Sự sống có cấu tạo vật chất phức tạp, thu nhận và biến đổi năng lượng tinh vi, chứa và truyền đạt thông tin di truyền cùng nhiều biểu hiện như sự tăng trưởng, vận động, trao đổi chất, [r]
(1)Mở đầu
SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
Thế giới sinh vật đa dạng biểu loài cấp độ tổ chức từ thấp lên cao Sự sống có cấu tạo vật chất phức tạp, thu nhận biến đổi lượng tinh vi, chứa truyền đạt thông tin di truyền nhiều biểu tăng trưởng, vận động, trao đổi chất, sinh sản, thích nghi, tiến hóa mối quan hệ với mơi trường Do trước tiên tìm hiểu đặc tính biểu sống
I Sự đa dạng thống sống 1 Sự đa dạng
Quanh ta có nhiều sinh vật : cỏ, tôm, cá, ếch nhái, rắn, chim thú vi sinh vật Có khoảng hai triệu lồi sinh vật trái đất mà người số
- Mỗi lồi sinh vật có đặc tính riêng bên ngồi, bên biểu sống đặc thù Như hình dáng, kích thước, màu sắc, tuổi thọ lồi khác
Ví dụ : vi khuẩn Escherichia coli (E coli) có kích thước 1-2 micromet hệ dài 20 phút, nhiều cổ thụ cao 50-60m sống nghìn năm
Một nét đặc thù giới sinh vật sống biểu nhiều mức độ tổ chức từ thấp đến cao (từ phân tử toàn sinh hành tinh chúng ta) Có thể kể mức tổ chức chủ yếu sau:
• Các đại phân tử sinh học,
• Tế bào - đơn vị sở sống,
• Cá thể - đơn vị tồn độc lập sinh vật,
• Quần thể - đơn vị sở tiến hố, gồm nhiều cá thể lồi, • Lồi - đơn vị tiến hố phân loại,
• Quần xã - tồn nhiều loài sinh vật với vùng định, • Hệ sinh mơi (ecosystems) - đơn vị sinh mơi,
• Sinh - sống hành tinh
Trong mức tổ chức cịn chia nhỏ thể gồm mô, quan hệ quan Các thành phần mức tổ chức liên quan với thành khối thống kể sinh Sự đa dạng loài kết q trình tiến hố lâu dài 2 Sự thống nhất
Sự thống sống biết qua phân tích khoa học Sự thống biểu hệ thống phân loại giống cấu trúc chế vi mô
(2)Tất lồi sinh vật xếp theo hệ thống phân loại Đây chứng tiến hóa sinh giới từ tổ tiên chung ban đầu - tiến hóa từ thấp lên cao
Sự thống thể thành phần cấu tạo nên thể Thành phần hóa học sinh vật giống từ nguyên tố tham gia chất sống đến bốn nhóm chất hữu cơ: glucid, lipid, protein acid nucleic
Tất sinh vật có cấu tạo tế bào Tế bào có biểu đầy đủ tính chất đặc trưng sống - đơn vị sở sống
II Các tính chất đặc trưng cho sống
Sự sống dạng hoạt động vật chất phức tạp nhiều cao hẳn so với q trình vật lý hóa học tự nhiên Nó có tính chất đặc trưng giống loài 1 Vật chất: cấu trúc phức tạp tổ chức tinh vi
Các sinh vật tạo nên từ nguyên tố vốn có tự nhiên, cấu trúc bên phức tạp chứa vô số hợp chất hóa học đa dạng
Ví dụ : Vi khuẩn Escherichia coli (E-coli) - sinh vật đơn bào với kích thước (1-2 micromet, nặng 2.10-6 mg chứa khoảng 40 tỉ phân tử nước, 5000 loại hợp chất hữu
khác nhau, có khoảng 3000 loại protein Nếu tính người số loại protein khác 3000 mà triệu loại khác mà khơng có loại giống E coli có số hoạt động giống Thậm chí hai người khác protein khơng giống nên dễ xảy tượng không dung hợp lấy mô người ghép cho người khác Mỗi sinh vật có protein acid nucleic riêng biệt cho
Các chất phức tạp thể sống hình thành nên cấu trúc tinh vi thực số chức định Không cấu trúc màng, nhân tế bào mà loại đại phân tử có vai trị định Ví dụ bệnh thiếu máu hồng cầu liềm gọi "bệnh phân tử"
2 Năng lượng: Sự chuyển hóa phức tạp
Đặc điểm sống thu nhận lượng từ môi trường bên ngồi biến đổi để xây dựng trì tổ chức phức tạp đặc trưng cho sống
Một số sinh vật lấy chất đơn giản CO2, N2, H2O làm nguyên liệu
và ánh sáng mặt trời làm nguồn lượng Năng lượng tử ánh sáng chuyển thành lượng hóa học chất hữu xanh, từ lưu chuyển sang sinh vật khác
Sự chuyển hoá vật chất lượng tế bào diễn phức tạp, nhiều phản ứng xảy đồng thời, nhanh nhạy, xác, hiệu cao điều hoà hợp lý
