NG
B CÔNG TH
Ộ
ƯƠ
TR
NG Đ I H C CÔNG NGHI P TH C PH M TPHCM
ƯỜ
Ạ Ọ
Ự
Ẩ
Ệ
KHOA CÔNG NGH SINH H C & K THU T MÔI TR
NG
Ọ
Ậ
Ệ
Ỹ
ƯỜ
ng
Bài báo cáo môn: Sinh h c đ i c ọ ạ ươ ề Đ tài: Ngu n g c s s ng trên Trái ồ ố ự ố
Đ tấ
GVHD: Nguy n Thành Luân ễ
L P : 02DHTP2 Ớ SVTH: PHÙNG M NH QUY T 2005110431 NGUY N THÙY LINH 2005110250
Ạ Ế Ễ
NGUY N THU TRANG 2005110602 Ễ
NGUY N TH Y N PH NG 2005110383 Ị Ế Ễ ƯƠ
B NG PHÂN CHIA CÔNG VI C
Ả
Ệ
1 Ế PHÙNG M NH QUY T Ạ 20051104310 t ư ưở ồ ế đ u tiên ầ ấ ữ v sề ự ơ ơ Nh ng t ng, h c thuy t ữ ọ s nố g, ngu n g c c a các ch t h u c c ủ ố b n.ả
2 ồ ấ ữ ơ ơ ả NGUY N THÙY LINH Ễ 2005110250 Ngu n g c c a các ch t h u c c b n, tài ố ủ li u ti ng anh ế ệ
3 ế ọ NGUY N THU TRANG Ễ 2005110602 ệ Giai đo n ti n hóa ti n sinh h c, tài li u ề ạ ti ng anh ế
4 NGUY N TH Y N PH NG Ễ ƯƠ ế ọ Ị Ế 2005110383 Giai đo n ti n hóa ti n sinh h c, giai đo n ạ ề ạ ti n hóa sinh h c ế ọ
M C L C
Ụ
Ụ
I. t ng, tiên s Nh ng t ữ ư ưở h c thuy t ế ọ đ u ầ v ề ự
s nố g……………………………………4
II. h u c c Ngu n g c c a các ch t ấ ủ ồ ố ữ ơ ơ ả b n
……………………………………………..7
1. Gi thuy t: S t vũ ả ế ự s ng ố đ n ế ừ
tr …………………………………………….7 ụ
2. Gi thuy t: các ch t h u c ph c t p đ c sinh ra t ả ấ ữ ơ ứ ạ ế ượ ừ ữ ợ nh ng h p
có ch t ấ c ơ ả b n
s n…………………………………………………………………………...........8 ẵ
thuy t v quá trình hình thành các a. Giai đo n Ti n hóa hóa h c-Gi ế ọ ạ ả ế ề
đ n gi n các vô c ch t ấ h u ữ c ơ ơ ả t ừ ch t ấ ơ
……………………………………………………...9
b. Thí nghi m Urey- ệ
Miller……………………………………………………….9
III. Giai hóa sinh đo n ạ ti n ế ti n ề ọ h c
………………………………………………..…13
1. S thành gi coaserva ự t o ạ t ọ
…………………………………………………..13
2. S hình thành l p màng………………………………………………... ự ớ
…....14
3. S enzyme ự xu t ấ hi n ệ c a ủ
…………………………………………………….14
4. Hình thành ch di c ơ ế ề truy n
………………………………………………...14
a. Gi cho ả thuy t ế r ng DNA ằ xu t ấ ệ hi n
tr c…………………………………15 ướ
b. Gi thuy t RNA là nguyên li u di ả ế ệ ầ truy n đ u ề
tiên…………………………15
IV. Giai hóa sinh đo n ạ ti n ế ọ h c
……………………………………………………….21
V. Tài li u ti ng anh: Origins of Life on ế ệ
Earth……………………………………….23
Tài li u tham kh o………………………………………... ệ ả
…………………….34
ệ ậ ạ ọ ươ ầ ng đ u
L I M Đ U
Ờ Ở Ầ : Ngành khoa h c sinh v t hi n đ i đang đ
đâu? Nghiên c u v v i m t câu h i: s s ng b t ngu n t ỏ ự ố ớ ồ ừ ắ ộ ứ ề ngu n g c s s ng ồ ố ự ố là
c bi m t trong nh ng lĩnh v c đ ữ ự ượ ộ ế ế ấ ạ ể t đ n r t h n ch , m c dù h u h t nh ng hi u ữ ế ế ặ ầ
bi t c a con ng i v b môn i t nhiên là d a trên đi u đó. ế ủ ườ ề ộ sinh h cọ và th gi ế ớ ự ự ề
V y s s ng b t ngu n t đâu? ậ ự ố ồ ừ ắ
M c dù công vi c nghiên c u v lĩnh v c này r t ch m nh ng nó luôn luôn ứ ề ự ư ệ ấ ậ ặ
thu hút s chú ý c a nhi u ng ự ủ ề ườ ở ộ i b i vì đây là m t câu h i r t l n và r t khó. M t ỏ ấ ớ ấ ộ
t m t ph n đi u ki n t o nên s s ng, s nh ng s ki n đã cho chúng ta bi ố ự ệ ữ ế ệ ạ ự ố ề ầ ộ
nh ng c ch bên trong t o nên s s ng v n là m t đi u bí n. ơ ế ự ố ư ề ẩ ẫ ạ ộ
ệ Sang đ u th k XX các nhà khoa h c đã ch ng minh r ng trong đi u ki n ế ỉ ứ ề ằ ầ ọ
hi n nay c th s ng ch đ c sinh ra t ơ ể ố ỉ ượ ệ ừ ơ ể ố c th s ng có s n ch không th đ ẵ ể ượ c ứ
sinh ra t ừ ấ các ch t vô c , nh ng trong quá trình xu t hi n và ti n hóa c a Trái Đ t ư ủ ệ ế ấ ấ ơ
cách chúng ta kho ng 4,6 t năm ch a h có s s ng. Th thì s s ng đ c sinh ra ư ề ự ố ự ố ế ả ỉ ượ
đâu? Ngày nay khoa h c đã có câu tr l t ừ ả ờ ọ i cho v n đ ngu n g c s s ng. S ồ ố ự ố ề ấ ự
ng vô c d i tác đ ng c a các s ng ch xu t hi n cách đây 4 t năm b ng con đ ố ệ ằ ấ ỉ ỉ ườ ơ ướ ủ ộ
nhân t nhiên qua 3 giai đo n: ti n hóa hóa h c- ti n hóa ti n sinh h c- ti n hóa t ố ự ế ế ế ề ạ ọ ọ
sinh h c.ọ
ng, h c thuy t I. Nh ng t ữ t ư ưở ế đ u tiên ầ ọ ề ự ố g v s s n
c Công nguyên, Vào th k th 4 tr ế ỉ ứ ướ ữ Aristotle đã trình bày d a trên nh ng ự
đi u mà con ng i th i đó bi c, ít nh t là ề ườ ờ t đ ế ượ ấ ở Châu Âu, r ng nh ng v t th ữ ằ ậ ể
nh ng v t th không s ng. Ví d nh s ng phát sinh t ố ừ ữ ụ ư b chét ể ậ ố ọ và chu tộ phát sinh
nh ng đ ng rác cũ hay b t mì, nh ng con t ừ ữ ố ữ ộ giòi và ru iồ trong th t th i. ố ị
Ông đi đ n k t lu n: Cu c s ng, nói ng n g n h n, là b t ngu n t s phát ế ế ộ ố ồ ừ ự ắ ắ ậ ọ ơ
tri n t nhiên. ể ự
ắ Đ n năm 1862, Louis Pasteur đã ti n hành thí nghi m ch ng minh ch c ế ứ ế ệ
ng u sinh. ch n r ng s s ng không t ự ố ắ ằ ự ẫ
Ông dùng hai bình c u ch a môi tr ng dinh d ng, m t cái c h , m t cái ứ ầ ườ ưỡ ổ ở ộ ộ
c đun sôi lâu đ di c cong (nh hình v mô t ). Hai bình đ ẽ ổ ư ả ượ ể ệ ộ t vi khu n. Sau m t ẩ
th i gian, m m vi khu n r i vào bình h làm bi n đ i môi tr ng, còn bình c ẩ ơ ế ầ ờ ở ổ ườ ở ổ
c nên không có s s ng, môi tr ng không đ i. cong, vi khu n không vào đ ẩ ượ ự ố ườ ổ
Hình mô t ả thí nghi m c a Louis Paster ủ ệ
Nh v y, s s ng ch phát sinh t các t ư ậ ự ố ỉ ừ ế bào có s n (trong tr ẵ ườ ng h p này ợ
là t ừ không khí r i vào bình). ơ
ộ Pasteur đã ch ng minh r ng nh ng sinh v t b c cao không th phát sinh m t ậ ậ ứ ữ ể ằ
cách t nhiên. ự
Louis Pasteur đang làm vi c trong phòng thí nghi m c a ông (Tranh do ủ ệ ệ
Albert Edelfeldt v năm 1885) ẽ
ọ Trong khi đó, phía bên kia eo bi n Măng s , vào năm 1859, nhà khoa h c ể ơ
Charles Darwin đã công b cu n sách: “V ngu n g c c a muôn loài”, trong đó ố ủ ề ố ố ồ
ông nh n m nh ý t ng r ng các d ng c a s s ng có thay đ i, ti n hóa thành ấ ạ ưở ủ ự ố ế ạ ằ ổ
nh ng loài m i qua nhi u k nguyên. ề ỷ ữ ớ
Lý thuy t v ti n hóa c a ế ề ế ủ Charles Darwin đã đ a ra m t c ch đ gi ư ế ể ả i ộ ơ
nh ng d ng c thích đi u này: sinh v t ph i m t hàng ngàn năm đ ti n hóa t ấ ể ế ề ả ậ ừ ữ ạ ơ
b n, nh ng nó s không mang nh ng đ c đi m nh lúc tr ả ư ư ữ ể ẽ ặ ướ ữ ữ c n a, nh ng nh ng ư
sinh v t c b n y s t đâu ra? ậ ơ ả ấ ẽ ừ
S phát sinh và phát tri n c a s s ng trên Trái Đ t đ c chia thành ba giai ể ủ ự ố ấ ượ ự
đo n: ti n hóa hóa h c, ti n hóa ti n sinh h c và ti n hóa sinh h c. Trong các giai ế ề ế ế ạ ọ ọ ọ
đo n ti n hóa, các ch t h u c đ u tiên đ c hình thành t ấ ữ ơ ầ ế ạ ượ ừ ơ ớ các ch t vô c v i ấ
đi u ki n nguyên th y c a Trái Đ t. ủ ủ ề ệ ấ
Các ch t h u c đ n gi n này l c trùng phân t o nên các đ i phân t ấ ữ ơ ơ ả i đ ạ ượ ạ ạ ử ,
h u c này hình thành các t bào s khai và t o nên các t bào t ừ các đ i phân t ạ ử ữ ơ ế ạ ơ ế
các t bào s ng này hình thành nên nh ng sinh v t c b n.Ngày s ng đ u tiên, t ầ ố ừ ế ậ ơ ả ữ ố
