Chương II: Sự Phát Sinh Và Phát Triển Của Sự Sống Trên Trái Đất – Sinh Học Lớp 12
Bài 32: Nguồn Gốc Sự Sống
Nội dung Bài 32: Nguồn Gốc Sự Sống thuộc Chương II: Sự Phát Sinh Và Phát Triển Của Sự Sống Trên Trái Đất môn Sinh Học Lớp 12. Bài học giúp các bạn trình bày được thí nghiệm của Milơ chứng minh các hợp chất hữu cơ đơn giản đã có thể được hình thành như thế nào khi trái đất mới được hình thành. Giải thích được các thí nghiệm chứng minh quá trình trùng phân tạo ra các đại phân tử hữu cơ từ các đơn phân. Giải thích được các cơ chế nhân đôi, phiên mã, dịch mã có thể được hình thành như thế nào. Giải thích được sự hình thành các tế bào nguyên thủy đầu tiên.
– Sự sống đầu tiên trên Trái Đất được hình thành bằng con đường hoá học theo các bước: Hình thành các đơn phân hữu cơ từ các chất vô cơ, trùng phân các đơn phân thành các đại phân tử, tương tác giữa các đại phân tử hình thành nên các tế bào sơ khai với các cơ chế nhân đôi, phiên mã, dịch mã, trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản.HocTapHay.Com
Quá trình tiến hoá của sự sống trên Trái Đất có thể chia thành các giai đoạn: tiến hoá hoá học, tiến hoá tiền sinh học và tiến hoá sinh học. Tiến hoá hoá học là giai đoạn tiến hoá hình thành nên các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ. Tiến hoá tiền sinh học là giai đoạn hình thành nên các tế bào sơ khai (protobiont) và sau đó là hình thành nên những tế bào sống đầu tiên. Tiến hoá sinh học là giai đoạn tiến hoá từ những tế bào đầu tiên hình thành nên các loài sinh vật như ngày nay dưới tác động của các nhân tố tiến hoá.
I. Tiến Hóa Hóa Học
1. Quá trình hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ
Năm 1920, nhà bác học người Nga là Oparin và nhà bác học người Anh là Handan (Haldane) đã độc lập 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 đường tổng hợp hoá học từ các chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng là sấm sét, tia tử ngoại, núi lửa,…
Năm 1953, Milơ 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 quyền của Trái Đất nguyên thuỷ trong một bình thuỷ tinh 5 lít (hình 32). Hỗn hợp khí \(\)\(CH_4, NH_3, H_2\) 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 Milơ và 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.
2. Quá trình trùng phần 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 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 \(150 – 180^0C\) và đã tạo ra được các chuỗi peptit ngắn được gọi là prôtêin nhiệt.
Như vậy, ta có thể hình dung quá trình hình thành các đại phân tử khi Trái Đất mới hình thành như sau: trong điều kiện bầu khí quyển nguyên thuỷ không có ôxi (hoặc có rất ít), với nguồn năng lượng là các tia chớp, núi lửa, tia tử ngoại,… một số chất vô cơ kết hợp với nhau tạo nên các chất hữu cơ đơn giản như axit amin, nuclêôtit, đường đơn cũng như các axit béo. Trong những điều kiện nhất định, các đơn phân kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử.
Câu hỏi 1 bài 32 trang 137 SGK sinh học lớp 12: Trong điều kiện của Trái Đất hiện nay, các hợp chất hữu cơ có thể được hình thành từ các chất vô cơ nữa không?
Giải: Các hợp chất hữu cơ có thể hình thành từ hợp chất vô cơ là do các điều kiện tự nhiên như: bức xạ mặt trời, sấm sét, tia lửa điện, phân rã phóng xạ, núi lửa…
Trong điều kiện của trái đất hiện nay thì các hợp chất hữu cơ không được hình thành từ các chất vô cơ. Bởi vì điều kiện môi trường không phù hợp. Cụ thể:
– Trái Đất ngày nay có các điều kiện và thành phần khí quyển khác hẳn với Trái Đất thời kì nguyên thủy.
– Trái Đất ngày nay có lượng khí oxi lớn nên nếu chất hữu cơ có được tạo ra bằng con đường hóa học thì cũng bị oxi hóa hoặc bị các vi sinh vật phân hủy.
