Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Các đại địa chất và lịch sử phát triển sự sống
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em đặt được các sự kiện lớn của lịch sử sự sống lên đúng vị trí trên trục thời gian địa chất, và giải thích được vì sao các đợt đại tuyệt chủng thường được nối tiếp bởi một đợt bức xạ thích nghi — sự đa dạng hoá nhanh của những nhóm sinh vật còn sống sót.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước đã dừng lại ở tế bào sơ khai đầu tiên (same-grade bridge) — bài này đi tiếp từ mốc đó. Ở Course 7, em cũng đã học chọn lọc tự nhiên và các nhân tố tiến hoá khác làm quần thể biến đổi dần theo thời gian (same-grade bridge); trên trục thời gian địa chất, những cơ chế nhỏ đó tích luỹ đủ lâu để tạo nên toàn bộ lịch sử đa dạng sinh học mà em thấy hôm nay.
Khởi động
Trái Đất đã tồn tại khoảng 4,6 tỉ năm. Nếu nén toàn bộ khoảng thời gian đó thành một ngày 24 giờ, sự sống đơn bào đầu tiên xuất hiện vào khoảng 4 giờ sáng, còn loài người chỉ xuất hiện trong vài giây cuối cùng trước nửa đêm. Vì sao phần lớn lịch sử sự sống lại chỉ toàn sinh vật đơn giản, còn sự bùng nổ đa dạng của động vật, thực vật lớn lại dồn vào một khoảng thời gian ngắn gần đây?
Kiến thức trọng tâm
Lịch sử sự sống trên Trái Đất được chia thành các đại địa chất (era), mỗi đại đánh dấu bởi những thay đổi lớn về sinh vật chiếm ưu thế, thường kết thúc bằng một sự kiện tuyệt chủng quy mô lớn. Đại Thái cổ (Archean, khoảng 4 tỉ – 2,5 tỉ năm trước) là thời kì sự sống đầu tiên xuất hiện — các sinh vật đơn bào nhân sơ, trong đó vi khuẩn lam bắt đầu quang hợp và giải phóng oxygen, dần dần làm thay đổi thành phần khí quyển vốn gần như không có oxygen tự do trước đó.
Đại Nguyên sinh (Proterozoic, khoảng 2,5 tỉ – 541 triệu năm trước) chứng kiến nồng độ oxygen trong khí quyển tăng đáng kể nhờ hoạt động quang hợp tích luỹ qua thời gian dài, tạo điều kiện cho tế bào nhân thực xuất hiện, và về sau là những sinh vật đa bào đầu tiên. Đại Cổ sinh (Paleozoic, khoảng 541 – 252 triệu năm trước) mở đầu bằng "bùng nổ Cambri" — trong một khoảng thời gian ngắn về mặt địa chất, hầu hết các ngành động vật chính đã biết ngày nay xuất hiện gần như đồng loạt trong hoá thạch; sự sống sau đó tiến lên cạn, thực vật và động vật chân khớp là những nhóm tiên phong. Đại Cổ sinh kết thúc bằng sự kiện tuyệt chủng Permi – Trias, đợt tuyệt chủng lớn nhất được ghi nhận, xoá sổ ước tính khoảng 96% loài sinh vật biển.
Đại Trung sinh (Mesozoic, khoảng 252 – 66 triệu năm trước) là thời đại của khủng long thống trị trên cạn, đồng thời những động vật có vú và chim đầu tiên cũng xuất hiện nhưng còn nhỏ bé, chưa chiếm ưu thế. Đại này kết thúc bằng sự kiện tuyệt chủng ranh giới Trung sinh – Tân sinh (khoảng 66 triệu năm trước), được cho là do một thiên thạch lớn va chạm Trái Đất, xoá sổ toàn bộ khủng long không phải chim cùng nhiều nhóm sinh vật khác. Đại Tân sinh (Cenozoic, từ 66 triệu năm trước tới nay) là thời đại của động vật có vú: sau khi khủng long biến mất, động vật có vú đa dạng hoá nhanh chóng, các loài linh trưởng dần xuất hiện, và loài người chỉ mới góp mặt trong một phần rất nhỏ, rất gần đây của đại này.