nay, h c thuy t t t c các sinh v t đ u đ ế ế ọ bào hi n đ i kh ng đ nh r ng t ẳ ệ ằ ạ ị ấ ả ậ ề ượ ấ c c u
bào, nh ng t bào m i đ c t o nên t s phân chia c a nh ng t t o nên t ạ t ừ ế ữ ế ớ ượ ạ ừ ự ữ ủ ế
bào tr c nó. ướ
Ngu n g c t bào cũng chính là ngu n g c s s ng và là nh ng b c quan ố ế ồ ố ự ố ữ ồ ướ
tr ng nh t trong quá trình ti n hóa s s ng. S xu t hi n t bào chính là b ự ố ệ ế ự ế ấ ấ ọ ướ c
đánh d u chuy n bi n t th gi i hóa h c vô sinh đ b t đ u s s ng ế ừ ế ớ ể ấ ể ắ ầ ự ố sinh v t.ậ ọ
Nghiên c u sâu v s ra đ i c a t bào s ph n nào đó giúp ta tìm ra đ ờ ủ ế ề ự ứ ẽ ầ ượ ộ c c i
ngu n c a s s ng. ồ ủ ự ố
Nh ng thí nghi m c a Pasteur và h c thuy t c a Darwin đã d n t ế ủ ẫ ớ ữ ủ ệ ọ ữ i nh ng
c nhau v ngu n g c s s ng trên Trái Đ t. Pasteur tuyên b k t lu n đ i ng ế ậ ố ượ ố ự ố ề ấ ồ ố
r ng các công trình c a ông cu i cùng cũng c ng c ni m tin Chúa sáng t o ra s ằ ố ề ủ ủ ạ ố ự
nh ng v t th phi s s ng, sinh s ng. Cũng b i vì s s ng không th b t ngu n t ố ể ắ ự ố ồ ừ ữ ự ố ể ậ ở
mình có đ c n u không có s sáng v t đ u tiên trên Trái Đ t cũng không th t ậ ầ ể ự ấ ượ ế ự
i cho t o c a m t đ ng siêu nhiên. Th nh ng h c thuy t ti n hóa c a Darwin l ư ạ ủ ế ế ộ ấ ủ ế ọ ạ
nhiên. r ng s s ng đ u tiên trên Trái Đ t có th b t ngu n t ằ ể ắ ự ố ồ ừ ữ nh ng v t ch t t ậ ấ ự ấ ầ
1. Gi
II. Ngu n g c c a các ch t h u c c b n ấ ữ ơ ơ ả ồ ố ủ
ả thuy t: S s ng đ n t ự ố ế ừ ế vũ tr . ụ
Gi thuy t này cho r ng s s ng b t ngu n t không gian ngoài đ a c u, t ả ự ố ồ ừ ế ắ ằ ị ầ ừ
m t hành tinh khác hay thiên hà khác, xâm nh p vào đ a c u qua các thiên th ch, ị ầ ậ ạ ộ
0C
t đ không gian r t th p, càng lên cao càng th p, -50 b i vũ tr , sao ch i,…Nhi ụ ụ ổ ệ ộ ấ ấ ấ
0C).
t m bay cao đ 10 km. Các sinh v t đ n bào có th s ng vĩnh vi n nhi ở ầ ậ ơ ể ố ễ ở ộ ệ ộ t đ
Nitrogen l ng (-190 ỏ
Ti n sĩ Terry Kee, m t nhà sinh h c vũ tr c a Đ i h c Leeds t i Anh, tin ạ ọ ụ ủ ế ộ ọ ạ
năm tr r ng khi nh ng thiên th ch b n phá đ a c u vài t ạ ằ ữ ắ ầ ị ỷ ướ ơ c, nhi u viên r i ề
c xung quanh núi l a ho t đ ng. xu ng nh ng vùng n ữ ố ướ ạ ộ ử
ậ N c n m g n núi l a ho t đ ng có tính axit nh do nó hòa tan nh ng v t ướ ằ ạ ộ ử ữ ẹ ầ
ch t t núi l a. Nh tính axit nh mà n ng tác v i thiên th ch đ t o nên ấ ừ ử ẹ ờ c t ướ ươ ể ạ ạ ớ
nh ng h p ch t hóa h c đ u tiên. ọ ầ ữ ấ ợ
Và đ ch ng minh, Kee th nh ng m u thiên th ch ch a s t vào n c có ể ứ ứ ắ ữ ả ẩ ạ ướ
tính axit nh và nh n th y các h p ch t phosphate hình thành. Sau khi đ c nung ẹ ấ ậ ấ ợ ượ
oC, các h p ch t phosphate bi n thành pyrophosphate – ch t t o ấ ạ
nóng t ớ i kho ng 80 ả ế ấ ợ
nên adenosine triphosphate (ATP).
Các nhà khoa h c đã phát hi n các ch t kiên tao nên DNA trong các thiên ệ ấ ọ ́ ̣
th ch, nh ng ch a ch c ch n r ng li u chúng đ c t o ra trong không gian hay do ắ ằ ư ư ệ ạ ắ ượ ạ
tác đ ng c a Trái Đ t trong quá trình va ch m. ủ ạ ấ ộ
Các nhà khoa h c c a NASA đã phân tích nh ng m u thiên th ch hình thành ọ ủ ữ ẫ ạ
cách đây nhi u t năm tr c khi r i xu ng Trái đ t và h phát hi n ra Adenine và ề ỉ ướ ệ ấ ơ ố ọ
Guanin - hai trong b n ch t đ c g i là các nucleobaz t o nên DNA- đã đ c tìm ấ ượ ọ ơ ạ ố ượ
th y trong nh ng m u thiên th ch đó. ữ ấ ẫ ạ
ứ Qua cu c nghiên c u, cac nha khoa hoc cũng đã cung c p các b ng ch ng ứ ấ ằ ộ ́ ̀ ̣
cho th y r ng các nucleobaz đã đ ấ ằ ơ ượ ả c hình thành trong không gian ch không ph i ứ
môi tr ng trên Trái đ t. t ừ ườ ấ
Qua nghiên c u, phân tích đã c n thi ứ cho th y là c ba lo i phân t ả ấ ạ ử ầ ế ể t đ
kiên tao nên các t bào s ng là: Các nucleobaz (đ ế ơ ượ ử ụ c s d ng đ t o thành các ể ạ ố ́ ̣
nucleic acid làm nên v t ch t di truy n nh DNA), các acid amin (đ ư ề ậ ấ ượ ử ụ c s d ng
đ t ng h p nên protein), h p ch t amphiphilic (đ ể ổ ấ ợ ợ ượ ử ụ c s d ng đ xây d ng nên ể ự
màng t bào ), t t c đ u đã đ c tìm th y trong các thiên th ch và d ế ấ ả ề ượ ấ ạ ườ ư ng nh đã
đ c hình thành t i đó. ượ ạ
Nh v y, theo cac nha khoa hoc, thiên th ch có th đ c nói đ n nh ư ậ ể ượ ạ ế ư ́ ̀ ̣
ngu n cung c p các thành ph n c n thi ầ ầ ấ ồ ế ấ t cho ngu n g c c a s s ng trên Trái đ t ố ủ ự ố ồ
và có th c n i khác n a. ể ở ả ơ ữ
2. Gi thuy t: các ch t h u c ph c t p đ c sinh ra t ả ấ ữ ơ ứ ạ ượ ế ừ ữ nh ng h p ch t c ợ ấ ơ
b nả có s nẵ
Gi thuy t th hai v ngu n g c s s ng cho r ng không có ngu n cung ả ố ự ố ứ ế ề ằ ồ ồ
ngoài Trái đ t mà các ch t h u c ph c t p đ c sinh ra t c p t ấ ừ ấ ữ ứ ạ ấ ơ ượ ừ ợ nh ng h p ữ
i các tác đ ng bên ngoài ch t nh có s n d ỏ ấ ẵ ướ ộ như: b c x m t tr i, ứ ứ ạ ặ ờ s m sét, s c ấ
nóng t lõi Trái đ t và m t tr i. T t c đ u x y ra giai đo n ti n hóa đ u tiên: ừ ấ ả ề ặ ờ ả ấ ở ế ầ ạ
ti n hóa hóa h c. ế ọ
Trái đ t th i nguyên th y có m t khí quy n kh g m khí nitrogen ( N
2),
Theo gi ả thuy t th hai này thì: ứ ế
ữ ồ ủ ể ấ ờ ộ
2o), hydrogen sulfide
3-),
c (H hydrogen (H2), methane (CH4), ammonia (NH3), n ướ
(H2S), cacbon dioxide (CO2) hay cacbon monoxide (CO) và phosphate (PO4
2) và ozone (O3).
Khi kh i không khí kh này giao ti p v i năng l ữ
nh ng không có hay r t hi m, oxygen (O ư ế ấ
ế ố ớ ượ ệ ủ ng, nh tia l a đi n c a ử ư
s m ch p, nhi ớ ấ ệ ủ ỏ ấ ữ t c a h a di m s n, hay tia UV s cho ra m t s ch t h u ộ ố ệ ẽ ơ
6H12O6) hay
ng glucose (C c gi n d - h p ch t đ n (monomers) nh đ ấ ơ ơ ả ư ườ ợ ị
Các h p ch t đ n h u c này tích t
amino acids.
Các phân t
chung v i nhau nh “n c canh-soup”. ấ ơ ữ ơ ợ ụ ư ướ ớ
h p ch t đ n k t h p v i nhau thành đa h p ch t h u c ử ợ ấ ữ ấ ơ ế ợ ợ ớ ơ
K t h p các phospholipids v i nhau t o thành ch t lipid có 2 l p (lipid
(polymers) và cu i cùng c u t o s s ng. ấ ạ ự ố ố
ế ợ ấ ạ ớ ớ
bilayers) là thành ph n c u t o màng t bào. ầ ấ ạ ế
a. Giai đo n Ti n hóa hóa h c-Gi ế ọ ạ ả ấ thuy t v quá trình hình thành các ch t ế ề
h u c đ n gi n t ữ ơ ơ ả ừ các ch t vô c ơ ấ
Năm 1920, Aleksandr Ivanovich Oparin đ a ra gi thuy t: các ch t h u c ư ả ấ ữ ơ ế
có th t ng h p t nhiên.Trong khí quy n nguyên ể ổ ợ ừ các ch t vô c có s n trong t ơ ẵ ấ ự ể
4, NH3, hay là xianôgen (C2H2).
th y c a Trái đ t có các khí nh CH ủ ủ ư ấ
Do tác d ng c a các tia b c x m t tr i, tia t ngo i….đã làm cho ch t vô ứ ạ ặ ờ ụ ủ ử ạ ấ
c hình thành nên các h p ch t h u c đ n gi n hiđrô cacbua g m hai nguyên t ơ ấ ữ ơ ơ ả ợ ồ ố là
C và H r i t đó hình thành nên các h p ch t có 3 nguyên t C, H, O, nh Saccarit, ồ ừ ấ ợ ố ư
lipid r i t o ra các h p ch t h u c có 4 nguyên t ấ ữ ơ ồ ạ ợ ố C, H, O, N nh axid amin và ư
các Nucleoit.
