Chương1: Lý thuyết tiến hoá đối với sinh học_1 pptx

Chương1: Lý thuyết tiến hoá
đối với sinh học


Những con ếch quái thai, một đề tài rất thú vị đối với kế hoạch nghiên
cứu của một sinh viên đại học! Đó là những gì mà Pieter Johnson-1 sinh
viên năm thứ 2 của đại học Stanford- đã suy nghĩ khi cậu ta gây ra sự
chấn động trong giới khoa học cùng với "pacific tree frogs" có những
đôi chân quá khổ mọc ra từ cơ thể của chúng. Những con ếch này được
bắt ở một bờ ao nhỏ của một ngôi làng gần các mỏ thủy ngân cũ ở
Almaden về phía Nam của San Jose,California. Các nhà khoa học trên
thế giới đã báo cáo tình hình báo động về sự mất dần của rất nhiều loài
ếch , có thể những con ếch "quái vật" này nắm giữ lời giải đáp vì sao có
tình trạng rắc rối gặp phải ở các loài ếch trên thế giới. Các nguyên nhân
của tình trạng biến hình này có thể là các chất hoá học nông nghiệp hoặc
các kim loại nặng trong những quả mìn. Tuy nhiên nghiên cứu thư viện
đã đề nghị các khả năng khác của Pieter.

Pieter đã nghiên cứu 35 cái ao trong vùng các con ếch biến dạng này
được phát hiện. Cậu ấy đã đếm số lượng ếch trong các ao và kiểm tra
thành phần hoá học của nước. 13 ao có "Pacific tree frogs" , nhưng chỉ
có 4 ao là có các con ếch biến dạng. Pieter ngạc nhiên khi việc phân tích
thành phần nước 4 ao này không phát hiện ra hàm lượng cao hơn của các
thuốc trừ sâu,chất hoá học Công nghiệp, hay các kim loại nặng trong các
ao có những con ếch biến dạng. Và càng ngạc nhiên hơn,khi cậu ta chọn
lựa những con ếch từ các ao này và cho chúng đẻ trứng trong phòng thí
nghiệm thì luôn thu được các con ếch bình thường. Điều khác biệt duy
nhất mà cậu ta quan sát được giữa các ao là các ao có những con ếch
biến dạng cũng có những con ốc sên nước ngọt.

A Monster Phenemonon : Là sinh viên năm 2 đại học Stanford, Pieter
Johnson nghiên cứu về những cái ao, nơi cư trú của “pacific tree frogs” (
Hyla regilla), để cố gắng phát hiện ra lý do giải thích sự xuất hiện của
hàng loạt con ếch bị biến dạng. Vật được gắn vào như cái đuôi ở đây
chính là 1 cái chân thêm.

Những con ốc sên nước ngọt là ổ của rất nhiều loại sống kí sinh. Các
loài sống kí sinh tham gia vào vòng đời phức tạp ở một số giai đoạn, mỗi
loại trong số chúng đòi hỏi một động vật chủ đặc biệt. Pieter tập trung
vào khả năng có thể rằng một vài loại động vật kí sinh sử dụng các con
ốc sên như vật trung gian, đã gây bệnh cho các con ếch và gây ra hiện
tượng biến dạng. Pieter đã tìm ra một loài thích hợp cho vòng đời này đó
là một loài sâu béo nhỏ có tên là Ribeiroia , có mặt trong ao nơi mà các
con ếch biến dạng được tìm thấy

