NHỊP SINH HỌC

Việt Nam là quê hương thứ hai của nhiều loài chim di trú như én, vịt trời, sếu, cò quăm… Ở vùng nhiệt đới do dao động về lượng thức ăn, độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng không quá lớn nên phần

1 Định nghĩa

Tác động của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật qua nhiều thế hệ đã hình thành nhiều đặc điểm thích nghi với các môi trường sống khác nhau Tuy nhiên, khi môi trường sống thay đổi, những đặc điểm vốn có lợi có thể trở nên bất lợi và được thay bằng những đặc điểm thích nghi mới Một trong những hình thức thích nghi đặc biệt của sinh vật đối với môi trường là khả năng phản ứng theo chu kỳ mà

Do được hình thành trong thời gian dài, trải qua quá trình chọn lọc tự nhiên nên nhịp sinh học được chuẩn bị trước và mang đặc tính di truyền Đặc điểm di truyền thể hiện rõ nét nhất ở những động vật như ong, thằn lằn, mặc dù được nuôi trong điều kiện có độ chiếu sáng ổn định vẫn giữ nhịp điệu ngày đêm như khi sống trong thiên nhiên

3 Nhịp sinh học theo chu kỳ mùa và chu kỳ ngày đêm

3.1 Chu kỳ mùa

3.2.1 Ở thực vật

Càng xa vùng xích đạo thì dao động mùa về khí hậu ( nhiệt độ và ánh sáng…) càng lớn Ở những vùng có băng tuyết vào mùa đông phần lớn cây xanh rụng lá và sống ở trạng thái chết giả, chỉ một số ít cây như thông vẫn xanh tươi trong băng tuyết

Khi mùa thu đến, nhiệt độ hạ xuống, không khí bắt đầu mát mẻ và trong trẻo Đây là thời kỳ dễ chịu trong năm vì thời tiết nắng ráo

và cây cối bắt đầu đổi màu

Lá cây chuyển sang màu đỏ

Những loài thực vật quanh năm thích nghi tiến hóa với thời tiết thay

đổi

Rừng rụng lá mùa khô

Ở miền nhiệt đới, khi thu sang, lá cây vẫn xanh, hoặc chỉ hơi chớm vàng Nhưng cùng thời điểm đó ở vùng ôn đới, lá đã rụng rào rào, và chỉ mới chớm đông, cây đã trơ trụi kiểu "mất áo"

Lá cây, ngoài chức năng hô hấp và quang hợp còn thường xuyên để thoát nhiều hơi nước Lượng mưa mùa thu ở miền ôn đối tương đối thấp Vì vậy, nguồn nước dự trữ trong lòng đất cũng ít đi Đồng thời thu sang, nhiệt độ dần dần hạ thấp xuống Hoạt động hô hấp của rễ vì thế mà yếu đi, cộng với khí hậu khô hanh, khả năng hạn chế thoát hơi nước mặt lá cũng kém hẳn lại Trong hoàn cảnh đó, lượng nước do cây hút giảm nhiều Vì vậy, nếu cây vẫn giữ nguyên diện tích thoát hơi nước (chủ yếu là mặt lá) sẽ xảy ra tình trạng "vào ít ra nhiều", vô cùng bất lợi, thậm chí đe dọa tính mạng của cây Cuối cùng, do lượng nước ít, mạch dẫn trong cuống lá không vận chuyển nước đến nữa, lá cây già đi và khô, cuống lá chỉ bám hờ vào cành Gió thu thổi tới, lá sẽ trút xuống

Ở miền nhiệt đới tuy không có mối đe dọa vì giá lạnh, nhưng vẫn có mùa khô

và mùa mưa Vào tháng 11-12, khí hậu rất khô hanh Tuy vậy, nhiệt độ lúc này vẫn khá cao, khiến lá thoát ra rất nhiều hơi nước Nếu không trút bớt một phần lá, cây sẽ không thể cung cấp đủ nước cho lá

3.2.2 Ở động vật

Vào mùa đông giá lạnh động vật biến nhiệt thường ngủ đông lúc đó trao đổi chất của cơ thể con vật giảm đến mức thấp nhất, chỉ đủ để sống Các hoạt động sống của chúng sẽ diễn ra sôi động ở mùa ấm (xuân, hè)

 Chim và thú thường thay lông trước khi mùa đông tới Thú thay một

bộ lông dài có lớp lông tơ dày, chim cũng phát triển bộ lông tơ Phản ứng tích cực để qua đông cũng khác nhau tuỳ nhóm động vật : sóc tích trữ thức ăn để qua đông còn chó sói vẫn hoạt động kiếm mồi tích cực vào mùa đông