T các axid amin hình thành nên các protein đ n gi n r i đ n các protein ả ồ ế ừ ơ
ph c t p và t các Nucleotit hình thành nên các axid nucleotit. ứ ạ ừ
Các ch t h u c đó ngày càng ph c t p và tr nên n ng d n r i theo n ứ ạ ấ ữ ơ ầ ồ ặ ở ướ c
m a xu ng hòa tan vào n c đ i d ng. Tuy nhiên, gi thuy t này không đ ư ố ướ ạ ươ ả ế ượ c
công nh n vì không có th c nghi m. ự ệ ậ
b. Thí nghi m Urey-Miller ệ
ứ Năm 1953, Harold Urey và Stand Miller b ng th c nghi m có th ch ng ự ệ ể ằ
minh r ng các ch t h u c đ n gi n có th hình thành t các ch t vô c theo con ấ ữ ơ ơ ể ả ằ ừ ấ ơ
đ ườ ng hóa h c trong đi u ki n Trái Đ t c x a.Trong thí nghi m vĩ đ i này, các ấ ổ ư ề ệ ệ ạ ọ
ng t nh trên trái đ t c x a. nhà khoa h c đã t o ra đi u ki n t ạ ệ ươ ề ọ ự ư ấ ổ ư
Thí nghi m bên đã ch ng minh đ c m t s b c trong gi ứ ệ ượ ộ ố ướ ả ế ủ thuy t c a
Oparin.
Đi u này m ra m t b c ngo t m i trong vi c tìm hi u c i ngu n c a s ộ ướ ề ở ồ ủ ự ể ộ ệ ặ ớ
s ng. ố
4, NH3, H2, đun nóng bình này đ n khi x y ra hi n t
Thí nghi m g m m t bình đ u tiên ch a n c (mô ph ng n ứ ướ ệ ầ ồ ộ ỏ ướ ớ c bi n) v i ể
h n h p khí CH ỗ ợ ệ ượ ế ả ơ ng hóa h i
ỗ r i d n vào m t bình th hai phóng tia l a đi n liên t c (mô ph ng s m sét). H n ử ồ ẫ ụ ứ ệ ấ ộ ỏ
c làm l nh, ng ng t h p khí đ ợ ượ ư ạ l ụ ạ i (mô ph ng hi n t ỏ ệ ượ ộ ầ ng Trái Đ t ngu i d n) ấ
c tr l i vào bình đ u tiên đ ti p t c chu trình trên. và d n ng ẫ ượ ở ạ ể ế ụ ầ
Trong vòng m t gi ộ , n ờ ướ ầ c trong bình chuy n sang màu cam. Sau m t tu n, ể ộ
h quan sát th y 15% ọ ấ ấ cacbon đã chuy n thành h p ch t h u c . Sau vài tu n, ch t ấ ữ ơ ể ầ ợ
l ng trong bình đ u tiên tr nên s m màu và d n d n chuy n thành màu ỏ ể ầ ẩ ầ ầ ở nâu th m.ẫ
Khi phân tích ch t này, Miller và Urey phát hi n m t l ng l n ộ ượ ệ ấ ớ acid
ơ ả amin (amino acid) ch a trong nó, m t thành ph n quan tr ng trong c u trúc c b n ứ ầ ấ ọ ộ
ổ c a kh i v t ch t s ng. Ð lo i b kh năng các vi khu n nhi m h n h p và t ng ủ ể ạ ỏ ỗ ợ ố ậ ấ ố ể ẩ ả
i thí nghi m nh ng không cho phóng đi n, và năng h p các h p ch t, ông l p l ợ ặ ạ ấ ợ ư ệ ệ
su t l i không có ý nghĩa. ấ ạ
K ti p là thí nghi m c a Joan Oró I Florensa (NASA, 1959-1962) cho bi ế ế ủ ệ ế t
c ch t nucleobase adenine, thành ph n c u t o c a nucleic acids t ng h p đ ổ ợ ượ ấ ạ ủ ầ ấ
trong phân t ATP và GTP, b ng cách đun nóng dung d ch ammonium cyanide. ử ằ ị
c s- Đ ch ng minh r ng trong đi u ki n băng giá cũng có th t ng h p đ ệ ể ứ ợ ượ ể ổ ề ằ
triazines, pyrimidines (g m cytosine và uracil), và adenine t dung d ch urea khi cho ồ ừ ị
c đá r i cho tan (freeze-thaw cycles) dung d ch này qua nhi u chu kỳ k t đông n ề ế ị ướ ồ
trong đi u ki n không khí kh v i tia l a đi n. ữ ớ ữ ệ ệ ề
ấ Trong th p niên 1950s và 1960s, thí nghi m c a Sidney W Fox cho th y ủ ệ ậ
ch t peptide đ c c u t o ng u nhiên trong đi u ki n môi tr ng t ng t ấ ượ ấ ạ ề ệ ẫ ườ ươ ự ủ c a
th i Hadean và Archean cách đây trên 2,5 t năm. Ông ch ng minh các amino acids ờ ỷ ứ
ế ợ k t h p ng u nhiên và t o thành peptides. Các amino acids và peptides này k t h p ế ợ ẫ ạ
i thành m t màng hình c u, t ng t màng t l ạ ầ ộ ươ ự ế ậ bào (cell membrane) c a sinh v t ủ
ngày nay.
Năm 2001, Jason Dworkin cho dung d ch đông l nh g m n c, methanol, ạ ồ ị ướ
ammonia và carbon monoxide v i tia t ngo i UV. Ph n ng cho ra m t s l ớ ử ộ ố ượ ng ả ứ ạ
đáng k ch t h u c , các ch t này k t h p l i thành bong bóng hay có hình s i ể ấ ữ ơ ế ợ ạ ấ ợ ở
trong n c. Ông cho r ng các màng bong bóng này gi ng màng t ướ ằ ố ế bào ch a các ứ
ch t căn b n c a s s ng. Các bong bóng có kích th 10 đ n 40 µ, b ng kích ả ủ ự ố ấ c t ướ ừ ế ằ
th t là các bong bóng này phát quang ướ c c a h ng huy t c u. Đ c bi ế ủ ặ ầ ồ ệ
(fluorescence) khi ti p xúc v i UV. Ông cho r ng các bong bóng phát quang này ế ằ ớ
chính là m u m c quang t ng h p th i c đ i. ợ ở ờ ổ ạ ự ẫ ổ
Năm 2004, mhóm Leslie Orgel, thành công t ng h p ch t Purine trong môi ấ ỗ ợ
tr ng băng giá t hydrogen cyanide. ườ ừ
ng, T t c các thí nghi m trên đ u s d ng tia l a đi n là ngu n năng l ề ử ụ ấ ả ử ệ ệ ồ ượ
c s m sét hay tia h ng t i, Gunster Wächtershäuser, trong b t tr ắ ướ ấ ồ ử ngo i. Ng ạ c l ượ ạ
th p niên 1980s, s d ng năng l ng hóa h c t sulphides s t, nh Pyrite. Năng ử ụ ậ ượ ọ ừ ư ắ
c các phân t h u c mà còn t o đ c các l ượ ng này không nh ng t ng h p đ ữ ổ ợ ượ ử ữ ơ ạ ượ
oligomers và polymers. Thí nghi m s n xu t đ c dipeptides (0.4 đ n 12.4%) và ấ ượ ệ ả ế
m t ít tripeptides (0.1%). ộ
M i đây khám phá vi khu n ẩ Methanosarcina acetivorans ớ d ở ướ ể i đáy bi n.
Vi khu n th i c đ i này h p th carbon monoxide và nh ra methane và acetate. ờ ổ ạ ụ ả ẩ ấ
James Ferry và Christopher House c a Đ i h c Penn State University khám phá ạ ọ ủ
ng t thêm r ng vi khu n này l y năng l ẩ ằ ấ ượ ừ ắ ph n ng gi a acetate và sulphide s t ả ứ ữ
ch nh 2 amino acids đ n gi n, khác v i s c n t ơ ớ ư ầ ớ ả ờ ỉ ư ệ i trên 10 amino acids nh hi n
nay.
