Phát hiện mới giúp hoàn thiện thuyết tiến hóa trong lịch sử sự sống 3,5 tỉ năm
Các vi hóa thạch được tìm thấy ở Tây Úc cho thấy một bước nhảy vọt về mức độ phức tạp của sự sống trong Sự kiện oxy hóa lớn, điều đó cho chúng ta nhìn thấy rõ hơn sự tiến hóa ban đầu của các sinh vật đa bào.
Theo một nhóm nhà khoa học quốc tế, các vi hóa thạch từ Tây Úc có thể ghi lại bước nhảy vọt về mức độ phức tạp của sự sống trùng hợp với sự gia tăng lượng oxy trong bầu khí quyển và đại dương của Trái đất.
Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Geobiology, cung cấp một góc nhìn hiếm hoi về Sự kiện oxy hóa lớn, thời điểm cách đây khoảng 2,4 tỉ năm khi nồng độ oxy trên Trái đất tăng lên, làm thay đổi căn bản bề mặt hành tinh.
Các nhà khoa học luôn cho rằng sự kiện được giả định này đã gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt và mở ra cánh cửa cho sự phát triển của sự sống phức tạp hơn. Thế nhưng, họ có rất ít bằng chứng sơ cấp tồn tại trong hồ sơ hóa thạch trước khi phát hiện ra các vi hóa thạch mới. Do vậy, có thể coi đây là bằng chứng sơ cấp đầu tiên liên kết sự thay đổi môi trường Trái đất và sự sống phức tạp.
Tác giả Erica Barlow, nữ giáo sư tại Khoa Khoa học Địa chất tại bang Pennsylvania (Mỹ), cho biết: “Những gì chúng tôi trình bày là bằng chứng trực tiếp đầu tiên liên kết môi trường đang thay đổi trong Sự kiện oxy hóa lớn với sự gia tăng mức độ phức tạp của sự sống. Đây là điều đã được đưa ra trong giả thuyết trước đây, nhưng có rất ít hồ sơ hóa thạch nên khi đó chúng tôi chưa thể chứng thực nó”.
So sánh với các sinh vật và tảo hiện đại
Các nhà khoa học cho biết, khi so sánh với sinh vật hiện đại, các vi hóa thạch gần giống với một loại tảo hơn là sinh vật nhân sơ đơn giản, chẳng hạn như vi khuẩn, vốn tồn tại trước Sự kiện oxy hóa lớn. Tảo, cùng với tất cả các loài thực vật và động vật khác, là sinh vật nhân chuẩn với tế bào có cấu trúc phức tạp hơn sinh vật nhân sơ dù là thế hệ cuối.
Các nhà khoa học cho biết cần phải nghiên cứu thêm để xác định xem liệu các vi hóa thạch có bị sinh vật nhân chuẩn thế chỗ hay không, nhưng khả năng này sẽ có ý nghĩa rất quan trọng. Nó sẽ đẩy lùi sự tồn tại của sinh vật nhân chuẩn đã biết thông qua vi hóa thạch sớm hơn tới 750 triệu năm.
Barlow cho biết: “Các vi hóa thạch có sự tương đồng đáng chú ý với họ vi khuẩn Volvocaceae hiện đại. Điều này gợi ý rằng hóa thạch (ở Tây Úc) có thể là hóa thạch của sinh vật nhân chuẩn sơ khai. Đó là một phát hiện lớn và cần phải nỗ lực nhiều hơn, đồng thời nó đặt ra một câu hỏi thú vị mà cộng đồng sinh học có thể nghiên cứu và thử nghiệm”.
Barlow đã phát hiện ra tảng đá chứa các hóa thạch khi đang thực hiện nghiên cứu tại Đại học New South Wales (USNW) ở Úc và cô đã tiến hành công việc hiện tại như một phần của công việc tiến sĩ của mình tại UNSW và sau đó là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại bang Pennsylvania.
Sự sống giúp Trái đất khác với các hành tinh khác
Video đang HOT
Ý nghĩa và nghiên cứu trong tương lai
Christopher House, giáo sư khoa học địa chất tại bang Pennsylvania, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Những hóa thạch cụ thể này được bảo quản rất tốt, cho phép nghiên cứu kết hợp về hình thái, thành phần và độ phức tạp của chúng. Kết quả cung cấp một góc nhìn tuyệt vời và sống động về hình thái sinh quyển hàng tỉ năm trước”.
