Tại sao 4 nguyên tố c h o n là những nguyên tố chính cấu tạo nên cơ thể sống

1. Có cấu trúc phức tạp và tổ chức tinh vi: cơ thể sinh vật cũng được tạo nên từ các nguyên tố hóa học trong tự nhiên nhưng cấu trúc bên trong vô cùng phức tạp bao gồm vô số các hợp chất hóa học. Các chất phức tạp trong cơ thể sống hình thành nên các cấu trúc tinh vi thực hiện một số chức năng nhất định, ngay cả các đại phân tử cũng có những vai trò quan trọng nhất định.
2. Có sự chuyển hóa năng lượng phức tạp: thu nhận năng lượng từ môi trường ngoài và biến đổi nó để xây dựng và duy trì tổ chức phức tạp đặc trưng cho sự sống.
3. Thông tin của sự sống ổn định, chính xác và liên tục: liên quan đến các quá trình sống chủ yếu như sinh sản, phát triển, tiến hóa và các phản ứng thích nghi.

1. Trao đổi chất: toàn bộ các hoạt động hóa học của cơ thể sinh vật.
2. Sự nội cân bằng: xu hướng các sinh vật tự duy trì môi trường bên trong ổn định: các tế bào hoạt động ở mức cân bằng và ổn định ở một trạng thái nhất định.
3. Sự tăng trưởng: tăng khối lượng chất sống của mỗi cơ thể sinh vật.
4. Đơn vị tổ chức: cấu trúc được bao gồm một hoặc nhiều tế bào - đơn vị cơ bản của cuộc sống.
5. Sự đáp lại: đáp lai các kích thích khác nhau từ môi trường bên ngoài.
6. Sự sinh sản: gồm sinh sản hữu tính và sinh sản vô tính
7. Sự thích nghi: khả năng cơ thể có thể sống bình thường trong một môi trường nhất định.

Các bằng chứng cho thấy rằng sự sống trên Trái Đất đã tồn tại cách đây khoảng 3,7 tỉ năm,[6] với những dấu vết về sự sống cổ nhất được tìm thấy trong các hóa thạch có tuổi 3,4 tỉ năm.[7] Tất cả các dạng sống đã được biết đến có chung các cơ chế phân tử cơ bản, phản ánh sự thành tạo từ cùng nguồn gốc của chúng; dựa trên các quan sát, giả thiết về nguồn gốc của sự sống để tìm ra một cơ chế nhằm giải thích cho sự thình thành của cùng một nguồn gốc trong vũ trụ, từ các phân tử hữu cơ đơn giản ở các dạng sống tiền tế bào đến các tế bào nguyên thủy và có quá trình trao đổi chất. Các mô hình đã được chia ra thành các nhóm "genes-first" và "metabolism-first", nhưng xu hướng hiện nay là sự xuất hiện của việc lồng ghép 2 nhóm trên.[8]

Hiện nay, không có kết luận khoa học về sự sống có nguồn gốc như thế nào. Tuy nhiên, các mô hình khoa học được chấp nhận nhiều nhất được xây dựng dựa trên các quan sát sau:

• Thí nghiệm Miller-Urey, và công trình của Sidney Fox, thể hiện các điều kiện của Trái Đất nguyên thủy bao gồm các phản ứng hóa học tổng hợp các amino acid và các hợp chất hữu cơ khác từ các tiền chất vô cơ.
• Phospholipid được hình thành liên tục từ các lớp lipid kép, một cấu trúc cơ bản của màng tế bào.