ứ Christof Biebricher, năm 2008, thành công trong vi c t o m t RNA m i ch a ệ ạ ộ ớ
400 bases t ừ ộ ớ m t m u RNA thiên nhiên trong đi u ki n băng giá. M u RNA m i ề ệ ẫ ẫ
này tăng tr ng bao quanh RNA thiên nhiên. ưở
Nhóm nghiên c u Đ i H c Harvard, năm 2008, cho bi ứ ạ ọ ế ứ t đang nghiên c u
vi c t o t bào nhân t o. Nhóm nghiên c u này cho tr n vài acid béo (fatty acids) ệ ạ ế ứ ạ ộ
ộ v i DNA (thiên nhiên) trong m t ng nghi m, k t qu cho th y thành l p m t ớ ộ ố ệ ế ả ấ ậ
kh i DNA m i ch a nhi u thông tin di truy n. N u thêm vào đó nucleotides (thiên ứ ề ề ế ớ ố
nhiên) thì nucleotides ch y vào và DNA t chia đôi (replicate) trong vòng m t ngày. ạ ự ộ
Tuy nhiên, thí nghi m t o DNA m i ph i d a vào DNA và nucleotides thiên nhiên ả ự ệ ạ ớ
trích t ừ nhi m th . ể ễ
Cho t i nay, ch a có khoa h c gia nào t o đ ớ ư ạ ọ c t ượ ế bào nhân t o, ngay c ạ ả
ạ RNA hay DNA nhân t o. Năm 2009, Sutherland và nhóm nghiên c u thu c Đ i ứ ạ ộ
H c Manchester (Anh qu c) đã thành công t ng h p đ ố ọ ổ ợ ượ c 2 kh i c u t o RNA ố ấ ạ
trong s 4 kh i căn b n c a RNA, và nhóm ông tin t ả ủ ố ố ưở ổ ng r ng s thành công t ng ẽ ằ
c RNA nhân t o t c RNA h p đ ợ ượ ạ ừ các dung d ch hóa h c. M t khi t ng h p đ ọ ộ ổ ợ ị ượ
nhân t o thì không khó l m trong vi c t ng h p DNA nhân t o, và d a theo nghiên ệ ổ ự ạ ạ ắ ợ
bào nhân t o s trong t m tay. c u c a nhóm Harvard, t ng h p thành t ứ ủ ổ ợ ế ạ ẽ ầ
M t cách t ng quát, các gi thuy t cho r ng chính nh năng l ộ ổ ả ế ằ ờ ượ ủ ỏ ng c a h a
di m s n, s m sét, tia t ấ ệ ơ ử ấ ngo i t ng h p các khí th i nguyên th y thành các ch t ờ ạ ổ ủ ợ
ả h u c đ n gi n (monomers) nh amino acids, nucleobases, r i các ch t đ n gi n ữ ơ ơ ấ ơ ư ả ồ
này t ng h p thành các ch t ph c t p h n (polymers). Ch t sét giàu s t (iron-rch ơ ứ ạ ấ ắ ấ ợ ổ
h u c ph c t p t p trung và cô đ ng đ m đ c, tr nên clays) là n i các phân t ơ ử ữ ơ ứ ạ ậ ặ ậ ọ ở
có kh năng sinh sôi n y n b ng cách tách đôi (replicate). Kh i sét này h p th ở ằ ấ ả ả ố ụ
ố carbon dioxide bi n thành oxalic và các dicarboxylic acids khác. Trong các su i ế
c nóng giàu ch t sulphides, kh i mang ch t s ng này có kh năng đ nh khí n ướ ấ ố ả ấ ố ị
Nitrogen. Phosphate cũng đ c h p th và t o thành nucleotides và phospholipids. ượ ụ ạ ấ
Đó là gi i thích ti n trình ti n t i thành l p t ả thuy t gi ế ả ế ớ ế ậ ế ậ ơ bào c a sinh v t đ n ủ
bào. Sinh v t đ u tiên s ng d d ng (heterotroph), t ng (autotrophic) hay ậ ầ ị ưở ố d ự ưỡ
c ng sinh (symbiosis). Sinh v t ký sinh (parasites) xu t hi n v sau. ộ ệ ề ấ ậ
Trong các gi thuy t v “N c soup Nguyên Th y - primordial soup” thì s ả ế ề ướ ủ ự
c nh : đ i d s ng b t ngu n đ u tiên trong n ố ắ ầ ồ ướ ư ạ ươ ng, bi n, b bi n, các h n ờ ể ồ ướ c, ể
c.Tuy nhiên, Gold, trong th p niên 1970s, đ a gi hay trên m t đ t n i nào có n ặ ấ ơ ướ ư ậ ả
thuy t s s ng có th b t đ u trong môi tr ng nóng c a v Trái đ t, không trên ể ắ ầ ế ự ố ườ ủ ỏ ấ
m t đ t mà đ sâu vài km d i m t đ t. cu i th p niên 1990s, ng i ta khám ặ ấ ở ộ ướ ặ ấ Ở ố ậ ườ
phá m t s vi sinh v t nh h n vi trùng có c u t o DNA trong l p đá sâu trong ấ ạ ộ ố ỏ ơ ậ ớ
lòng đ t. Ngày nay, NASA cũng khám phá thêm th y r ng d u v t vi khu n hóa ấ ằ ế ẩ ấ ấ
th ch th i nguyên th y archaea có r t nhi u trong lòng đ t, không nh ng c a qu ủ ủ ữ ề ấ ấ ạ ờ ả
nhi u hành tinh khác. đ a c u mà còn th y ị ầ ấ ở ề
III. Giai đo n ti n hóa ti n sinh h c ọ ề ế ạ
1. S t o thành gi t coaserva ự ạ ọ
Gi t coaserva là nh ng phân t có kh năng phân chia, sinh tr ọ ữ ử ả ưở ấ ng và h p
th ch t dinh d ng t môi tr ng ngoài, đây đ ụ ấ ưỡ ừ ườ ượ ầ c coi là nh ng bi u hi n đ u ữ ể ệ
tiên c a s s ng. Các nhà khoa h c đã t o đ c các gi t coaserva khi tr n polymer ủ ự ố ạ ượ ọ ọ ộ
trong dung d ch n c (hi n t ng hóa keo), chúng d dàng đ c t o thành mà ị ướ ệ ượ ễ ượ ạ
không đòi h i nh ng đi u ki n đ c bi t. ệ ặ ữ ề ỏ ệ
Coaserva có th t lipid, ể ự ắ l p ráp khi l c dung d ch có ch a các phân t ị ứ ắ ử
protein, nucleotit acid và polisaccarit. Coaserva tách bi t v i môi tr ệ ớ ườ ở ng ngoài b i
màng k n c. Các h t coaserva có th h p th enzim và các ch t khác t môi ỵ ướ ể ấ ụ ấ ạ ừ
tr ng, gi ườ ả ấ i phóng các s n ph m c a ph n ng enzyme. Khi h p th các ch t, ả ứ ủ ụ ấ ả ẩ
coaserva sinh tr ng và phân chia thành các coaserva nh . Các coaserva có thành ưở ỏ
ph n t t h n s to ra và phân chia ti p. ầ ố ơ ẽ ế
Theo Oparin, ch n l c t nhiên s gi l i và hoàn thi n các gi t h n đ t t ọ ọ ự ẽ ữ ạ ệ ọ ố ơ ể
bào. t o nên t ạ ế
có hi n t ng đông t thành gi t keo g i là T các ch t h u c cao phân t ấ ữ ơ ừ ử ệ ượ ụ ọ ọ
gi t coaserva, đây là d u hi u s khai c a s s ng (trao đ i ch t, l n lên, phân ọ ủ ự ố ệ ơ ấ ớ ấ ổ
chia).
2. S hình thành l p màng ự ớ
S hình thành l p màng nh m phân cách coaserva v i môi tr ng. Thông ự ằ ớ ớ ườ
qua màng, coaserva s th c hi n s trao đ i ch t v i môi tr ng. l p màng này ệ ự ẽ ự ấ ớ ổ ườ ớ
g m nh ng phân t ữ ồ ử protein và lipid s p x p theo m t tr t t ắ ế ộ ậ ự xác đ nh. ị
lipid, protit, axit nucleic… xu t hi n trong n Các đ i phân t ạ ử ệ ấ ướ ậ c và t p
trung cùng nhau d n t i vi c các phân t lipid có tính k n c s l p t c hình ẫ ớ ệ ử ỵ ướ ẽ ậ ứ
thành nên l p màng bao b c l y t p h p các đ i phân t h u c t o nên các gi ọ ấ ậ ạ ớ ợ ử ữ ơ ạ ọ t
nh li ti khác nhau. Các gi ỏ ọ t này ch u s tác đ ng c a ch n l c t ộ ọ ọ ự ị ự ủ ẽ ầ nhiên s d n
ti n hóa và t o nên các t ạ ế ế bào s khai. ơ
3. S xu t hi n c a enzyme ự ấ ệ ủ
Các enzyme đóng vai trò xúc tác, làm cho quá trình t ng h p và phân gi i các ợ ổ ả
ấ ch t h u c x y ra nhanh h n. Ti n thân c a các enzyme đó có th là nh ng ch t ấ ữ ơ ả ữ ủ ề ể ơ
ng th p k t h p v i các ion kim lo i và liên k t v i các h u c phân t ơ ữ l ử ượ ế ợ ế ớ ạ ấ ớ
polypeptide.
ề 4. Hình thành c ch di truy n ơ ế
Theo ch n l c t nhiên, môi tr ng s ch n l c nh ng t bào thích nghi và ọ ọ ự ườ ẽ ọ ọ ữ ế
đào th i nh ng t bào không thích nghi. Các đ c tính c a t bào không th duy trì ữ ả ế ủ ế ặ ể
bào, và ti n hóa qua t ng th h n u nh không có c ch di truy n. Trong t ư ế ệ ế ừ ề ế ế ơ ế
thông tin di truy n đ c mã hóa trong axit nucleit (DNA và RNA), nh ng DNA ề ượ ư
xu t hi n tr c RNA hay ng i? Đó v n còn là đi u bí n. ệ ấ ướ c l ượ ạ ề ẩ ẫ
a. Gi thuy t cho r ng DNA xu t hi n tr c ả ệ ế ấ ằ ưở
Năm 1929, G.Muller m t nhà di truy n h c n i ti ng nêu gi ổ ế ề ộ ọ ả thuy t cho ế
m t ho c vài gen t o thành không do các sinh v t. Trong r ng s s ng b t đ u t ằ ắ ầ ừ ộ ự ố ặ ậ ạ
m t th i gian dài, gi thuy t này không đ c chú ý. ờ ộ ả ế ượ
Nh ng sau đó đã xu t hi n m t vài b ng ch ng cho th y gi ộ ư ứ ệ ấ ằ ấ ả thuy t này ế
ngày càng có lí:
Th nh t: c u trúc phân t ấ
và s tái sinh c a virus. Chúng ta bi t r ng sau ứ ấ ử ự ủ ế ằ
khi virus xâm nh p vào vi khu n ch có DNA ho c RNA đ c b m vào và ẩ ặ ậ ỉ ượ ơ
Th hai: trong quá trình t ng h p protein, ngoài DNA và mRNA thông tin,
nó sao chép r i t o ra các h t virus m i. t ự ồ ạ ạ ớ
ứ ổ ợ
còn có s tham gia c a tRNA v n chuy n và rRNA c a ribosome. Đi u này ự ủ ủ ể ề ậ
cho th y nucleic acid có tr c. ấ ướ
Th ba: nhi u nucleotide gi ề
t c các sinh t ứ ữ vai trò quan tr ng và đa d ng ọ ạ ở ấ ả
v t ậ
b. Gi thuy t RNA là nguyên li u di truy n đ u tiên ả ề ầ ệ ế
M t s ý ki n cho r ng chính RNA m i là nguyên li u di truy n đ u tiên, ộ ố ề ế ệ ầ ằ ớ
ứ và đ ch ng minh cho đi u này, các nhà khoa h c đã nêu ra m t vài b ng ch ng ể ứ ề ằ ộ ọ
RNA b n h n.
nh :ư
RNA có kh năng nhân đôi t ả
ề ơ
ừ ạ ơ m ch khuôn m u nhanh h n và ít sai sót h n ẫ ơ
RNA d t ng h p h n DNA.
