Lý thuyết Tiến hoá lớn và quá trình phát sinh chủng loại (Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 22)

Với tóm tắt lý thuyết Sinh 12 Bài 22: Tiến hoá lớn và quá trình phát sinh chủng loại hay nhất, ngắn gọn sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Sinh học 12.

Lý thuyết Tiến hoá lớn và quá trình phát sinh chủng loại (Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 22)

TRẮC NGHIỆM ONLINE

I. TIẾN HOÁ LỚN

- Tiến hoá lớn là quá trình tiến hoá hình thành loài và các đơn vị phân loại trên loài (chi, bộ, họ,...) và toàn bộ sinh giới.

Minh họa cho quá trình tiến hóa lớn

- Tiến hoá lớn diễn ra trên quy mô rộng lớn, thời gian lịch sử lâu dài nên không thể chứng minh bằng thực nghiệm mà được xác định dựa trên các bằng chứng hoá thạch, phân tử, hình thái, giải phẫu học so sánh và phương pháp suy luận về mối quan hệ tiến hoá giữa các loài.

- Một số ví dụ về các quá trình tiến hoá lớn: các biến đổi hình thành sinh vật nhân thực từ sinh vật nhân sơ; sự hình thành cấu trúc xương chi khi động vật chuyển từ nước lên cạn; sự tiến hoá của não bộ ở động vật có xương sống;...

* Phân biệt tiến hoá lớn với tiến hoá nhỏ:

Tiêu chí	Tiến hóa nhỏ	Tiến hóa lớn
Khái niệm	Là quá trình thay đổi tần số allele và tần số các kiểu gene của quần thể từ thế hệ này sang thế hệ khác, có thể dẫn đến làm xuất hiện loài mới.	Là quá trình hình thành loài và các đơn vị phân loại trên loài (chi, họ, bộ,...) và toàn bộ sinh giới.
Kết quả	Phần lớn tạo nên các loài mới có đặc điểm khác biệt không nhiều nên vẫn thuộc cùng một chi.	Tạo nên loài mới có đặc điểm khác biệt nhiều đến mức có thể xếp vào những đơn vị trên loài.
Quy mô và thời gian	Xảy ra trong quy mô địa lí tương đối hẹp, thời gian lịch sử tương đối ngắn.	Xảy ra trong quy mô địa lí rộng lớn và thời gian lịch sử lâu dài.
Phương pháp nghiên cứu	Có thể nghiên cứu bằng thực nghiệm.	Không thể nghiên cứu bằng thực nghiệm chỉ có thể nghiên cứu gián tiếp bằng các bằng chứng tiến hóa.

→ Ranh giới giữa tiến hóa lớn và tiến hóa nhỏ là sự hình thành loài mới.

II. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT

- Phần lớn các nhà sinh học tin rằng, sự tiến hoá của sinh giới được chia thành ba giai đoạn: tiến hoá hoá học, tiến hoá tiền sinh học và tiến hoá sinh học.

Các sự kiện chính trong ba giai đoạn tiến hoá sự sống trên Trái Đất

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 trên Trái Đất cách đây hơn bốn tỉ năm.

- Có một số giả thuyết khoa học giải thích về tiến hoá hoá học:

a. Giả thuyết súp tiền sinh học

- Vào những năm 1920, Oparin, nhà sinh hoá học người Nga và Haldane, nhà sinh lí học và di truyền học người Scotland đã cùng đề xuất học thuyết cho rằng các hợp chất hữu cơ đơn giản như đường đơn, nucleotide base, các amino acid có thể hình thành một cách tự phát từ các chất vô cơ trên bề mặt trái đất (trong đại dương nước nông) với nguồn năng lượng từ sấm sét, núi lửa phun trào, bức xạ tử ngoại từ Mặt Trời.