Các sinh vật sống tổng hợp protein, là các polymer của các axit amim sử dụng các thông tin được mã hóa bởi các DNA. Quá trình tổng hợp protein đòi hỏi các polymer RNA trung gian. Khả năng sự sống bắt đầu như thế nào là từ các gen có nguồn gốc đầu tiên, tiếp theo là bởi các protein;[9] một giả thiết khác là protein có trước và sau đó là gene.[10]

Tuy nhiên, do gen và protein đều là cơ sở để sản xuất qua lại, do đó vấn đề đặt ra là cái nào có trước và cái nào có sau giống như câu chuyện con gà và quả trứng. Hầu hết các nhà khoa học áp dụng giả thiết này vì không chắc rằng gene và protein phát sinh một cách độc lập.[11]

Mặc khác, một khả năng có thể khác đã được Francis Crick đề xuất đầu tiên,[12] rằng lúc đầu sự sống dựa trên RNA,[11] có các đặc điểm giống như DNA trong việc lưu trữ thông tin và các tính chất xúc tác của một số protein. Giải thích này được gọi là giả thiết trong thế giới RNA, và nó được chứng minh thông qua sự quan sát nhiều thành phần quan trọng nhất của các tế bào [các thành phần của tế bào tiến hóa chậm nhất] được cấu tạo chủ yếu hoặc toàn bộ là RNA. Cũng như những đồng yếu tố [cofactor] [ATP, Acetyl-CoA, NADH,...] là các nucleotid hoặc chất có quan hệ một cách rõ ràng với chúng. Các tính chất xúc tác của RNA vẫn chưa được minh họa khi giả thiết này được đề xuất lần đầu tiên,[13] nhưng chúng đã được Thomas Cech xác nhận năm 1986.[14]

Một vấn đề còn tồn tại của giả thiết thế giới RNA là nó xuất phát từ các tiền chất vô cơ đơn giản thì khó khăn hơn so với từ các phân tử hữu cơ khác. Một lý do để giải thích nó là các tiền thân RNA rất ổn định và phản ứng với nhau một cách rất chậm chạp trong các điều kiện môi trường xung quanh, và người ta cũng từ đề xuất rằng các sinh vật sống được cấu thành từ các phân tử khác trước khi có RNA.[15] Dù vậy, sự tổng hợp thành công các phân tử RNA nhất định trong các điều kiện môi trường đã từng tồn tại trước khi có sự sống trên Trái Đất đã đạt được bằng cách thêm vào các tiền chất có thể thay thế theo một thứ tự đặc biệt với các tiền chất-phosphat có mặt trong suốt quá trình phản ứng.[16] Nghiên cứu này làm cho giả thiết thế giới RNA trở nên hợp lý hơn.[17]

Năm 2009, người ta thực hiện các thí nghiệm minh họa tiến hóa Darwin của hệ hai hợp phần gồm các enzyme RNA [ribozymes] trong ống nghiệm.[18] Công trình được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Gerald Joyce, ông cho rằng "Đây là ví dụ đầu tiên, ngoài sinh học và ngoài thích nghi tiến hóa trong một hệ thống di truyền phân tử."[19]

Các phát hiện của NASA năm 2011 dựa trên những nghiên cứu về thiên thạch được phát hiện trên Trái Đất cho thấy rằng các thành phần của RNA và DNA [adenine, guanine và các phân tử hữu cơ liên quan] có thể được hình thành trong không gian bên ngoài Trái Đất.[20][21][22][23]

Gần 99% khối lượng của cơ thể người được cấu thành từ sáu nguyên tố: oxy, carbon, hydro, nitơ, calcivà phosphor.Chỉ có khoảng 0,85% bao gồm năm nguyên tố khác: kali, lưu huỳnh, natri, clovà magiê. Tất cả 11 nguyên tố đều cần thiết cho cuộc sống. Các nguyên tố còn lại là các nguyên tố vi lượng, trong đó hơn một tá nguyên tố dựa trên bằng chứng tốt cho thấy là cần thiết cho sự sống.Tất cả khối lượng của các nguyên tố vi lượng kết hợp lại [dưới 10 gram trong cơ thể người] không cộng thêm khối lượng magnesi, ít phổ biến nhất trong số 11 nguyên tố không vi lượng.

Bảng tuần hoànSửa đổi