các trình t khác. ự
ợ ơ ễ ổ
S sai sót trong quá trình tái b n cùng v i tác đ ng ch n l c t ả
ọ ọ ự ự ớ ộ ạ nhiên đã t o
RNA là ch t t
ra s đa d ng c a RNA. ự ủ ạ
xúc tác (v i rARN, tARN và mARN). ấ ự ớ
V y DNA có tr c hay RNA có tr ậ ướ ướ ứ ủ c? Đó v n là v n đ nghiên c u c a ề ấ ẫ
các nhà khoa h c và hi v ng r ng h s cho ta câu tr l i s m nh t. ọ ẽ ả ờ ớ ấ ằ ọ ọ
C u trúc c a DNA và b ng ch v n đ l p mã thông tin ữ ầ ể ậ ủ ấ ả
Các phân t di truy n nh DNA và RNA là các đa phân t ử ư ề ử ề (polymer-dãy c a nhi u ủ
phân t nh h n) đ c c u t o b ng nh ng bloc thành ph n g i là nucleotide. Còn ử ỏ ơ ượ ấ ạ ữ ằ ầ ọ
các nucleobase có thành ph n khác nhau: đ ầ ườ ng, phosphat và m t nucleobase. Các ộ
nucleobase có b n lo i và t o thành v n ch cái (alphabet ) nucleobase có th là A ữ ể ầ ạ ạ ố
(phân t adenine), G ( phân t guanine), C (phân t cytosine) và T (phân t ử ử ử ử
thymine), trong RNA ch cái T đ c thay b ng U (phân t uracine). Các nucleobase ữ ượ ằ ử
là các h p ch t giàu nitrogen mà liên k t v i nhau theo m t quy lu t đ n gi n: A ế ớ ậ ơ ả ấ ợ ộ
ộ ấ liên k t v i U (ho c T), G v i C. M i c p c s ( c p g c) làm thành m t n c ỗ ặ ế ớ ơ ở ặ ặ ớ ố
thang c a hai s i xo n DNA. Và s k t c p đ c thù riêng bi ự ế ặ ủ ặ ắ ợ ệ t là quan tr ng đ sao ọ ể
chép trung thành thông tin. Các phân t phosphate và đ ng làm thành x ử ườ ươ ố ng s ng
c a m i s i DNA ho c RNA ủ ỗ ợ ặ
Các nucleobase
Các nucleobase có th k t h p m t cách t phát sau m t s b c t cyanide, ể ế ợ ộ ự ộ ố ướ ừ
acetylene và nh ng phân t ữ ử ơ đ n gi n có m t trong s các hóa ch t nguyên th y. ố ủ ấ ặ ả
Đ ng Ribose ườ
Đ ng cũng có th k t h p t ể ế ợ ừ ườ nh ng hóa ch t đ n gi n ban đ u. Đã 100 năm ả ấ ơ ữ ầ
ng i ta đã bi ng có th hình thành b ng cách làm nóng ườ ế t các lo i phân t ạ đ ử ườ ể ằ
dung d ch ki m c a formaldehyde, các lo i hóa ch t này cũng t n t ồ ạ ủ ề ạ ấ ị ấ i khi Trái đ t
còn ở ờ th i kỳ nguyên s . Song v n đ là ơ ề ấ ở ch làm th nào có đ ế ỗ ượ ạ c đúng lo i
đ ng- c th là ribose, trong tr ng h p RNA – đ làm ra đ c nucleotide. ườ ụ ể ườ ể ợ ượ
Ribose, cùng v i 3 lo i đ ng liên quan có th hình thành t ph n ng c a hai ạ ườ ớ ể ừ ả ứ ủ
lo i đ cacbon theo th t ạ ườ ng đ n gi n h n ch a 2 và 3 nguyên t ứ ả ơ ơ ử ứ ự . Kh năng ả
hình thành c a ribose theo cách k trên không gi ủ ể ả i quy t v n đ vì sao ribose l ề ế ấ ạ i
có nhi u trên Trái đ t lúc nguyên s , ribose không b n và d dàng phân rã trong ễ ề ề ấ ơ
ứ dung d ch ki m nh . Trong quá kh đi u quan sát này d n nhi u nhà nghiên c u ứ ề ề ề ẹ ẫ ị
đ n k t lu n r ng các phân t ậ ằ ế ế ử di truy n nguyên th y không ch a ribose. ủ ứ ề
Phosphorus
Ph n phosphate c a các nucleotide là ph n gây ra m t bí n. Phosphorus- nguyên ầ ủ ẩ ầ ộ
trung tâm c a nhóm phosphate- là nguyên t trung tâm c a nhóm phosphate- là t ố ủ ố ủ
nguyên t có nhi u trong v Trái đ t song không hòa tan trong n c là môi tr ố ề ấ ỏ ướ ườ ng
mà ng i ta gi đ nh đ y đã phát sinh s s ng. Do đó khó hi u đ c vì sao ườ ả ị ở ấ ự ố ể ượ
phosphate l i có m t đ c trong ch t li u ti n sinh h c (prebiotic mix). Nhi ạ ặ ượ ấ ệ ề ọ ệ ộ t đ
cao t các gi ng núi l a (volcanic vent) có th bi n các khoáng s n ch a phosphate ừ ể ế ử ứ ế ả
thành d ng phosphate hòa tan đ c trong n c song theo ạ ượ ướ ướ c đoán c a các nhà ủ
khoa h c thì l ọ ượ ấ ng này không nhi u. M t ngu n g c khác c a các h p ch t ồ ủ ề ố ợ ộ
phosphorus này là schreibersite, m t khoáng ch t tìm th y trong m t s thiên th ch. ộ ố ấ ấ ạ ộ
ấ Năm 2005 Mathew Pasek và Dante Lauretta ( Đ i h c Arizona) đã tìm th y ạ ọ
c có th gi s ăn mòn schreberste trong n ự ướ ể ả i thoát thành ph n phospharus. ầ
ạ Nh th chúng ta đã có ít nh t m t b c tranh phác h a các kh năng t o ộ ứ ư ế ả ấ ọ
thành các nucleobase, đ ng và phosphate, song v n đ chính l ườ ề ấ ạ ầ i là các thành ph n
đó đã liên k t đúng đ n b ng cách nào đ có các nucleobse t n t i trong th c t ồ ạ ế ể ắ ằ ự ế .
Chính công đo n này m i là công đo n ch a nhi u bí n trong hóa h c ti n sin ứ ề ề ạ ẩ ạ ớ ọ
ề h c (prebiotic) mà nhi u nhà nghiên c u đã ph i dày công làm vi c trong nhi u ọ ứ ề ệ ả
th p k qua. ỷ ậ
S đ c u trúc DNA ơ ồ ấ
ợ Đ cho s liên k t hóa h c d n đ n k t qu mong mu n thì c n nh ng h p ế ế ọ ẫ ự ữ ế ể ầ ả ố
ch t giàu năng l i trên Trái đ t nguyên ấ ượ ng. Nh ng h p ch t nh th cũng t n t ấ ư ế ồ ạ ữ ợ ấ
ấ s , song song trong phòng thí nghi m các ph n ng kích ho t nh nh ng h p ch t ơ ờ ữ ả ứ ệ ạ ợ
này t ng h p là vô hi u. ỏ ra không đ h u hi u và trong đa s tr ệ ủ ữ ố ườ ệ ợ
John Sutherland và c ng s t ự ạ ộ ằ i Đ i h c Manchester, Anh đã thông báo r ng ạ ọ
h đã tìm th y con đ ọ ấ ườ ề ng hình thành các nucleotide song hành v i tính không b n ớ
c m t phân t nh mà h g i là 2- aminooxazole, phân c a ribose. H đã t o đ ủ ạ ọ ượ ộ ử ọ ọ ỏ
này có th xem là m t đo n c a đ ng (sugar) k t li n v i nucleobase. Các t ử ủ ể ạ ộ ườ ế ề ớ
phân t này có th tích t nhi u và sau đó nh nhi u ph n ng hóa h c khác nhau ử ể ụ ả ứ ề ề ờ ọ
có th t o thành m t nucleobase g n v i đ ng toàn v n. Đi u lý thú là các tia UV ể ạ ớ ườ ắ ộ ẹ ề
c c n có th lo i b nh ng nucleobase c a m t tr i khi chi u vào nh ng vùng n ế ủ ặ ờ ữ ướ ạ ể ạ ỏ ữ
đúng. Nhóm Sutherland có th gi i thích đ c con đ ng t o thành RNA các ể ả ượ ườ ạ ở
th i đi m nguyên s c a Trái đ t. ơ ủ ể ấ ờ
T o RNA ạ
M t khi chúng ta đã có các nucleotide b c còn l i là quá trình polymer hóa đ có ộ ướ ạ ể
đ c phân t RNA: đ ượ ử ườ ớ ng (sugar) c a m t nucleotide s liên k t hóa h c v i ủ ế ẽ ộ ọ
phosphate ti p theo và nh th các nucleotide s n i v i nhau thành m t chu i. H ẽ ố ớ ư ế ế ộ ỗ ọ
đã t o đ ạ ượ ế c nh ng dãy RNA dài g m 40 nucleotide ( m t gen hi n nay dài đ n ữ ệ ồ ộ
nhi u nghìn nucleotide). ề
Song s polymer hóa cũng ch a gi i quy t đ ự ư ả ế ượ ấ c v n đ ngu n g c c a s ồ ố ủ ự ề
s ng. Mu n là “s ng” các sinh th ph i có kh năng sinh s n đây là m t quá trình ố ể ả ả ả ố ố ộ
đòi h i s sao chép thông tin. Trong các t bào hi n t i thì enzyme làm nhi m v ỏ ự ế ệ ạ ệ ụ
sao chép đó.