Các nhà khoa học đã phân tích thành phần hóa học cũng như thành phần đồng vị carbon của các vi hóa thạch và xác định carbon được tạo ra bởi các sinh vật sống, đồng thời xác nhận rằng các cấu trúc này thực sự là hóa thạch sinh học. Họ cũng khám phá ra những hiểu biết sâu sắc về môi trường sống, quá trình sinh sản và trao đổi chất của vi sinh vật.
Barlow đã so sánh các mẫu này với các vi hóa thạch từ trước Sự kiện oxy hóa lớn và không thể tìm thấy các sinh vật có thể so sánh được với vi hóa thạch mới phát hiện. Cô cho biết các vi hóa thạch mà cô tìm thấy lớn hơn và có cách tổ chức tế bào phức tạp hơn.
Barlow nhận định: “Hồ sơ mới dường như tiết lộ sự bùng nổ của sự sống cũng như sự đa dạng và phức tạp của sinh vật hóa thạch mà chúng ta tìm thấy ngày càng nhiều”.
Theo Barlow, so với sinh vật hiện đại, các vi hóa thạch có những điểm tương đồng rõ ràng với các khuẩn lạc tảo, gồm cả hình dạng, kích thước và sự phân bố. Thậm chí, có sự tương đồng trong cấu tạo bên trong từng tế bào và màng xung quanh.
Barlow nói: “Chúng có sự tương đồng đáng chú ý. Nhờ cách so sánh đó, chúng ta có thể nói những hóa thạch này có cấu trúc tương đối phức tạp. Chúng có những điểm tương đồng khá nổi bật với tảo hiện đại, điều mà chúng ta không hề có trong hồ sơ hóa thạch trước đây”.
Các nhà khoa học cho biết những phát hiện này có ý nghĩa đối với cả thời gian hình thành sự sống phức tạp trên Trái đất sơ khai. Đây là bằng chứng sớm nhất, không gây tranh cãi củng cố thêm cho giả thuyết sự sống trên Trái đất bắt nguồn từ 3,5 tỉ năm trước. Nó cũng phác thảo cho việc tìm kiếm sự sống ở nơi khác trong hệ mặt trời có thể tiết lộ điều gì.
Barlow nói: “Tôi nghĩ việc tìm thấy một hóa thạch tương đối lớn và phức tạp như vậy, cũng như tương đối sớm trong lịch sử sự sống trên Trái đất, khiến ta phải đặt ra câu hỏi: Nếu chúng ta tìm thấy sự sống ở nơi khác, thì đó có thể không chỉ là sự sống của vi khuẩn nhân sơ. Có khả năng sẽ có thứ gì đó phức tạp hơn, có thể là thứ gì đó ở cấp độ cao hơn một chút”. (ND: Có lẽ Barlow muốn ám chỉ đến việc tồn tại các sinh vật nhân chuẩn ở ngoài Trái đất mà con người có thể phát hiện).
Sự kiện oxy hóa lớn (GOE) là sự xuất hiện của dioxy (O2) trong bầu khí quyển của Trái Đất do sinh vật gây ra. Các bằng chứng địa chất, đồng vị, và hóa học cho thấy sự thay đổi lớn về môi trường này đã xảy ra khoảng 2,3 tỉ năm trước đây.
Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), xuất hiện trước GOE khoảng 200 triệu năm, đã thực hiện quang hợp và sản sinh ô xytự do. Vào lúc bắt đầu thì bất kỳ oxy tự do nào được sản sinh ra đều bị hấp thụ bởi hoặc chất hữu cơ (tức là oxy hóa các chất đó). Khi những chất trên cạn kiệt, oxy tự do bắt đầu được tích lũy trong môi trường và là thời điểm bắt đầu của GOE. Sau khi GOE, oxy tự do dư thừa bắt đầu tích lũy trong khí quyển.
Oxy tự do có hại với sinh vật kỵ khí, và khi nồng độ tăng cao có thể đã xóa sổ hầu hết cộng đồng sinh vật kỵ khí của Trái đất vào thời điểm đó. Do đó các vi khuẩn lam này chịu trách nhiệm cho một trong những sự kiện tuyệt chủng lớn nhất trong lịch sử Trái đất.