Điều đáng chú ý là mối quan hệ giữa tuyệt chủng và đa dạng hoá: sau mỗi đợt đại tuyệt chủng, sự đa dạng sinh học không giảm mãi mà thường PHỤC HỒI NHANH qua một đợt bức xạ thích nghi (adaptive radiation) — các nhóm sinh vật sống sót nhanh chóng tiến hoá thành nhiều dạng mới, chiếm lĩnh những ổ sinh thái vừa bị bỏ trống. Lí do nằm ở chính bản chất của tuyệt chủng: khi các nhóm từng thống trị biến mất, áp lực cạnh tranh giảm mạnh, nguồn thức ăn và không gian sống dư thừa; những sinh vật sống sót — vốn đã mang sẵn biến dị di truyền tích luỹ từ trước — chỉ cần chọn lọc tự nhiên tác động là có thể nhanh chóng đa dạng hoá để lấp đầy các ổ sinh thái đó. Ví dụ rõ nhất: ngay sau khi khủng long không phải chim tuyệt chủng, động vật có vú — vốn tồn tại từ lâu nhưng bị lấn át — đã đa dạng hoá rất nhanh thành voi, cá voi, dơi, linh trưởng và nhiều nhóm khác chỉ trong vài triệu năm, một khoảng thời gian ngắn so với toàn bộ lịch sử sự sống.
Bốn trong năm đại kết thúc bằng một sự kiện tuyệt chủng lớn — ranh giới giữa các đại không phải ngẫu nhiên.Hai đại đầu tiên (Thái cổ, Nguyên sinh) chiếm phần lớn lịch sử Trái Đất; ba đại còn lại — nơi diễn ra hầu hết những gì em hình dung khi nói "lịch sử sự sống" — cộng lại ngắn hơn nhiều.
Ví dụ
Đặt các sự kiện lớn lên trục thời gian địa chất
1
Cho bốn sự kiện không theo thứ tự: (I) bùng nổ Cambri, hầu hết ngành động vật xuất hiện; (II) vi khuẩn lam bắt đầu quang hợp, giải phóng oxygen; (III) khủng long không phải chim tuyệt chủng do va chạm thiên thạch; (IV) tế bào nhân thực đầu tiên xuất hiện. Sắp xếp đúng thứ tự thời gian và cho biết mỗi sự kiện thuộc đại địa chất nào.
2
Quang hợp của vi khuẩn lam (II) cần một sinh vật đã tồn tại từ trước, và diễn ra trước khi oxygen tích luỹ đủ để tế bào nhân thực xuất hiện — đây là sự kiện thuộc Đại Thái cổ, sớm nhất trong bốn sự kiện.
3
Tế bào nhân thực (IV) chỉ xuất hiện sau khi oxygen đã tích luỹ đủ nhiều — đây là sự kiện thuộc Đại Nguyên sinh, diễn ra sau (II).
4
Bùng nổ Cambri (I) mở đầu Đại Cổ sinh, sau khi sinh vật đa bào đã có mặt. Khủng long tuyệt chủng (III) đánh dấu kết thúc Đại Trung sinh, mở đường cho Đại Tân sinh — đây là sự kiện muộn nhất trong bốn sự kiện.
5
Vậy thứ tự đúng là (II) Đại Thái cổ → (IV) Đại Nguyên sinh → (I) Đại Cổ sinh → (III) ranh giới Trung sinh – Tân sinh — khớp với trình tự tăng dần độ phức tạp của sự sống trên Trái Đất.
Ví dụ
Suy luận từ một hoá thạch cụ thể (dạng đề kiểm tra)
1
Một hoá thạch động vật có vú cỡ nhỏ được tìm thấy trong lớp đá có tuổi ước tính khoảng 60 triệu năm, nằm ngay phía trên lớp đá chứa nhiều hoá thạch khủng long đa dạng nhưng đột ngột biến mất. Hoá thạch này thuộc đại địa chất nào? Vì sao nhóm động vật có vú có thể trở nên đa dạng nhanh chóng ngay sau lớp đá đó?
2
Tuổi 60 triệu năm nằm ngay sau ranh giới tuyệt chủng khủng long (khoảng 66 triệu năm trước) — hoá thạch này thuộc Đại Tân sinh, giai đoạn ngay sau khi khủng long không phải chim đã tuyệt chủng.
3
Trước đó, khủng long chiếm lĩnh hầu hết ổ sinh thái trên cạn cỡ lớn, khiến động vật có vú — dù đã tồn tại — chỉ tồn tại ở dạng nhỏ, ít đa dạng. Khi khủng long tuyệt chủng, các ổ sinh thái đó đột ngột trống, cạnh tranh giảm mạnh.