Chim là loài có bản năng di trú, vào mùa đông chúng rời bỏ nơi giá lạnh, khan hiếm thức ăn về nơi khác ấm hơn và nhiều thức ăn hơn, sang xuân chúng lại bay về quê hương Việt Nam là quê hương thứ hai của nhiều loài chim di trú như én, vịt trời, sếu, cò quăm…

 Ở vùng nhiệt đới do dao động về lượng thức ăn, độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng không quá lớn nên phần lớn sinh vật không có phản ứng chu kì mùa rõ rệt Tuy nhiên cũng có một số cây như bàng, xoan, sòi rụng lá vào mùa đông, nhộng sâu sòi

và bọ rùa nâu ngủ đông, nhộng bướm đêm hại lúa ngô ngủ hè vào thời kì khô hạn

Đáng chú ý là các phản ứng qua đông và qua hè đều được chuẩn bị từ khi thời tiết còn chưa lạnh hoặc chưa quá nóng, thức ăn còn phong phú Ở Hà Nội, sâu sòi hoá nhộng ngủ đông vào đầu tháng 11 dương lịch khi lá sòi bắt đầu rụng, cho tới nửa đầu tháng 3 mới nở bướm, khi đó là sòi cũng vừa đâm chồi xanh

Đàn chim bay về phương Nam tránh rét

Ngày ngắn ở tháng 11 đã báo hiệu cho sâu hoá nhộng vào giấc ngủ đông và ngày dài tháng 3 báo hiệu cho cây sòi đâm chồi và nhộng nở bướm Bướm đẻ trứng, một tuần sau, khi sâu non nở ra thì lá sòi đã sum suê, sâu non tha hồ ăn và phát triển.

 Một số loài khác thì có tập tính ngủ đông Mùa đông đến, thời tiết trở nên rất lạnh giá Vì vậy, rất nhiều loài động vật sống trong tự nhiên phải ẩn mình, tránh rét Cách đơn giản nhất là ngủ 1 giấc thật dài Giấc ngủ này thường được kéo dài từ đầu mùa đông cho tới khi tiết trời trở nên ấm áp

Mùa đông tại Bắc Cực, nhiệt độ xuống rất thấp, kéo theo các loại thức ăn rất khan hiếm Khi nhiệt độ môi trường giảm, khó tìm thức ăn, gấu Bắc Cực bắt đầu ngủ đông Gấu Bắc Cực còn có lớp mỡ dày đến 10 cm giúp giữ ấm cơ thể, ngay cả khi nhiệt độ xuống tới -40 độ C Gấu Bắc Cực cách nhiệt rất tốt, nếu quan sát bằng camera hồng ngoại, chúng ta chỉ nhìn thấy bàn chân chúng mà thôi Vì thế, khi gặp điều kiện mùa đông không thuận lợi, hoặc khi gấu cái mang thai, chúng chỉ việc chui vào hang, cuộn tròn lại và ngủ để tránh rét và tiết kiệm năng lượng

Giấc ngủ của chúng thường không chìm sâu Nhịp tim giảm từ 70 lần xuống 8 lần/phút, thân nhiệt không thay đổi Chúng có thể lập tức thức giấc khi cần Khi ở

Gấu đào hang ngủ đông

trong hang, chúng không ăn và sống nhờ vào lượng mỡ của cơ thể; trong thời gian này, chúng không hề đại, tiểu tiện.

Nhiều loài động vật khác cũng buộc phải đi ngủ vào mùa đông vì không chạy trốn được, không kiếm ăn được, hay không có bộ lông dày để giữ ấm, chúng đành phải chọn hình thức ngủ (vừa tiết kiệm năng lượng, vừa trốn kẻ thù và tránh rét) như loài chuột marmotte, hay gấu nâu ở Pyrenees, chúng ngủ liền 6 tháng

Ngủ đông không chỉ liên quan tới giá lạnh, mà đôi khi là sự đối phó với việc khan hiếm thức ăn theo mùa Như loài vượn cáo ở Madagascar (tuy sống ở vùng nhiệt đới, nhiệt độ mùa đông có thể là 30 độ C), chúng vẫn ngủ suốt thời kỳ này vì không thể kiếm được thức ăn ưa thích Trong khi ngủ, cơ thể chúng sống nhờ vào lượng mỡ được tích lũy ở đuôi (chiếm tới 40% lượng chất béo dự trữ của cơ thể)

