Cuộc sống có tiến hóa nhiều hơn một lần không? Các nhà nghiên cứu đang đưa ra câu trả lời

Cuộc sống có tiến hóa nhiều hơn một lần không? Các nhà nghiên cứu đang đưa ra câu trả lời

Dấu thời gian: ngày 1 tháng 2023 năm 10 00:XNUMX sáng

Từ (những) nguồn gốc khiêm tốn của nó, sự sống đã lây nhiễm toàn bộ hành tinh với những hình thức đẹp đẽ vô tận. Nguồn gốc của sự sống là sự kiện sinh học lâu đời nhất, lâu đời đến mức không có bằng chứng rõ ràng nào được để lại ngoài sự tồn tại của chính sự sống. Điều này để lại nhiều câu hỏi mở, và một trong những câu hỏi thú vị nhất là đã bao nhiêu lần sự sống xuất hiện một cách kỳ diệu từ các yếu tố vô sinh.

Có phải tất cả sự sống trên Trái đất chỉ tiến hóa một lần, hay những sinh vật sống khác nhau được cắt ra từ những tấm vải khác nhau? Câu hỏi về mức độ khó để sự sống hình thành rất thú vị, đặc biệt là vì nó có thể làm sáng tỏ khả năng tìm thấy sự sống trên các hành tinh khác.

Nguồn gốc của sự sống là một câu hỏi trọng tâm trong sinh học hiện đại, và có lẽ là câu hỏi khó nghiên cứu nhất. Sự kiện này đã diễn ra bốn tỷ năm trướcvà nó đã xảy ra ở cấp độ phân tử, có nghĩa là vẫn còn rất ít bằng chứng hóa thạch.

Nhiều khởi đầu sống động đã được đề xuất, từ món súp nguyên thủy khó chịu cho đến không gian vũ trụ. Nhưng sự đồng thuận khoa học hiện nay là sự sống xuất hiện từ các phân tử không sống trong một quá trình tự nhiên gọi là abiogenesis, rất có thể là trong bóng tối của lỗ thông hơi thủy nhiệt dưới biển sâu. Nhưng nếu cuộc sống xuất hiện một lần, tại sao không nhiều lần nữa?

Abiogenesis là gì?

Các nhà khoa học đã đề xuất nhiều bước liên tiếp cho abiogenesis. Chúng ta biết rằng Trái đất rất giàu một số hóa chất, chẳng hạn như axit amin, một loại phân tử gọi là nucleotide hoặc đường, là những khối xây dựng của sự sống. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như biểu tượng Thí nghiệm Miller-Urey, đã chỉ ra cách các hợp chất này có thể được hình thành một cách tự nhiên trong các điều kiện tương tự như Trái đất sơ khai. Một số hợp chất này cũng có thể đã đến Trái đất cưỡi thiên thạch.

Tiếp theo, những phân tử đơn giản này kết hợp với nhau để tạo thành những phân tử phức tạp hơn, chẳng hạn như chất béo, protein hoặc axit nucleic. Điều quan trọng là, axit nucleic—chẳng hạn như DNA sợi kép hoặc anh em họ sợi đơn của nó RNA—có thể lưu trữ thông tin cần thiết để xây dựng các phân tử khác. DNA ổn định hơn RNA, nhưng ngược lại, RNA có thể là một phần của các phản ứng hóa học trong đó một hợp chất tạo ra các bản sao của chính nó—tự sao chép.

Sản phẩm Giả thuyết “thế giới RNA” gợi ý rằng sự sống ban đầu có thể đã sử dụng RNA làm vật liệu cho cả gen và sao chép trước khi xuất hiện DNA và protein.

Khi một hệ thống thông tin có thể tạo ra các bản sao của chính nó, chọn lọc tự nhiên sẽ bắt đầu hoạt động. Một số bản sao mới của các phân tử này (mà một số người gọi là “gen”) sẽ có lỗi hoặc đột biến và một số đột biến mới này sẽ cải thiện khả năng sao chép của các phân tử. Do đó, theo thời gian, sẽ có nhiều bản sao của các đột biến này hơn các phân tử khác, một số trong số chúng sẽ tích lũy thêm các đột biến mới, khiến chúng thậm chí còn nhanh hơn và phong phú hơn, v.v.

Cuối cùng, những phân tử này có lẽ đã tạo ra một ranh giới lipid (chất béo) ngăn cách môi trường bên trong của sinh vật với môi trường bên ngoài, tạo thành các tế bào nguyên mẫu. Các tế bào nguyên mẫu có thể tập trung và tổ chức tốt hơn các phân tử cần thiết trong các phản ứng sinh hóa, mang lại sự trao đổi chất hiệu quả và có giới hạn.