Vật chất vơ sinh khơng có khả sử dụng lượng bên ngồi để trì cấu trúc thân sinh vật Ngược lại vật chất vô sinh hấp thụ lượng bên ánh sáng, nhiệt chuyển sang trạng thái hỗn loạn sau tỏa xung quanh
(3)3 Thơng tin: ổn định, xác liên tục
Chứa truyền đạt thơng tin tính chất tuyệt diệu giới sinh vật, đạt mức phát triển cao hẳn giới vô sinh khơng có chất vơ sinh thiếu chế tạo người, liên quan đến trình sống chủ yếu sinh sản, phát triển, tiến hóa phản ứng thích nghi
Thơng tin hiểu khả sinh vật cảm nhận trạng thái bên hệ thống tác động lên từ mơi trường ngồi, bảo tồn, xử lý truyền đạt Cấu trúc thông tin xác định trạng thái nội hệ thống Trong tế bào sống thơng tin có hai dạng chủ yếu: thơng tin di truyền thơng tin thích nghi
- Thơng tin di truyền:
Nhờ có thơng tin, tế bào có khả tự sinh sản tạo hệ giống hệt cha mẹ Sự sinh sản gắn liền với tính di truyền biểu rõ qua nhiều hệ Thế hệ trước truyền cho hệ sau khơng phải tính trạng mà truyền chương trình phát triển lồi sinh vật gọi thông tin di truyền Thông tin di truyền mã hóa dạng trình tự thẳng loại nucleotid thực hóa dạng cấu trúc phân tử protein cấu trúc tế bào
Thơng tin di truyền thực hố hệ sau trình phát triển cá thể Mỗi sinh vật trình lớn lên lặp lại xác giai đoạn phát triển cha mẹ Bộ máy di truyền chi phối biểu sống: tái tạo cấu trúc tinh vi, điều hoà việc thực hàng loạt chuỗi phản ứng hoá học phức tạp giúp thể phản ứng thích nghi với mơi trường
Thơng tin di truyền truyền đạt cho nhiều hệ nối tiếp với ổn định cao nhờ chế chép xác phân chia cho tế bào Cá thể sinh vật đến lúc chết, thông tin không chết, lại truyền cho hệ sau biến đổi tiến hố
Nhờ nối tiếp di truyền mà sống từ xuất dòng liên tục tất sinh vật đất có quan hệ họ hàng với nhau, bắt nguồn từ tổ tiên chung ban đầu
- Thông tin thích nghi
Thơng tin thích nghi lúc đầu xuất đời sống cá thể, tạo ưu đấu tranh sinh tồn nên chọn lọc tự nhiên giữ lại ghi thêm vào thông tin di truyền sinh vật, chịu chi phối gen lưu truyền Ví dụ : Ánh sáng đom đóm, chất dẫn dụ côn trùng, âm chim kêu thực vât có thơng tin thích nghi chậm hơn: rể phát triển mạnh phía có nhiều phân, nghiêng ánh sáng
Bộ gen sinh vật tiến hố cao cịn mang nhiều thơng tin di truyền tổ tiên Điều thể rõ lặp lại giai đoạn tổ tiên pháy triển phôi sinh vật bậc cao Tiến hố thích nghi tạo nên đa dạng sinh vật ngày từ tổ tiên ban đầu Có lẽ chế thu nhận thông tin để phản ứng lại với môi trường sống chung quanh quan trọng tiến hoá
(4)III Các biểu sống
Trên sở hoạt động tích hợp vật chất, lượng thơng tin, sống có nhiều biểu đặc thù khác hẳn giới vô sinh
1 Trao đổi chất
Để tồn tế bào phải thực liên tục hàng loạt phản ứng hóa học để phân hủy chất dinh dưỡng cung cấp lượng vật liệu cho trình sinh tổng hợp trình sống khác tăng trưởng, vận động, sinh sản Toàn hoạt động hoá học thể sinh vật gọi trao đổi chất (metabolism) Khi trao đổi chất dừng thể sinh vật chết
2 Sự nội cân
Quá trình trao đổi chất phức tạp, điều hòa hợp lý để trì hoạt động bên tế bào mức cân ổn định trạng thái định Ví dụ, nhiệt độ thể người bình thường ln trì 37oC dù thời tiết có thay đổi Xu hướng
thể sinh vật tự trì mơi trường bên ổn định gọi nội cân (homeostasis) thực chế nội cân Sinh vật mức phát triển cao, chế điều hoà phức tạp
3 Sự tăng trưởng (growth)
Sự tăng trưởng (growth) tăng khối lượng chất sống thể sinh vật Nó bao gồm tăng kích thước tế bào tăng số lượng tế bào tạo nên thể Sự tăng trưởng tế bào khác nhiều so với lớn lên tinh thể dung dịch muối Khi tăng trưởng diễn ra, phần tế bào hay thể hoạt động bình thường