- Học thuyết này đã được các nhà hoá sinh học của Mỹ là Stanley Miller và Harold Urey làm thí nghiệm kiểm chứng vào năm 1950. Họ đã tạo ra bầu khí quyển nguyên thuỷ của Trái Đất trong phòng thí nghiệm và nguồn năng lượng điện được dùng mô phỏng hiện tượng sấm sét thời tiền sử. Sau một tuần thí nghiệm, các nhà khoa học đã phát hiện thấy, 15% lượng carbon trong khí methane đã được chuyển thành các hợp chất hữu cơ đơn giản khác như formaldehyde (CH₂​O) và hydrogen cyanide (HCN). Các chất này sau đó kết hợp với nhau tạo ra một số phân tử hữu cơ đơn giản như formic acid (HCOOH), urea (NH₂​CONH₂​) và một số hợp chất hữu cơ phức tạp hơn như amino acid glycine và alanine.

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

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

- Một số nhà khoa học cũng cho rằng 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 đã được tìm thấy trong các thiên thạch rơi xuống Trái Đất ủng hộ cho giả thuyết này. Ví dụ: Hoá thạch có tên là Murchison 4,5 tỉ năm tuổi rơi xuống Australia năm 1969 có chứa hơn 80 amino acid, lipid, đường đơn và uracil.

* Vật chất di truyền đầu tiên được hình thành được cho là RNA được tạo thành từ quá trình trùng ngưng các đơn phân nucleotide do RNA có thể tự nhân đôi và các đơn phân nucleotide có thể tự tập hợp thành các đoạn RNA ngắn mà không cần đến sự tham gia của enzyme (protein).

2. Tiến hoá tiền sinh học

- Tiến hoá tiền sinh học là giai đoạn tiến hoá hình thành nên các tế bào sơ khai trên Trái Đất và được cho là đã xuất hiện cách đây 4,2 – 3,8 tỉ năm. Kết quả của quá trình tiến hoá này hình thành nên tế bào nhân sơ đầu tiên trên Trái Đất.

- Giả thuyết về cơ chế của tiến hoá tiền sinh học: Khi các phân tử lipid, đặc biệt là phospholipid ở trong nước tạo nên lớp màng bao bọc lấy các phân tử hữu cơ sẽ hình thành nên cấu trúc được gọi là protobiont hay các siêu giọt (microsphere). Những protobiont nào chứa tập hợp các đại phân tử hữu cơ khiến nó có được khả năng tăng kích thước; khả năng chuyển hoá vật chất và năng lượng; có thể phân đôi (sinh sản) thì sẽ hình thành nên tế bào sơ khai.

- Bằng chứng ủng hộ giả thuyết này là những thí nghiệm tổng hợp nhân tạo các protobiont có biểu hiện nhiều đặc điểm giống với tế bào và có thể phân chia kiểu phân đôi, thậm chí có thể chuyển hoá vật chất và năng lượng.

Protobiont

3. Tiến hoá sinh học

- Tiến hoá sinh học được bắt đầu từ khi tế bào được hình thành và có thể đã diễn ra cách đây ít nhất 3,5 tỉ năm dựa vào hóa thạch cổ nhất của tế bào nhân sơ.

- Cơ chế tiến hoá sinh học:

+ Dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, các tế bào nguyên thuỷ tiến hoá thành sinh vật đơn bào nhân sơ, xuất hiện khoảng 3,5 tỉ năm trước, bao gồm vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

+ Các tế bào nhân sơ sau đó đã tiến hoá thành tế bào nhân thực và hoá thạch tế bào nhân thực cổ nhất được phát hiện cách đây 1,8 tỉ năm. Bằng chứng cho rằng, 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. Giả thuyết nội cộng sinh cho rằng, ở các giai đoạn tiến hoá khác nhau, các tế bào nhân thực sơ khai đã thực bào vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn lam hình thành ti thể và lục lạp. Hiện nay, có nhiều bằng chứng sinh học phân tử và tế bào ủng hộ thuyết nội cộng sinh.

Tiến hoá hình thành lưới nội chất và màng nhân do sự gấp nếp của màng tế bào và nội cộng sinh hình thành nên ti thể và lục lạp của tế bào nhân thực

+ Các sinh vật nhân thực đơn bào sau đó tiếp tục tiến hoá thành các sinh vật đa bào khác nhau theo quy luật tiến hoá sinh học, tạo ra toàn bộ sinh giới như hiện nay.

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

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

- Các sự kiện biến đổi địa chất và sự xuất hiện của các loài sinh vật sau đó là những bằng chứng về quá trình tiến hoá lớn dẫn đến toàn bộ sinh giới như ngày nay.

