Tien hoa

Bằng chứng tiến hoá
1. Sự tiến hoá có thể quan sát thấy trong tự nhiên.
Bằng chứng tiến hoá
1. Sự tiến hoá có thể quan sát thấy trong tự nhiên.

Trong mét sè tr­êng hîp ng­êi ta ®· quan s¸t thÊy quÇn thÓ tù nhiªn ®· thay ®æi qua thêi gian.
Sù ho¸ ®en c«ng nghiÖp ë b­ím s©u ®o b¹ch d­¬ng lµ mét vÝ dô vÒ sù thay ®æi h×nh th¸i.
1. Sự tiến hoá có thể quan sát thấy trong tự nhiên


Biến đổi di truyền thực sự là yếu tố quan trọng nhất đối với quá trình tiến hoá. Biến đổi di truyền rộng lớn đã được quan sát, cả trong phòng thí nghiệm và trong tự nhiên hoang dại.
Các thể đột biến quan sát thấy do tái tổ hợp, chuyển vị, xen vào của retrovirus; sự thay thế, mất, thêm nucleotid và sự sắp xếp lại NST: Đa bội, trao đổi chéo lệch, thêm đoạn, mất đoạn, chuyển đoạn, đảo đoạn nhiễm sắc thể.
Sự thay đổi chức năng là vô cùng quan trọng cho sự thay đổi tiến hóa lớn.

Các quan sát cho thấy nhiều cơ thể đã thu nhận những chức năng mới vốn không có từ trước đó.
* Vi khuẩn đã có thêm khả năng chống chịu đối với virus và kháng sinh.
* Vi khuẩn đã có khả năng tổng hợp một số axit amin mới.
* Một số sinh vật đơn bào có khả năng sử dụng ni lông và pentachlorophenol (cả hai đều là những chất nhân tạo), như là nguồn các bon duy nhất của chúng.
* Một số vi khuẩn đã tiến hoá và sống được ở những nơi có nhiệt độ mà chúng không thể sống trước đây...
1. Sự tiến hoá có thể quan sát thấy trong tự nhiên.


Sự tiến hoá cũng có thể được tạo ra bằng thực nghiệm đó là quá trình chọn lọc nhân tạo làm biến đổi sâu sắc và đưa đến sự đa dạng phong phú của nhiều giống vật nuôi và cây trồng hiện nay.
2. Bằng chứng hoá thạch

Bằng nghiên cứu hoá thạch, xác định tuổi tương đối và tuyệt đối, các nhà khoa học đã thu được các bằng chứng ủng hộ thuyết cho rằng loài biến đổi qua thời gian.
Để xác định rằng loài thay đổi các nhà khoa học so sánh tổ tiên chung, cấu trúc, sinh hoá và sự phát triển cá thể đang sống hiện nay.
Nghiên cứu loại bằng chứng này có thể cho thấy các loài có thể đã xuất hiện từ tổ tiên và biến đổi từ loài tổ tiên
Hóa thạch: bằng chứng của sự sống xa xưa
Sự hoá đá là một quá trình diễn ra chậm chạp
Sự phân tầng
Hình thành lớp lắng đọng trầm tích
Lớp cổ hơn hoá thạch cổ hơn
Thời gian địa chất
Dựa trên chuỗi các hoá thạch in các đá trầm tích
Hóa thạch: bằng chứng của sự sống xa xưa
Hóa thạch: bằng chứng của sự sống xa xưa
Hoá thạch dạng trung gian và dạng chuyển tiếp
Hình thái học có thể giúp dự đoán tổ tiên chung của các loài xem xét. Nếu tất cả các sinh vật đều có quan hệ về một tổ tiên chung, thì sẽ có hệ thống phát sinh lịch sử duy nhất cho tất cả các cơ thể
Đã phát hiện đầy đủ các hoá thạch chuyển tiếp từ khủng long tới chim mà không có chổ trống hình thái học nào.
Ví dụ phát hiện ra Archaeopteryx hoá thạch có cả các đặc điểm của chim và bò sát
Archaeopteryx hoá thạch
Bằng chứng tiến hoá
3. Bằng chứng giải phẫu so sánh.


