Nguồn gốc của sự sống

Sự sống là gì????? Cơ sở vật chất của sự sống là gì ? Sự sống có những dấu hiệu gì đặc trưng ? Sự sống được phát sinh và phát triển ra sao ? Quan niệm duy tâm: Theo những nhà duy tâm thì học đã và vẫn coi sự sống là biểu hiện của nguyên lý tinh thần cao siêu và phi vật chất, là “ linh hồn”, là “ lực sống”,… => Đây là cơ sở của các tôn giáo khác nhau => Các quan niệm này phản ánh sự bất lực trong việc nhận thức về nguồn gốc của các năng lượng trong các hoạt động sống. Quan điểm duy vật biện chứng : xem sự sống là một hình thức vận động cao của các vật chất phức tạp. Sự sống vận đông theo những quy luật sinh học. Phản đối 2 quan điểm trên thì quan điểm thứ 3 cho rằng : “sự sống trên trái đất được hình thành từ chính trên trái đất và là kết quả của vận động của vật chất đã phát triển đến trình độ nhất định”. Sự sống là thuộc tính của cơ thể sống, không phải do thế lực thần bí hay thánh thần tạo ra mà được phát sinh và phát triển trên tiến hóa trên chính Trái Đất từ nhiều quá trình phức tạp hóa các hợp chất của cacbon, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau: Tiến hóa hóa học: Tiến hóa tiền sinh học: Tiến hóa sinh học:

Sự sống…

…muôn màu muôn vẻ!

… trên trái đất….

Sự sống là gì?????

Cơ sở vật chất của sự sống là gì ?

Sự sống có những dấu hiệu gì đặc trưng ?

Sự sống được phát sinh và phát triển ra sao ?

Quan niệm về bản chất sự sống:

- Quan niệm duy tâm: Theo những nhà duy tâm thì học đã và vẫn coi sự sống

là biểu hiện của nguyên lý tinh thần cao siêu và phi vật chất, là “ linh hồn”,

là “ lực sống”,…

=> Đây là cơ sở của các tôn giáo khác nhau

=> Các quan niệm này phản ánh sự bất lực trong việc nhận thức về nguồn gốc của các năng lượng trong các hoạt động sống

- Quan niệm duy vật máy móc cho rằng việc nhận thức sự sống chỉ là giải thích sự sống bằng các quy luật cơ, lý, hóa học,… chung cho cả giới vô cơ và hữu cơ.

=> Quan niệm duy vật máy móc về sự sống đã từng thống trị trong suốt thế kỷ XVII và thế kỷ XVIII

=> Quan điểm này chỉ quan tâm đến sự tương tự về chức năng của hệ sống với hoạt động của máy móc mà chưa phân biệt được sự giống và khác nhau giữa sống và không sống

- Quan điểm duy vật biện chứng : xem

sự sống là một hình thức vận động cao của các vật chất phức tạp Sự sống vận đông theo những quy luật sinh học

+ Theo F.Angghen: “sự sống là một hình thức vận động của vật chất, nhưng là một hình thức vận động cao của một dạng vật chất phức tạp”

+ Trong “phép biện chứng của tự nhiên” F.Angghen đã định nghĩa : “ sự sống

là phương thức tồn tại của các chất anbumin bắt đầu mà yếu tố quan trọng là sự trao đổi thường xuyên xảy

ra với thế giới bên ngoài chung quanh nó; khi trao đổi chấm dứt thì sự sống cũng chấm dứt và chất anbumin bắt đầu bị phân hóa”

F.Angghen

+ Ở trên, ta thấy có 2 điều quan

trọng đó là:

- Một là sự sống là những thể anbumin (protein), các protein này đứng riêng rẽ thì không có sự sống Nó phải nằm trong sự tương tác với các hợp chất hữu cơ và vô cơ khác

- Hai là thực chất của sự vận động của vật chất sống là sự thường xuyên tự đổi mới thành phần hóa học cơ của protein

=> sự đổi mới tế bào thông qua quá trình trao đổi chất.

 Đây là một điều đúng đắn bởi vì vận động gắn liền với vật chất nên chức năng và cấu trúc là thống nhất.