Quãng thời gian 7 tháng ngủ đông, thân nhiệt của chúng dao động mạnh từ vài độ đến hàng chục độ C, tùy theo môi trường bên ngoài Bằng cách điều tiết thân nhiệt theo nhiệt độ môi trường xung quanh, vượn cáo có thể giảm tỷ lệ chuyển hóa

và tiết kiệm năng lượng, cách này khá giống với loài thằn lằn và các loài bò sát

Các loài vật như ếch rắn không có khả năng giữ ấm nên nhiệt lượng trong cơ thể chúng thường tiêu tan rất nhanh Nhiệt độ cơ thể chúng thay đồi cùng với sự thay

Cá tuyết Nam cực là loài cá đầu tiên được biết đến chủ động đi vào giấc ngủ

đông, giống như nhiều động vật trên đất liền

đổi của thời tiết bên ngoài Khi mùa đông giá lạnh đến, nhiệt độ xuống thấp, để thích ứng với điều kiện khí hậu, chúng phải ẩn mình dưới nước hoặc chạy vào hang động, các khe hở để ‘’đánh 1 giấc ngon lành’’ Vào lúc này, chức năng bài tiết, lột xác của chúng ở vào mức thấp nhất Chúng sử dụng lớp mỡ đã tích tụ trên cơ thể để tự nuôi sống, duy trì những nhu cầu tối thiểu nhất trong những ngày ngủ đông đó.

Động vật ngủ cả đông và hè Loài ếch, rắn thuộc loại ngủ đông, Ngoài ra, các loài động vật như dơi, nhím, rái cá, chuột hoang… cũng đều có hiện tượng ngủ đông

Ngủ đông là sự thích ứng của các loài động vật đối với điều kiện môi trường không tốt như: nhiệt độ thấp, thức ăn ít… Ngược lại, ngủ hè lại dành cho các loài động vật thích ứng với điều kiện môi trường nắng cháy, hanh khô

Ví dụ: loài hải sâm chọn những sinh vật nhỏ ở biển làm thức ăn Khi mùa hè tới, do có sự chiếu rọi của ánh nắng mặt trời nên nhiệt độ trên bề mặt nước trở nên nóng hơn, làm cho các loài sinh vật nhỏ phải nổi trên mặt nước Loài hài sâm sống ở dưới đáy biển do thiếu thức ăn nên phải ngủ hè Loài thằn lằn, cá trắm cỏ cũng thực hiện biện pháp ngủ hè như vậy…

Hiện tượng ngủ đông, hè là giai đoạn mà hoạt động sống của các động vật ở vào mức độ thấp nhất, thông thường biểu hiện qua các hiện tượng như: ngừng kiếm thức ăn, không hoạt động, ngủ liên miên, hô hấp yếu và nhiệt độ cơ thể hạ thấp

Hải sâm hay còn gọi là dưa biển

Trước khi đi vào giấc ngủ, những động vật này đều kích thích tăng lượng mỡ trong

cơ thể làm thức ăn trong những ngày ngủ đó và cho đến khi tỉnh lại

Những động vật khác nhau thì thời kỳ ngủ cũng khác nhau Các loài động vật

có thân nhiệt hay thay đổi như ếch, rắn về cơ bản thường là không ăn, không cử động, không tỉnh giấc trong suốt thời gian ngủ đông Vì thế, nếu thay đổi 1 cách cưỡng chế nhiệt độ môi trường bên ngoài vào sẽ kéo theo những biến đổi về nhiệt độ trong cơ thể và sẽ xảy ra hàng loạt những phản ứng Vào mùa hè, nếu để 1 con ếch vào môi trường lạnh giá, chúng sẽ ngủ đông, nếu đem con ếch từ trong trạng thái ngủ đông vào 1 môi trường có nhiệt độ ấm áp thì chúng sẽ tỉnh giấc, từ bỏ trạng thái ngủ đông Thế nhưng những loài động vật có nhiệt độ ổn định như loài nhím, gấu… thì chúng có thể tự điều tiết nhiệt độ cơ thể khi ngủ Vào một thời gian nhất định chúng

sẽ tỉnh giấc, sau đó lại tiếp tục đánh 1 giấc ngon lành Chúng sẽ không ngủ được khi

có sự biến đổi nhiệt độ mang tính cưỡng chế từ bên ngoài

Sức chịu đựng của các loài động vật đối với môi trường nhiệt độ cao và nhiệt

độ thấp đều có giới hạn Nhiệt độ cao rất có hại với sức khỏe của chúng Động vật có thể chết do nhiệt độ thấp Nguyên nhân là do cơ cấu cơ thể bị đông cứng, kết cấu tế

Ếch ngủ đông trong bùn

bào bị phá vỡ, chức năng thay thế do đó mà ngừng trệ Ngủ đông và ngủ hè của các loài động vật chính là biểu hiện mang tính thích ứng của các loài động vật đó với điều kiện thay đổi của môi trường.

