Tiến hóa lớn và quá trình phát sinh chủng loại SVIP

I. TIẾN HÓA LỚN

Tiến hóa lớn là quá trình tiến hoá xảy ra ở phạm vi loài và các đơn vị phân loại trên loài (chi, họ, bộ,…), hình thành nên toàn bộ sinh giới.

- Xảy ra ở quy mô lớn với khoảng thời gian dài hàng trăm triệu năm đến cả tỉ năm.

- Kết quả là hình thành các loài mới có nhiều đặc điểm khác biệt đến mức có thể xếp vào những đơn vị trên loài.

- Ví dụ: Tiến hóa từ sinh vật nhân sơ lên sinh vật nhân thực. 

II. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT

Quá trình phát sinh sự sống được chia thành ba giai đoạn: Tiến hoá hoá học, tiến hoá tiền sinh học và tiến hoá sinh học.

1. Tiến hoá hoá học

- Tiến hoá hoá học là quá trình tiến hoá hình thành các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ, xảy ra khi Trái Đất mới được hình thành.

- Một số giả thuyết giải thích quá trình tiến hoá hoá học:

a. Giả thuyết súp tiền sinh học

- Nội dung giả thuyết: Trên bề mặt trái đất, trong đại dương nước nông, các hợp chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, nucleotide base, các amino acid) được hình thành tự phát từ các chất vô cơ (H₂O, CO₂, CH₄, NH₃, N₂,...) dưới tác động của nhiệt độ cao, sấm sét, núi lửa phun trào, bức xạ từ Mặt Trời,...

- Thí nghiệm chứng minh của Stanley Miller và Harold Urey (1950): Mô phỏng điều kiện nguyên thuỷ của Trái Đất trong phòng thí nghiệm.

Thí nghiệm của Miller kiểm chứng sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản trong bầu khí quyển nguyên thủy

- Kết quả thu được: 15% carbon trong khí methane → chuyển hoá thành formaldehyde (CH₂O) và hydrogen cyanide (HCN) → kết hợp với nhau tạo thành formic acid (HCOOH), urea (NH₂CONH₂) và một số hợp chất hữu cơ phức tạp hơn.

b. Giả thuyết hợp chất hữu cơ đến từ vũ trụ

- Nội dung giả thuyết: Hợp chất hữu cơ đầu tiên trên Trái Đất có thể đến từ vũ trụ bởi các thiên thạch.

- Một số chất hữu cơ đơn giản (amino acid, lipid, đường đơn,...) đã được tìm thấy trong các thiên thạch rơi xuống Trái Đất.

2. Tiến hoá tiền sinh học

- Tiến hóa tiền sinh học là quá trình hình thành nên các tế bào nguyên thủy đầu tiên (protocell) trên Trái Đất.

- Diễn biến: Phân tử lipid (đặc biệt là phospholipid) ở trong nước → tạo thành lớp màng bao bọc lấy các phân tử hữu cơ → hình thành cấu trúc protobiont hay siêu giọt (microsphere) → protobiont có được khả năng tăng kích thước, chuyển hoá vật chất và năng lượng, đồng thời có khả năng sinh sản → hình thành tế bào sơ khai.

3. Tiến hoá sinh học

- Tiến hóa sinh học là các quá trình tiến hóa xảy ra sau khi tế bào sơ khai được hình thành.

- Hoá thạch tế bào nhân sơ cổ nhất có tuổi là 3,5 tỉ năm. Tế bào nhân sơ tiến hoá thành tế bào nhân thực. Hoá thạch tế bào nhân thực cổ nhất có tuổi là 1,8 tỉ năm.

- Giả thuyết tiến hóa từ tế bào nhân sơ đến tế bào nhân thực:

+ Màng tế bào nhân sơ gấp nếp vào bên trong bao bọc lấy vùng chứa vật chất di truyền tạo nên màng nhân và hệ thống lưới nội chất của tế bào nhân thực.

+ Tế bào nhân thực sơ khai thực bào vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn lam để hình thành nên ti thể và lục lạp (thuyết nội cộng sinh). 

Tiến hóa hình thành nên tế bào nhân thực

- Sinh vật nhân thực đơn bào sau đó đã tiếp tục tiến hoá thành sinh vật đa bào.

III. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SINH VẬT QUA CÁC ĐẠI ĐỊA CHẤT

Sự phát sinh và phát triển của sinh vật gắn liền với những biến đổi địa chất của Trái Đất.

IV. SƠ ĐỒ CÂY SỰ SỐNG

Cây sự sống (cây phát sinh chủng loại) là sơ đồ hình cây phân nhánh thể hiện sự phát sinh của các loài, tổ tiên chung và mối quan hệ tiến hóa của các nhóm đơn vị phân loại trên loài.

- Dựa vào các bằng chứng tiến hoá, đặc biệt là các bằng chứng phân tử, có thể xác định:

+ Toàn bộ sinh giới ngày nay được tiến hoá từ một tổ tiên chung.

+ Dựa trên các bằng chứng phân tử, có thể chia thế giới sống thành ba lãnh giới/miền. 

- Sự phát sinh chủng loại là kết quả của quá trình tiến hoá nhỏ và tiến hoá lớn:

+ Tiến hoá nhỏ làm thay đổi dần dần tần số allele và tần số kiểu gene của quần thể, tích lũy sự sai khác vốn gene giữa các quần thể, đến khi xuất hiện cách li sinh sản thì loài mới xuất hiện.

+ Những biến đổi địa chất lớn trải qua thời gian dài trong tiến hoá lớn dẫn đến sự huỷ diệt hàng loạt các sinh vật, sau đó lại phát sinh và phát triển thành nhiều loài mới với các đặc điểm khác biệt đến mức được xếp vào những đơn vị phân loại trên loài.

V. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH LOÀI NGƯỜI

Loài người - chi Homo được tiến hoá từ người vượn Australopithecus, qua các giai đoạn người cổ đại trung gian (H. habilis - người khéo léo → H. erectus - người đứng thẳng,...), hình thành nên người hiện đại Homo sapiens cách đây khoảng 300 - 200 nghìn năm.

Giai đoạn người vượn Ardipithecus:

- Loài Ardipithecus ramidus cách đây khoảng 4,4 triệu năm là loài tổ tiên cổ nhất trong nhánh tiến hoá người.

- Ardipithecus ramidus là loài ăn tạp, có dáng đi thẳng, leo trèo giỏi và có ngón cái linh hoạt có thể cầm nắm đồ vật.

Giai đoạn người vượn Australopithecus:

- Từ Ardipithecus hình thành nên chi Australopithecus (người vượn phương nam) sống cách đây 4 - 2,5 triệu năm.

- Hoá thạch loài Australopithecus afarensis được phát hiện ở châu Phi.

Giai đoạn chi Homo:

- Từ chi Australopithecus hình thành nên chi Homo sống cách đây từ 2,5 triệu năm đến 500 nghìn năm.

- Chi Homo có kích thước cơ thể và não lớn, biết sử dụng công cụ bằng đá. Những loài Homo tiến hoá sau có răng nhỏ, hộp sọ lớn, hàm nhẹ và ít nhô ra phía trước.

- Tất cả các nhánh loài người khác đều đã tuyệt chủng, chỉ còn người hiện đại Homo sapiens, xuất hiện cách đây khoảng 200 nghìn năm trước.

Sơ đồ phát sinh chủng loại loài người (hàng số thể hiện thời gian tiến hóa theo triệu năm)