BÀI 22: TIẾN HOÁ LỚN VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT SINH CHỦNG LOẠI
I. TIẾN HOÁ LỚN
- Tiến hoá lớn
là quá trình tiến hoá hình thành các loài mới và các đơn vị phân loại trên loài
như: chi (tộc), họ, bộ, lớp, ngành, giới và toàn bộ sinh giới.
- Đặc điểm của tiến hoá lớn:
+ Diễn ra trên quy mô rộng
lớn.
+ Trải qua thời gian địa chất
rất dài (hàng triệu đến hàng tỉ năm).
+ Là kết quả tích luỹ của
các quá trình tiến hoá nhỏ.
+ Thường gắn liền với sự biến
đổi lớn của địa chất Trái Đất, dẫn đến sự tuyệt chủng của nhiều loài cũ và bùng
nổ tiến hoá tạo nên các loài mới có đặc điểm thích nghi hoàn toàn mới.
- Khác biệt cốt lõi giữa tiến
hoá nhỏ và tiến hoá lớn:
+ Tiến hoá nhỏ diễn ra ở cấp
độ quần thể, thay đổi tần số allele và thành phần kiểu gen, kết quả là hình
thành loài mới (được xem là ranh giới giữa tiến hoá nhỏ và tiến hoá lớn).
+ Tiến hoá lớn làm xuất hiện
các nhóm phân loại trên loài nhờ sự tích lũy các đột biến lớn và sự thích nghi
vượt trội.
Ví dụ thực tế:
Sự phát sinh lớp Chim từ tổ tiên bò sát cổ đại (loài khủng long có lông vũ)
trong đại Trung sinh là một ví dụ điển hình của tiến hoá lớn. Các đặc điểm như
cánh, bộ xương rỗng nhẹ và hệ thống hô hấp bằng túi khí đã tích luỹ dần giúp
loài thích nghi với bầu trời, tạo nên một lớp động vật hoàn toàn mới cực kỳ đa
dạng ngày nay.
II. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT
Quá trình phát sinh sự sống trên Trái Đất trải qua ba
giai đoạn nối tiếp nhau: tiến hoá hoá học, tiến hoá tiền sinh học và tiến hoá
sinh học.
1. Tiến hoá hoá học
- Là quá trình tiến hoá
hình thành các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ dưới tác động của các nguồn
năng lượng tự nhiên.
a. Giả thuyết súp tiền sinh học
- Được đề xuất độc lập bởi
Oparin (Nga) và Haldane (Anh) vào những năm 1920.
- Nội dung: Trong điều kiện
Trái Đất nguyên thuỷ (khí quyển không có O₂ tự do, giàu các khí CH₄, NH₃, H₂O,
H₂), nhờ các nguồn năng lượng tự nhiên như tia lửa điện (sấm sét), núi lửa, bức
xạ tia cực tím (UV) từ Mặt Trời, các chất vô cơ đã tương tác tự phát tạo nên
các hợp chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, amino acid, nucleotide base).
- Thực nghiệm kiểm chứng:
Thí nghiệm của Stanley Miller và Harold Urey (1953) đã mô phỏng lại bầu khí quyển
nguyên thủy này trong phòng thí nghiệm. Sau một tuần phóng điện liên tục, họ đã
thu được các amino acid đơn giản như glycine và alanine.
b. Giả thuyết hợp chất hữu cơ đến từ vũ trụ
- Đề xuất rằng các hợp chất
hữu cơ đầu tiên có thể được mang đến Trái Đất từ không gian vũ trụ thông qua
các vụ va chạm thiên thạch.
2. Tiến hoá tiền sinh học
- Là giai đoạn tiến hoá
hình thành nên các tế bào sơ khai (protocell) từ các đại phân tử hữu cơ.
- Cơ chế hình thành:
+ Các đại phân tử hữu cơ
như protein, nucleic acid, lipid tương tác tự phát trong môi trường nước.
+ Các phân tử lipid (đặc biệt
là phospholipid) tự động liên kết tạo thành lớp màng kép bao bọc lấy hỗn hợp
các đại phân tử khác bên trong, hình thành nên cấu trúc gọi là protobiont
(tế bào sơ khai).
+ Các protobiont dần phát
triển các đặc tính sơ khai của sự sống: có màng bán thấm ngăn cách với môi trường,
có khả năng trao đổi chất, tăng trưởng kích thước và tự nhân đôi.
3. Tiến hoá sinh học
- Là giai đoạn tiến hoá từ
các tế bào sơ khai đầu tiên hình thành nên các loài sinh vật đơn bào, đa bào và
tạo ra thế giới sinh vật vô cùng đa dạng ngày nay dưới tác động của chọn lọc tự
nhiên.
- Các mốc lịch sử quan trọng:
+ Xuất hiện tế bào nhân sơ
cổ nhất (hoá thạch khoảng 3,5 tỉ năm trước).