+ Sự phát triển của sinh vật trải qua năm đại: Đại Archean (Thái cổ) → Đại Proterozoic (Nguyên sinh) → Đại Paleozoic (Cổ sinh) → Đại Mesozoic (Trung sinh) → Đại Cenozoic (Tân sinh). Mỗi đại địa chất đại diện cho một giai đoạn riêng biệt trong lịch sử của Trái Đất với các sinh vật đặc trưng.

+ Ranh giới giữa các đại hoặc các kỉ thường là các giai đoạn có những biến đổi của Trái Đất làm cho sinh vật bị tuyệt chủng hàng loạt và sau đó là bắt đầu một giai đoạn tiến hóa mới của các sinh vật sống sót. Các sinh vật sống sót tiến hóa và bước vào giai đoạn bùng nổ, phát sinh các loài mới và chiếm lĩnh các ổ sinh thái còn trống.

+ Đại đa số các loài sinh vật đã từng sống nay đã tuyệt chủng. Lí do dẫn đến tuyệt chủng các loài sinh vật là nơi sống bị hủy hoặc môi trường sống bị thay đổi, không còn thích hợp hoặc trong một số trường hợp, sự phát sinh mạnh mẽ của một loài cũng có thể dẫn đến sự diệt vong của loài khác.

+ Có tổng số năm lần tuyệt chủng hàng loạt đã được nghiên cứu và minh chứng. Điển hình nhất là hai lần tuyệt chủng hàng loạt ở kỉ Permian và kỉ Phấn trắng (Cretaceous). Ở kỉ Permian, khoảng 96% các loài động vật biển bị tuyệt chủng, làm thay đổi mạnh sự sống ở đại dương. Ở kỉ Phấn trắng, trên 50% các loài sinh vật biển, rất nhiều họ thực vật và động vật trên cạn bao gồm hầu hết các loài khủng long bị tuyệt chủng.

Tóm tắt các đại địa chất cùng các mốc xuất hiện và phát triển của các loài sinh vật trên Trái Đất

IV. SƠ ĐỒ CÂY SỰ SỐNG

- Khái niệm:

+ Sơ đồ cây sự sống hay sơ đồ phát sinh chủng loại là một sơ đồ hình cây phân nhánh thể hiện sự phát sinh của các loài trong quá trình tiến hoá.

Cây phát sinh chủng loại của một số nhóm sinh vật

+ Phát sinh chủng loại là lịch sử hình thành các đơn vị phân loại từ tổ tiên chung và mối quan hệ tiến hoá của chúng.

- Đặc điểm:

+ Trong sơ đồ cây sự sống, từ một gốc chung toả ra các cành, trên các cành lại có các nhánh. Thứ tự phân nhánh ở cây phát sinh chủng loại cho thấy quan hệ tiến hoá gần gũi giữa các nhóm sinh vật và tổ tiên chung gần nhất của chúng.

+ 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 các kiểu gene của quần thể, đến một mức độ nào đó nếu xuất hiện sự cách li sinh sản giữa các quần thể thì loài mới xuất hiện. Những biến đổi địa chất lớn xảy ra qua hàng triệu, hàng tỉ năm trong tiến hoá lớn dẫn đến các sinh vật bị huỷ diệt hàng loạt, sau đó lại phát sinh và phát triển thành nhiều loài mới với các đặc điểm khác biệt đến mức các nhà sinh học xếp chúng vào những đơn vị phân loại trên loài.

+ Sơ đồ cây sự sống hay sơ đồ phát sinh chủng loại chỉ mang tính giả thuyết và có thể thay đổi theo thời gian khi các nhà khoa học tìm kiếm thêm được các bằng chứng mới.

- Cách xây dựng: Các đặc điểm tương đồng cho biết nguồn gốc, tổ tiên chung của các đơn vị phân loại. Do đó, cây phát sinh chủng loại được dựa trên việc sử dụng các đặc điểm tương đồng ở mọi cấp độ: phân tử (DNA, protein), nhiễm sắc thể, tế bào, hình thái, giải phẫu, tập tính,... của các đơn vị phân loại.

