Thực đơn
Lịch_sử_tiến_hóa_của_sự_sống
|citeseerx= (trợ giúp)Các nhà sinh vật học lý luận rằng tất cả các sinh vật sống trên Trái đất hẳn phải có cùng một tổ tiên chung sau cùng duy nhất, bởi vì hầu như không thể có chuyện hai hoặc nhiều nòi giống tách biệt có thể phát triển nhiều những cơ chế sinh hóa phức tạp phổ biến trong tất cả các loài sinh vật sống một cách độc lập được.[67][68]
Sự sống trên Trái Đất thì dựa vào cacbon và nước. Cacbon cung cấp một cái khung vững chắc cho các chất hóa học phức tạp và có thể dễ dàng lấy nó ra từ môi trường, đặc biệt là từ cacbon điôxít.[55] Không có nguyên tố hóa học nào khác có thuộc tính đủ giống với cacbon để được coi là thứ tương tự; silic, nguyên tố ở ngay bên dưới cacbon trong bảng tuần hoàn, không tạo thành rất nhiều các nguyên tử bền phức tạp, và bởi vì hầu hết hợp chất của nó không tan trong nước, các sinh vật sẽ khó triết xuất nó ra hơn. Các nguyên tố bo và phốtpho có hóa học phức tạp hơn nhưng lại chịu những giới hạn khác liên quan đến cacbon. Nước là một dung môi xuất sắc và có hai thuộc tính hữu dụng khác: việc băng nổi trên mặt nước giúp cho các sinh vật biển tồn tại bên dưới nó trong mùa đông; và các nguyên tử của nó có cả cực điện tích âm và dương, cho phép nó hình thành hợp chất một cách đa dạng hơn so với các loại dung môi khác. Các loại dung môi tốt khác, ví dụ như ammoniac, chỉ tồn tại dưới dạng lỏng khi ở nhiệt độ thấp tới nỗi mà phản ứng hóa học có lẽ là quá chậm để có thể duy trì sự sống, và thiếu những lợi thế khác của nước.[69] Tuy nhiên, các sinh vật sống dựa vào hóa sinh thay thế có thể có khả năng tồn tại trên các hành tinh khác.[70]
Nghiên cứu về cách mà sự sống có khả năng đã nổi lên từ các chất hóa học vô sinh tập trung vào ba điểm bắt đầu có khả năng xảy ra: tự sao chép, theo đó sinh vật có khả năng sản sinh ra con cháu mà cực kỳ giống với chính nó; trao đổi chất, khả năng ăn và tự sửa chữa chính nó; và màng tế bào bên ngoài, thứ cho phép thức ăn vào trong vào chất thải đi ra ngoài, nhưng không bao gồm những vật chất không mong muốn.[71] Nghiên cứu về hiện tượng tự sinh thì vẫn còn nhiều việc phải làm, vì các hướng tiếp cận theo lý thuyết và theo kinh nghiệm thì chỉ mới bắt đầu tiếp xúc với nhau.[69][72]
Kể cả những thành viên đơn giản nhất của ba vực sự sống hiện đại cũng sử dụng ADN để ghi lại "công thức" của chúng và một dãy phức tạp gồm ARN và các phân tử protein để "đọc" những chỉ dẫn này và sử dụng chúng để phát triển, duy trì và tự sao chép. Việc phát hiện ra rằng một số nguyên tử ARN có thể xúc tác cho cả quá trình sao chép của chính nó lẫn việc tạo ra protein đã dẫn tới giả thuyết về một dạng sống ban đầu dựa hoàn toàn trên ARN.[73] Những ribozyme này có thể đã hình thành nên một thế giới ARN mà trong đó có những cá thể nhưng không có loài, vì đột biến và chuyển gien theo chiều ngang sẽ có nghĩa là con cái ở mỗi thế hệ có khả năng cao sẽ có bộ gien khác với của bố mẹ chúng.[74] ARN sau đó sẽ bị thay thế bởi ADN, thứ ổn định hơn và do đó có thể xây dựng bộ gien dài hơn, mở rộng những tiềm năng mà một sinh vật đơn lẻ có thể có.[75][76] Ribozyme vẫn là thành phần chính của ribosome, "nhà máy protein" của tế bào hiện đại.[77] Bằng chứng gợi ra rằng phân tử ARN đầu tiên hình thành trên Trái đất vào 4,17 tỉ năm trước.[78]
Mặc dù các phân tử ARN tự sao chép ngắn đã được sản xuất nhân tạo trong phòng thí nghiệm,[75] đã có những nghi ngờ cho rằng ở đâu có thể có quá trình tổng hợp ARN không sinh học tự nhiên.[76] "Ribozyme" sớm nhất có thể đã được hình thành dưới dạng những axit nucleic đơn giản hơn như APN, ATN hoặc AGN, những loại sau đó được thay thế bởi ARN.[77][79]
Vào năm 2003, đã có đề xuất cho rằng kết tủa sulfide kim loại xốp sẽ trợ giúp quá trình tổng hợp ARN ở khoảng 100 °C (212 °F) và áp suất đáy đại dương gần các miệng phun thủy nhiệt. Dưới giả thuyết này, màng lipid sẽ là thành phần tế bào chính xuất hiện cuối cùng và, cho tới lúc đó, các tiền tế bào sẽ bị giam trong các lỗ hổng.[80]