 Một số hình thức di cư khác

• Cá voi lưng gù

Những sinh vật này đang nắm kỷ lục thế giới về hành trình dài nhất của các loài thú Mỗi năm, chúng dành mùa hè ấm áp cho việc thoả thích đánh chén một tấn thức ăn mỗi ngày trong vùng nước ngoài khơi Nam cực Khi mùa đông đến, chúng bơi ngược 8.000 km lên các bãi kiếm ăn gần Columbia và xích đạo

• Cá chình nước ngọt

Cá chình nước ngọt được sinh ra là để đối mặt với những vùng nước gồ ghề, nguy hiểm Sau khi nở ra trong nước mặn của biển Sargasso, chúng bơi tới những

con sông nước ngọt ở Anh và bờ Đông của Bắc Mỹ Trên đường đi, thận của chúng thích nghi với sự thay đổi về độ mặn Đến thời điểm đẻ trứng, lũ cá trình này sẽ trở

về nơi xuất phát

• Bướm chúa

Hành trình di cư cư thăm thẳm đã ăn vào máu của bướm chúa Cứ mùa thu đến, hàng nghìn con lại nhằm hướng tây về phía California và Mexico Chúng lênh đênh hơn 4.500 km, xuyên qua nước Mỹ và Canada

• Cá hồi

Sau nhiều năm bơi lội dưới biển, cá hồi theo khứu giác của mình để trở về các dòng suối nước ngọt nơi chúng ra đời và cuối cùng là chết ở đó Chúng bơi ngược

dòng chống lại dòng nước xiết dài hàng trăm dặm để trở về nhà an toàn, ngay cả khi điều đó có nghĩa là chúng sẽ đến nơi trong tình trạng kiệt quệ.

• Linh dương

Những bãi cỏ xanh rờn đã thu hút hơn 1,5 triệu sinh vật ăn cỏ này, tập trung thành đàn khổng lồ từ đồng bằng Serengeti, cùng với hàng nghìn con ngựa vằn và linh dương gazen, đi xa hơn 1000 km để tránh cái khô nóng ở Tanzania và Kenya

• Ve sầu

Trong mùa hè, từ tháng 4-6, hàng tỷ con ve sầu mũm mĩm, kêu vo vo sẽ đồng loạt chui lên từ lòng đất để tụ tập, ca hát và kết duyên Loài côn trùng này đã dành 17 năm náu mình trong lòng đất, lớn lên theo 5 giai đoạn Sự lộ mình đồng loạt của chúng sẽ lấn át những kẻ ăn thịt, và khiến cho nhiều con có cơ hội sống sót trong 5 tuần trưởng thành sau đó

Nhịp điệu mùa làm cho hoạt động sống tích cực của sinh vật trùng khớp với lúc môi trường có những điều kiện sống thuận lợi nhất

3.2 Chu kỳ ngày đêm

Đặc tính hoạt động theo chu kỳ ngày đêm là sự thích nghi sinh học phức tạp với sự biến đổi theo chu kỳ ngày đêm chủa các nhân tố vô sinh Có nhóm sinh vật hoạt động tích cực vào ban ngày, có nhóm vào lúc hoàng hôn và có nhóm vào ban đêm

3.2.1 Ở thực vật

Ban ngày, thực vật quang hợp để tổng hợp chất hữu cơ và năng lượng, tán lá

mở rộng, hấp thụ năng lượng mặt trời, ban đêm lá cúp lại và ở trạng thái ngủ Một số loài hoa nở vào ban ngày và một số khác lại nở về đêm

13 Thực hiện: Nhóm 5

Phù dung sớm nở tối tàn

Kim Ngân còn có tên gọi là Kim Ngân Hoa, song hoa, nhị bảo, nhân

đông Tên khoa học Lonicera Japonica Thunb thuộc họ cơm cháy

(caprifliaceae)

Hoa buổi sáng có màu trắng bạc, chiều hoặc một hai ngày sau chuyển màu vàng kim Trên một cây lúc nào cũng có hoa vàng, hoa bạc nên có

tên Kim Ngân (vàng bạc)

Kim Ngân có mùi thơm ngát Trời đang nắng, mùi hoa tự nhiên thơm

3.2.2 Ở động vật

Đa số những động vật hoạt động vào ban ngày và ngủ về đêm, tuy nhiên một

số khác lại có thói quen hoạt động về đêm như dơi, cú mèo, báo đêm, chó sói…

Các loài dơi nhạy cảm với ánh sáng ban ngày, thức ăn của chúng chủ yếu là ruồi muỗi, côn trùng, vào ban đêm chúng bay ra khỏi hang để kiếm ăn, đến sáng sớm lại quay về

