Sự phát sinh sự sống (tiến hoá của các gen)

Sự tiến hoá của các gen : a/ Tiến hoá liên quan tới sự xuất hiện các đen mới và các chức năng mới Ngày nay đã biết rất rõ trong thực tế thiên nhiên có những đổi mới rất cơ bản của các loài
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự phát sinh sự sống (tiến hoá của các gen) Sự phát sinh sự sống (tiến hoá của các gen)Sự tiến hoá của các gen :a/ Tiến hoá liên quan tới sự xuất hiện cácđen mới và các chức năng mớiNgày nay đã biết rất rõ trong thực tếthiên nhiên có những đổi mới rất cơ bảncủa các loài, ví dụ sự xuất hiện các sinhvật đa bào hoặc sơ đồ cấu trúc hoàn thiệncủa cơ thể động vật có xương sống,...đólà những đổi mới rất cơ bản, nhưngkhông thể nhìn thấy bước “nhảy vọt”bằng mắt trần. Thực chất đó là nhữngthay đổi, dẫn tới tiến hoá ở cấp độ phântử (xuất hiện trên mới). Xét ở cấp độphân tử, động vật có xương sống thể hiệnhàng loạt đổi mới, như phân tửhaemoglobin có đổi mới rõ rệt, đảm bảocho sự cố định và giải phóng oxi đạt hiệuquả cao, các globulin miễn dịch tạo rakháng thể có tác dụng trung hoà các “thểlạ” từ bên ngoài xâm nhập vào cơ thể,các phân tử miệng bao quanh sợi thầnkinh cho phép các xung thần kinh dẫntruyền rất nhanh,... Trong khi đó, ở độngvật không xương sống thì các đặc điểmnói trên không hề thể hiện hoặc không hềcó các quá trình như thế. Nói cách khác,những đổi mới của động vật có xươngsống có liên quan tới sự tạo ra các genmới đã quyết định các đặc điểm vốnkhông hề có ở các loài động vật khôngxương sống tổ tiên. Những đổi mới ditruyền như thế là một loại biến đổi ditruyền quan trọng hơn nhiều so với cácbiến đổi chỉ tạo ra một dãy alen tươngứng với từng đặc điểm quan sát được.Đôi khi người ta cho rằng khi xem xéttính di truyền và các chức năng sinh họcở cấp độ phân tử thì chọn lọc tự nhiênkhông thể xem là “nhân tố sáng tạo” củasự tiến hoá, mà nó chỉ là nhân tố duy trìhoặc đào thải. Theo cách lý luận suydiễn, có thể nói nếu tiến hoá thực sự là sựxuất hiện các chức năng sinh học mới, thìchắc chắn các gen mới phải được tạo ra.Đó chính là quan điểm của SusumuOhno, người đã bênh vực lý thuyết tiếnhoá cho rằng tiến hoá là do sự nhân đôicác gen và là cơ chế tạo ra gen mới.b/ Chọn lọc tự nhiên bảo tồn các cấu trúcvà chức năng quan trọng đạt được trongquá trình tiến hoá.Từ những năm 1960, khi phân tích cấutrúc protein, người ta đã có quan niệm vềcơ chế tiến hoá ở cấp độ phân tử. Cácprotein có hoạt tính sinh học, như cácenzime xúc tác cho các quá trình sinhhọc xảy ra trong tế bào sống, thực chất làdo các chuỗi axit amin cấu tạo nên, trongđó các cấu trúc không gian và mối tươngtác giữa các axit amin xác định. Trongcấu trúc không gian ba chiều của mộtprotein có vị trí hoạt động cẩu enzime, đólà vị trí chính xác của phân tử, mà ở đóchất nền chịu tác dụng bởi enzime. Hìnhthái cấu trúc không gian của vị trí hoạtđộng có tầm quan trọng đặc biệt đối vớichức năng xúc tác của enzime, do đó màphân tử nhận ra chất nền phù hợp củamình. Nhờ phát minh về chuỗi xoắn képcủa phân tử ADN công bố vào năm 1953,người ta biết chuỗi các axit amin (polypeptide) của