Giải phẫu học so sánh
Xanh - Hile (1772-1844) - nhà động vật học lớn đồng thời là một nhà giải phẫu so sánh nổi tiếng đã chỉ ra thể thức cấu tạo thống nhất của động vật


Hình thái học so sánh
So sánh hình dạng và cấu trúc các cơ thể
Sự đa dạng hình thái
Do sự thay đổi hình dạng cơ thể của dạng tổ tiên chung
Sự đồng qui hình thái
Sự giống nhau về hình thành các phần của cơ thể thuộc các đơn vị phân loại xa nhau do áp lực của CLTN giống nhau.
Sự tương đồng
Sự tương tự về các bộ phận cơ thể trong các sinh vật khác nhau.
=> chúng là con cháu từ một tổ tiên chung
Sự tương tự
Sự tương tự về các phần cơ thể trong các sinh vật khác nhau.
=> áp lực môi trường tương tự
Các cấu trúc tương đồng
Chi trước của động vật có xương sống
a. Bò sát cổ; b.thằn lằn bay; c. gà; d. dơi; e. cá heo; f. chim cánh cụt; g. người
Các cấu trúc tương tự
Tương đồng ở mức phân tử
Sự tương đồng ở mức phân tử, biểu hiện ở nhiều protein có chức năng rất khác nhau nhưng giống nhau về trình tự axit amin và cấu trúc không gian.
Ví dụ: Lysozyme và lactallbumin. Lysozyme được xem là bức tường bảo vệ vì nó có tác dụng phá huỷ vách tế bào vi khuẩn, quan sát thấy ở tất cả các động vật. Lactalbumin có cấu trúc rất giống lysozyme nhưng chức năng của nó hoàn toàn khác. Lactalbumin liên quan đến sự tổng hợp lactose trong tuyến vú ở thú.
Tương đồng ở mức phân tử
Sự tương đồng là phổ biến trong các genome của các sinh vật Eukaryote:
Sự đổi mới thực sự về cấu trúc genome là rất hiếm.
Có tới hơn 40% genome của côn trùng là những gen dư thừa. Trung bình 70% số gen của bất cứ cơ thể nào cũng giống với cơ thể khác cho thấy hầu hết các gen đã được sử dụng lại cho sự tiến hoá các chức năng khác nhau trong những cơ thể khác nhau này
Tương tự ở mức phân tử
Cũng như sự tương đồng, sự tương tự cũng có thể phát hiện thấy ở cả mức vĩ mô của cơ thể và ở mức phân tử.
3 protease là subtilisin, carboxy peptidase II và chymotrypsin đều là những serine protease giống nhau cả về chức năng, nhóm xúc tác ở vị trí hoạt động giống nhau và cơ chế xúc tác cũng giống nhau nhưng chúng khác nhau về trình tự.
Cơ quan thoái hoá
Một số bằng chứng thuyết phục hơn cho sự tiến hoá là sự tồn tại các đặc điểm thoái hoá cả ở mức hình thái và phân tử.
Trong lịch sử tiến hoá lớn, các chức năng thiết yếu đã xuất hiện và mất đi. Do đó, nếu cho rằng các loài sinh vật có nguồn gốc chung và sự tiến hoá xảy ra từ từ, thì chúng ta có thể phán đoán rằng nhiều sinh vật tồn tại cấu trúc thoái hoá do không thực hiện chức năng.
Chân sau thoái hoá của cá voi là bằng chứng tiến hoá cho nguồn gốc tiến hoá của chúng từ loài tổ tiên ở cạn, di chuyển bằng 4 chân và ăn thịt. Cá voi cổ nhất là Pakicetus sống cách đây 54 triệu năm có 4 chân. ở người, các cơ quan thoái hoá như xương cụt là dấu vết của đuôi không được sử dụng.
Cơ quan thoái hoá
Hoá thạch cá voi Dorudon được xem như tổ tiên của cá voi hiện đại, sống cách đây khoảng 40 triệu năm trước. Dài khoảng 4-5m, có chi sau rất nhỏ.