• Ở mức độ phân tử thì có sự khác biệt lớn giữa sự sống và không sống Cơ sở vật chất của sự sống không chỉ là protein mà còn là acid nucleic và các chất photphat giàu năng lượng ( ATP, ADP, CTP, UTP,…)

- Protein có cấu trúc đa phân mà đơn phân của nó là các acid amin.Cấu trúc đa phân không chỉ tạo cho protein có sự đa dạng mà còn đặc thù cho từng loài Vd như phân tử hemoglobin, chỉ có ở động vật bậc cao mà ở thực vật thì không có

Các loại axit amin

- Acid nucleic cũng là một đa phân mà đơn phân của nó là các nucleotid khác nhau ở các cặp bazo nitơ Với bốn loại bazo nit A,T,G,X (đối với ADN ) hoặc A,U,G,X (đối với ARN)

có thể tạo ra vô số acid nucleic với thành

phần, số lượng, và trật tự sắp xếp khác nhau của các nucleotid

- Các photphas như ADP,ATP,…có vai trò quan trọng trong sự trao đổi năng lượng

 cấu trúc đa phân làm cho các phân tử vừa đa dạng vừa rất phong phú

Phân tử ATP

Sự trao đổi năng lượng

 Tóm lại, ta thấy sự khác nhau giữa cấu tạo chất vô cơ và chất hữu cơ

bắt đầu tự mức phân tử và đặc biệt là mức đại phân tử Tuy nhiên, sự sống không tồn tại ở những phân tử riêng rẽ mà ở sự tương tác giữa các đại

phân tử nằm bên trong hệ thống chất nguyên sinh của tế bào.

Trao đổi chất và năng lượng là dấu hiệu nổi bật của sự sống, không có sự trao đổi chất và năng lượng thì sự sống không thể tồn tại.

• Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu người ta đã theo dõi được 50% số

phân tử protein trong tế bào của người được đổi mới trong vòng 180 ngày Sự đổi mới của các phân tử là cơ sở của sự đổi mới tế bào Vd: như cứ 2 tháng thì

23000 tỉ tế bào hồng cầu trong máu được đổi mới hoàn toàn.

• Sự đổi mới của các phân tử, tế bào chỉ được thực hiện khi có sự thay đổi trao đổi chất và năng lượng giữa tế bào với môi trường.

 tổ chức sống là tổ chức mở

Bên cạnh sự trao đổi chất và năng lượng thì còn 1 số dấu hiệu khác của sự sống như

là sinh trưởng, cảm ứng, vận động và sinh sản Những dấu hiệu này đều liên quanđến sự trao đổi chất Ở vật vô cơ cũng có thể biểu hiện sự sinh sản hoặc là vậnđộng Vd như từ đá mẹ vỡ thành 2 đá con Nhưng không có vật vô cơ nào có thểbiểu hiện đầy đủ các dấu hiệu của sự sống

Sự sinh sản ở E.coli Sinh sản ở thực vật

Sinh sản ở thực vật

Những dấu hiệu như trao đổi chất và sinh sản đều bắt nguồn từ sự tự nhân

đôi của ADN.

- Tự sao chép là thuộc tính cơ bản của vật chất di

truyền đại đa số vật chất di truyền là phân tử ADN,

một số ít virus có vật chất di truyền là ARN Phân tử

AND có khả năng tự sao đúng với các trình tự cấu trúc

của nó Nó quy định trình tự của ARN - > quy định

thành phần của protein ( ADN tự sao ARN sao

 Như vậy trao đổi chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh

sản là những đặc trưng cơ bản của sự sống trong đó dấu hiệu sinh sản chỉ có ở vật chất hữu cơ không có ở giới vô cơ Ngoài ra các dấu hiệu như tự sao, tự điều chỉnh, tích lũy thông tin di truyền là những dấu hiệu cơ bản nhất quy định các dấu hiệu trên.

Sự hình thành trái đất và khí quyển

Thuyết BigBang

Thuyết vũ trụ hiện nay được nhiều người công nhận là thuyết đại bùng nổ (BigBag) Theo thuyết này một khối nguyên tử sơ khai khổng lồ đã nổ và Vật chất phát tán thành các đám mây bụi và khí vũ trụ ở nhiệt độ rất cao cách nay 13 tỉ năm Mặt trời và các hành tinh của nó được hình thành từ những đám mây bụi và khí vũ trụ này

-Khi quả đất cô đặc, các phân tử nặng như Fe, Zn, Ni di chuyển vào tâm, các chất nhẹ tập trung gần bề mặt

-Các chất khí như He, H2 hình thành nên khí quyển trái đất đầu tiên

-Tuy nhiên quả đất nhỏ nên trọng lực yếu, các chất khí bao vào vũ trụ để lại quảđất không có khí quyển Sức nén của lực hấp dẫn, sự tan rã phóng xạ là nguyênnhân làm trong lòng trái đất nóng chảy hình thành lõi chủ yếu là Fe, Ni Lõi nóngđược bao bọc bởi Manti ( Silicat và Mg ) lỏng và nguội hơn, lớp ngoài cùng hay

vỏ trái đất rắn lại tạo thành lục địa và đại dương

Sự hình thành khí quyển thứ hai (theo Oparin)

Quả đất nguội dần qua nhiều giai đoạn các khí

nóng bên trong thoát ra Ngoài qua núi lửa hình

thành nên khí quyển thứ 2 Bầu khí quyển cổ xưa

có tính khử mạnh không có O2 tự do.