Tuy nhiên các đa phân t có th cu n l đó có kh ử ể ộ ạ i thành nhi u d ng và t ề ạ ừ ả
năng xúc tác các ph n ng hóa h c gi ng nh các enzyme ngày nay đang làm. Cho ả ứ ư ố ọ
nên nhi u kh năng là các RNA trong nh ng sinh th nguyên s có th đi u hành ữ ể ề ể ề ả ơ
s sao chép này. Khái ni m này đã d n đ n nhi u thí nghi m trong Szostak Lab và ế ự ệ ề ệ ẫ
phòng thí nghi m c a David Bartel MIT. ủ ệ ở
Hi n nay nguyên lý t sao chép RNA (RNA self-replication) đã nh n đ ệ ự ậ ượ c
s h ự ưở ng ng t ứ ừ ế Tracey Lincoln, Gerald Joyce (Scripps Research Institute). Ti c
thay các thí nghi m c n nhi u RNA mà chúng ta ch a th ch t o n i v i s ổ ớ ố ế ạ ư ể ệ ề ầ
t. l ượ ng l n c n thi ớ ầ ế
Ti n t bào ề ế
Gi ả ử ằ s r ng kho ng tr ng trong s hi u bi ố ự ể ả ế ủ ố ự ố t c a chúng ta v ngu n g c s s ng ề ồ
m t ngày nào đó s đ c l p tr ng, ta hãy tìm xem các phân t b ng cách nào đã ẽ ượ ấ ộ ố ử ằ
ng tác v i nhau đ liên k t thành m t c u trúc có d ng t bào nói cách khác t ươ ộ ấ ể ế ạ ớ ế
m t “ti n t bào” (protocell). ề ế ộ
Các màng bao b c các t bào hi n t ọ ế ệ ạ ứ i g m m t l p kép lipid ch a ộ ớ ồ
phospholipid & choesterol. Nh ng lo i protein ph c t p n m trong các màng đó ứ ạ ữ ạ ằ
đóng vai trò th môn gi khung thành, chúng b m ra và hút vào t ủ ữ ơ ế bào nh ng phân ữ
i có nhi m v hàn g n các màng. Th h i làm t ử trong khi đó nh ng protein khác l ữ ạ ử ỏ ụ ệ ắ
th nào mà các ti n t bào v i c u trúc đ n s l i có th đ m nhi m nh ng công ề ế ế ơ ơ ạ ớ ấ ể ả ữ ệ
vi c trên bào v i c u trúc đ n s l ớ ấ ơ ơ ạ ệ i có th đ m nhi m nh ng công vi c trên mà ữ ể ả ệ ệ
không có b máy protein? ộ
Nh ng màng nguyên th y có l ữ ủ đ ẽ ượ c c u thành b i nh ng phân t ở ữ ấ ử ơ đ n
ữ gi n, nh các acid béo ( m t thành ph n c a các phospholipid ph c t p). Nh ng ứ ạ ư ủ ầ ả ộ
r ng các màng đó đ c hình thành nh nghiên c u trong nh ng năm 1970 ch ng t ữ ứ ứ ỏ ằ ượ ờ
phát t k t h p t ế ợ ự ừ nh ng acid béo, tuy nhiên m t c m nh n chung là nh ng màng ộ ả ữ ữ ậ
ấ nh th s làm thành m t rào ngăn c n s thâm nh p các nucleotide và các ch t ả ự ư ế ẽ ậ ộ
dinh d ng ph c t p khác vào t i ta cho r ng quá ưỡ ứ ạ ế bào. Vì ý ni m này mà ng ệ ườ ằ
trình chuy n hóa (metabolism) đã phát tri n đ u tiên nh v y mà các t bào có kh ờ ậ ể ể ầ ế ả
năng t t ng h p đ c các nucleotide. ự ổ ợ ượ
Ti n t bào và các túi ề ế
Tuy nhiên các nghiên c u trong Szostak Lab ( phòng thí nghi m do Szostak ứ ệ
ch nhi m) cho th y r ng các phân t l n nh các nucleotide trong th c t có th ấ ằ ủ ệ ử ớ ự ế ư ể
th m th u qua các màng đó khi mà các nucleotide cũng nh các màng đang còn có ư ẩ ấ
i. Đi u này cho phép ti n hành m t thí c u trúc đ n gi n “ nguyên s ” h n hi n t ấ ơ ơ ệ ạ ả ơ ề ế ộ
nghi m mô ph ng kh năng c a m t ti n t ả ộ ề ế ủ ệ ỏ ằ bào sao chép thông tin di truy n b ng ề
cách s d ng các ch t dinh d ng trong môi tr ng. Các nhà sinh h c trong ử ụ ấ ưỡ ườ ọ
ạ Szostak Lab đã t o nên nh ng túi có màng b ng acid béo trong ch a m t đo n ữ ứ ằ ạ ộ
ợ ng n đ n s i DNA. M u s i đ n này s đóng vai trò m t b n in (template) cho s i ẫ ợ ơ ơ ợ ộ ả ẽ ắ
( strand) m i. Sau đó các tác gi ớ ả ọ cho các túi này tham gia vào các ph n ng hóa h c ả ứ
m nh gi a các nucleotide. Các nucleotide đã đi xuyên qua các màng và sau t ữ ạ ươ ng
tác v i nhau t o nên m t s i b sung. Thí nghi m này ch ng t ộ ợ ổ ứ ệ ạ ớ ỏ ằ ề r ng nh ng ti n ữ
bào nguyên th y ch a RNA có kh năng sao chép ch t li u di truy n mà không t ế ấ ệ ứ ủ ề ả
c n đ n enzyme. ầ ế
Đ cho các ti n t bào b t đ u sinh s n chúng ph i có kh năng l n lên, ề ế ể ắ ầ ả ả ả ớ
bào th h “con”. Các thí sao chép nôi dung di truy n r i phân chia thành nh ng t ề ồ ữ ế ế ệ
nghi m ch ng t ứ ệ ỏ ằ r ng các túi ( vesicle) nguyên s này có th phát tri n theo hai ơ ể ể
ph ng th c khác nhau. Trong các công trình tiên phong vào nh ng năm 1990, Pier ươ ứ ữ
Luigi và c ng s ( Swiss Federal Institute of technology, Zurich) đã thêm các acid ự ộ
béo vào n ướ ấ c bao quanh các túi nói trên. K t qu là các màng bao b c túi đã h p ế ả ọ
th acid béo và l n lên v di n tích. ớ ề ệ ụ
IV. Giai đo n ti n hóa sinh h c ế ọ ạ
Ti n hóa sinh h c: là m t quá trình lich s ti n hóa r t lâu dài, t coaxecva ử ế ế ấ ọ ộ ừ
hình thành nh ng d ng s ng ch a có c u t o t bào, đ n đ n bào và sinh v t đa ấ ạ ế ữ ư ạ ố ế ậ ơ
bào nh ngày nay. ư
Khi đã hình thành nên các t bào s khai thì ch n l c t nhiên s không còn ế ọ ọ ự ơ ẽ
tác đ ng lên t ng phân t h u c riêng r mà tác đ ng nên c t p h p các phân t ừ ộ ử ữ ơ ả ậ ẽ ợ ộ ử
c t p h p các phân t giúp nh m t đ n v th ng nh t. T bào s khai nào có đ ấ ư ộ ơ ị ố ế ơ ượ ậ ợ ử
chúng có kh năng trao đ i ch t và năng l ng v i bên ngoài, có kh năng phân ấ ả ổ ượ ả ớ
chia và duy trì thành ph n hoá h c thích h p c a mình thì s đ c gi i và nhân ợ ủ ẽ ượ ầ ọ l ữ ạ
r ng.ộ
bào s khai ban đ u, tr i qua quá trình ch n l c và ti n hóa T nh ng t ữ ừ ế ọ ọ ế ầ ả ơ
kh c nghi bào đó s hình thành và phát tri n thành các c th đ n bào ắ ệ t nh ng t ữ ế ơ ể ơ ẽ ể
bào sinh v t nhân s và t đ n gi n, d n d n s ti n hóa thành t ơ ầ ẽ ế ầ ả ế ậ ơ ế ậ bào sinh v t
nhân th c r i t t bào sinh v t nhân th c s ti p t c ti n hóa thành c th nhân ự ồ ừ ế ự ẽ ế ụ ơ ể ế ậ
th c, đ n bào nhân th c và cu i cùng là đa bào nhân th c. T t c đ u ch u s tác ấ ả ề ị ự ự ự ự ố ơ
nhiên, các t bào s d n hoàn thi n và hình thành đ ng m nh m c a ch n l c t ẽ ủ ộ ọ ọ ự ạ ế ẽ ầ ệ
S Đ TÓM T T CÁC GIAI ĐO N TI N HÓA
Ơ Ồ
Ắ
Ạ
Ế
nên các sinh v t đ u tiên c a Trái Đ t. ậ ầ ủ ấ
V. Origins of Life on Earth (Ngu n g c c a cu c s ng trên Trái đ t) ồ ố ủ ộ ố ấ
Although Earth was created around 4.5 billion years ago, life began to exist
not long after. Due to the huge timescales involved, there is inconclusive evidence for
exact dates, but nonetheless, theeagerness of life to exist was apparent from the
beginning.
Our Solar System was still young, and the Sun was still cooling down after its
creation billions of years beforehand. The unique circumstances of our Solar System
and our planet gave rise to life. This was due to a number of characteristics that are
exhibited by our ecosphere, the area of a planet capable of sustaining life.
Venus, one of our planetary neighbours, is closer to the sun, with the planet
exhibiting characteristics that would not be able to support life. On the other hand,
Mars is further away from the Sun, and too cold to naturally support life. However,
with manipulation by man, via terraforming, Mars could indeed support life in its
present state.
However, Earth, for billions of years, has possessed all the materials and
suitable conditions for supporting life.
M c dù trái đ t đ c t o ra kho ng 4,5 t năm tr ấ ượ ạ ả ặ ỷ ướ ắ c đây, cu c s ng b t ộ ố
đ u t n t ầ ồ ạ ứ i không lâu sau. Do kho ng th i gian r t l n có liên quan, có b ng ch ng ấ ớ ằ ả ờ
ủ là không thuy t ph c cho nh ng ngày chính xác, nh ng dù sao, ngu n g c c a ụ ữ ư ế ồ ố
cu c s ng đ t n t i đ c rõ ràng t đ u. ể ồ ạ ượ ộ ố ừ ầ
H th ng năng l ệ ố ượ ặ ờ ẫ ng m t tr i c a chúng tôi là v n còn tr , và m t tr i v n ặ ờ ủ ẻ ẫ
làm mát xu ng sau khi t o ra hàng t năm tr ạ ố ỷ ướ c. Nh ng tr ữ ườ ủ ng h p đ c đáo c a ộ ợ
h th ng năng l ệ ố ượ ộ ng m t tr i c a chúng ta và hành tinh c a chúng ta đã vào cu c ặ ờ ủ ủ
c tr ng bày b i sinh quy n c a chúng s ng. Đi u này là do m t s đ c đi m đ ố ộ ố ặ ể ề ượ ể ủ ư ở
ta, di n tích c a m t hành tinh có kh năng duy trì s s ng. ự ố ủ ệ ả ộ
Venus, m t trong nh ng ng ữ ộ ườ i hàng xóm hành tinh c a chúng tôi, là g n gũi ủ ầ
h n v i ánh n ng m t tr i, hành tinh th hi n đ c tính đó s không th đ h tr ơ ể ể ỗ ợ ặ ờ ể ệ ẽ ặ ắ ớ
cu c s ng. M t khác, sao H a là xa h n t M t tr i, và quá l nh đ t nhiên h ộ ố ơ ừ ặ ờ ể ự ạ ặ ỏ ỗ
tr cu c s ng. Tuy nhiên, v i thao tác c a con ng i, thông qua terraforming, sao ộ ố ủ ớ ợ ườ
H a th c s có th h tr cu c s ng trong tr ng thái hi n t i c a nó. ể ỗ ợ ộ ố ự ự ệ ạ ủ ạ ỏ
Tuy nhiên, trái đ t, hàng t năm, đã s h u t ấ ỷ ở ữ ấ ả ệ t c các tài li u và đi u ki n ệ ề
phù h p đ h tr cu c s ng. ể ỗ ợ ộ ố ợ
The First Life (S s ng đ u tiên) ự ố ầ
In general, organisms over time in the evolutionary chain have grown and
become more complex in their nature, i.e. the first origins of life were likely small,
simple and not diversified.
One understanding of the origins of life is that it would have been very
unlikely that parasites were the beginnings of life. As parasites require biological
hosts to reproduce and thus survive as a species, they would have been unable to
successfully continue their species during this time period. In light of this, viruses and
other parasites would have developed later on in the evolutionary chain.
It is believed that heterotrophs were the first beginnings of life on Earth,
inhabiting the sea and absorbing the organic material that was being created by the
reactions of Earth at the time (i.e. the creation of amino acids). The building blocks of
life created these organisms and also acted as a food source.
