Tiến hóa

Bài này viết về tiến hóa trong sinh học. Đối với các chủ đề liên quan, xem Nét chính về tiến hóa. Đối với các định nghĩa khác, xem Tiến hóa (định hướng).
biến đổi đặc tính di truyền trong quần thể sinh họcBản mẫu:SHORTDESC:biến đổi đặc tính di truyền trong quần thể sinh học
Đối với vấn đề một cách dễ dàng, không mang tính chuyên môn, xem Giới thiệu về tiến hóa.
Trong sinh học, tiến hóa là sự thay đổi đặc tính di truyền của một quần thể sinh học qua những thế hệ nối tiếp nhau. Những đặc tính này là sự biểu hiện của các gen được truyền từ cha mẹ sang con cái thông qua quá trình sinh sản. Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt của những đặc tính đó trong quần thể là do kết quả của đột biến, tái tổ hợp di truyền và nguồn gốc các biến dị di truyền khác. Hiện tượng tiến hóa xảy ra khi các tác nhân tiến hóa như chọn lọc tự nhiên (bao gồm cả chọn lọc giới tính) và trôi dạt di truyền tác động lên sự đa dạng của những đặc tính này, dẫn đến kết quả là vài đặc tính sẽ trở nên phổ biến hoặc hiếm gặp hơn ở trong quần thể. Chính nhờ quá trình tiến hóa này đã làm nảy sinh sự đa dạng ở mọi mức độ tổ chức sinh học bao gồm loài, các cá thể sinh vật và cả các phân tử như DNA và protein.
Việc hệ thống hóa những luận cứ khoa học cho học thuyết tiến hóa xuất phát từ tác nhân chọn lọc tự nhiên được đề xuất bởi Charles Darwin và Alfred Wallace vào giữa thế kỷ 19 và được ghi chép tỉ mỉ trong cuốn sách Nguồn gốc các loài của Darwin.
Ngay từ khi ra đời, học thuyết tiến hóa của Darwin đã gặp sự phản đối, ban đầu là từ cộng đồng khoa học, đặc biệt là Georges Cuvier, và sau đó là từ các nhóm tôn giáo (đặc biệt là một số phái Tin Lành và Hồi giáo) vì cách diễn giải cơ yếu luận. Chúng được gọi là các cuộc chống đối thuyết tiến hóa. Nhưng ngày nay, các nhà khoa học nhìn chung đã chấp nhận tiến hóa là một sự thực khoa học khi có rất nhiều Bằng chứng về tiến hóa đã được khám phá trong thế kỷ 20, chia làm 4 nhóm: 1 - việc quan sát thấy các quá trình tiến hóa đang diễn ra trong tự nhiên (tiêu biểu là sự xuất hiện của các giống côn trùng mới có khả năng kháng thuốc trừ sâu), 2 - sự tiến hóa nhân tạo được tạo ra bởi chính con người (tiêu biểu là việc chọn giống để tạo ra hàng trăm loài chó nhà có kích thước chênh nhau cả chục lần, dù chúng đều có tổ tiên chung là chó sói), 3 - các hóa thạch do ngành cổ sinh vật học khám phá đã chứng minh rằng từng có hàng triệu loài sinh vật đã xuất hiện rồi tuyệt chủng trong quá khứ, cho thấy sự tồn tại của các giống loài là không bất biến (tiêu biểu là việc tìm ra hóa thạch của một loạt các dạng "người nửa vượn" như Australopithecus, Homo habilis, Homo erectus - là bằng chứng cho thấy loài người thực sự đã tiến hóa từ vượn cổ), 4 - sự khám phá ra gen di truyền (DNA và RNA) của ngành di truyền học đã chứng minh cho cơ chế chọn lọc tự nhiên thông qua di truyền mà Darwin từng tiên đoán, và sự ra đời của Thuyết tiến hoá tổng hợp (đôi khi gọi là học thuyết Darwin mới).
Tiến hóa là một quá trình diễn tiến lâu dài, cần phải mất hàng triệu năm, qua hàng trăm ngàn thế hệ để một loài tiến hóa thành một loài khác. Văn minh nhân loại mới diễn ra được hơn 5.000 năm nên loài người chưa từng chứng kiến trọn vẹn sự tiến hóa từ loài này sang loài khác mà chỉ có thể khảo sát qua những hóa thạch. Tuy nhiên, quá trình chọn lọc nhân tạo có thể đẩy nhanh quá trình này lên rất nhiều, và loài người đã có thể quan sát thấy sự chọn lọc đã biến đổi hoàn toàn một loài như thế nào. Ví dụ: từ chó sói hoang dã, chỉ qua vài ngàn năm chọn giống, loài người đã tạo ra hàng trăm nòi chó nhà có hình dạng và kích thước khác hẳn nhau.