4
Động vật có vú sống sót mang sẵn biến dị di truyền tích luỹ từ trước; chọn lọc tự nhiên tác động lên nguồn biến dị đó trong điều kiện ít cạnh tranh, đẩy nhanh quá trình phân hoá thành nhiều dạng thích nghi với các ổ sinh thái khác nhau — đây chính là bức xạ thích nghi.
5
Vậy hoá thạch thuộc Đại Tân sinh; động vật có vú đa dạng hoá nhanh vì tuyệt chủng khủng long giải phóng các ổ sinh thái vốn bị chiếm giữ, kết hợp với biến dị di truyền sẵn có, tạo điều kiện lí tưởng cho bức xạ thích nghi diễn ra trong một khoảng thời gian tương đối ngắn.
Sai lầm thường gặp
Nhầm lẫn thường gặp là nghĩ tuyệt chủng hàng loạt là một "ngõ cụt" thuần tuý tiêu cực đối với sự sống — thực ra về mặt lịch sử tiến hoá, mỗi đợt tuyệt chủng lớn thường mở ra một đợt bức xạ thích nghi ngay sau đó, làm sự đa dạng sinh học phục hồi và thường vượt qua mức trước tuyệt chủng sau đủ thời gian. Một nhầm lẫn khác là nghĩ các đại địa chất có độ dài gần bằng nhau — thực ra Đại Thái cổ và Đại Nguyên sinh cộng lại chiếm phần lớn lịch sử Trái Đất, còn ba đại còn lại — nơi diễn ra gần như toàn bộ những gì thường được hình dung là "lịch sử sự sống" với động vật, thực vật đa dạng — chỉ chiếm một phần nhỏ về mặt thời gian.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Năm đại địa chất theo thứ tự: Thái cổ (sự sống đầu tiên) → Nguyên sinh (tế bào nhân thực, oxygen tích luỹ) → Cổ sinh (bùng nổ Cambri, sự sống lên cạn, kết thúc bằng tuyệt chủng Permi – Trias) → Trung sinh (khủng long, kết thúc bằng tuyệt chủng do thiên thạch) → Tân sinh (động vật có vú, loài người). Sau mỗi đại tuyệt chủng lớn, một đợt bức xạ thích nghi thường làm đa dạng sinh học phục hồi nhanh.
Đại Tân sinh là nơi câu chuyện của chính loài người bắt đầu. Chương tiếp theo hỏi: bằng chứng nào cho thấy loài người có quan hệ họ hàng với các loài linh trưởng khác — và vì sao nói "người tiến hoá từ tinh tinh" là một cách hiểu sai?
Bài trước đã dừng lại ở tế bào sơ khai đầu tiên (same-grade bridge) — bài này đi tiếp từ mốc đó. Ở Course 7, em cũng đã học chọn lọc tự nhiên và các nhân tố tiến hoá khác làm quần thể biến đổi dần theo thời gian (same-grade bridge); trên trục thời gian địa chất, những cơ chế nhỏ đó tích luỹ đủ lâu để tạo nên toàn bộ lịch sử đa dạng sinh học mà em thấy hôm nay.
Trái Đất đã tồn tại khoảng 4,6 tỉ năm. Nếu nén toàn bộ khoảng thời gian đó thành một ngày 24 giờ, sự sống đơn bào đầu tiên xuất hiện vào khoảng 4 giờ sáng, còn loài người chỉ xuất hiện trong vài giây cuối cùng trước nửa đêm. Vì sao phần lớn lịch sử sự sống lại chỉ toàn sinh vật đơn giản, còn sự bùng nổ đa dạng của động vật, thực vật lớn lại dồn vào một khoảng thời gian ngắn gần đây?
Lịch sử sự sống trên Trái Đất được chia thành các đại địa chất (era), mỗi đại đánh dấu bởi những thay đổi lớn về sinh vật chiếm ưu thế, thường kết thúc bằng một sự kiện tuyệt chủng quy mô lớn. Đại Thái cổ (Archean, khoảng 4 tỉ – 2,5 tỉ năm trước) là thời kì sự sống đầu tiên xuất hiện — các sinh vật đơn bào nhân sơ, trong đó vi khuẩn lam bắt đầu quang hợp và giải phóng oxygen, dần dần làm thay đổi thành phần khí quyển vốn gần như không có oxygen tự do trước đó.
