Quá trình trùng phân tạo nên các đại phân tử hữu cơ • Để chứng minh các đơn phân như axit amin có thể kết hợp với nhau tạo nên các chuỗi pôlipeptit đơn giản trong điều kiện Trái Đất nguy
Trang 1BÀI 25: NGUỒN GỐC SỰ SỐNG Mục tiêu
+ Tóm tắt được những sự kiện xảy ra trong quá trình tiến hóa hóa học và tiến hóatiền sinh học
+ Giải thích được chọn lọc tự nhiên đã giúp hình thành nên các tế bào sơ khai
+ Giải thích được quá trình hình thành các tế bào sơ khai như đã từng xảy ra có thểxảy ra trên Trái Đất hiện nay nữa hay không
Kĩ năng
+ Dự đoán và giải thích kết quả thí nghiệm của Milơ về sự hình thành các hợp chấthữu cơ
+ Lập bảng phân biệt tiến hóa hóa học và tiến hóa tiền sinh học
+ Quan sát, phân tích tranh hình/ video về thí nghiệm của Milơ và Urây
+ Đọc tài liệu về nguồn gốc sự sống
Trang 2I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1 Tiến hóa hóa học
• Tiến hóa hóa học: quá trình hình thành các hợp chất hữu cơ theo phương thức hóa họcnhờ nguồn năng lượng tự nhiên Từ chất vô cơ → chất hữu cơ đơn giản → chất hữu cơphức tạp
1.1 Hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ
• Theo Oparin (Nga) và Haldane (Anh) đã độc lập nhau cùng đưa ra giả thuyết cho rằng
các hợp chất hữu cơ đơn giản đầu tiên trên Trái Đất có thể được xuất hiện bằng con đườnghóa tổng hợp từ các chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng là sấm sét, tia tử ngoại, núi lửa,
• Miller và Urây đã làm thí nghiệm kiểm chứng: tạo ra môi trường có thành phần hóahọc giống khí quyển của Trái Đất nguyên thủy trong bình thủy tinh Hỗn hợp khí CH4,
NH3, H2 và hơi nước được đặt trong điều kiện phóng điện liên tục suốt 1 tuần lễ Kết quảcác ông đã thu được 1 số chất hữu cơ đơn giản trong đó có các axit amin Các chất hữu cơđược hình thành trong điều kiện hóa học của bầu khí quyển nguyên thủy ngày càng phứctạp dần
Hình 25.1 Thí nghiệm của Stanley Miller
1.2 Quá trình trùng phân tạo nên các đại phân tử hữu cơ
• Để chứng minh các đơn phân như axit amin có thể kết hợp với nhau tạo nên các chuỗi
pôlipeptit đơn giản trong điều kiện Trái Đất nguyên thủy, Fox và các cộng sự, 1950 đã tiến
Trang 3hành thí nghiệm đun nóng hỗn hợp các axit amin khô ở nhiệt độ từ 150°C - 180°C và đãtạo ra được các chuỗi peptit ngắn gọi là prôtêin nhiệt.
• Kết luận: các đơn phân tử kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử.
• Sự hình thành các đại phân tử: bầu khí quyển nguyên thủy không có ôxi, dưới tác dụngcủa nguồn năng lượng tự nhiên (tia chớp, tia tử ngoại, núi lửa, ) 1 số các chất vô cơ kếthợp tạo nên chất hữu cơ đơn giản như axit amin, nuclêôtit, đường đơn, axit béo, Trongnhững điều kiện nhất định, các đơn phân kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử
1.3 Sự xuất hiện cơ chế tự nhân đôi
• Quá trình tiến hóa tạo nên khả năng nhân đôi và dịch mã các phân tử ARN và ADN:
các axit amin liên kết yếu với ARN → ARN như 1 khuôn mẫu để các axit amin bám vào
và sau đó chúng liên kết với nhau tạo nên các chuỗi pôlipeptit ngắn → các chuỗi pôlipeptitngắn này xúc tác cho quá trình phiên mã và dịch mã → CLTN chọn lọc ra phức hợp cácphân tử hữu cơ có thể phối hợp với nhau để tạo nên các cơ chế tự sao và dịch mã
Câu hỏi: AND có trước hay ARN có trước?