Sau đó Pieter đã làm một thí nghiệm, cậu ta chọn các con ếch từ những
vùng mà không có các con ếch biến dạng và các con Ribeiroria. Rồi ấp
trứng tại phòng thí nghiệm trong các hộp có hoặc không có loài kí sinh.
Khi mà ở các hộp có loài kí sinh xuất hiện thì 85% các con ếch bị biến
dạng . Một thí nghiệm xa hơn nữa đã giải thích tại sao không phải tất cả
các ếch đều bị biến dạng: sự nhiễm bệnh phải xuất hiện trước khi một
con nòng nọc bắt đầu mọc chân. Khi mà các con nòng nọc đã mọc chân
mà bị nhiễm bệnh thì chúng không bị biến dạng
Quá trình nghiên cứu của Pieter đã bắt đầu từ một câu hỏi được đặt ra
bởi quan sát trong tự nhiên. Cậu ta tự đưa ra các câu trả lời, quan sát rồi
làm hẹp lại danh sách các khả năng, sau đó thực hiện các thí nghiệm để
kiểm tra trong những giả định thì điều nào là hợp lý nhất. Những thí
nghiệm đã giúp cậu ta đạt được một kết luận: các sự biến dạng là do loài
Ribeiroia. Sự nghiên cứu của Pieter là 1 ví dụ điển hình của việc áp dụng

các phương pháp khoa học trong sinh học.

Sinh học (biology) là môn học khoa học của những điều trong cuộc
sống. Các nhà sinh học nghiên cứu từ cấp độ tế bào cho đến cấp độ toàn
bộ hệ sinh thái. Họ nghiên cứu các sự kiện diễn ra trong 1 phần triệu
giây cho đến các sự kiện kéo dài hàng triệu năm. Các nhà sinh học đặt ra
các dạng câu hỏi khác nhau và sử dụng rất nhiều các công cụ, nhưng họ
sử dụng các phương pháp khoa học khác nhau. Kết quả mà họ thu được
là hiểu được chức năng cơ thể ( và các bộ phận của cơ thể) , và sử dụng
các hiểu biết đó để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống. Trong chương
này, chúng tôi sẽ làm rõ hơn về những điều mà một nhà sinh học thực
hiện. Đầu tiên, chúng tôi sẽ diễn tả các tính chất của những điều trong
cuộc sống,các sự kiện tiến triển chính trong lịch sử cuộc sống của trái
đất, và sự tiến hoá đa dạng của cuộc sống. Sau đó chúng tôi bàn tới các
phương pháp mà các nhà sinh học sử dụng để nghiên cứu về chức năng
của cuộc sống. Và ở cuối chương, chúng tôi sẽ bàn về cách làm sao để
những hiểu biết của các nhà sinh học có thể được sử dụng giúp cho giải
quyết vấn đề cuộc sống của cộng đồng.

Sự sống là gì?

Trước khi tìm hiểu về việc nghiên cứu sự sống, chúng ta cần thống nhất
sự sống là gì. Mặc dù tất cả chúng ta đều biết những dạng sự sống quanh
ta hàng ngày, nhưng thật khó để định nghĩa sự sống một cách rõ ràng.
Có một định nghĩa ngắn gọn về sự sống như sau: một đơn vị có tính di
truyền, có khả năng trao đổi chất, tái sinh (reproduction), và tiến hóa
(evolution). Phần lớn quyển sách này đề cập những đặc tính trên của sự
sống và làm thế nào chúng phối hợp với nhau để giúp cơ thể sống sót và
tái sinh( hình 1.1). Bản tóm tắt khái quát sau đây sẽ giúp cho các bạn
nghiên cứu về các tính chất đó.

1.1 Những mặt khác nhau của 1 đời sống: Sâu bướm, nhộng và bướm
trưởng thành là những giai đoạn khác nhau trong 1 vòng đời của 1 con
bướm chúa (Danaeus plexippus). Sâu bướm thu thập những nguyên liệu
và năng lượng cần thiết để thực hiện hàng triệu các phản ứng chuyển
hóa dẫn đến sự sinh trưởng và biến đổi, đầu tiên từ sâu bướm chuyển
thành nhộng và cuối cùng thành bướm trưởng thành thích ứng cho việc
sinh sản và phát tán. Sự biến đổi từ dạng này sang dạng khác được khởi
sự từ các dấu hiệu từ bên trong cơ thể.