Cuộc sống lặp lại?

Abiogenesis có thể đã xảy ra nhiều lần. Trái đất có thể đã sinh ra các phân tử tự sao chép nhiều lần và có thể sự sống ban đầu trong hàng nghìn hoặc hàng triệu năm chỉ bao gồm một loạt các phân tử RNA tự sao chép khác nhau, có nguồn gốc độc lập, cạnh tranh cho cùng một khối xây dựng. Than ôi, do tính chất cổ xưa và vi mô của quá trình này, chúng ta có thể không bao giờ biết được.

Nhiều thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã tái tạo thành công các các giai đoạn của abiogenesis, chứng minh rằng chúng có thể xảy ra nhiều lần, nhưng chúng tôi không chắc chắn về những điều này đã xảy ra trong quá khứ.

Một câu hỏi liên quan có thể là liệu sự sống mới có đang xuất hiện bởi abiogenesis khi bạn đang đọc điều này hay không. Điều này là rất khó xảy ra, mặc dù. Trái đất sơ khai không có sự sống và các điều kiện vật lý và hóa học rất khác nhau. Ngày nay, nếu ở đâu đó trên hành tinh có những điều kiện lý tưởng để các phân tử mới tự tái tạo xuất hiện, chúng sẽ nhanh chóng bị sự sống hiện tại nuốt chửng.

Những gì chúng ta biết là tất cả các sinh vật sống còn tồn tại đều bắt nguồn từ một tổ tiên chung phổ quát cuối cùng được chia sẻ duy nhất của sự sống (còn được gọi là Luca). Nếu có tổ tiên khác, họ không để lại con cháu. Những bằng chứng quan trọng ủng hộ sự tồn tại của LUCA. Tất cả sự sống trên Trái đất đều sử dụng cùng một mã di truyền, cụ thể là sự tương ứng giữa các nucleotide trong DNA được gọi là A, T, C và G—và axit amin mà chúng mã hóa trong protein. Ví dụ, trình tự của ba nucleotide ATG luôn tương ứng với axit amin methionine.

Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, có thể có nhiều biến thể mã di truyền hơn giữa các loài. Nhưng tất cả sự sống trên Trái đất đều sử dụng cùng một mã với một vài thay đổi nhỏ trong một số dòng dõi. Các con đường sinh hóa, chẳng hạn như những con đường được sử dụng để chuyển hóa thức ăn, cũng hỗ trợ sự tồn tại của LUCA; nhiều con đường độc lập có thể đã tiến hóa ở các tổ tiên khác nhau, tuy nhiên một số (chẳng hạn như những con đường được sử dụng để chuyển hóa đường) được chia sẻ trên tất cả các sinh vật sống. Tương tự như vậy, hàng trăm gen giống hệt nhau hiện diện trong các sinh vật sống khác nhau, điều này chỉ có thể được giải thích là do được thừa hưởng từ LUCA.

Sự hỗ trợ yêu thích của tôi dành cho LUCA đến từ Cây Sự Sống. Các phân tích độc lập, một số sử dụng giải phẫu, trao đổi chất hoặc trình tự di truyền, đã tiết lộ một mô hình liên quan có thứ bậc có thể được biểu diễn dưới dạng cây. Điều này cho thấy chúng ta có quan hệ họ hàng với tinh tinh nhiều hơn bất kỳ sinh vật sống nào khác trên Trái đất. Tinh tinh và chúng ta có quan hệ họ hàng nhiều hơn với khỉ đột, và cùng với đười ươi, v.v.

Bạn có thể chọn bất kỳ sinh vật ngẫu nhiên nào, từ rau diếp trong món salad của bạn đến vi khuẩn trong sữa chua hoạt tính sinh học của bạn và nếu bạn du hành ngược thời gian đủ xa, bạn sẽ chia sẻ một thực tế. tổ tiên chung. Đây không phải là một phép ẩn dụ, mà là một thực tế khoa học.

Đây là một trong những khái niệm khó hiểu nhất trong khoa học, sự thống nhất của sự sống của Darwin. Nếu bạn đang đọc văn bản này, bạn đang ở đây nhờ một chuỗi các sự kiện sinh sản không bị gián đoạn từ hàng tỷ năm trước. Thật thú vị khi nghĩ về sự sống liên tục xuất hiện trên hành tinh của chúng ta, hoặc ở những nơi khác, thậm chí còn thú vị hơn khi biết rằng chúng ta có liên quan đến tất cả các sinh vật sống trên hành tinh.Conversation

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: Giovanni Cancemi / Shutterstock.com

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt