức cơ thể có thể giữ nguyên trình độ nguyên thủy hoặc đơn giản hóa, nếu thích nghi với hoàn cảnh sống thì tồn tại và phát triển. - Áp lực của chọn lọc tự nhiên có thể thay đổi theo hoàn cảnh cụ thể trong từng thời kỳ đối với từng nhánh phát sinh trong cây tiến hóa.