một protein là do chuỗi các nucleotid quy định. Cácnucleotid là đơn phân (monomer) cấu tạonên phân tử ADN (còn chất hoá học của gen). Thực chất đột biến trên là sự thay đổi trình tự các nucleotid củagen đó. Biến đổi này dẫn tới biến đổitrong trình tự các axit quan cấu tạo nênenzime do được trên mã hoá. Chỉ cầnmột biến đổi nào đó trong đoạn ADN mãhoá trình tự các axit amin thuộc vị tríhoạt động của một enzime sẽ làm thayđổi một axit amin trong trình tự này. Tiếptheo, sẽ dẫn tới vị trí hoạt động thay đổivà chức năng xúc tác của enzime sẽ mấtđi. Mặc dầu các enzime đôi khi có vai tròrất nhỏ trong hoạt động sống, nhưng độtbiến vẫn trở thành có hại. Có thể nóinhiều bệnh về máu là do đột biến làm thay đổi một axit amin trong chuỗi phân tử haemoglobin. Một số trườnghợp khác, đột biến tạo ra alen mới củamột gen. Ví dụ, đột biến trên mã hoátyrozinase (Enzime xúc tác sự tổng hợpsắc tố làm cho màu lông trở nên sẫm) đãxuất hiện ở mèo một diện quy định sựtổng hợp một tyrozinase không có khảnăng xúc tác ở nhiệt độ 370C, mà chỉ cóthể ở nhiệt độ thấp hơn. Đó là mộtnguyên nhân khiến cho giông mèo Xiêmcó bộ lông nhạt, trừ phần lông ở đầu vàcác chi, vì ở đó nhiệt độ thường thấp hơnso với các phần còn lại của cơ thể. TheoS. Ohno, đa số đột biến là có hại vànhững gen đột biến sẽ bị chọn lọc tựnhiên đào thải. Việc hình thành chứcnăng mới của enzime đòi hỏi có một vịtrí hoạt động mới. Nếu nói tiến hoá baohàm sự biến đổi do đột biến trên thì quá trình đó sẽ diễn ra như sau: một gen mã hoá cho một enzime chứcnăng, cần phải có hàng loạt các đột biếncó khả năng tạo ra trình tự mới các axitamin, dẫn tới xác định một trình tự hoạtđộng mới. Thực tế các đột biến xảy rangẫu nhiên, do vậy các đột biến tác độngđến trình tự kéo dài các axit không chỉxảy ra một lần. Nếu đột biến xảy ra liêntiếp thì hiện đột biến trung gian sẽ mãhoá protein không những mất chức năngenzime ban đầu, mà có thể còn kéo theomất các chức năng khác. Mối liên hệ sinhhọc đó tạo ra nhiều cơ hội để chọn lọc tựnhiên đào thải các thể đột biến trunggian. Trong trường hợp như thế, chọn lọctự nhiên không phải là “nhân tố sángtạo”, mà nói đúng hơn là có xu hướngđào thải mọi biến đổi gen, đồng thời duytrì các chức năng sinh học tập nhiễmđược và các gen tương ứng bình thường.Phân tích trình tự axit quan của proteintrong những năm 1960, các nhà chuyênmôn đã chứng minh rằng vị trí hoạt độngcủa các enzime được bảo tồn trong quátrình tiến hoá, còn các trình tự axit aminở ngoài vị trí đó thường chịu nhiều độtbiến. Ví dụ, histon IV là một phân tửprotein được tạo thành bởi 102 axit min,có chức năng góp phần gắn buộc các sợiADN dài có khi tới vài decimet ở trongnhân tế bào nhân chuẩn (Eucariota).Trong phân tử histon IV của một số loàicây có hoa, như cây đậu thơm và của bò(Bostaurus) chỉ có hai axit amin khácnhau. Thế mà trên những bước đườngtiến hoá, hai loài này đã phân ly cách đâykhoảng 1,5 tỷ năm. Điều đó chứng tỏrằng trình tự axit amin của histon IV đãđược chọn lọc tự nhiên duy trì đầy đủ, cólẽ chức năng gắn buộc ADN có liên quantới phân tử histon hoàn chỉn ...