Một chuỗi các thí nghiệm bắt đầu vào năm 1997 đã cho thấy rằng có thể đạt được các giai đoạn đầu của sự hình thành protein từ các vật chất không hữu cơ bao gồm carbon monoxit và hydrogen sulfide bằng cách sử dụng iron sulfide và nickel sulfide as catalysts. Hầu hết các bước yêu cầu nhiệt độ vào khoảng 100 °C (212 °F) và áp suất vừa phải, mặc dù một giai đoạn cần nhiệt độ 250 °C (482 °F) và áp suất tương đương với áp suất tìm thấy dưới 7 kilômét (4,3 dặm) đá. Do đó nó gợi ra rằng việc tổng hợp protein tự duy trì có thể đã xảy ra gần các miệng phun thủy nhiệt.[81]
Đã có đề xuất là "quả bóng" lipid hai lớp giống như cái mà hình thành nên lớp màng bên ngoài của tế bào có lẽ đã là bước cốt yếu đầu tiên.[82] Các thí nghiệm mô phỏng điều kiện của Trái Đất thời kì đầu đã báo cáo thấy sự hình thành của lipid, và chúng có thể tự động hình thành nên liposome, những "quả bóng" có hai lớp bao bọc, và rồi tự tái tạo.[55] Mặc dù về bản chất chúng không phải là thứ mang thông tin như axit nucleic, chúng sẽ phải phụ thuộc vào chọn lọc tự nhiên cho sự trường thọ và sinh sản. Các loại axit nucleic ví dụ như ARN có lẽ sau đó đã được hình thành một cách dễ dàng hơn bên trong liposome so với việc hình thành ở bên ngoài.[83]
ARN thì phức tạp và không có nghi ngờ gì về chuyện liệu nó có thể sinh sản không theo cách khoa học trong tự nhiên.[76] Một số loại đất sét, đáng chú ý là montmorillonit, có các thuộc tính khiến chúng trở thành chất gia tốc đáng tin cậy cho sự nổi lên của một thế giới ARN: chúng phát triển bằng cách tự nhân đôi kiểu mô hình tinh thể của chúng; chúng tuân theo một cái tương tự như chọn lọc tự nhiên, trong đó "loài" đất sét phát triển nhanh nhất trong một môi trường cụ thể thì nhanh chóng trở nên vượt trội; và chúng có thể xúc tác cho quá trình hình thành của các phân tử ARN.[84] Mặc dù ý tưởng này chưa trở thành đồng thuận khoa học, nó vẫn có các nhà ủng hộ tích cực.[85]
Nghiên cứu trong năm 2003 báo cáo rằng montmorillonite cũng có thể đẩy nhanh quá trình biến đổi axit béo thành "bong bóng", và rằng những "bong bóng" đó có thể đóng gói những ARN được đính vào đất sét. Những "bong bóng" này sau đó có thể phát triển bằng cách hấp thụ lipid được bổ sung và rồi sau đó phân chia. Sự hình thành của các tế bào sớm nhất có thể đã được trợ giúp bởi những quá trình tương tự như vậy.[86]
Một giả thuyết tương tự giới thiệu đất sét giàu sắt tự nhân đôi với tư cách là tổ tiên của nucleotide, lipid và amino acid.[87]
Thuyết tha sinh không giải thích cái cách mà sự sống nảy sinh ngay từ đầu mà chỉ đơn giản là xem xét khả năng nó tới từ một nơi nào đó khác mà không phải Trái Ðất. Cái ý tưởng rằng sự sống trên Trái Ðất được "nảy mầm" từ nơi nào đó khác trong vũ trụ thì đã tồn tại ít nhất từ thời nhà triết học người Hy Lạp Anaximander vào thế kỷ thứ VI SCN.[88] Trong thế kỷ XX đã có đề xuất bởi nhà hóa học vật lý Svante Arrhenius,[89] bởi nhà thiên văn học Fred Hoyle và Chandra Wickramasinghe,[90] và bởi nhà sinh học phân tử Francis Crick và nhà hóa học Leslie Orgel.[91]
Có ba phiên bản chính của giả thuyết "nảy mầm từ nơi khác": từ một nơi khác trong Hệ Mặt Trời của chúng ta thông qua các mảnh vỡ bị bắn vào không gian bởi một vụ va chạm sao chổi lớn, trong tình huống đó thì nguồn gốc đáng tin cậy nhất là Sao Hỏa[92] và Sao Kim;[93] bởi các vị khách người ngoài hành tinh, có thể là kết quả của việc các vi sinh vật lây nhiễm liên hành tinh được chúng mang tới;[91] và từ bên ngoài Hệ Mặt Trời nhưng bằng các phương thức tự nhiên.[89][92]
Các thí nghiệm ở quỹ đạo Trái Đất thấp, ví dụ như EXOSTACK, mô tả rằng một số mầm mống vi sinh vật có thể đã sống sót qua cú sốc của việc bị phóng vào không gian và một số có thể đã sống sót khi bị phơi nhiễm với phóng xạ ngoài không gian trong ít nhất 5,7 năm.[94][95] Các nhà khoa học thì bị giằng co giữa khả năng sự sống phát triển độc lập trên Sao Hỏa,[96] với việc ở trên hành tinh khác trong thiên hà của chúng ta.[92]
Thực đơn
Lịch_sử_tiến_hóa_của_sự_sốngLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Lịch_sử_tiến_hóa_của_sự_sống