14 Thực hiện: Nhóm 5

15 Thực hiện: Nhóm 5

Loài sóc bay thức dậy đồng loạt vào buổi chiều ban ngày và

họat động mạnh vào lúc hoàng hôn

Loài nhím ban ngày cuộn tròn nằm bất động, ban đêm sục sạo kiếm

*Ngoài phản ứng theo chu kỳ ngày đêm, một số sinh vật sống trong vùng nước triều lên xuống thích nghi với những thay đổi nhiệt độ, độ mặn, nồng độ ôxi trong nước, lực sóng vỗ, mức độ ngập nước, những phản ứng này gọi chung là phản ứng theo nhịp thuỷ triều.

3.2.3 Đồng hồ sinh học

Trong quá trình tiến hoá, sinh vật đã hình thành khả năng phản ứng khác nhau đối với độ dài ngày và cường độ chiếu sáng ở những thời điểm khác nhau trong ngày Do đó, từ sinh vật đơn bào tới đa bào đều có khả năng đo thời gian như là những “đồng hồ sinh học” Nhiều loài cây nở hoa vào thời gian xác định (hoa dạ hương vào lúc tối, hoa mười giờ vào khoảng 10 giờ sáng…)

16 Thực hiện: Nhóm 5

Một ví dụ khác về đồng hồ sinh học là loài hoa bồ công anh Vào ngày nóng nực, hạt cây bồ công anh mất đi chất ẩm và không còn bám chặt vào thân Vì vậy khi bạn thổi chúng vào 2, 3, 4, 5 giờ chiều để xem mấy giờ, thì có thể là chính xác

17 Thực hiện: Nhóm 5

Hoa Quỳnh nở về đêm

Ở động vật, cơ chế hoạt động của “đồng hồ sinh học” có liên quan với sự điều hoà thần kinh – thể dịch Sự nhận cảm ánh sáng của tế bào thần kinh, tiếp đó là ảnh hưởng của các tế bào thần kinh tới các tuyến nội tiết làm tiết ra các hoocmon tác động lên cường độ trao đổi chất Ở thực vật, các chức năng điều hoà là do những chất đặc biệt tiết ra từ tế bào của một loại mô hoặc một cơ quan riêng biệt nào đó.

Đồng hồ sinh học hoạt động có hệ thống, hệ thống này cảm nhận được khi một ngày bắt đầu và kết thúc Ở người, đồng hồ sinh học giúp điều hòa các thay đổi

về huyết áp, thân nhiệt và sự tỉnh táo vốn thay đổi tùy thời gian trong ngày

Những nhịp điệu thường nhật này phụ thuộc vào ánh sáng chứ không phải thị giác Rõ ràng là, một bông hồng nhạy cảm với ánh sáng nhưng nó không thể nhìn

Gà gáy vào buổi sáng sớm và giữa trưa

thấy Cũng giống như thực vật, con người chúng ta có những tế bào cảm nhận ánh sáng đặc biệt gọi là "tế bào nhận kích thích ánh sáng" Những tế bào này phát ra tín hiệu khi ánh sáng tác động lên chúng Ở động vật có vú, tế bào nhận kích thích ánh sáng được biết đến duy nhất nằm ở hai mắt.

Những tế bào nhạy cảm với ánh sáng này có tác dụng "cài đặt" các nhịp điệu thường nhật trong cơ thể chúng ta Thế nhưng, mặc dù các tế bào nhận kích thích ánh sáng của chúng ta nằm ở mắt, cũng không nhất thiết phải thấy đường mới cảm nhận được nhịp điệu thường nhật Nhiều người mù vẫn có nhịp điệu thường nhật bình thường

3.3 Nhân tố báo hiệu chủ đạo

Cuộc sống đã phát triển trong một môi trường có nhịp điệu và theo chu kỳ Sự thay đổi độ dài chiếu sáng trong ngày chính là nhân tố báo hiệu chủ đạo, nó dự báo chính xác sự thay đổi mùa Sự thay đổi độ dài chiếu sáng cũng như cường độ chiếu sáng đã kéo theo sự thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa… chính các yếu tố này

đã tạo nên một thế giới sinh vật với những tập tính đa dạng, phong phú, các đặc điểm sinh lý của các loài dần được hình thành theo một cách phù hợp nhất để thích ứng và tồn tại trong các điều kiện môi trường khác nhau

19 Thực hiện: Nhóm 5