+ Dựa vào các bằng chứng tiến hoá, đặc biệt là các bằng chứng phân tử, phần lớn các nhà sinh học hiện nay đều cho rằng toàn bộ sinh giới ngày nay được tiến hoá từ một tổ tiên chung qua quá trình được gọi là phát sinh chủng loại.

+ Dựa trên các bằng chứng phân tử (sự giống nhau về rRNA của các sinh vật), các nhà khoa học đã chia thế giới sống hiện nay thành ba nhóm lớn gọi là các lãnh giới hay miền (domain) và cả ba đều được tiến hoá từ tổ tiên chung.

+ Tuy vậy, do ở giai đoạn tiền sử, giữa các sinh vật thuộc các nhánh tiến hoá khác nhau đã có sự truyền gene từ loài này sang loài khác (qua biến nạp, tải nạp, tiếp hợp và thực bào) nên việc xác định tổ tiên chung của tất cả các loài trên Trái Đất là không thể thực hiện được.

Sơ đồ cây sự sống: Lãnh giới Sinh vật nhân thực, Archaea và lãnh giới Vi khuẩn cùng được phát sinh từ quần thể các tế bào tổ tiên và đã có sự truyền gene qua lại giữa các lãnh giới

V. QUÁ TRÌNH PHÁT SINH LOÀI NGƯỜI

- Trong quá trình phát sinh loài người có sự chi phối của các nhân tố sinh học (biến dị di truyền, chọn lọc tự nhiên,…) và các nhân tố xã hội (lao động, tiếng nói, ý thức,…).

- Quá trình phát sinh loài người có thể chia thành ba giai đoạn với các đặc điểm riêng:

Sơ đồ cây phát sinh chủng loại loài người

(Cột số bên phải thể hiện thời gian tiến hoá - từ 6 triệu năm trước đến hiện tại)

- Giai đoạn người vượn Ardipithecus: Loài Ardipithecus ramidus có tuổi hóa thạch cách đây khoảng 4,4 triệu năm và được cho là loài tổ tiên cổ nhất trong nhánh tiến hóa người. Các đặc điểm về hộp sọ, răng, cấu trúc xương chậu và ngón tay cho thấy, Ardipithecus ramidus là loài ăn tạp, có dáng đi thẳng nhưng cũng 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) với 4 - 5 loài người vượn nhỏ, có dáng đi thẳng, sống cách đây 4 - 2,5 triệu năm. Trong số các loài hoá thạch này có loài Australopithecus afarensis được phát hiện ở châu Phi với tên gọi là “Lucy”.

+ Đặc điểm sinh học: Đi thẳng người trên hai chi sau, khung xương chậu hỗ trợ cho dáng đi thẳng cũng như leo trèo, có ngón tay cái to dài và linh hoạt giống với người hiện đại, thể tích hộp sọ khoảng 850 – 1100 cm³.

+ Công cụ lao động: Sử dụng công cụ có sẵn: cành cây, hòn đá, mảnh xương thú,… để tự vệ và tấn công.

Vượn người Australopitehcus

- Giai đoạn chi Homo: Từ chi Australopithecus hình thành nên chi Homo. Chi Homo gồm nhiều loài có kích thước cơ thể và não lớn hơn so với những loài thuộc chi Australopithecus và đã biết sử dụng công cụ bằng đá. Tất cả những loài thuộc chi Homo đều được gọi là loài người và sống cách đây từ 2,5 triệu năm đến 500 000 năm. Những loài Homo tiến hoá sau có răng nhỏ, hộp sọ lớn, hàm nhẹ và ít nhô ra phía trước.

Cụ thể: Từ H. erectus, một nhánh tiến hoá là H. heidelbergensis di cư khỏi châu Phi tới châu Âu, sau đó hình thành người cổ Neanderthal và người cổ Denisovans khoảng 400 nghìn năm trước. Một quần thể khác của H. heidelbergensis ở cận Sahara, châu Phi tiến hoá thành H. sapiens vào khoảng 200 – 100 nghìn năm trước. Cách đây khoảng 60 nghìn năm, H. sapiens di cư khỏi châu Phi với chỉ khoảng 2 000 người và trở thành loài người hiện đại với khoảng hơn 8 tỉ người trên Trái Đất ngày nay.