+ Một số bằng chứng đã chứng minh ARN có thể tự nhân đôi không cần enzim nênARN tiến hóa trước ADN
+ Các ribônuclêôtit kết hợp → nhiều phân tử ARN → CLTN chọn các ARN tự sao tốthơn có hoạt tính enzim tốt làm vật liệu di truyền → từ ARN tổng hợp ADN có cấu trúcbền vững hơn và có khả năng sao chép chính xác hơn → ADN thay thế ARN trong việcbảo quản, lưu giữ thông tin di truyền trong tế bào
2 Tiến hóa tiền sinh học
• Tiến hóa tiền sinh học: hình thành nên các tế bào sơ khai từ các đại phân tử và màngsinh học → hình thành nên những cơ thể sinh vật đầu tiên
• Các đại phân tử như lipit, prôtêin, các axit nuclêic, xuất hiện trong nước và tập trungvới nhau lớp màng lipit hình thành bao bọc lấy tập hợp các đại phân tử hữu cơ tạo nên cácgiọt nhỏ li ti → CLTN tác động làm những giọt nhỏ tiến hóa thành các tế bào sơ khai
* Thí nghiệm chứng minh:
Cho lipit vào nước cùng một số các chất hữu cơ khác nhau → tạo ra các giọt lipôxôm
có biểu hiện 1 số đặc tính sơ khai của sự sống như phân đôi, trao đổi chất với môi trường Tạo thành các giọt côaxecva có biểu hiện 1 số đặc tính sơ khai của sự sống từ các hạt keo.
Trang 4• Tế bào sơ khai 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 thíchhợp sẽ được giữ lại và nhân rộng
* 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).
• Kết luận: sự sống đầu tiên trên Trái Đất được hình thành bằng con đường hóa học theo
4 bước:
+ Hình thành các đơn phân Trùng phân các đơn phân thành các đại phân tử
+ Tương tác giữa các đại phân tử hình thành nên cơ chế tự nhân đôi
+ Hình thành nên tế bào sơ khai
+ Sau khi tế bào sơ khai hình thành, quá trình tiến hóa sinh học được tiếp diễn tạo ra cácloài sinh vật hiện nay (xem thuyết tiến hóa tổng hợp)
Trang 5hữu cơ được hình thành trong điều kiện hoá học của bầu khí quyển nguyên thuỷ ngày càngphức tạp dần.
Ví dụ 2 (Câu 2 - SGK trang 139): 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?
-• Kết luận: các đơn phân tử kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử
• Sự hình thành các đại phân tử: bầu khí quyển nguyên thuỷ không có ôxi, dưới tác dụngcủa nguồn năng lượng tự nhiên (tia chớp, tia tử ngoại, núi lửa, ) 1 số các chất vô cơ kếthợp tạo nên chất hữu cơ đơn giản như axit amin, nuclêôtit, đường đơn, axit béo, Trongnhững điều kiện nhất định, các đơn phân kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử
Ví dụ 3 (Câu 3 - SGK trang 139): Giả sử ở một nơi nào đó trên Trái Đất hiện nay, các
hợp chất hữu cơ được tổng hợp từ chất vô cơ trong tự nhiên thì liệu từ các chất này có thểtiến hoá hình thành nên các tế bào sơ khai đã từng xảy ra trong quá khứ? Giải thích?
Hướng dẫn giải
Điều kiện khí hậu và môi trường trên Trái Đất ngày nay đã khác bầu khí quyển nguyênthủy rất nhiều Do vậy, nếu trên Trái Đất có các chất hữu cơ được hình thành bằng conđường hoá học thì những chất này cũng rất dễ bị các sinh vật khác phân giải ngay
Ví dụ 4 (Câu 4 - SGK trang 139): Nêu vai trò của lipit trong quá trình tiến hoá tạo nên
lớp màng bán thấm?
Hướng dẫn giải
Màng lipit có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành sự sống vì màng sẽ bao bọclấy tập hợp các đại phân tử hữu cơ tạo nên các giọt nhỏ li ti khác nhau Những giọt nhỏchứa các phân tử hữu cơ có màng bao bọc và chịu sự tác động của CLTN sẽ tiến hóa dầntạo nên các tế bào sơ khai với các cơ chế nhân đôi, phiên mã, dịch mã, trao đổi chất, sinhtrưởng và sinh sản
Ví dụ 5 (Câu 5 - SGK trang 139): Giải thích CLTN giúp hình thành nên các tế bào sơ
khai như thế nào?
Trang 6Hướng dẫn giải
Tập hợp các đại phân tử trong các tế bào sơ khai (giọt côaxecva) có thể rất khác nhau,những tế bào sơ khai nào có được tập hợp các đại phân tử giúp chúng có khả năng sinhtrưởng, trao đổi chất, phân đôi tốt hơn thì sẽ được CLTN duy trì, ngược lại sẽ bị CLTNđào thải
Ví dụ 6: Trong giai đoạn tiến hoá hoá học đã diễn ra quá trình nào sau đây?
A Hình thành mầm mống những cơ thể đầu tiên.
B Tạo thành các giọt côaxecva từ các hạt keo.
C Hình thành các đơn phân hữu cơ từ các chất vô cơ.
D Hình thành nên các tế bào sơ khai.
Hướng dẫn giải
Phương án A, B, D: sai, vì đây là các quá trình xảy ra trong tiến hóa tiền sinh học
Chọn C
Ví dụ 7: Trong quá trình phát sinh và phát triển sự sống trên Trái Đất, loại chất hữu cơ
mang thông tin di truyền đầu tiên là
Hướng dẫn giải
Trong quá trình phát sinh và phát triển sự sống trên Trái Đất, loại chất hữu cơ mang thôngtin di truyền đầu tiên là ARN
Chọn A.
Ví dụ 8: Năm 1950, Fox và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm đun nóng hỗn hợp các
axit amin khô ở nhiệt độ 150°C - 180°C và đã tạo ra được các chuỗi peptit ngắn gọi làprôtêin nhiệt Kết luận rút ra từ thực nghiệm này là
A chuỗi peptit có thể được tổng hợp ngoài tế bào sống và không cần sự xúc tác của
enzim
B sự sống được bắt nguồn từ các chất hữu cơ đơn giản nhờ quá trình trùng ngưng hóa
học
C các enzim không có vai trò trong quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất.
D nhiệt độ cao là cần thiết cho quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất để tạo ra sinh
vật sống đầu tiên
Hướng dẫn giải
Trang 7Từ thực nghiệm này chỉ có thể thấy rằng các chuỗi peptit ngắn có thể được tổng hợpngoài tế bào sống mà không cần enzim xúc tác Chưa thể đưa ra kết luận về các yếu tốkhác ngoài hệ thống thí nghiệm được nhất là việc hình thành sự sống.
A sự liên kết ngẫu nhiên của các chất hóa học.
B tác động của enzim và nhiệt độ.
C tác dụng của các nguồn năng lượng tự nhiên (bức xạ nhiệt, tia tử ngoại, ).
D do các cơn mưa kéo dài hàng năm.
Câu 2: Sự kiện nào sau đây không thuộc trong giai đoạn tiến hóa tiền sinh học?
A Hình thành các hợp chất hữu cơ phức tạp prôtêin và axit nuclêic.
B Sự tạo thành các hạt côaxecva
C Sự xuất hiện tế bào sơ khai.
D Sự hình thành màng.
Câu 3: Khi nói về sự phát sinh sự sống trên Trái Đất, phát biểu nào sau đây không đúng?
A Sự xuất hiện sự sống gắn liền với sự xuất hiện các đại phân tử hữu cơ có khả năng tự
nhân đôi
B CLTN không tác động ở những giai đoạn đầu tiên của quá trình tiến hoá hình thành
tế bào sơ khai
C Nhiều bằng chứng thực nghiệm thu được đã ủng hộ quan điểm cho rằng các chất hữu
cơ đầu tiên trên Trái Đất được hình thành bằng con đường tổng hợp hoá học
D Các chất hữu cơ đơn giản đầu tiên trên Trái Đất có thể được xuất hiện bằng con
Trang 8C Tia tử ngoại, hoạt động núi lửa D Năng lượng hóa học và năng lượng sinh
học
Câu 5: Bằng chứng nào sau đây ủng hộ giả thuyết cho rằng vật chất di truyền xuất hiện
đầu tiên trên Trái Đất có thể là ARN?
A ARN có thành phần nuclêôtit loại uraxin B ARN có thể nhân
đôi mà không cần đến enzim
C ARN có kích thước nhỏ hơn ADN D ARN là hợp chất hữu cơ đa phân tử Câu 6: Trong khí quyển nguyên thủy của Trái Đất chưa có hay có rất ít
A ôxi B hơi nước (H2O) C cacbon ôxit (CO) D amôniac (NHg) Câu 7: Quá trình tiến hóa hóa học bắt đầu từ những chất vô cơ đơn giản và kết thúc là quá
trình hình thành nên
A các hạt côaxecva B mầm mống các sinh vật đầu tiên.
Câu 8: Sự phát sinh sự sống là kết quả của những quá trình nào sau đây?