Các nhà khoa học cho rằng các axit nuclêic cũng được hình thành từ các đơn phân là các nuclêôtit theo con đường trùng phân và vật chất di truyền đầu tiên có lẽ là ARN mà không phải là ADN. Hiện nay, có một số bằng chứng khoa học chứng minh rằng ARN có thể nhân đôi mà không cần đến enzim (prôtêin) và do đó có thể xem như ARN đã được tiến hoá trước ADN.
Ta có thể hình dung quá trình tiến hoá để tạo ra các phân tử ARN và ADN có khả năng nhân đôi như sau: Đầu tiên, các nuclêôtit kết hợp với nhau tạo nên rất nhiều phân tử ARN với thành phần nuclêôtit và chiều dài khác nhau. Trên cơ sở đó, CLTN chọn lọc ra các phân tử ARN có khả năng nhân đôi tốt hơn cũng như có hoạt tính enzim tốt hơn làm vật chất di truyền. Sau này, với sự trợ giúp của các enzim, từ ARN tổng hợp nên được phân tử ADN có cấu trúc bền vững hơn và với khả năng phiên mã chính xác hơn ARN, nên ADN đã thay thế ARN trong việc lưu trữ và bảo quản thông tin di truyền trong tế bào, còn ARN chỉ làm nhiệm vụ trong quá trình dịch mã.
Các nhà khoa học cho rằng cơ chế dịch mã cũng có thể được hình thành như sau: Đầu tiên, các axit amin nhất định có thể tạo nên các liên kết yếu với các nuclêôtit trên phân tử ARN. Phân tử ARN lúc này tác động như một khuôn mẫu để các axit amin “bám” vào và sau đó chúng liên kết với nhau tạo nên các chuỗi pôlipeptit ngắn. Nếu chuỗi pôlipeptit ngắn này lại có được đặc tính của một enzim xúc tác cho quá trình dịch mã hoặc phiên mã thì sự tiến hoá sẽ xảy ra nhanh hơn. Dần dần, CLTN chọn lọc ra phức hợp các phân tử hữu cơ có thể phối hợp với nhau để tạo nên các cơ chế nhân đối và dịch mã. Những bước tiến hoá đầu tiên hướng tới quá trình nhân đối và dịch mã như vậy có thể được hình thành khi các phân tử ARN và pôlipeptit được bao bọc bởi lớp màng bán thấm cách li chúng với môi trường bên ngoài.
II. Tiến Hóa Tiền Sinh Học
Khi các đại phân tử như lipit, prôtêin, các axit nuclêic,… xuất hiện trong nước và tập trung với 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. Những giọt nhỏ chứa các phân tử hữu cơ có màng bao bọc và chịu sự tác động của CLTN sẽ tiến hoá dần tạo nên các tế bào sơ khai.
Khi đã hình thành nên các tế bào sơ khai, CLTN sẽ không còn tác động lên từng phân tử hữu cơ riêng rẽ mà tác động lên cả tập hợp các phân tử như một đơn vị thống nhất (tế bào sơ khai). 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 hoá học thích hợp của mình thì sẽ được giữ lại và nhân rộng.
Bằng thực nghiệm, các nhà khoa học cũng đã tạo ra được các giọt gọi là lipôxôm khi cho lipit vào trong nước cùng một số các chất hữu cơ khác nhau. Lipit đã tạo nên lớp màng bao bọc lấy các hợp chất hữu cơ khác và một số lipôxôm cũng đã biểu hiện một số đặc tính sơ khai của sự sống như phân đội, trao đổi chất với môi trường bên ngoài. Các nhà khoa học cũng tạo ra các cấu trúc được gọi là giọt côaxecva từ các hạt keo. Các giọt coaxecva cũng có biểu hiện những đặc tính sơ khai của sự sống như có khả năng tăng kích thước và duy trì cấu trúc tương đối ổn định trong dung dịch.
Sau khi tế bào nguyên thuỷ được hình thành thì quá trình tiến hoá sinh học được tiếp diễn nhờ các nhân tố tiến hoá (như đã trình bày trong thuyết tiến hoá tổng hợp) tạo ra các loài sinh vật như hiện nay.
Câu Hỏi Và Bài Tập
Hướng dẫn giải bài tập SGK Bài 32: Nguồn Gốc Sự Sống thuộc Chương II: Sự Phát Sinh Và Phát Triển Của Sự Sống Trên Trái Đất môn Sinh Học Lớp 12. Các bài giải có kèm theo phương pháp giải và cách giải khác nhau.