+ Homo habilis (người khéo léo): Loài xuất hiện sớm nhất trong số các loài thuộc chi Homo là loài người khéo léo (Homo habilis), khoảng 2,5 triệu năm trước.

Đặc điểm sinh học: Họ sống thành đàn, dáng đi thẳng đứng; tay có khả năng cầm, nắm; chân có cấu trúc giống chân người hiện đại; thể tích hộp sọ khoảng 600 – 800 cm³.

Công cụ lao động: Biết chế tác, sử dụng công cụ bằng đá. Đời sống dựa vào săn bắt một số động vật nhỏ và thu hái quả, hạt, củ, lá cây làm thức ăn.

Đặc điểm xã hội: Bắt đầu có phân công xã hội giữa nam và nữ.

Homo habilis

+ Người đứng thẳng (giai đoạn đầu là Homo ergaster ở châu Phi, tiếp theo là Homo erectus): Người đứng thẳng xuất hiện khoảng 1,9 triệu năm trước, tồn tại trong khoảng 1,8 triệu năm sau đó. Họ đi thẳng, nhanh nhẹn; sống theo tổ chức xã hội, chưa có nghi thức tôn giáo. Hầu hết các nhà nghiên cứu đều cho rằng Homo erectus là tổ tiên chung của các dạng người cổ và người hiện đại.

Homo erectus

+ Homo neanderthalensis (người Neanderthal, người cận đại): Tồn tại cách đây 30 000 - 150 000 năm, là loài người thay thế cho Homo erectus. Người Neanderthal không phải tổ tiên của người hiện đại mà là một nhánh phát triển trong chi Homo.

Đặc điểm sinh học: Người Neanderthal có tầm vóc trung bình 155 cm, đi thẳng gần như người hiện đại, có hộp sọ trung bình 1 450 cm³, lớn hơn 8 % so với người hiện đại, có xương hàm gần giống với người hiện đại, có lồi cằm (có thể đã có tiếng nói).

Công cụ lao động: Công cụ phong phú, chủ yếu bằng đá silic. Họ đã biết dùng lửa nhân tạo, sống săn bắt và hái lượm.

Đặc điểm xã hội: Sống thành đàn trong các hang, bước đầu họ có đời sống văn hóa.

+ Homo sapiens (người tinh khôn): Xuất hiện cách đây lên đến 300 000 - 200 000 năm.

Đặc điểm sinh học: Có hình thái và bộ xương khác hẳn người Neanderthal, giống như người hiện đại; hàm dưới có lồi cằm rõ chứng tỏ tiếng nói đã phát triển. Thể tích hộp sọ của người hiện đại khoảng từ 1 000 - 1 850 cm³.

Công cụ lao động: Họ đã biết chế tạo và sử dụng nhiều công cụ tinh xảo bằng đá, xương, sừng,...

Đặc điểm xã hội: Sống theo bộ lạc, có nền văn hóa phức tạp, có mầm mống mĩ thuật và tôn giáo.

→ Nhánh tiến hoá Neanderthals/Denisova và nhánh hình thành nên loài người hiện đại Homo sapiens tách nhau ra từ tổ tiên chung cách đây 550 000 – 760 000 năm. Tất cả các loài trong nhánh tiến hoá của loài người đều đã tuyệt chủng, chỉ còn tồn tại duy nhất người hiện đại Homo sapiens.

TRẮC NGHIỆM ONLINE

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Sinh học lớp 12 Kết nối tri thức hay khác:

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 21: Học thuyết tiến hoá tổng hợp hiện đại

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 23: Môi trường và các nhân tố sinh thái

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 24: Sinh thái học quần thể

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 25: Thực hành: Xác định một số đặc trưng của quần thể

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 26: Quần xã sinh vật

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 27: Thực hành: Tìm hiểu cấu trúc dinh dưỡng của quần xã trong tự nhiên

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

• Giải sgk Sinh học 12 Kết nối tri thức
• Giải Chuyên đề Sinh 12 Kết nối tri thức
• Giải SBT Sinh học 12 Kết nối tri thức
• Giải lớp 12 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 12 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 12 Cánh diều (các môn học)

---