Cuối cùng, sinh vật hiếu khí bắt đầu phát triển, hấp thụ oxy và dẫn đến trạng thái cân bằng của oxy trong khí quyển.
Sự kiện oxy hóa lớn
Anh Tú
Phát hiện về bước ngoặt tiến hóa của tổ tiên chúng ta hàng tỉ năm trước
Ngày 7.6, các nhà khoa học đã công bố kết quả nghiên cứu về steroid nguyên thủy để giải quyết bí ẩn lâu nay về cách các dạng sống phức tạp đầu tiên phát triển.
Sinh vật tiến hóa từ sinh vật đơn bào lên các dạng sống phong phú như hiện giờ
Steroid nguyên thủy được phát hiện trong đá 1,6 tỉ năm t.uổi có thể giúp các nhà khoa học giải đáp bí ẩn lâu đời về sự tiến hóa của sự sống đơn bào. Các hợp chất này được tạo ra bởi các sinh vật nhân chuẩn, tức là các tế bào có nhân và các bào quan bên trong được bao bọc bởi màng. Sinh vật nhân chuẩn hiện đại bao gồm thực vật, nấm và động vật. Ngược lại, sinh vật nhân sơ - vi khuẩn và vi khuẩn cổ - thiếu những đặc điểm này. Dựa trên dữ liệu phân tử, các nhà nghiên cứu biết rằng sinh vật nhân chuẩn đơn bào đã tiến hóa lần đầu tiên cách đây ít nhất 2 tỉ năm, nhưng có rất ít hồ sơ hóa thạch về những ngày đầu tiên của chúng.
Đặc biệt khó hiểu là các steroid mà sinh vật nhân chuẩn tạo ra như một phần của màng của chúng không xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch cho đến khoảng 800 triệu năm trước. Tổ tiên chung gần nhất của sinh vật nhân chuẩn hiện đại (gồm cả con người chúng ta ngày nay) đã có mặt trên Trái đất cách đây khoảng 1,2 tỉ năm và các nhà khoa học cho rằng đó là nguồn gốc đã tạo ra các steroid này. Chính sự ngộ nhận đó dẫn đến nhầm lẫn về lý do tại sao chúng không xuất hiện trong đá cổ đại.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng họ đang tìm kiếm sai thứ. Thay vì tìm kiếm các hợp chất steroid có lớp vỏ như hiện tại, họ đã phát hiện ra t.iền chất từ các bước đầu tiên trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả của họ vào ngày 7.6 trên tạp chí Nature.
Tác giả đầu tiên của nghiên cứu Jochen Brocks, giáo sư tại Trường Nghiên cứu Khoa học Trái đất tại Đại học Quốc gia Úc, nói: "Nó (steroid nguyên thủy) giống một thứ thứ gì đó hiển nhiên xuất hiện hàng ngày nhưng chúng ta không 'nhìn thấy' nó". Nhưng một khi ta biết nó trông như thế nào, ta đột nhiên thấy nó ở khắp mọi nơi".
Giới sinh vật nhân thực
Sau khi các nhà nghiên cứu tìm ra phân tử nào cần tìm, họ đã tìm thấy chúng trên khắp các loại đá trầm tích từ 1 tỉ đến 1,6 tỉ năm trước. Brocks nói điều đó làm thay đổi bức tranh về những gì các nhà nghiên cứu tin tưởng về sự phong phú ban đầu của sinh vật nhân chuẩn (gồm 3 giới động vật, thực vật và nấm).
Ông nói: "Trước đây chúng tôi nghĩ rằng sinh vật nhân chuẩn có số lượng rất thấp hoặc bị hạn chế ở những môi trường cận biên nơi không thể tìm thấy hóa thạch phân tử. Bây giờ có vẻ như các dạng nguyên thủy hơn có thể khá phong phú ngay cả trong môi trường sống ngoài biển khơi".
Các hợp chất lần đầu được tìm thấy trong đá hình thành dưới đáy đại dương cổ đại, phát lộ lên mặt đất ở phía Bắc của Úc. Tuy nhiên, khi các nhà nghiên cứu mở rộng cuộc tìm kiếm những tảng đá hàng tỉ năm t.uổi trên toàn cầu, họ đã tìm thấy dấu vết của steroid cổ đại từ khắp nơi trên thế giới, gồm cả ở Tây Phi, Scandinavia và Trung Quốc.