H2O

NH3

CH4

- Theo thuyết ngẫu

sinh(abiogenesis) ( từ thời cổ Hy lạp cho đến tân thế kỷ XVIII ) cho rằng sinh vật có thể ngẫu nhiên tự sinh

ra từ các chất vô cơ Vds như cá phát sinh

từ bùn, gian phát sinh

từ đất, thịt thối sinh ra giòi và ruồi, hay

Vanhemmontơ cho rằng chuột sinh ra từ giẻ rách Hay trong nhân gian còn cho rằng mồ hôi và ghét bẩn sinh ra chấy và rận

- Thuyết mầm sống cho rằng

sự sống trên trái đất được truyền từ hành tinh này tới hành tinh khác dưới dạng hạt sống những hạt này đi theo thiên thạch bị hút về phía quả đất hoặc cùng bụi

vũ trụ đẩy về quả đất dưới

áp lực của tia sáng mặt trời

Phản đối 2 quan điểm trên thì quan điểm thứ 3 cho rằng : “sự sống trên

trái đất được hình thành từ chính trên trái đất và là kết quả của vận

động

của vật chất đã phát triển đến trình độ nhất định”

+ Darwin đã nói về nguồn gốc của các sinh vật đơn giản nhất “Mặc dù cho đến nay chưa có 1 dẫn chứng nào để chứng minh rằng, chất sống hình thành từ các chất vô cơ nhưng theo tôi vấn đề này sẽ được chứng minh bởi quy luật liên tục”

+ F Ăngghen đã dựa vào các thành tựu khoa học đương thời đưa ra tiên đoán nổitiếng “ sự sống nhất định đã được hình thành theo phương thức hóa học”

Sự sống là thuộc tính của cơ thể sống, không phải do thế lực thần bí hay thánh thần tạo ra mà được phát sinh và phát triển trên tiến hóa trên chính Trái Đất từ nhiều quá trình phức tạp hóa các hợp chất của cacbon, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau:

Tiến hóa hóa học :

Tiến hóa tiền sinh học :

Tiến hóa sinh học :

Hình thành nên các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ

Theo Oparin khí quyển cổ xưa bao gồm NH3, H2O, CH4

Một số khác còn cho rằng khí quyển cổ xưa còn thên CO, CO2 , H2, N2, H2S và HCN Trong thời gian đó, hơi nước ngưng tụ tạo ra những trận mưa dầm nước tập trung vào các chỗ trũng tạo nên các đại dương đầu tiên Các dòng nước mang muối khoáng tích lũy ở biển

 Sự sống được hình thành từ từ trên nền tảng ấy.

• Ở mức độ nguyên tử thì có sự thống nhất giữa giới vô cơ và giới hữu cơ

Trong cơ thể có đến 60 nguyên tố và không một nguyên tố nào có trong cơ thể

mà không có trong giới vô cơ.

- Những nguyên tố phổ biến nhất trong cơ thể là C; H; O và N, ngoài ra còn

có K; S;Na; P;… chiếm 5% còn lại là Ca, Mg, Co, Fe, Cu,…

- Nguyên tử cacborn có thể liên kết với các nguyên tố khác hoặc với chính nó tạo ra vô số các chất hữu cơ và không có chất hữu cơ nào mà không có chứa C

 cacborn là nguyên tố cơ bản của sự sống.

H

O

N

C

Từ sự phóng điện mạnh ở bầu khí

quyển 4 đến 4,5 tỉ năm về trước và các chất có trong khí quyển như amôniac

hơi nước có thể hình thành các chất hữu cơ đơn giản, cần thiết cho sự sống phát sinh.

Hình thành nên các tế bào sơ khai (protobiont) và sau đó

hình thành nên những tế bào sống đầu tiên.

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, môi trường để phát sinh sự sống là những vùng ven bờ của biển và đại

dương Đó cũng là lý do các sinh đầu tiên xuất hiện ở dưới nước, sau đó mới tiến hóa dần lên cạn.

Khi các đại phân tử như lipit, protein, các axit amin, … xuất hiện trong nước và tập trung với nhau thì các

phân tử lipit do kỵ nước sẽ lập tức hình thành nên lớp màng bao bọc lấy tâp hợp các đại phân tử hữu cơ tạo nên các giọt nhỏ li ti như giọt keo đông tụ trong nước.

 Giọt Côaxecva

Sự hình thành các giọt Coaseva đã tạo ra hai lợi thế chọn lọc:

- Bảo vệ chất nguyên sinh bên trong.

- Sử dụng thành quả từ các hoạt động hóa sinh của các protein do axit nucleic mã hóa.

