Nội dung

Chương1: Lý thuyết tiến hoá đối với sinh học Mục đích của cây tiến hoá là xác định mối quan hệ tiến hoá giữa các loài trên trái đất ngày nay. Đạt được mục đích này là nhờ các nhà sinh vật học đã nghiên cứu tập hợp đầy đủ các thành viên của sự sống trên cây tiến hoá từ những vi trùng đến những động vật có vú. Từ dữ liệu của cây tiến hóa cho ta thấy được sự đa dạng của các nguồn. Những hóa thạch của các sinh vật sống trước đây kể cho chúng ta ở đâu khi nào mà các vi sinh vật tổ tiên đã sống và những cái gì còn giống đến ngày nay. Với kĩ thuật gen hiện đại như là kĩ thuật tái tổ hợp DNA chúng ta có thể xác định được nhiều gen của các loài khác nhau. Nhờ công nghệ thông tin chúng ta có thể tập hợp được khối lượng lớn của các thông tin di truyền. Sáng kiến về cây tiến hóa là một trong những đề tài có tầm quan trọng nhất của sinh học hiện đại, nó làm mất ít nhất hai thập kỉ của nhiều nhà khoa học trên các lĩnh vực khác nhau, đó là nguyên nhân đẫn đến trong một thời gian dài sự hoàn thành đầy đủ nhiều loài trên trái đất chưa được mô tả. Cây tiến hoá sẽ là một khung thông tin trong sinh học cũng như bảng tuần hoàn cung cấp các thông tin cho hoá học và vật lý. Sự tiến hoá sắp đặt tự do hơn nhiều triệu năm nay được nghiên cứu và phát triển. Mỗi một sự sống mang một bộ gen nhất định, nó kiểm chứng cho sự chọn lọc của tự nhiên. Các nhà khoa học có thể mở được những bí ẩn về di truyền này và nghiên cứu sâu hơn về các quá trình sản sinh ra chúng. Mặc dù còn nhiều điều chưa được hoàn thành, các nhà sinh học đã đủ biết để lập ra cây tiến hoá tạm thời của sự sống, được chỉ ra trong Hình 18. Sinh vật thuộc hai nhóm sinh vật thời thái cổ và vi khuẩn là các sinh vật không có nhân. Archaea và vi khuẩn cũng có mối liên hệ với nhau và chúng tồn tại từ rất sớm trong quá trình tiến hoá của sự sống, hai loài này sẽ đựoc mô tả kỹ trong chương 27 của quyển sách này. Thành viên khác đó là sinh vật có nhân Eukarya, chúng là các tế bào có nhân hoàn chỉnh, Eukarya được chia ra làm 4 nhóm là: sinh vật nguyên sinh, thực vật, nấm và động vật. Sinh vật nguyên sinh được giới thiệu ở chương 28, thực vật sẽ được giới thiệu ở chương 29 và chương 30, nấm ở chương 31 bao gồm nấm mốc, nấm lớn, nấm men và các sinh vật tương tự khác, đây là nguồn tài nguyên phong phú cho việc tổng hợp các phân tử sinh học bằng các chất sinh học khác. Nấm có thể làm hỏng thực phẩm trong môi trường của chúng và sau đó chúng hấp thu các sản phẩm hỏng vào trong tế bào của chúng. Chúng rất quan trọng trong quá trình phân hủy xác của các vật liệu sinh học và các sinh vật chết khác đóng góp quan trọng vào chu trình tuần hoàn vật chất của sự sống. Thành viên của giới động vật là các sinh vật dị dưỡng (heterotrophs), những loại này chúng ăn vào bụng những thức ăn nhưng sự đồng hóa thức ăn diễn ra ở bên ngoài tế bào, và sau đó chúng hấp thụ sản phẩm. Động vật ăn nhiều nhóm khác nhau để thu được năng lượng thô và năng lượng cho