This is where the idea of a food chain becomes relevant. When these first
autotrophs died, the organic material that they consist of would break down and add
to the 'organic soup' that was feeding these organisms at the time.
Alias, it is believed that heterotrophic bacteria was the first signs of life on
Earth.
Nói chung, sinh v t theo th i gian trong chu i ti n hóa đã phát tri n và tr ỗ ế ể ậ ờ ở
nên ph c t p h n b n ch t c a h , t c là ngu n g c đ u tiên c a cu c s ng là có ấ ủ ọ ứ ố ầ ộ ố ứ ạ ủ ả ơ ồ
kh năng nh , đ n gi n và không đa d ng. ả ỏ ơ ạ ả
M t s hi u bi ộ ự ể ế ề ắ t v ngu n g c c a cu c s ng mà nó đã có r t không ch c ố ủ ộ ố ấ ồ
r ng ký sinh trùng là s kh i đ u c a cu c s ng. Khi ký sinh trùng yêu c u host ằ ở ầ ủ ộ ố ự ầ
sinh h c đ tái s n xu t và do đó t n t i nh m t loài, h s không th thành công ọ ể ồ ạ ấ ả ư ộ ọ ẽ ể
ti p t c loài c a h trong kho ng th i gian này. Trong ánh sáng này, virus và ký ế ụ ủ ả ọ ờ
sinh trùng khác s phát tri n sau này trong chu i ti n hóa. ỗ ế ẽ ể
Ng i ta tin r ng heterotrophs là s kh i đ u đ u tiên c a s s ng trên Trái ườ ự ở ầ ủ ự ố ầ ằ
bi n và h p th các ch t h u c đã đ Đ t, s ng ấ ố ở ể ấ ữ ơ ụ ấ ượ ạ ủ c t o ra b i các ph n ng c a ả ứ ở
ộ Trái đ t vào th i đi m đó (t c là t o ra các axit amin). Các kh i xây d ng cu c ứ ự ể ạ ấ ờ ố
ự s ng t o ra nh ng sinh v t này và cũng có th hành đ ng nh là m t ngu n th c ố ư ữ ể ạ ậ ồ ộ ộ
ph m.ẩ
ng c a m t chu i th c ăn tr nên có liên quan. Khi các Đây là n i mà ý t ơ ưở ủ ứ ỗ ở ộ
sinh v t t d ậ ự ưỡ ữ ng ch t, các ch t h u c bao g m s phá v và thêm vào súp h u ấ ữ ơ ẽ ế ồ ỡ
c đ ơ ượ c cho ăn nh ng sinh v t này vào th i đi m đó. ậ ữ ể ờ
Bí danh, ng i ta tin r ng vi khu n d d ng là d u hi u đ u tiên c a s ườ ị ưỡ ẩ ằ ủ ự ệ ầ ấ
s ng trên Trái đ t. ố ấ
How Did Life Begin? (S s ng b t đ u?) ắ ầ ự ố
What are the origins of life? How did things go from non-living to living?
From something that could not reproduce to something that could? One person who
has exhaustively investigated this subject is paleontologist Andrew Knoll, a professor
of biology at Harvard and author of Life on a Young Planet: The First Three Billion
Years of Life. In this wide-ranging interview, Knoll explains, among other compelling
ideas, why higher organisms like us are icing on the cake of life, how deeply living
things and our planet are intertwined, and why it's so devilishly difficult to figure out
how life got started.
Ngu n g c c a cu c s ng là gì? Làm th nào đã nh ng th đi t không- ố ủ ộ ố ứ ữ ế ồ ừ
ộ s ng đ s ng? T m t cái gì đó không th sinh s n m t cái gì đó mà có th ? M t ể ố ừ ộ ể ố ể ả ộ
ng ườ ộ i đã đi u tra th u đáo ch đ này là nhà c sinh v t h c Andrew Knoll, m t ậ ọ ủ ề ề ấ ổ
giáo s sinh h c t i Harvard và là tác gi c a cu c s ng trên m t hành tinh Young: ọ ạ ư ả ủ ộ ố ộ
Ba t năm đ u tiên c a cu c s ng. Trong này cu c ph ng v n trên ph m vi r ng, ỷ ộ ố ủ ấ ạ ầ ộ ỏ ộ
Knoll gi i thích, trong s nh ng ý t ng khác h p d n, lý do t ả ữ ố ưở ấ ẫ ạ ậ i sao các sinh v t
ắ cao h n nh chúng ta đang đóng băng trên các bánh c a cu c s ng, cách sâu s c ộ ố ư ủ ơ
nh ng đi u s ng và hành tinh c a chúng ta đ c đan quy n vào nhau, và t i sao nó ề ố ủ ữ ượ ệ ạ
là nh v y devilishly khó khăn đ tìm ra làm th nào cu c s ng có b t đ u. ộ ố ắ ầ ư ậ ế ể
What is your definition of life? (Đ nh nghĩa c a cu c s ng là gì?) ộ ố ủ ị
I think you can say that life is a system in which proteins and nucleic acids
interact in ways that allow the structure to grow and reproduce. It's that growth and
reproduction, the ability to make more of yourself, that's important. Now, you might
argue that that's a local definition of life, that if we find life on Europa at some time in
the future, it might have a different set of interacting chemicals.
People have tried to find more general, more universal definitions of life.
They're speculative, because we don't know about any life other than ourselves. But
one definition that I kind of like says life is a system that's capable of Darwinian
evolution. What does it require to have a system that evolves in a Darwinian fashion?
First, you have to be able to reproduce and make more of yourself, so that fits with
our local definition. You also need a source of variation so that all of the new
generation is not identical either to the previous generation or to all its brothers and
sisters. And once you have that variation, then natural selection can actually select, by
either differential birth or death, some of the variants that function best. That may
turn out to be a fairly general definition of life wherever we might find it.
Tôi nghĩ r ng b n có th nói r ng cu c s ng là m t h th ng trong đó các ộ ệ ố ộ ố ể ằ ạ ằ
protein và axit nucleic t ươ ng tác theo cách cho phép c u trúc đ phát tri n và sinh ấ ể ể
ng và sinh s n, kh năng đ làm cho b n thân, đó là quan s n. Đó là tăng tr ả ưở ể ả ả ả
tr ng. Bây gi , b n có th tranh lu n r ng đó là m t đ nh nghĩa đ a ph ọ ờ ạ ậ ằ ộ ị ể ị ươ ủ ng c a
cu c s ng, r ng n u chúng ta tìm th y s s ng trên Europa t ấ ự ố ộ ố ế ằ ạ i m t s th i gian ộ ố ờ
trong t ng lai, nó có th có m t b khác nhau c a t ng tác hóa ch t. ươ ộ ộ ủ ươ ể ấ
M i ng ọ ườ ơ ủ i đã c g ng đ tìm t ng quát h n, đ nh nghĩa ph quát h n c a ơ ố ắ ể ổ ổ ị
t v b t kỳ cu c s ng khác cu c s ng. H đang đ u c , b i vì chúng tôi không bi ầ ơ ở ộ ố ọ ế ề ấ ộ ố
h n chính chúng ta. Tuy nhiên, m t đ nh nghĩa mà tôi mu n nói r ng cu c s ng là ơ ộ ố ộ ị ằ ố
ộ m t h th ng đó là kh năng c a s ti n hóa c a Darwin. Nó đòi h i ph i có m t ộ ệ ố ủ ự ế ủ ả ả ỏ
c tiên, b n có đ có th h th ng phát tri n trong m t th i trang c a Darwin? Tr ộ ệ ố ủ ể ờ ướ ể ạ ể
tái t o và làm cho nhi u chính mình, đ phù h p v i đ nh nghĩa đ a ph ớ ị ể ề ạ ợ ị ươ ủ ng c a
chúng tôi. B n cũng c n m t ngu n c a s thay đ i đ t ộ ổ ể ấ ả ủ ế ệ ớ t c c a th h m i ủ ự ầ ạ ồ
không ph i là gi ng h t nhau ho c v i th h tr c ho c t t c các anh ch em ế ệ ướ ệ ặ ả ố ớ ặ ấ ả ị
nhiên th c s có th c a mình. Và m t khi b n có s bi n đ i, sau đó ch n l c t ủ ọ ọ ự ự ế ạ ộ ổ ự ự ể
t gi a m t trong hai sinh ho c t vong, m t s các bi n th l a ch n, b i khác bi ự ở ọ ệ ặ ử ữ ộ ộ ố ế ể
t nh t. Đi u đó có th b t ra đ c m t đ nh nghĩa khá chung chung ho t đ ng t ạ ộ ố ể ậ ề ấ ượ ộ ị
c a cu c s ng b t c n i nào chúng ta có th tìm th y nó. ủ ấ ứ ơ ộ ố ể ấ
What is the recipe for life? (Công th c cho s s ng là gì?) ự ố ứ
The recipe for life is not that complicated. There are a limited number of
elements inside your body. Most of your mass is carbon, oxygen, hydrogen, sulfur,
plus some nitrogen and phosphorous. There are a couple dozen other elements that
are in there in trace amounts, but to a first approximation you're just a bag of carbon,
oxygen, and hydrogen.
Now, it turns out that the atmosphere is a bag of carbon, oxygen, and hydrogen
as well, and it's not living. So the real issue here is, how do you take that carbon
dioxide in the atmosphere (or methane in an early atmosphere) and water vapor and
other sources of hydrogen—how do you take those simple, inorganic precursors and
make them into the building blocks of life?
There was a famous experiment done by Stanley Miller when he was a
graduate student at the University of Chicago in the early 1950s. Miller essentially
put methane, or natural gas, ammonia, hydrogen gas, and water vapor into a beaker.
That wasn't a random mixture; at the time he did the experiment, that was at least one
view of what the primordial atmosphere would have looked like.
Then he did a brilliant thing. He simply put an electric charge through that
mixture to simulate lightning going through an early atmosphere. After sitting around
for a couple of days, all of a sudden there was this brown goo all over the reaction
vessel. When he analyzed what was in the vessel, rather than only having methane
and ammonia, he actually had amino acids, which are the building blocks of proteins.
In fact, he had them in just about the same proportions you would find if you looked
at organic matter in a meteorite. So the chemistry that Miller was discovering in this
wonderful experiment was not some improbable chemistry, but a chemistry that is
widely distributed throughout our solar system.