Các mẫu cổ nhất có niên đại 1,64 tỉ năm; các nhà khoa học vẫn chưa tìm thấy những tảng đá cổ hơn được bảo quản đủ tốt để phân tích. Ngoài ra, Brocks nói trong hồ sơ dữ liệu của họ vẫn có một khoảng trống thời gian ở giai đoạn từ 800 triệu đến 1 tỉ năm trước, bởi vì có rất ít đá biển từ khoảng thời gian đó vẫn còn tồn tại. Tuy nhiên, thời kỳ đó lại nằm ngay giai đoạn mà sinh vật nhân chuẩn hiện đại có khả năng bắt đầu xuất hiện cao nhất. Do vậy điều quan trọng là phải lấp đầy những khoảng trống đó thì mới giải quyết hết các thắc mắc.
Bước ngoặt trong tiến hóa của sinh vật
Laura Katz, nhà sinh vật học tại Đại học Smith, người nghiên cứu sự tiến hóa của sinh vật nhân chuẩn nhưng không tham gia vào nghiên cứu, cho biết phát hiện mới là một "bước tiến đáng kể" trong việc bổ sung dữ liệu còn thiếu về sinh vật nhân chuẩn sơ khai.
Katz nói: "Báo cáo khoa học này đang giúp chúng tôi hiểu được những sinh vật nhân chuẩn ban đầu và giúp mường tượng chúng có thể trông như thế nào".
Andrew Roger, nhà sinh học phân tử tại Đại học Dalhousie ở Canada, người không tham gia nghiên cứu, cũng cho biết những sinh vật này tiến hóa trong một môi trường rất khác so với môi trường ngày nay. Roger cho biết bầu khí quyển của Trái đất mãi đến 2,4 tỉ năm trước mới chứa hàm lượng oxy đáng kể và mãi đến 650 triệu năm trước mới đạt đến mức oxy như hiện giờ.
Ông nói: "Mức độ oxy trong khí quyển có thể đóng một vai trò quan trọng trong thời điểm tiến hóa của sinh vật nhân thực, do hầu hết sinh vật nhân chuẩn sử dụng oxy trong quá trình trao đổi chất của chúng. Katz thậm chí cho biết còn có khả năng nhờ các steroid mới phát triển đã cho phép những sinh vật nhân chuẩn ban đầu di chuyển vào môi trường mới giàu oxy".
Đó chính là bước tiến đột phá để từ sinh vật đơn bào tiến hóa thành đa bào, thành động vật rồi thành con người chúng ta. Nên nhớ để tiến hóa từ vượn sang người thì chỉ mất hơn 3 triệu năm, nhưng để tiến hóa từ sinh vật đơn bào sang sinh vật đa bào thì chúng ta mất hàng tỉ năm.
Steroid là một loại hợp chất hữu cơ có chứa một sự sắp xếp đặc trưng của bốn vòng cycloalkane được nối với nhau. Ví dụ về các steroid bao gồm các chất béo ăn cholesterol, hormon s.inh d.ục estradiol và testosterone, và thuốc chống viêm dexamethasone. Lõi của steroid bao gồm 20 nguyên tử cacbon liên kết với nhau mang hình thức của bốn vòng hợp nhất: ba vòng cyclohexane (được xem như là vòng A, B, và C trong hình bên phải) và một vòng cyclopentane (vòng D). Các steroid khác nhau đối với từng nhóm chức năng gắn liền với cốt lõi bốn vòng và oxy hóa của các vòng.
Steroid là các hợp chất chất béo hữu cơ hòa tan có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp, có công thức từ 17 nguyên tử cacbon sắp xếp thành 4 vòng và bao gồm cả các sterol và axit mật, thượng thận, và kích thích tố giới tính. Một số steroid có nguồn gốc thiên nhiên như: hợp chất digitalis, và các t.iền chất của một số loại vitamine nhất định.
Sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu? Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, chủ đề 'nguồn gốc của sự sống' đã một lần nữa nhận được nhiều sự quan tâm và nghiên cứu. Tuy nhiên, ngay cả khi các nhà khoa học tiếp tục cố gắng, họ vẫn không thể đưa ra câu trả lời chắc chắn. Hiện nay,...