I Tiến hóa hóa học II Tiến hóa lí học II Tiến hóa tiền sinh học IV Tiến hóasinh học
Câu 9: Trong giai đoạn tiến hóa hóa học của quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất, dạng năng lượng nào sau đây không đóng vai trò quan trọng?
ngoại,
C Năng lượng địa nhiệt D Năng lượng trong ATP.
Câu 10: Sự tương tác giữa các đại phân tử nào sau đây là cơ sở cho quá trình hình thành
sự sống trên Trái Đất?
A Lipit và prôtêin B Prôtêin và axit nuclêic.
C Gluxit, lipit và prôtêin D Lipit, gluxit và ADN.
Bài tập nâng cao
Câu 11: Khi nói về quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất, bao nhiêu phát biểu sau
đây đúng?
1 Các nguồn năng lượng sinh học đóng vai trò chủ đạo trong giai đoạn tiến hóa hóahọc
Trang 92 Có thể tạo ra các chất hữu cơ từ các chất vô cơ bên ngoài tế bào sống và không cần sựxúc tác của các enzim.
3 Nhiều dẫn liệu chứng tỏ ARN xuất hiện trước ADN trong quá trình tiến hóa của sinhvật
4 Trong phòng thí nghiệm có thể tạo ra các giọt côaxecva với một số đặc tính sơ khaicủa sự sống
Câu 12: Theo giả thuyết về quá trình hình thành cơ chế dịch mã, thứ tự đúng của quá trình
tiến hóa của cơ chế dịch mã là
1 CLTN chọn ra các phức hệ có khả năng dịch mã chuẩn xác hơn
2 Chuỗi peptit tạo ra có hoạt tính xúc tác, thúc đẩy quá trình gắn kết
3 Các axit amin rời rạc hình thành liên kết yếu với ARN
4 Hình thành cơ chế dịch mã hoàn thiện
5 Nhờ cùng bám vào ARN mà các axit amin hình thành liên kết peptit để tạo chuỗi
Trang 10+ Phân tích được cơ sở phân chia lịch sử Trái Đất thành các niên đại.
+ Đưa ra được dự đoán về khí hậu của Trái Đất trong những thế kỉ và thiên niên kỉtới Nêu được một số biện pháp để ngăn chặn nạn diệt chủng có thể xảy ra do conngười
+
Kĩ năng
+ Quan sát, phân tích tranh hình, video về hóa thạch, trôi dạt lục địa, các đại địachất và các sinh vật tương ứng
+ Lập bảng phân biệt các đại, các kỉ với các sinh vật và khí hậu tương ứng
+ Đọc tài liệu về sự phát triển của sinh giới qua các đại địa chất
Trang 11I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1 Hóa thạch và vai trò của các hóa thạch trong nghiên cứu lịch sử phát triển của sinh giới
• 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 (có thể là toàn bộ cơ thể, có thể là mộtphần cơ thể), các mảnh xương, mảnh vỏ sinh vật hóa đá, đôi khi là xác sinh vật được bảoquản trong băng tuyết, trong hổ phách Một số sinh vật hiện nay, rất ít hoặc không biến đổi
so với trước đây được coi là dạng hóa thạch sống
• Vai trò của hóa thạch:
+ Hóa thạch là bằng chứng trực tiếp để biết được lịch sử phát sinh, phát triển của sựsống
+ Là dẫn liệu quý để nghiên cứu lịch sử vỏ Trái Đất
+ Ngoài ra:
• Căn cứ vào tuổi của các lớp đất chứa hóa thạch → có thể xác định được tuổi thọ của hóa thạch.
• Từ tuổi những sinh vật hóa thạch → xác định được tuổi của lớp đất chứa chúng.
• Tuổi hóa thạch có thể được xác định nhờ phân tích các đồng vị phóng xạ có trong hóa thạch hoặc trong các lớp đất chứa hóa thạch.
• Ví dụ: thời gian bán rã của 14 C là 5730 năm; của 238 U là 4,5 tỉ năm.