tế bào hoạt động. Giới này sẽ được giới thiệu ở chương 32, 33 và 34. Chúng ta sẽ thảo luận về mức độ quan trọng của các mức độ tổ chức sống trong chương 25. Chúng ta cần biết nhận diện tên sinh vật bằng tên la tinh, đầu tiên là tên của nhóm loài đó là các loài có tổ tiên chung, thứ hai là tên của loài. Tránh sự nhầm lẫn, không nhiều hơn sự phối hợp của hai tên đó là tên của một loài. Ví dụ tên khoa học của loài người là Homo sapiens trong đó homo là tên giống loại còn sapiens là tên loài của chúng ta. Sinh học là một môn khoa học Để nghiên cứu sự đa dạng phong phú của sinh vật sống, các nhà sinh vật học đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Quan sát trực tiếp bằng các giác quan là phương thức chính của nhiều nghiên cứu khoa học, ở những phương này các nhà khoa học sử dụng nhiều loại dụng cụ và máy móc để hỗ trợ các giác quan của con người. Ví dụ, có thể dùng kính hiển vi để nghiên cứu các vật thể vô cùng nhỏ. Hoặc để quan sát và phóng đại các vật thể ở xa , ta có thể dùng kính viễn vọng. Để tìm hiểu các sự kiện đã diễn ra cách đây hàng triệu năm, các nhà khoa học dùng phương pháp phân tích phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ. Phương pháp luận trong nghiên cứu khoa học Bên cạnh sự trợ giúp của các dụng cụ nghiên cứu, phương pháp luận còn đóng một vai trò quan trọng giúp các nhà khoa học trả lời các câu hỏi về thế giới tự nhiên. Phương pháp đặt giả thuyết - phỏng đoán là phương pháp khoa học được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp này giúp các nhà khoa học sửa đổi các kết luận của họ. Phương pháp này gồm 5 bước : 1- Quan sát. 2- Đặt câu hỏi. 3- Đặt giả thuyết, giả thuyết có khuynh hướng trả lời các câu hỏi. 4- Đưa ra phỏng đoán, dựa trên giả thuyết. 5Kiểm tra phán đoán bằng cách thêm vào những quan sát hoặc là làm thí nghiệm. Nếu các kết quả đã qua kiểm tra củng cố giả thuyết ban đầu, thì nó sẽ làm sáng tỏ các phỏng đoán cũng như các thực nghiệm. Nếu như các kết quả tiếp tục củng cố các thực nghiệm, độ tin cậy và độ chính xác được nâng cao, thì giả thuyết sẽ được xem như là học thuyết. Nếu như các kết quả không làm sáng tỏ các giả thuyết, nó sẽ bị bác bỏ hay sẽ được sửa đổi để phù hợp với những thông tin mới. Sau đó các phỏng đoán mới được đưa ra và các kiểm chứng mới cũng sẽ được tiến hành. Giả thuyết được kiểm tra bằng hai cách Kiểm tra giả thuyết rất đa dạng, nhưng có 2 loại chính sau đây: phương pháp kiểm tra thực nghiệm và phương pháp so sánh. Nếu có thể, các nhà khoa học dùng thực nghiệm để kiểm tra phỏng đoán từ giả thuyết. Những việc mà Pieter Jonhoson đã làm là lấy trứng của những con ếch trong phòng thí nghiệm. Anh dự đoán rằng, nếu giả thuyết của mình là đúng (nghĩa là ký sinh trùng Riberoria gây ra biến dạng ếch), thì ếch khi sinh sống chung với loài sâu này sẽ gia tăng sự biến dạng, và ngược lại thì ếch không bị biến dạng. Điểm thuận lợi của kiểm chứng thực nghiệm là tất cả các nhân tố khác ngoài