Sự trao đổi chất bao gồm sự biến đổi vật chất và năng lượng

Trao đổi chất (metabolism) : toàn bộ các hoạt động hoá học của cơ thể
sống, bao gồm hàng ngàn các phản ứng hoá học riêng lẻ. Các phản ứng
hoá học lấy vật chất và năng lượng và chuyển hoá chúng thành các dạng
khác nhau, sẽ được tìm hiểu kĩ trong phần 1 của quyển sách này. Để 1
cơ thể hoạt động, rất nhiều trong số các phản ứng xảy ra đồng thời, cần
phải kết hợp với nhau. Các gen thì quy định sự điều khiển này. Bản chất
của vật chất di truyền (gen) mà điều khiển các hiện tượng trong đời sống
chỉ mới được hiểu rõ trong khoảng 100 năm trở lại đây. Phần 2 của cuốn
sách dành cho việc kể về câu chuyện của những khám phá về gen.

Môi trường bên ngoài có thể thay đổi một cách chóng mặt và không hề
báo trước khiến cho cơ thể không thể kiểm soát được. Một cơ thể chỉ có
thể bảo vệ được sức khoẻ nếu như môi trường bên trong còn đảm bảo
được các điều kiện hoá lý. Các cơ quan bảo vệ của cơ thể giữ không thay

đổi theo điều kiện môi trường bên ngoài bằng cách điều chỉnh quá trình
trao đổi chất cho phù hợp với sự thay đổi các điều kiện môi trường như
nhiệt độ, có hay không có ánh sáng mặt trời, hay có những tác nhân lạ
bên trong cơ thể.

Việc giữ vững sự ổn định tương đối các điều kiện bên trong cơ thể , giữ
cho thân nhiệt ổn định, được gọi là tính nội cân bằng. Sự điều chỉnh để
cơ thể nội cân bằng thường xuyên là không rõ ràng, bởi vì không thấy
một sự biến đổi nào. Tuy nhiên, ở một vài thời điểm trong cuộc sống, có
nhiều cơ quan trả lời lại sự thay đổi điều kiện không phải bằng cách giữ
vững tình trạng của chúng mà theo 1 cách thay đổi phần lớn tổ chức cấu
tạo. Một hình thức đầu tiên của sự thay đổi cấu trúc là sự phát triển của
hình thức bào tử, một dạng bảo vệ tốt và là một hình thức vô hoạt trong
các cơ thể phải chịu đựng điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một ví
dụ điển hình về sự tiến hoá rất lâu về sau này là của các loài sâu bọ, như
các loài bướm. Để đáp ứng lại các dấu hiệu hoá học bên trong cơ thể,
một con sâu bướm sẽ phát triển bên trong một con nhộng và rồi trở
thành một con bướm trưởng thành.

Sự sinh sản làm cuộc sống tiếp diễn liên tục và là nền tảng cho sự
tiến hóa. Sự sinh sản khác nhau là một tính chất chính của cuộc sống.
Nếu không có quá trình sinh sản, cuộc sống sẽ nhanh chóng biến mất.
Sinh vật đơn bào đầu tiên sinh sản bằng hình thức nhân đôi vật chất di
truyền của chúng sau đó phân tách thành hai. Hai tế bào con giống nhau
và giống hệt tế bào mẹ, ngoại trừ sự đột biến xảy ra trong quá trình nhân
đôi. Những lỗi đột biến đó dù hiếm, nhưng lại cung cấp các vật chất thô
cho quá trình tiến hoá sinh học. Sự phối hợp của quá trình sinh sản đơn
giản cùng các lỗi trong việc nhân đôi vật chất di truyền tạo nên sinh học
tiến hoá, một sự thay đổi về thành phần gen của các quần thể sinh vật
trải qua thời gian.

Sự đa dạng hóa cuộc sống một phần được điều khiển bởi môi trường vật
lý. Có những nơi lạnh và có những nơi nóng, cái lạnh và nóng có thể kéo
một khoảng thời gian dài trong năm. Ở một vài nơi (các đại dương, hồ,
sông) thì ẩm ướt, một vài chỗ (các hoang mạc) thì luôn khô hạn. Không
một dạng sống đơn giản nào có thể hoạt động tốt trong mọi loại môi
trường như vậy.