+ Xuất hiện tế bào nhân thực
(khoảng 1,8 tỉ năm trước) nhờ thuyết nội cộng sinh: Tế bào nhân sơ cổ đại
màng nhân xếp nếp bao lấy DNA, sau đó thực bào vi khuẩn hiếu khí (tiến hoá
thành ti thể) và vi khuẩn lam (tiến hoá thành lục lạp).
III. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SINH VẬT QUA CÁC ĐẠI
ĐỊA CHẤT
- Sự phát triển của sinh giới
gắn liền với lịch sử biến đổi địa chất của Trái Đất (sự trôi dạt lục địa, động
đất, phun trào núi lửa, biến đổi khí hậu).
- Lịch sử Trái Đất được
chia thành các khoảng thời gian lớn gọi là Đại địa chất, mỗi đại gồm nhiều
Kỷ.
|
Đại
địa chất |
Kỷ
địa chất nổi bật |
Các
sự kiện sinh học quan trọng |
|
Thái cổ
(Archean) |
- |
Xuất hiện các tế bào vi khuẩn và cổ khuẩn đầu tiên. |
|
Nguyên sinh
(Proterozoic) |
- |
Tích luỹ oxygen khí quyển nhờ quang hợp; Xuất hiện
sinh vật nhân thực đơn bào và đa bào cổ nhất. |
|
Cổ sinh
(Paleozoic) |
Cambrian, Ordovician, Silurian, Devonian,
Carboniferous, Permian |
- Phát sinh các ngành động vật không xương sống, thực
vật có mạch trên cạn. |
|
Trung sinh
(Mesozoic) |
Triassic, Jurassic, Cretaceous |
- Kỷ nguyên của Khủng long và thực vật Hạt trần. |
|
Tân sinh
(Cenozoic) |
Tertiary, Quaternary |
- Kỷ nguyên thực vật Hạt kín, Chim, Thú và Côn
trùng. |
Ví dụ thực tế: Sự tuyệt chủng hàng loạt của loài Khủng long ở cuối đại
Trung sinh do thảm hoạ thiên thạch va chạm Trái Đất đã giải phóng các không
gian sinh thái khổng lồ, tạo điều kiện cho lớp Thú nhỏ bé lúc bấy giờ bùng nổ
tiến hoá và chiếm vị trí thống trị trong đại Tân sinh tiếp theo.
IV. SƠ ĐỒ CÂY SỰ SỐNG
- Sơ đồ cây sự sống
(hay cây phát sinh chủng loại) là sơ đồ phân nhánh biểu thị mối quan hệ họ
hàng, nguồn gốc tiến hoá giữa các loài sinh vật từ một tổ tiên chung.
- Toàn bộ sinh giới hiện đại
được chia thành 3 lãnh giới (domain) lớn xuất phát từ một tổ tiên chung:
+ Lãnh giới
Vi khuẩn (Bacteria).
+ Lãnh giới Cổ
khuẩn (Archaea).
+ Lãnh giới
Sinh vật nhân thực (Eukarya).
- Quá trình truyền gene ngang (truyền gene trực tiếp giữa
các loài không qua sinh sản) ở giai đoạn tiền sử làm cho các nhánh cây sự sống
kết nối đan xen phức tạp ở phần gốc.
V. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH LOÀI NGƯỜI
Quá trình phát
sinh loài người diễn ra qua ba giai đoạn chính liên tiếp:
1. Giai đoạn người vượn Ardipithecus
- Loài tiêu biểu: Ardipithecus ramidus (khoảng
4,4 triệu năm trước tại châu Phi).
- Đặc điểm thích nghi: Ăn tạp, có dáng đi thẳng bằng hai
chân trên mặt đất nhưng vẫn duy trì ngón chân cái lớn, linh hoạt thích hợp cho
việc leo trèo cây.
2. Giai đoạn người vượn Australopithecus
- Loài tiêu biểu: Australopithecus afarensis (khoảng
4 - 2,5 triệu năm trước). Bộ hoá thạch nổi tiếng nhất có tên là "Lucy".
- Đặc điểm thích nghi: Dáng đi thẳng đứng hoàn toàn bằng
2 chân giải phóng hai chi trước, thể tích hộp sọ đã lớn hơn (khoảng 400 - 500
cm³), sống chủ yếu trên đồng cỏ.
3. Giai đoạn chi Homo
- Tiến hoá từ Australopithecus trải qua các loài:
+ Homo habilis (Người khéo léo): Biết chế tạo và sử dụng công cụ đá
thô sơ.
+ Homo erectus (Người đứng thẳng): Biết sử dụng lửa, chế tạo công cụ
tinh xảo hơn, di cư ra khỏi châu Phi.
+ Homo neanderthalensis (Người Neanderthal) và Homo sapiens (Người hiện
đại).
- Loài người hiện đại (Homo sapiens) xuất hiện
cách đây khoảng 300.000 - 200,000 năm. Tất cả các loài khác trong chi Homo
hiện đã tuyệt chủng.