Bài Tập 1 Trang 139 SGK Sinh Học Lớp 12
Trình bày thí nghiệm của Milơ về sự hình thành của các hợp chất hữu cơ.
Bài Tập 2 Trang 139 SGK Sinh Học Lớp 12
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.
Bài Tập 3 Trang 139 SGK Sinh Học Lớp 12
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 thể tiến hoá hình thành nên các tế bào sơ khai như đã từng xảy ra trong quá khứ? Giải thích.
Bài Tập 4 Trang 139 SGK Sinh Học Lớp 12
Nêu vai trò của lipit trong quá trình tiến hóa tạo nên lớp màng bán thấm.
Bài Tập 5 Trang 139 SGK Sinh Học Lớp 12
Giải thích CLTN giúp hình thành nên các tế bào sơ khai như thế nào.
Tóm Tắt Lý Thuyết
Lý thuyết Bài 32: Nguồn gốc sự sống Sách giáo khoa Sinh học 12 ngắn gọn, đầy đủ, dễ hiểu có sơ đồ tư duy.
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.
I. Tiến Hóa Hóa Học
1. Hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ
– Theo ông 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 đường hóa tổng hợp từ các chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng là sấm sét, tia tử ngoại, núi lửa: Bầu khí quyển nguyên thuỷ không có oxi, dưới tác dụng của nguồn năng lượng tự nhiên (tia chớp, tia tử ngoại, núi lửa …) 1 số các chất vô cơ kết hợp tạo nên chất hữu cơ đơn giản: a. amin, nucleotit, đường đơn, a. xit béo … Các đơn phân kết hợp với nhau tạo thành các đại phân tử.
– Ông Miller và Uray đã làm thí nghiệm kiểm chứng: Tạo ra môi trường có thành phần hóa học giống khí quyển của trái đất nguyên thủy trong bình thuỷ tinh. Hỗn hợp khí \(CH_4, NH_3, H_2\) và hơi nước được đặt trong điều kiện phóng điện liên tục suốt một tuần lễ. Kết quả các ông đã thu được một số chất hữu cơ đơn giản trong đó có các a. amin. Các chất hữu cơ được hình thành trong điều kiện hoá học của bầu khí quyển nguyên thuỷ ngày càng phức tạp dần.
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 polipeptit đơn giản trong điều kiện trái đất nguyên thuỷ, ông Fox và các cộng sự vào năm 1950 đã tiến hành thí nghiệm đun nóng hỗn hợp các axit amin khô ở nhiệt độ từ 150 – 180oC và đã tạo 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.
3. Sự xuất hiện cơ chế tự nhân đôi
a. ADN có trước hay ARN có trước?
– Một số bằng chứng đã chứng minh ARN có thể tự nhân đôi không cần enzim nên ARN tiến hóa trước ADN.
– ARN có khả năng tự nhân đôi, chọn lọc tự nhiên sẽ chọn các phân tử ARN có khả năng tự sao tốt, có hoạt tính enzim tốt làm vật liệu di truyền. Từ ARN sau đó đến ADN.
b. Hình thành cơ chế dịch mã
– ARN là khuôn để các axit amin liên kết nhau tạo thành chuỗi polipeptit và chúng được bao bọc bởi màng bán thấm cách li với môi trường ngoài.
II. Tiến Hóa Tiền Sinh Học
– 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 chọn lọc tự nhiên 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).
Câu Hỏi Trắc Nghiệm
Câu 1: Những nguyên tố phổ biến nhất trong cơ thể sống là:
A. C, H, O, P.
B. C, H, O, N, P.
C. C, H, O, P, Mg.
D. C, H, O, N, P. S.
Câu 2: Theo quan điểm hiện đại, cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống là
A. axit nuclêic và prôtêin.
B. cacbohyđrat và prôtêin.
C. lipit và gluxit.
D. axit nuclêic và lipit.
Câu 3: Theo quan điểm hiện đại, axit nuclêic được coi là cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống vì:
A. có vai trò quan trọng trong sinh sản ở cấp độ phân tử.
B. có vai trò quan trọng trong di truyền.
C. có vai trò quan trọng trong sinh sản và di truyền.
D. là thành phần chủ yếu cấu tạo nên nhiễm sắc thể.
Câu 4: Theo quan điểm hiện đại, prôtêin được coi là cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống vì:
A. có vai trò quan trọng trong sinh sản.
B. có vai trò quan trọng trong di truyền.
C. có vai trò quan trọng trong hoạt động điều hoà, xúc tác, cấu tạo nên các enzim và hooc môn.
D. là thành phần chủ yếu cấu tạo nên nhiễm sắc thể.
Câu 5: Trong các dấu hiệu của sự sống dấu hiệu độc đáo chỉ có ở cơ thể sống là:
A. trao đổi chất với môi trường.
B. sinh trưởng cảm ứng và vận động.
C. trao đổi chất, sinh trưởng và vận động.
D. trao đổi chất theo phương thức đồng hóa, dị hoá và sinh sản.
Câu 6: Tiến hoá hoá học là quá trình:
A. hình thành các hạt côaxecva.
B. xuất hiện cơ chế tự sao.
C. xuất hiện các enzim.
D. tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ theo phương thức hoá học.
Câu 7: Trong khí quyển nguyên thuỷ có các hợp chất:
A. hơi nước, các khí cacbônic, amôniac, metan.
B. saccarrit, các khí cacbônic, amôniac, nitơ.
C. hyđrôcacbon, hơi nước, các khí cacbônic, amôniac.
D. saccarrit, hyđrôcacbon, hơi nước, các khí cacbônic.
Câu 8: Trong giai đoạn tiến hoá hoá học các hợp chất hữu cơ đơn giản và phức tạp được hình thành nhờ:
A. các nguồn năng lượng tự nhiên.
B. các enzym tổng hợp.
C. sự phức tạp hoá các hợp chất hữu cơ.
D. sự đông tụ của các chất tan trong đại dương nguyên thuỷ.
Câu 9: Trong giai đoạn tiến hoá hoá học đã có sự:
A. tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ theo phương thức hoá học.
B. tạo thành các côaxecva theo phương thức hóa học.
C. hình thành mầm mống những cơ thể đầu tiên theo phương thức hoá học.
D. xuất hiện các enzim theo phương thức hoá học.
Câu 10: Hợp chất hữu cơ đơn giản được hình thành được hình thành đầu tiên trên trái đất là
A. gluxit.
B. cacbohyđrat.
C. axitnuclêic.
D. prôtêin.
Câu 11: Năm 1953, S. Milơ (S. Miller) thực hiện thí nghiệm tạo ra môi trường có thành phần hóa học giống khí quyển nguyên thủy và đặt trong điều kiện phóng điện liên tục một tuần, thu được các axit amin cùng các phân tử hữu cơ khác nhau. Kết quả thí nghiệm chứng minh:
A. Các chất hữu cơ được hình thành từ chất vô cơ trong điều kiện khí quyển nguyên thủy của Trái Đất.
B. các chất hữu cơ được hình thành trong khí quyển nguyên thủy nhờ nguồn năng lượng sinh học.
C. các chất hữu cơ đầu tiên được hình thành trong khí quyển nguyên thủy của Trái Đất bằng con đường tổng hợp sinh học.
D. ngày nay các chất hữu cơ vẫn được hình thành phổ biến bằng con đường tổng hợp hóa học trong tự nhiên.
Câu 12: Phát biểu không đúng về sự phát sinh sự sống trên Trái Đất là:
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. chọn lọc tự nhiên tác động ở những giai đoạn đầu tiên của quá trình tiến hoá hình thành tế bào sơ khai mà chỉ tác động từ khi sinh vật đa bào đầu tiên xuất hiện.
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 đường tổng hợp hoá học.
Ở trên là nội dung Bài 32: Nguồn Gốc Sự Sống thuộc Chương II: Sự Phát Sinh Và Phát Triển Của Sự Sống Trên Trái Đất môn Sinh Học Lớp 12. Trong bài học này, các bạn sẽ được học các kiến thức như: tiến hóa hóa học, tiến hóa tiến sinh học, tiến hóa sinh học, hình thành các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ, quá trình trùng phân tạo nên các đại phân tử hữu cơ, sự xuất hiện cơ chế tự nhân đôi. Tăng thêm lòng yêu khoa học, thông qua tìm hiểu các giai đoạn phát sinh sự sống, đặc biệt các thí nghiệm chứng minh cho quá trình này.
Trả lời