nhân tố kiểm chứng là không thay đổi. Nghĩa là, bất kỳ một yếu tố nào có thể ảnh hưởng đến kết quả (như nhiệt độ nước, độ pH trong thí nghiệm của Pieter) đều được kiểm soát. Điểm mạnh nhất của thí nghiệm là có khả năng chứng minh được giả thuyết hay phỏng đoán từ thí nghiệm đó là sai. Nhưng có nhiều giả thuyết không thể kiểm tra bằng thực nghiệm. Một số giả thuyết được kiểm tra bằng phỏng đoán từ những mô hình trong tự nhiên nếu như giả thuyết đó đúng. Dữ liệu thu thập sẽ quyết định những mô hình đấy có thực sự tồn tại trong tự nhiên hay không. Sự giải quyết vấn đề này gọi là phương pháp so sánh. Đây là phương pháp cơ bản của nhiều nhà khoa học trong 1 số lĩnh vực, như chiêm tinh học (astronomy ) . Đây là cũng là phương pháp so sánh mà các nhà sinh học thường dùng. Hình 1.9 mô tả 1 trong nhiều thí nghiệm các nhà khoa học đưa ra để kiểm tra giả thuyết của mình. Một vài thử nghiệm khác cũng đưa cho cùng kết quả tương tự, trong khi 1 số khác lại cho thấy không có sự ảnh hưởng của tia UV-B, hoặc cho thấy những ảnh hưởng trái ngược của tia UV-B khi có sự có mặt của pH thấp. Một phần nhỏ chứng minh cho giả thuyết hiếm khi nào dẫn tới chấp nhận giả thuyết. Tương tự, 1 chống đối riêng lẽ không thể bác bỏ giả thuyết. Các kết quả không ủng hộ giả thuyết do nhiều nguyên nhân, một trong số đó là giả thuyết sai. Ví dụ, 1 phỏng đoán sai có thể rút ra từ 1 giả thuyết không chính xác. Hay 1 thí nghiệm dùng 1 sinh vật không thích hợp có thể đưa tới các kết quả sai lầm. Bưóc 1 : Quan sát Quần thể lưỡng cư của các vi sinh vật như nhau, tức là thay đổi bất thường theo thời gian. Trước khi chúng ta đưa ra quyết định về bất kỳ sự suy giảm nào khác với những quần thể bình thường, chúng ta cần phải phát hiện là chúng bất thường. Để đánh sự biến đổi bất thường này, một nhóm các nhà khoa học trên thế giới đang tiến hành thu thập dữ liệu về các quần thể lưỡng cư. Dữ liệu của nhóm đã chứng minh rằng các quần thể lưỡng cư đang biến đổi nghiêm trọng ở một số nơi trên thế giới, đặc biệt là ở vùng Tây Bắc Mỹ , Trung Mỹ, Đông Bắc Úc, vịnh Amazon. Các dữ liệu cuả các nhà khoa học cũng cho thấy rằng sự biến đổi ở vùng núi thì cao hơn ở vùng đất thấp. Các nhà nghiên cứu cũng khám phá là không có dữ liệu biến đổi ở quần thể Châu Phi và Châu Á. Bước 2 : Đặt câu hỏi Hai câu hỏi được đưa ra là: Tại sao nhóm lưỡng cư giảm mạnh hơn ở vùng cao? Tại sao sự suy giảm chỉ xảy ra ở 1 số vùng mà không phải các vùng khác? Bước 3 và bước 4 : lập giả thuyêt và phỏng đoán Để phát triển giả thuyết cho câu hỏi đầu, trước tiên các nhà khoa học đã xác nhận rằng yếu tố môi trường có làm thay đổi độ cao. Nhiệt độ giảm, lượng mưa tăng ở những vùng cao, và trong những vùng ôn đới, mật độ tia tử ngoại-B (UV-B) tăng khoảng 18% tương ứng khi độ cao tăng 1000m. Một giả thuyết được đưa ra cho rằng sự suy giảm về số lượng của 1 số loài lưỡng cư là do sự gia tăng toàn cầu của tia UV-B, kết quả của việc giảm nồng độ của ozon khí quyển.