2 Lịch sử phát triển của sinh giới qua các đại địa chất
2.1 Hiện tượng trôi dạt lục địa
• Lớp vỏ Trái Đất không phải là một khối thống nhất mà được chia thành những vùngriêng biệt gọi là phiến kiến tạo
• Lớp dung nham nóng chảy bên dưới các phiến kiến tạo chuyển động đã tạo nên hiệntượng trôi dạt lục địa
• Những biến đổi về kiến tạo vỏ Trái Đất như tạo núi, trôi dạt lục địa dẫn đến làm thayđổi rất mạnh điều kiện khí hậu của Trái Đất, do đó có thể làm tuyệt chủng hàng loạt cácloài và sau đó là thời điểm bùng nổ sự phát sinh loài mới
• Siêu lục địa (Pangaea), cách đây 250 triệu năm → tách thành 2: lục địa Bắc (Laurasia)
và lục đại Nam (Gondovvana), cách đây 180 triệu năm → các lục địa liên tiếp tách và
Trang 12nhập → Lục địa Ấn Độ sáp nhập với lục địa Âu - Á, cách đây 10 triệu năm → cuối cùngphân tách thành các lục địa như ngày nay.
• Hiện nay các lục địa vẫn đang trôi dạt
2.2 Sinh vật trong các đại địa chất
• Lịch sử phát triển của sinh vật gắn liền với lịch sử phát triển của vỏ Trái Đất Sự thay
đổi các điều kiện địa chất, khí hậu đã thúc đẩy sự phát triển của sinh giới
• Sự thay đổi điều kiện địa chất, khí hậu thường dẫn tới sự biến đổi trước hết ở thực vật
và qua đó ảnh hưởng tới động vật Sự thay đổi đó có thể ảnh hưởng đến một số loài rồithông qua những mối quan hệ phức tạp giữa sinh vật với sinh vật trong hệ sinh thái mà ảnhhưởng dây chuyền đến nhiều loài khác Vì vậy, sự phát triển của sinh giới đã diễn ra nhanhhơn sự thay đổi chậm chạm của điều kiện khí hậu, địa chất
• 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 trống
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA
II CÁC DẠNG BÀI TẬP
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1 (Câu 1 - SGK trang 143): Hoá thạch là gì? Nêu vai trò của hoá thạch trong
nghiên cứu lịch sử tiến hoá của sinh giới?
Hướng dẫn giải
Trang 13• Hoá thạch là di tích của sinh vật để lại trong các lớp đất đá của vỏ Trái Đất.
• Vai trò của hoá thạch:
+ Hoá thạch là bằng chứng trực tiếp để biết được lịch sử phát sinh, phát triển của sựsống
+ Là dẫn liệu quý để nghiên cứu lịch sử vỏ Trái Đất
Ví dụ 2 (Câu 2 - SGK trang 143): Dựa vào đâu người ta phân chia lịch sử Trái Đất thành
các niên đại?
Hướng dẫn giải
Để phân chia lịch sử Trái Đất thành các niên đại, người ta dựa vào:
• Những biến đổi lớn về địa chất của Trái Đất làm cho sinh vật bị tuyệt chủng hàng loạt:
sự kiến tạo của vỏ Trái Đất như quá trình tạo núi, trôi dạt lục địa và sinh vật trong các đạiđịa chất (sự xuất hiện và diệt vong của sinh vật)
• Các hoá thạch: cung cấp bằng chứng trực tiếp về những đặc điểm riêng của sự pháttriển sinh giới
Ví dụ 3 (Câu 3 - SGK trang 143): Hiện tượng trôi dạt lục địa ảnh hưởng như thế nào đến
sự tiến hoá của sinh giới?
Hướng dẫn giải
Hiện tượng trôi dạt lục địa ảnh hưởng rất lớn đến điều kiện khí hậu Trái Đất
Ví dụ, khi các lục địa liên kết lại với nhau thành siêu lục địa thì vùng trung tâm của siêulục địa sẽ trở nên khô cạn hơn rất nhiều và ngược lại Sự trôi dạt lục địa có thể dẫn đếnnhững đợt đại tuyệt chủng hàng loạt các loài và sau đó là thời điểm bùng nổ sự phát sinhcác loài
Ví dụ 4 (Câu 4 - SGK trang 143): Bò sát khổng lồ phát triển mạnh vào thời kì nào? Động
vật có vú đầu tiên xuất hiện khi nào?
Hướng dẫn giải
• Bò sát khổng lồ phát triển mạnh ở kỉ Jura, đại Trung sinh Trong điều kiện hình thành
2 lục địa Bắc và Nam, biển tiến vào lục địa, khí hậu ấm áp Cây hạt trần phát triển mạnh
Bò sát cổ ngự trị Phân hóa chim
• Động vật có vú xuất hiện vào kỉ Tam điệp, đại Trung sinh Trong điều kiện đại lụcchiếm ưu thế, khí hậu khô Cây hạt trần ngự trị, phân hoá bò sát cổ, cá xương phát triển,phát sinh thú và chim