Hình vẽ lại cấu trúc bộ xương cá voi cổ Dorudon atrox
Các đặc điểm thoái hoá cũng được phát hiện ở mức phân tử.
Con người không có khả năng tổng hợp axit ascorbic (vitamin C) và khi thiếu gây bệnh scobat. Tuy nhiên, tổ tiên loài người có chức năng này như ở hầu hết các động vật khác
=> mang bằng chứng của chức năng đã mất này như một đặc điểm thoái hoá ở mức phân tử.
Gần đây, gen L-gulano-g-lactone oxidase chịu trách nhiệm tổng hợp Vitamin C đã được phát hiện ở người. Gen này tồn tại như là một gen giả không thực hiện chức năng.
Kết quả phân tích trình tự gen giả này cho thấy rất giống nhau giữa người và tinh tinh, sau đó là giữa người với orangutan, cuối cùng là giữa người và macaque.
Một số gen thoái hoá ở người như RT6 protein gen, galactosyl transferase gen, tyrosinase-related gen (TYRL).
Hiện tượng lại giống.
Hiện tượng lại giống là có liên quan chặt chẻ với các cấu trúc thoái hoá. Đó là sự xuất hiện trở lại của một đặc điểm đã mất đặc trưng chỉ ở các tổ tiên tiến hoá mà không quan sát thấy ở dạng bố mẹ hoặc tổ tiên gần đây của cơ thể mang đặc điểm lại giống.
Sự xuất hiện của cơ quan lại giống có thể phán đoán nguồn gốc chung. Cũng như những cấu trúc thoái hoá, không một cơ thể nào có cấu trúc lại giống mà cấu trúc đó lại không phát hiện trước đó ở dạng tổ tiên xa xưa của chúng.
Sự lại giống tìm thấy ở cá voi.
Cá voi có xương đùi, xương chày và xương mác, một số có chân với đầy đủ ngón.
Nhiều trường hợp người có đuôi

4. Ph«i sinh häc so s¸nh

Các giai đoạn phát triển đầu tiên của phôi động vật có xương sống là rất giống nhau
Giống nhau về các giai đọan phát triển

4. Ph«i sinh häc so s¸nh

Von Baer cho rằng các giai đoạn phát triển phôi của cá thể giống với những giai đoạn phôi thai của những tổ tiên nó (hơn là giống với những tổ tiên trưởng thành của nó).
Hiểu biết quá trình phát sinh cá thể có thể phỏng đoán được con đường phát triển mà tổ tiên của chúng đã trải qua. Như vậy, phôi sinh học cung cấp những bằng chứng xác nhận và phỏng đoán sự tiến hóa.
Nh÷ng thay ®æi cña c¸c giai ®äan ph¸t triÓn
Xương sọ của người và hắc tinh tinh.
Những thay đổi về tốc độ sinh trưởng và thời gian các giai đoạn phát triển
5. Bằng chứng sinh hoá học so sánh
Tất cả các sinh vât tổng hợp ADN sử dụng chỉ 4 loại nucleotid (A, T, G, X) trong hàng chục loại nucleotid đã biết ( đã biết có ít nhất 99 loại nucleotid tự nhiên và nhiều loại được tổng hợp nhân tạo).
Tất cả các enzym xúc tác cho các phản ứng sinh hoá là những protein. Trường hợp hiếm có do phân tử ARN.
Protein của tất cả các cơ thể sống được tạo thành từ cùng 22 loại axit amin trong số 293 axit amin tự nhiên đã biết (Garavelli et al. 2001).
Trừ một vài ngoại lệ hiếm thấy, tất cả các cơ thể sống sử dụng mã di truyền giống nhau sự truyền đạt thông tin di truyền từ vật chất di truyền đến protein.
Bằng chứng sinh hoá học so sánh
Tất cả các cơ thể sống đã biết sử dụng các con đường trao đổi chất và các enzyme trao đổi chất tương tự nhau trong việc sử dụng các chất giàu năng lượng. Ví dụ: chu trình glycolysis, chu trình axit citric, chu trình photphorin hoá. Tất cả sinh vât eukaryote và số đông sinh vật prokaryote, chu trình glycolysis được thực hiện gồm 10 bước giống nhau, theo trật tự như nhau và sử dụng cùng 10 loại enzyme.
Tất cả các loài dự trử năng lượng dưới dạng phân tử adenosine triphosphate molecule (ATP).
Bằng chứng sinh hoá học so sánh
Đồng hồ phân tử
Các đột biến trung tính
Các so sánh protein
Cytochrome C
Các so sánh axit nuclêic
Sự bắt cặp bazơ của ADN hoặc ARN của một loài so với loài khác,.
Các so sánh axit nuclêic

Lai ADN
Hai loài càng gần nhau thì sự sai khác trình tự bazơ của phân tử ADN càng ít hay độ tương đồng di truyền càng lớn.
-Do thời gian tiến hoá giữa chúng chưa đủ dài để đột biến điểm xảy ra đưa đến sự sai khác.
- Khác với tốc độ tiến hoá hình thái, tốc độ tiến hoá phân tử được biết là ổn định (còn gọi là đồng hồ phân tử). Do đó, bằng cách so sánh các phân tử của các loài hiện tại có thể ước lượng được thời gian phân ly từ một tổ tiên chung của các loài đang xem xét, đặc biệt trong các trường hợp nghiên cứu nguồn gốc chung của các loài nhưng có quá ít hoặc thiếu đi những tư liệu hoá thạch.
Bằng phương pháp biến tính và hồi tính các ADN của các loài Linh trưởng đã xác định được khoảng thời gian phân ly giữa người và vượn hình người là 1 đến 5 triệu năm trước.
Các so sánh axit nuclêic