Một số sinh vật phần lớn thực vật có thời gian tăng trưởng kéo dài lâu cổ thụ nghìn năm Hầu hết động vật có giới hạn tăng trưởng định, kích thước đạt tối đa lúc sinh vật trưởng thành
4 Sự vận động
Sự vận động dễ thấy động vật động tác leo, trèo, lại Sự vận động thực vật chậm khó nhận thấy dịng chất tế bào Các vi sinh vật vận động nhờ lông nhỏ hay giả túc amip
5 Sự đáp lại
Là đáp lại kích thích khác từ mơi trường bên ngồi Các động vật có phản ứng định thay đổi màu sắc, nhiệt độ, tập tính sống Con mắt người quan tinh vi thu nhận nhanh nhạy, xác kích thích ánh sáng truyền cho hệ thần kinh để có phản ứng đáp lại
Các thực vật có nhiều phản ứng chậm khó nhận thấy xanh mọc hướng ánh sáng, mắc cỡ rũ khibị chạm, bắt ruồi đậy nắp lại vật chui vào
6 Sự sinh sản
Biểu sống dễ nhận thấy tất loài sinh vật "Sinh vật sinh sinh vật" "tế bào sinh tế bào" Các sinh vật nhỏ bé vi khuẩn lại có tốc độ sinh sản nhanh
(5)7 Sự thích nghi
Là khả thể thích ứng với môi trường sống- nhằm giúp sinh vật tồn giới vật chất biến động- làm tăng khả sống cịn sinh vật mơi trường đặc biệt Các thể thích nghi kết q trình tiến hóa lâu dài
IV Các môn sinh học
Sinh học nghiên cứu vô số dạng sinh vật nhiều khía cạnh khác cấu trúc, chức năng, phát triển cá thể, tiến hoá mối quan hệ với môi trường mức độ tổ chức khác mức phân tử, tế bào, thể, lồi lồi Nó khoa học rộng lớn nên khó có nhà khoa học biết đầy đủ khía cạnh nó, phần lớn nhà sinh học chuyên gia lĩnh vực gọi môn sinh học Mỗi môn chuyên sâu lĩnh vực định chúng khơng chỗ trùng lặp
Sau số mơn chủ yếu
• Thực vật học (Botany): nghiên cứu giới thực vật • Động vật học (Zoology): nghiên cứu giới động vật
• Hệ thống học (Systematics): xếp hệ thống dạng sinh vật mối quan hệ họ hàng
• Sinh lý học (Physiology): nghiên cứu hoạt động chức thể
• Sinh học phát triển (Developmental biology): nghiên cứu phát triển cá thể từ phôi đến trưởng thành
• Tế bào học (Cytology): nghiên cứu cấu tạo, thành phần chức tế bào • Mơ học (Histology): nghiên cứu mơ
• Giải phẩu học (Anatomy): nghiên cứu cấu trúc bên thể • Di truyền học ( Genetics): nghiên cứu tính di truyền biến dị • Sinh hóa học (Biochemistry): nghiên cứu q trình sinh hố
• Lý sinh học (Biophysics): nghiên cứu trình vật lý thể sống • Sinh thái học ( Ecology ): nghiên cứu quan hệ sinh vật mơi trường • Vi sinh học (Microbiology)nghiên cứu giới vi sinh vật
Mỗi mơn học lại chia nhỏ Ví dụ động vật học nghiên cứu động vật có xương động vật khơng xương Động vật có xương chia ngư học (nghiên cứu cá) hay điểu học (nghiên cứu chim)
Do phát triển mạnh sinh học nhiều lĩnh vực hình thành sinh học phân tử (molecular biology), enzyme học (enzymeology)
Vậy “sinh học tổ hợp mơn khoa học nghiên cứu từ khía cạnh khác nhau mức độ khác toàn tính đa dạng sống”.
(6)(7)Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt
1. Hoàng Đức Cự, (1998), Sinh học đại cương (Sinh học phân tử - tế bào) tập I nxb ĐHQG Hà Nội
2. Nguyễn Đình Giậu, (2000), Sinh học đại cương, Sinh học thực vật, Sinh học động vật NXB Đại học Quốc gia TP HCM
3 Nguyễn Như Hiền (2000), Tế bào học, NXB ĐHQG Hà Nội
4. Trịnh Hữu Hằng, (19980, Sinh học thể động vật Sinh học đại cương II, NXB Đại học Quốc gia
5. Phạm Thành Hổ, (2004) Sinh học đại cương, NXB Đại học Quốc gia TP HCM
6. Nguyễn Chi Mai, (2000), Sinh học đại cương, Sinh học thể Tủ sách Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP HCM
7. Bùi Trang Việt, (2003) Sinh học tế bào, NXB Đại học Quốc gia TP HCM
Tài liệu tiếng Anh
8. Bruce Alberts, at all (1983), Molecular biology of the cell, New York and London