1 Sự tạo thành giọt côaxecva

 dấu hiệu sơ khai của sự sống (trao đổi chất, lớn lên, phân chia)

2 Sự hình thành lớp màn prôtêin- lipit

phân biệt côaxecva với môi trường  tạo thành thể sống độc lập, giảm bớt lệ thuộc với môi trường.

3 Sự xuất hiện enzim:

Thúc đẩy quá trình tổng hợp và phân giải chất hữu cơ theo phương thức sinh học  trao đổi chất và năng lượng diễn ra chủ động, cung cấp năng lượng cho sự tái tạo sự sống.

4 Xuất hiện cơ chế tự sao chép

 Xuất hiện cơ chế tự sao chép dẫn đến di truyền đặc điểm các dạng sống cho thế hệ sau.

Từ những tế bào đầu tiên hình thành nên các loài sinh vật như ngày nay dưới tác động của những nhân tố tiến hóa.

Tiến hoá sinh học

cấu tạo tế bào, đến

sinh vật đơn bào,

sinh vật đa bào và

tạo thành toàn bộ

sinh giới như hiện

nay.

4 tỉ năm trước:

Sự sống đầu tiên xuất hiện, có thể phát triển từ các

phân tử tự sao ARN Sự tự sao của các sinh vật này cần đến các tài nguyên như năng lượng, không gian và các khối kiến tạo nhỏ hơn, sớm trở nên bị giới hạn do cạnh tranh

Chọn lọc tự nhiên khiến các phân tử này phải tự sao

hiệu quả hơn Các phân tử ADN sau đó đảm nhiệm

nhiệm vụ tự sao chính Chúng nhanh chóng phát triển bên trong một màng tế bào đóng trong đó cung cấp các điều kiện hóa lý ổn định hơn giúp chúng tự sao hiệu

quả hơn: Tế bào nguyên thủy Lúc này khí quyển

không chứa bất kì oxy tự do nào

3,9 tỉ năm trước:

nguyên liệu vô cơ để sản ra năng lượng

các phản ứng hóa học nhằm giải phóng năng lượng

của các phân tử hữu cơ như glucose

Glycolysis tạo ra các phân tử ATP như là phân tử trao đổi năng lượng ngắn hạn, và ATP tiếp tục được sử

dụng ở hầu hết các sinh vật, không đổi, cho đến ngày nay

3,5 tỉ năm trước:

khuẩn cổ (Archaea) diễn ra

Vi khuẩn phát triển các dạng nguyên thủy của quang hợp mà lúc đầu không sản sinh ra oxy Những sinh vật

cơ chế vẫn còn được sử dụng ở hầu hết các sinh vật

3 tỉ năm trước:

Vi khuẩn lam tiến hóa; chúng sử dụng nước như là tác nhân khử, do đó sản ra oxy như là

Sự tập trung oxy trong khí quyển dần dần

tăng lên, là tác nhân có hại đối với vi khuẩn Mặt trăng vẫn rất gần Trái đất và tạo ra thủy triều cao 1000 feet Trái đất liên tục bị tàn phá bởi gió bão Những ảnh hưởng cực kì

phức tạp này có thể đã giúp quá trình tiến

hóa phát triển

2,5 tỉ năm trước:

hiệu quả hơn từ các phân tử hữu cơ như glucose.

Hầu hết các sinh vật sử dụng oxy đều thực hiện một loạt các phản ứng

phosphoryl hóa oxy hóa

2,2 tỉ năm trước:

chuẩn , họ hàng gần nhất của nó có thể là archaea

năng khác nhau , có thể cùng phát triển từ sự tiến hóa

tương trợ của quần xã cộng sinh của sinh vật nhân sơ Ví

lượng từ phân tử hữu cơ và tương tự với Rickettsia ngày nay

1,2 tỉ năm trước:

Sinh sản hữu tính tiến hóa, dẫn tới sự tiến hóa nhanh hơn Trong khi phần lớn sự sống vẫn tồn tại ở đại dương và

thời gian này.

1 tỉ năm trước:

Sinh vật đa bào xuất hiện: ban đầu là tập đoàn tảo , và sau

đó rong biển , sống ở đại dương Những sinh vật nguyên

600 triệu năm trước:

Bọt biển (Porifera), động vật đa bào sớm nhất, phát triển từ các tập đoàn tế bào Bọt biển là động vật đơn giản và

cơ, hệ thần kinh, cơ quan bên trong, hay khả năng vận

động

mạng lưới đơn giản, không có hệ thần kinh trung ương

Giun dẹt (Platyhelminthes), động vật sớm nhất có não

các cơ quan mà hình thành nên ba lớp phôi Chúng vẫn

không có các cơ quan với một hệ tuần hoàn thực sự hay

hệ hô hấp

•570 triệu năm của động vật chân đốt (tổ tiên của côn trùng, nhện

và giáp xác)