Sinh học cuộc sống

Sự tiến hóa và lịch sử sự sống trên Trái đất

Di truyền

Bằng chứng là quá sức cho thấy tất cả sự sống trên Trái đất đã phát triển từ tổ tiên chung trong một chuỗi không bị phá vỡ kể từ khi bắt nguồn. Nguyên lý tiến hóa của Darwin được tóm tắt bởi các sự kiện sau đây. Tất cả sự sống có xu hướng tăng lên: nhiều sinh vật được thụ thai, sinh ra, nở ra, nảy mầm từ hạt giống, nảy mầm từ bào tử hoặc được sản xuất bởi sự phân chia tế bào (hoặc các phương tiện khác) hơn có thể tồn tại. Mỗi sinh vật được sản xuất khác nhau, tuy nhiên rất ít, theo một cách nào đó có thể đo lường được từ họ hàng của nó. Trong bất kỳ môi trường nhất định tại bất kỳ thời điểm nào, những biến thể phù hợp nhất với môi trường đó sẽ có xu hướng để lại nhiều con cái hơn các biến thể khác. Con cháu giống với tổ tiên của chúng. Các sinh vật biến thể sẽ để lại con cái như mình. Do đó, các sinh vật sẽ phân kỳ từ tổ tiên của họ với thời gian. Thuật ngữ chọn lọc tự nhiên là viết tắt để nói rằng tất cả các sinh vật không sống sót để để lại con cái có cùng xác suất. Những người còn sống ngày nay đã được lựa chọn liên quan đến những người tương tự không bao giờ sống sót hoặc được điều trị. Tất cả các sinh vật trên Trái đất ngày nay đều phát triển như nhau vì tất cả đều có chung một tổ tiên nguyên thủy cổ xưa, những người phải đối mặt với vô số mối đe dọa đối với sự sống còn của họ. Tất cả đã tồn tại từ khoảng 3,7 tỷ đến 3,5 tỷ năm trước trong Archean Eon (4 tỷ đến 2,5 tỷ năm trước), sản phẩm của quá trình tiến hóa vĩ đại với các cơ sở sinh học phân tử giống hệt nhau. Bởi vì môi trường của Trái đất rất đa dạng, các chi tiết cụ thể của lịch sử tiến hóa của bất kỳ sinh vật nào khác với các loài khác mặc dù có sự tương đồng về hóa học.

Hội tụ

Ở mọi nơi môi trường của Trái đất không đồng nhất. Núi, đại dương và sa mạc chịu sự khắc nghiệt của nhiệt độ, độ ẩm và nguồn nước. Tất cả các hệ sinh thái đều chứa các môi trường vi mô đa dạng: ví dụ như các đại dương giàu oxy, các loại đất giàu sunfua hoặc amoniac, các khoáng chất có hàm lượng phóng xạ cao, hoặc đun sôi các suối giàu hữu cơ. Bên cạnh những yếu tố vật lý này, môi trường của bất kỳ sinh vật nào cũng liên quan đến các sinh vật khác trong môi trường xung quanh. Đối với mỗi điều kiện môi trường, có một hốc sinh thái tương ứng. Sự đa dạng của các hốc sinh thái cư trú trên Trái đất là khá đáng chú ý. Ngay cả những vết nứt ướt trong đá granit cũng được hoàn thiện với đá vi khuẩn ăn đá. Các hốc sinh thái trong lịch sử cuộc sống đã được lấp đầy độc lập nhiều lần. Ví dụ, khá giống với sói động vật có vú bình thường là sói có túi, thylacine (tuyệt chủng từ năm 1936) sống ở Úc; hai động vật có vú ăn thịt có sự tương đồng đáng kinh ngạc về ngoại hình và hành vi. Hình dạng được sắp xếp hợp lý tương tự cho chuyển động biển tốc độ cao phát triển độc lập ít nhất bốn lần: ở Stenopterygius và các loài bò sát Mesozoi khác; trong cá ngừ, đó là cá; và trong cá heo và hải cẩu, đó là động vật có vú. Sự tiến hóa hội tụ ở dạng thủy động lực phát sinh từ thực tế là chỉ có một phạm vi giải pháp hẹp cho vấn đề chuyển động biển tốc độ cao của động vật lớn tồn tại. Mắt, một thụ thể ánh sáng tạo ra một hình ảnh, đã phát triển độc lập hơn hai chục lần không chỉ ở động vật trên Earthbut trong các chất bảo vệ như dinomastigote Erythropsodinium. Rõ ràng cấu trúc mí mắt giải quyết tốt nhất vấn đề ghi hình. Khi vật lý hoặc hóa học thiết lập một giải pháp hiệu quả nhất cho một vấn đề sinh thái nhất định, sự tiến hóa trong các dòng riêng biệt thường sẽ có xu hướng hướng tới các giải pháp tương tự, gần giống nhau. Hiện tượng này được gọi là tiến hóa hội tụ.

Thế hệ tự phát

Cuộc sống cuối cùng là một quá trình vật chất phát sinh từ một hệ thống vật chất không tồn tại một cách tự nhiên và ít nhất một lần trong quá khứ xa xôi. Làm thế nào cuộc sống bắt nguồn được thảo luận dưới đây. Tuy nhiên, không có bằng chứng cho thế hệ tự phát bây giờ có thể được trích dẫn. Thế hệ tự phát, còn được gọi là abiogenesis, quá trình giả thuyết mà các sinh vật sống phát triển từ vật chất không sinh tồn, phải bị từ chối. Theo lý thuyết này, những miếng phô mai và bánh mì được bọc trong vải vụn và để trong một góc tối được cho là sản xuất chuột, bởi vì sau vài tuần, chuột xuất hiện trong giẻ. Nhiều người tin vào thế hệ tự phát bởi vì nó giải thích những sự kiện như giòi tràn vào thịt đang phân hủy.

Vào thế kỷ 18, rõ ràng là thực vật và động vật không thể được sản xuất bằng vật liệu không sinh sản. Tuy nhiên, nguồn gốc của các vi sinh vật như nấm men và vi khuẩn chưa được xác định đầy đủ cho đến khi nhà hóa học người Pháp Louis Pasteur chứng minh vào thế kỷ 19 rằng các vi sinh vật sinh sản, rằng tất cả các sinh vật đến từ các sinh vật có từ trước và tất cả các tế bào đều đến từ các tế bào có từ trước. Vậy thì bằng chứng nào cho sự sống sớm nhất trên Trái đất?