Đại Nguyên sinh (Proterozoic, khoảng 2,5 tỉ – 541 triệu năm trước) chứng kiến nồng độ oxygen trong khí quyển tăng đáng kể nhờ hoạt động quang hợp tích luỹ qua thời gian dài, tạo điều kiện cho tế bào nhân thực xuất hiện, và về sau là những sinh vật đa bào đầu tiên. Đại Cổ sinh (Paleozoic, khoảng 541 – 252 triệu năm trước) mở đầu bằng "bùng nổ Cambri" — trong một khoảng thời gian ngắn về mặt địa chất, hầu hết các ngành động vật chính đã biết ngày nay xuất hiện gần như đồng loạt trong hoá thạch; sự sống sau đó tiến lên cạn, thực vật và động vật chân khớp là những nhóm tiên phong. Đại Cổ sinh kết thúc bằng sự kiện tuyệt chủng Permi – Trias, đợt tuyệt chủng lớn nhất được ghi nhận, xoá sổ ước tính khoảng 96% loài sinh vật biển.
Đại Trung sinh (Mesozoic, khoảng 252 – 66 triệu năm trước) là thời đại của khủng long thống trị trên cạn, đồng thời những động vật có vú và chim đầu tiên cũng xuất hiện nhưng còn nhỏ bé, chưa chiếm ưu thế. Đại này kết thúc bằng sự kiện tuyệt chủng ranh giới Trung sinh – Tân sinh (khoảng 66 triệu năm trước), được cho là do một thiên thạch lớn va chạm Trái Đất, xoá sổ toàn bộ khủng long không phải chim cùng nhiều nhóm sinh vật khác. Đại Tân sinh (Cenozoic, từ 66 triệu năm trước tới nay) là thời đại của động vật có vú: sau khi khủng long biến mất, động vật có vú đa dạng hoá nhanh chóng, các loài linh trưởng dần xuất hiện, và loài người chỉ mới góp mặt trong một phần rất nhỏ, rất gần đây của đại này.
Điều đáng chú ý là mối quan hệ giữa tuyệt chủng và đa dạng hoá: sau mỗi đợt đại tuyệt chủng, sự đa dạng sinh học không giảm mãi mà thường PHỤC HỒI NHANH qua một đợt bức xạ thích nghi (adaptive radiation) — các nhóm sinh vật sống sót nhanh chóng tiến hoá thành nhiều dạng mới, chiếm lĩnh những ổ sinh thái vừa bị bỏ trống. Lí do nằm ở chính bản chất của tuyệt chủng: khi các nhóm từng thống trị biến mất, áp lực cạnh tranh giảm mạnh, nguồn thức ăn và không gian sống dư thừa; những sinh vật sống sót — vốn đã mang sẵn biến dị di truyền tích luỹ từ trước — chỉ cần chọn lọc tự nhiên tác động là có thể nhanh chóng đa dạng hoá để lấp đầy các ổ sinh thái đó. Ví dụ rõ nhất: ngay sau khi khủng long không phải chim tuyệt chủng, động vật có vú — vốn tồn tại từ lâu nhưng bị lấn át — đã đa dạng hoá rất nhanh thành voi, cá voi, dơi, linh trưởng và nhiều nhóm khác chỉ trong vài triệu năm, một khoảng thời gian ngắn so với toàn bộ lịch sử sự sống.
Nhầm lẫn thường gặp là nghĩ tuyệt chủng hàng loạt là một "ngõ cụt" thuần tuý tiêu cực đối với sự sống — thực ra về mặt lịch sử tiến hoá, mỗi đợt tuyệt chủng lớn thường mở ra một đợt bức xạ thích nghi ngay sau đó, làm sự đa dạng sinh học phục hồi và thường vượt qua mức trước tuyệt chủng sau đủ thời gian. Một nhầm lẫn khác là nghĩ các đại địa chất có độ dài gần bằng nhau — thực ra Đại Thái cổ và Đại Nguyên sinh cộng lại chiếm phần lớn lịch sử Trái Đất, còn ba đại còn lại — nơi diễn ra gần như toàn bộ những gì thường được hình dung là "lịch sử sự sống" với động vật, thực vật đa dạng — chỉ chiếm một phần nhỏ về mặt thời gian.
Năm đại địa chất theo thứ tự: Thái cổ (sự sống đầu tiên) → Nguyên sinh (tế bào nhân thực, oxygen tích luỹ) → Cổ sinh (bùng nổ Cambri, sự sống lên cạn, kết thúc bằng tuyệt chủng Permi – Trias) → Trung sinh (khủng long, kết thúc bằng tuyệt chủng do thiên thạch) → Tân sinh (động vật có vú, loài người). Sau mỗi đại tuyệt chủng lớn, một đợt bức xạ thích nghi thường làm đa dạng sinh học phục hồi nhanh.