Hiện tượng tiến hóa bởi tác nhân chọn lọc tự nhiên được Darwin chứng minh lần đầu thông qua 4 thực tế có thể quan sát được về các sinh vật sống: 1. Đặc tính di truyền của mỗi cá thể sẽ tác động lên hình dạng, sinh lý, biểu hiện hành vi của chúng (kiểu hình). 2 - Các đặc tính di truyền khác nhau giữa các cá thể, dẫn tới tỉ lệ sinh tồn và sinh sản khác nhau (khả năng thích nghi khác nhau). 3 - Những cá thể có khả năng thích nghi cao hơn sẽ có khả năng sống sót tốt hơn và sinh sản ra nhiều con cháu hơn. 4 - Những sự khác biệt về các đặc tính có thể truyền từ thế hệ cha mẹ sang thế hệ con cái (thích nghi về mặt di truyền).
Trong tự nhiên, số lượng cá thể con sinh ra luôn nhiều hơn số cá thể có thể sống sót (phần lớn bị chết đói, chết bệnh hoặc bị kẻ khác ăn thịt). Vì vậy, những cá thể mang đặc điểm không phù hợp với điều kiện sống khắc nghiệt sẽ có ít cơ hội sống sót và sinh sản nên các đặc điểm của chúng sẽ không được di truyền cho thế hệ sau, trong khi những cá thể có đặc điểm phù hợp sẽ có tỷ lệ sống sót và sinh sản cao hơn, các đặc điểm của chúng sẽ được di truyền cho thế hệ sau. Kết quả là, các thế hệ hậu duệ của chủng loài đó dần có sự thích nghi tốt hơn để tồn tại và sinh sôi trong môi trường mà sự chọn lọc tự nhiên diễn ra. Quá trình này tạo ra và bảo tồn những cá thể mang đặc điểm phù hợp cho sự sinh tồn trước điều kiện sống khắc nghiệt, cũng như loại bỏ những cá thể mang đặc điểm không phù hợp. Do đó, các cá thể của loài này qua các thế hệ nối tiếp nhau sẽ dần chiếm đa số là con cháu được sinh ra bởi các cặp bố mẹ mang những đặc điểm đã giúp chúng có thể sống sót và sinh sản trong môi trường riêng biệt của chúng. Đầu thế kỷ 20, những ý tưởng khác về tiến hóa như đột biến luận (mutationism) hay tiến hóa hướng luận (orthogenesis) đều bị bác bỏ bởi thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại. Đây là học thuyết tổng hợp các lý thuyết khoa học hợp lý nhất đương thời, từ di truyền học cổ điển, học thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwin, di truyền học Mendel và nhất là di truyền học quần thể.
Tất cả sự sống trên Trái Đất có cùng một tổ tiên chung (LUCA) sống cách nay khoảng 3,5 - 3,8 tỷ năm. Các báo cáo hóa thạch bao gồm sự phát triển từ các vật chất sinh học than chì sớm, tới các hóa thạch thuộc lớp thảm vi sinh vật, tới hóa thạch của các sinh vật đa bào. Các mô hình sinh học đa dạng hiện tại đã được định hình bởi sự lặp đi lặp lại của việc hình thành các loài mới (speciation), sự thay đổi trong loài (anagenesis) và sự mất mát của các loài (tuyệt chủng) trong suốt lịch sử tiến hóa của sự sống trên Trái Đất. Đặc điểm hình thái và tính chất sinh hóa có những nét tương đồng này giống nhau hơn giữa những loài có tổ tiên chung gần nhau hơn và có thể được sử dụng để dựng lại cây phát sinh chủng loại.
Các nhà sinh học tiến hóa đã tiếp tục nghiên cứu các khía cạnh khác nhau của tiến hóa bằng cách đưa ra và kiểm tra các giả thuyết cũng như xây dựng các lý thuyết dựa trên bằng chứng từ lĩnh vực hoặc phòng thí nghiệm và dữ liệu được tìm ra bởi các phương pháp toán sinh học. Những khám phá của họ đã ảnh hưởng không chỉ đến sự phát triển của sinh học mà còn nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp khác, bao gồm nông nghiệp, y học và khoa học máy tính.