Lai ADN
Bằng phương pháp biến tính và hồi tính các ADN của các loài Linh trưởng đã xác định được khoảng thời gian phân ly giữa người và vượn hình người là 1 đến 5 triệu năm trước.
Kỹ thuật giải trình tự axit amin và sau đó là kỹ thuật giải trình tự ADN ra đời đã cung cấp những số liệu phân tử cho thấy mối quan hệ phát sinh chủng loại giữa các loài.
Các bằng chứng trình tự phân tử là đầy ấn tượng và không thể bắt bẻ được đối với sự liên quan phả hệ của tất cả sự sống.
Nhiêu bằng chứng trình tự phân tử của những cấu trúc di truyền xác định chức năng và không chức năng là rất có giá trị để xác định những mối quan hệ phát sinh chủng loại
Các so sánh axit nuclêic

So sánh các phân tử chức năng thường tiến hành với ARN ribosom, các protein phổ biến hay các gen phổ biến, ADN ti thể. So sánh những phân tử không có chức năng bao gồm so sánh các gen giả, các intron.
Thực tế cho thấy sự giống nhau chỉ ra mức độ quan hệ của các dạng so sánh. Các trình tự giống nhau hơn càng gần nhau hơn về chủng loại phát sinh..
Các so sánh axit nuclêic

Các so sánh protein

* Cytochrome c của khỉ và của bò là giống nhau hơn là cytochrome c khỉ và cá. Sự giống nhau và khác nhau như thế phán đoán mối quan hệ gần nhau của khỉ với bò hơn là với cá
Các so sánh protein
Cytochrome C
Tính phổ biến của cytochrome c là một bằng chứng cho thấy rằng tất cả các sinh vật hiếu khí có thể đã bắt nguồn từ một tổ tiên chung đã sử dụng cytochrome for hô hấp.
Các protein nhất định trong máu có trong tất cả các cơ thể cung cấp thêm bằng chứng cho thấy rằng các sinh vật này có nguồn gốc chung
So sánh trình tự axit amiỉntong chuỗi beta haemoglobin
Trình tự axit amin protein và trình tự ADN

Kỹ thuật giải trình tự phân tử cho phép có thể so sánh các loài ở những đơn vị phân loại khác nhau mà không nhất thiết phải có sự sai khác hình thái giưã chúng. Các phân tử thường được dùng để so sánh là các protein phổ biến hay các gen phổ biến (gen phổ biến có ở tất cả các cơ thể sống có bởi vì chúng thực hiện những chức năng sống rất cơ bản; không liên quan đến kiểu hình đặc trưng loài; có một số lượng rất lớn các trình tự.
Bằng chứng chức năng phân tử - Sự dư thừa ADN mã hoá
Protein cytochrom C ở tinh tinh và người là giống nhau. Hai trình tự DNA mã hoá cho cytochrom C ở người và tinh tinh khác bởi chỉ có 1 nucleotid ( sai khác 0.3 %), dù có tới 1046 trình tự khác nhau có thể mã hoá cho protein này.
Bằng chứng Phân tử - Transposons
Bằng chứng Phân tử - Pseudogenes
Phân tử không có chức năng khác cung cấp bằng chứng cho tổ tiên chung là các gen giả (pseudogenes).
Chức năng phân tử kém tối ưu
Nguyên lý thiết kế không hoàn hảo cần được áp dụng vào các tổ chức phân tử sinh học.
Giải trình tự genom của người gần đây, đã phát hiện ra rằng chỉ chưa đầy 2 % DNA trong genom người được sử dụng để tổng hợp protein
5. Bằng chứng miễn dịch học
Nghiên cứu miễn dịch học cũng cung cấp một phương pháp ước lượng gián tiếp mức độ tương đồng protein trong các loài khác nhau.
Trên cơ sở kết quả phản ứng kháng nguyên và kháng thể được biểu hiện ở mức độ ngưng kết để ước lượng khoảng cách miễn dịch học (immunological distance). Khoảng cách miễn dịch phản ánh số thay thế axit amin giữa 2 nhóm động vật so sánh. Các loài càng xa nhau về quan hệ phát sinh càng có khoảng cách miễn dịch lớn.
7. Bằng chứng địa sinh học hiện đại