Các công th c cho cu c s ng không ph i là ph c t p. Có m t s h n ch ộ ố ạ ộ ố ứ ạ ứ ả ế
bên trong c th c a b n. H u h t kh i l ng c a b n là carbon, c a các y u t ủ ế ố ơ ể ủ ạ ố ượ ế ầ ủ ạ
oxy, hydro, l u huỳnh, c ng v i m t s nit và ph t pho. Có m t vài ch c y u t ộ ố ư ộ ớ ơ ụ ế ố ố ộ
khác trong đó v i s l ớ ố ượ ộ ng d u v t, nh ng đ m t x p x đ u tiên b n ch là m t ể ộ ấ ỉ ầ ư ế ạ ấ ỉ
túi carbon, oxy và hydro.Bây gi , nó quay ra r ng b u khí quy n là m t túi xách ờ ể ằ ầ ộ
đây là, c a carbon, oxy và hydro cũng, và nó không s ng. Vì v y, v n đ th c s ủ ề ự ự ở ấ ậ ố
ng khí carbon dioxide trong không khí (ho c khí làm th nào đ b n m t r ng l ể ạ ấ ằ ế ượ ặ
mê-tan trong m t b u không khí s m) và h i n c và ngu n hydrogen cách khác ộ ầ ơ ướ ớ ồ
ủ b n có nh ng ti n ch t vô c đ n gi n và làm cho h thành các kh i xây d ng c a ạ ơ ơ ữ ự ề ả ấ ố ọ
cu c s ng? ộ ố
c th c hi n b i Stanley Miller, khi ông là Có m t thí nghi m n i ti ng đ ệ ổ ế ộ ượ ự ệ ở
m t sinh viên t t nghi p t i Đ i h c Chicago vào đ u nh ng năm 1950. Miller c ộ ố ệ ạ ạ ọ ữ ầ ơ
nhiên, ammonia, khí hydro, và h i n b n, khí mêtan ho c khí t ả ặ ự ơ ướ ủ c vào c c th y ố
tinh. Đó không ph i là m t h n h p ng u nhiên, vào th i đi m đó, ông đã làm thí ẫ ộ ỗ ể ả ờ ợ
nghi m, đó là ít nh t m t đi m c a b u khí quy n nguyên th y đã có th nhìn ầ ủ ủ ể ệ ể ể ấ ộ
nh .ư
ả Sau đó, ông đã làm m t đi u tuy t v i. Ông ch đ n gi n là đ t m t kho n ệ ờ ỉ ơ ề ặ ả ộ ộ
ầ phí đi n thông qua h n h p đó đ mô ph ng sét đi qua m t b u không khí đ u. ộ ầ ể ệ ợ ỗ ỏ
Sau khi ng i xung quanh cho m t vài ngày, t ồ ộ ấ ả t c các c a m t b t ng có goo nâu ộ ấ ủ ờ
trên t t c các tàu ph n ng. Khi ông phân tích nh ng gì đã đ ấ ả ả ứ ữ ượ c tàu, ch không ứ
ph i ch có methane và ammonia, ông th c s đã có các axit amin, là các kh i xây ự ự ả ố ỉ
d ng c a các protein. Trong th c t ự ự ế ủ , ông đã có trong ch là v cùng m t t ỉ ộ ỷ ệ ạ l b n ề
ọ s tìm th y n u b n nhìn vào ch t h u c trong m t thiên th ch. Vì v y, hóa h c ẽ ấ ữ ơ ế ậ ạ ạ ấ ộ
mà Miller đã đ ượ ọ c phát hi n trong thí nghi m tuy t v i này là m t s hóa h c ệ ờ ộ ố ệ ệ
không th x y ra, nh ng hóa h c đ c phân ph i r ng rãi trên toàn h th ng năng ể ả ọ ượ ư ệ ố ố ộ
ng m t tr i c a chúng ta. l ượ ặ ờ ủ
Stanley Miller's famous experiment lent support to the idea that conditions in Earth's
early atmosphere could have given rise to organic molecules.
Thí nghi m n i ti ng c a Stanley Miller cho vay h tr cho ý t ổ ế ỗ ợ ủ ệ ưở ằ ng r ng
các đi u ki n trong b u khí quy n đ u c a Trái đ t có th đã làm phát sinh các ủ ệ ề ể ể ầ ấ ầ
phân t h u c . ử ữ ơ
Carbon (Cacbon)
All living things possess the element carbon within them. In light of this, Earth
had to have rich supply of carbon to support a rich diversity of life. This carbon was
made available by the volatile nature of the Earth in the beginning, where volcanoes
spewed various elements into the Earth's atmosphere.
While other elements were present, various chemical reactions began to take
place which would result in the creation of new compounds and elements. One of the
family of compounds created over time were the amino acids, the building blocks of
protein.
T t c các sinh v t s ng có nguyên t carbon trong vòng chúng. Trong ánh ấ ả ậ ố ố
ể ỗ ợ ộ sáng này, Trái đ t đã ph i có ngu n cung c p phong phú c a carbon đ h tr m t ủ ấ ấ ả ồ
s đa d ng phong phú c a cu c s ng. Carbon này đã đ ự ộ ố ủ ạ ượ ấ c th c hi n b i tính ch t ự ệ ở
khác nhau vào d bay h i c a Trái đ t b t đ u, n i núi l a phun t ng mùi y u t ễ ấ ắ ầ ơ ủ ế ố ừ ử ơ
b u khí quy n c a Trái đ t. ể ủ ầ ấ
Trong khi các y u t ế ố ắ ầ khác đã có m t, ph n ng hóa h c khác nhau b t đ u ả ứ ặ ọ
di n ra s d n t ẽ ẫ ớ ễ i vi c t o ra các h p ch t và các y u t ợ ệ ạ ế ố ớ ữ m i. M t trong nh ng ấ ộ
gia đình c a các h p ch t đ c t o ra theo th i gian là các axit amin, các kh i xây ấ ượ ạ ủ ợ ờ ố
d ng c a protein. ủ ự
Amino Acids and Proteins (Amino axit và protein)
Amino acids are the building blocks of protein, and thus the building blocks of
life. The complex organisms of today harness the biological power of proteins in a
variety of ways, such as the use of enzymes as a catalyst. (See Protein Variety and
also Protein Synthesis).
ự Axit amin là các kh i xây d ng c a protein, và do đó các kh i xây d ng ủ ự ố ố
ọ cu c s ng. Các sinh v t ph c t p c a ngày hôm nay khai thác s c m nh sinh h c ứ ạ ủ ộ ố ứ ạ ậ
ư ộ c a protein trong nhi u cách, ch ng h n nh vi c s d ng các enzyme nh m t ủ ư ệ ử ụ ề ẳ ạ
ch t xúc tác. (Xem các lo i protein và t ng h p Protein) ấ ạ ợ ổ
Would it be something we would recognize under a microscope as living, or
would it be totally different? (Nó s là m t cái gì đó chúng ta có th nh n ra ộ ể ẽ ậ
d i kính hi n vi nh ng c hoàn toàn khác nhau?) ướ ể ư ườ ố i s ng, ho c nó s đ ặ ẽ ượ
That's a good question. I can imagine that there was a time before there was
life on Earth, and then clearly there was a time X-hundred thousand years or a million
years later when there were things that we would all recognize as biological. But
there's no question that we must have gone through some intermediate stage where,
had you been there watching them, you might have placed your bets either way.
t. Tôi có th t ng t Đó là m t câu h i t ộ ỏ ố ể ưở ượ ng r ng có m t th i gian tr ộ ằ ờ ướ c
khi có s s ng trên Trái đ t, và sau đó rõ ràng đã có m t th i gian X-trăm ngàn năm ự ố ấ ộ ờ
hay m t tri u năm sau đó, khi có nh ng đi u mà t t c chúng ta s nh n ra nh ữ ệ ề ộ ấ ả ẽ ậ ư
ạ sinh h c. Nh ng không có câu h i mà chúng tôi ph i tr i qua m t s giai đo n ộ ố ư ả ả ọ ỏ
trung gian, đã đ c c a b n m t trong hai cách. ượ c xem chúng, b n có th đ t c ạ ể ặ ượ ủ ạ ộ
ộ Life is really part of the fabric of a planet like Earth (Cu c s ng th c s là m t ự ự ộ ố
ph n c a c c u c a m t hành tinh gi ng nh Trái đ t) ầ ủ ơ ấ ủ ư ộ ố ấ
Life is also sustained by the planet itself. That is, all of the nutrients that go
into the oceans and end up getting incorporated into biology, at first they're locked up
in rocks and then they are eroded from rocks, enter the oceans, and take part in a
complex recycling that ensures that there's always carbon and nitrogen and
phosphorous available for each new generation of organisms.
So I can imagine that on a primordial Earth you would have replicating
molecules—not particularly lifelike in our definition, but they're really getting the
machinery going. Then some of them start interacting together and pretty soon you
have something a little more lifelike, and then it incorporates maybe another piece of
nucleic acid from somewhere else, and by the accumulation of these disparate strands
of information and activity, something that you and I would look at and agree "that's
biological" would have emerged.
Cu c s ng cũng đ c duy trì b i các hành tinh chính nó. Đó là, t t c các ộ ố ượ ở ấ ả
ch t dinh d ng đi vào các đ i d ấ ưỡ ạ ươ ầ ng và k t thúc vi c k t h p vào sinh h c, đ u ệ ế ợ ế ọ
tiên h đang b nh t trong đ t đá và sau đó h đang b xói mòn t ấ ố ọ ọ ị ị ừ ậ các lo i đá, nh p ạ
vào đ i d ạ ươ ng, và tham gia trong m t tái ch ph c t p đ m b o có đó luôn có ế ứ ạ ả ả ộ
carbon và nit ơ và ph t pho có s n cho m i th h m i c a sinh v t. ỗ ế ệ ớ ủ ậ ẵ ố
Vì v y, tôi có th t ng t ể ưở ậ ượ ng r ng trên m t Trái đ t nguyên th y, b n đã ấ ủ ạ ằ ộ
có th sao chép các phân t t s ng đ ng nh th t trong đ nh ể ử không ph i là đ c bi ả ặ ệ ố ư ậ ộ ị
nghĩa c a chúng tôi, nh ng h đang th c s nh n đ c các máy móc đi. Sau đó, ự ự ư ủ ậ ọ ượ
m t s ng i trong s h b t đ u t ộ ố ườ ố ọ ắ ầ ươ ng tác v i nhau và r t nhanh chóng, b n có ấ ạ ớ
ộ m t cái gì đó h n s ng đ ng nh th t m t chút, và sau đó nó có th k t h p m t ộ ể ế ợ ơ ố ư ậ ộ ộ
ph n c a axit nucleic t m t n i nào khác, và b i s tích t ầ ủ ừ ộ ơ ở ự ụ ủ c a các s i khác nhau ợ
c a thông tin và ho t đ ng, m t cái gì đó mà b n và tôi s xem xét và đ ng ý "đó ủ ạ ộ ẽ ạ ộ ồ
là sinh h c" đã n i lên. ọ ổ
TÀI LI U THAM KH O
Ả
Ệ
1. Giáo trình Sinh h c đ i c
ng ng đ i h c Khoa H c T ạ ươ tr ọ ườ ạ ọ ọ ự
Nhiên.
2. www.tailieu.vn
3. www.thuviensinhhoc.com
4. www.khoahoc.com
5. www.baomoi.com
6. www.scientificamerican.com
7. http://www.biology-online.org