V× sù ph©n ly loµi x¶y ra kh«ng ph¶i chØ trong thêi gian, mµ c¶ trong kh«ng gian, tæ tiªn chung b¾t nguån trong mét vÞ trÝ ®Þa lý cô thÓ. V× thÕ, sù ph©n bè ®Þa lý vµ kh«ng gian cña c¸c loµi lµ phï hîp víi nh÷ng mèi quan hÖ ph¶ hÖ ®­îc dù ®o¸n cña chóng. Sù ph©n bè ®Þa sinh häc hiÖn t¹i cña c¸c loµi ph¶i ph¶n chiÕu lÞch sö nguån gèc cña chóng.
Tr¸i ®Êt ®­îc ph©n chia thµnh c¸c ®¹i lôc chÝnh, mçi vïng nµy cã nh÷ng d¹ng sinh vËt ®Æc thï riªng
Víi mét vµi ngo¹i lÖ, thó cã tói chØ sèng ë Australia. §éng vËt cã vó thùc tÕ lµ v¾ng mÆt ë Australia, con
Nhận dạng loài trong quá khứ và hiện tại
Nguyên tắc phân loại
Đặt tên loài
Hệ thống tên kép
Giống (Genus) và loài (Species)
Các đơn vị phân loại cao hơn
Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum) và Giới (Kingdom)
Phát hiện các mối quan hệ tiến hoá giữa các loài
Phân loại học truyền thống

Phân loại học phân nhánh
(Cladisitics)
Có bao nhiêu giới sinh vật?
Sơ đồ 5 giới theo Whittaker
Giới khởi sinh, Monera
Giới nguyên sinh, Protista
Giới nấm, Fungi
Giới thực vật, Plantae
Giới động vật, Animalia
Sơ đồ hệ thống 6 giới
Carl Woese
Bao gåm c¶ Archaebacteria
Sơ đồ 3 lãnh giới
Được đề xuất bởi các nhà vi sinh vật học
Vi khuẩn, Eubacteria
Cổ khuẩn, Archaebacteria
Sinh vật nhân thật, Eukaryotes
Trái đất thay đổi
Kiến tạo địa tầng học
Thuyết cho rằng các tầng đá của vỏ trái đất chuyển động lơ lững dưới lớp vỏ
Các phiến đá chuyển động và các lục địa trôi dạt sang vị trí mới qua thời gian
Early supercontinents
Gondwana
Pangea
Xác định thời gian phóng xạ
Thời gian bán rã phóng xạ (chu kì bán huỷ; thời gian bán huỷ) là quảng thời gian trung bình cần thiết để một nữa lượng bất kì chất đồng vị phóng xạ bị phân rã
Những khái niệm quan trọng:
Tất cả các loài có mối quan hệ với nhau
Tiến hoá lớn đề cập tới mô hình, hướng và tốc độ thay đổi giữa các dòng giống qua thời gian địa chất
Các hoá thạch và địa tầng lưu lại, các số liệu phóng xạ các mẫu đá cung cấp các bằng chứng tiến hoá lớn
Giải phẫu so sánh giúp tái tạo mô hình của sự biến đổi qua thời gian
Sinh hoá so sánh cũng cung cấp bằng chứng tiến hoá lớn
Tính đa dạng đặc trưng cho sự phân bố của loài qua thời gian
Sự phân loại quan tâm đến việc xác định và đặt tên loài mới
Vài kết luận
Tiến hoá lớn (Macroevolution) nghiên cứu mô hình, hướng và tốc độ thay đổi trong các nhóm loài qua thời gian dài
Có nhiều bằng chứng tiến hoá dựa trên sự giống và khác nhau về hình dạng, chức năng, tập tính và sinh hoá
Tính đầy đủ của các hoá thạch lưu lại là có thể thay đổi được
Hoá thạch và địa tầng chỉ ra rằng những thay đổi như thế đã ảnh hưởng tiến hoá
Hình thái học so sánh phát hiện sự tương tự trong phát triển phôi và các cấu trúc tương đồng xác định
Hoá sinh học so sánh nhận ra sự giống nhau và khác nhau giữa các loài
Các nhà phân loại học nhận dạng, đặt tên và phân loại các loài