ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG 1 SỰ SỐNG VÀ SỰ ĐA DẠNG CỦA SỰ SỐNG

KHÁI NIỆM SỰ SỐNG:1. Sự đa dạng và thống nhất của sự sống.2. Các tính chất đặc trưng cho sự sống3. Các biểu hiện của sự sốngII. NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI SINH VẬT:1. Cách gọi tên sinh vật:2. Các tiêu chí phân loại sinh vật:III. GIỚI VÀ SỰ PHÂN CHIA SINH GIỚI:1. Sự phân chia sinh giới:2. Giới thiệu về các giới sinh vật:2.1. Giới Monera:2.1.1.Vi khuẩn cổ:2.1.2.Vi khuẩn thật:2.1.3. Virut:2.1.4. Vai trò của virut và vi khuẩn:2.2. Giới Protista:2.3. Giới Nấm:2.3.1. ðặc ñiểm chính:2.3.2. Tóm tắt hệ thống phân loại nấm:2.3.3. Tầm quan trọng về kinh tế và sinh thái của Nấm2.4. Giới Thực vật:2.4.1. Những đặc tính thích nghi với đời sống trên cạn của thực vật:2.4.2. Sơ lược hệ thống phân loại thực vật:2.4.3. Vai trò của thực vật2.5. Giới ðộng vật:III. ĐA DẠNG SINH HỌC1. Khái niệm:2. Vai trò của đa dạng sinh học:3. Nguyên nhân gây suy giảm đa dạng sinh học:4. Hiện trạng đa dạng sinh học Việt Nam:

ðỀ CƯƠNG CHƯƠNG 1 - SỰ SỐNG VÀ SỰ ðA DẠNG CỦA SỰ SỐNG

(5 TIẾT)

I KHÁI NIỆM SỰ SỐNG:

1 Sự ña dạng và thống nhất của sự sống

2 Các tính chất ñặc trưng cho sự sống

3 Các biểu hiện của sự sống

II NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI SINH VẬT:

1 Cách gọi tên sinh vật:

2 Các tiêu chí phân loại sinh vật:

III GIỚI VÀ SỰ PHÂN CHIA SINH GIỚI:

1 Sự phân chia sinh giới:

2 Giới thiệu về các giới sinh vật:

III ðA DẠNG SINH HỌC

1 Khái niệm:

2 Vai trò của ña dạng sinh học:

3 Nguyên nhân gây suy giảm ña dạng sinh học:

4 Hiện trạng ña dạng sinh học Việt Nam:

TÓM TẮT BÀI GIẢNG CHƯƠNG 1 - SỰ SỐNG VÀ SỰ ðA DẠNG CỦA SỰ SỐNG

(5 TIẾT)

I KHÁI NIỆM SỰ SỐNG:

Thuật ngữ Biology bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp: Bios (sự sống) và Logos (môn học hay học thuyết) nên Biology có nghĩa là Khoa học sự sống =>SỰ SỐNG LÀ GÌ ? Theo ngôn ngữ Việt nam chữ sống có nhiều nghĩa: chưa chết, tươi (chưa chín như rau sống, ), Ở ñây sự sống ñược hiểu là dạng hoạt ñộng vật chất có trong mỗi sinh vật

1 Sự ña dạng và thống nhất của sự sống

Quanh ta, nơi nào cũng có các sinh vật: cây cỏ, côn trùng, tôm, cá, ếch nhái, rắn, rùa, chim, thú, và cả các vi sinh vật Các nhà khoa học ước tính có khoảng hơn 2 triệu loài sinh vật sống trên hành tinh chúng ta Về mặt sinh học con người chỉ là một loài trong khối ña dạng muôn màu sắc ñó Sự ña dạng của sự sống biểu hiện ở hai mặt : ña dạng các loài và hệ thống thứ bậc từ thấp lên cao của nhiều mức tổ chức khác nhau

a ða dạng các loài

Mỗi loài sinh vật có những ñặc ñiểm riêng bên ngoài, cấu trúc bên trong và cả các biểu hiện sống ñặc thù Ngay xét bề ngoài, sự khác nhau thể hiện rõ ở nhiều mặt như: kích thước, màu sắc, hình dáng, trọng lượng, ðiều nà dễ nhận thấy, ví dụ : về kích thước thì các vi khuẩn trong khoảng 1/1000 ñến 10/1000mm phải nhìn dưới kính hiển vi mới thấy, trong khi ñó nhiều cây cổ thụ cao ñến 50 - 60m Về tuổi thọ, vi khuẩn E.coli mỗi thế hệ có thể dài chỉ 20 phút, các cây cổ thụ có thể sống nghìn năm Sự ña dạng ñến mức không có hai sinh vật giống như nhau

b Hệ thống thứ bậc nhiều mức tổ chức khác nhau

Có các mức tổ chức chủ yếu :

Các ñại phân tử sinh học,

Tế bào - ñơn vị cơ sở của sự sống,

Cá thể - ñơn vị cơ sở của sự tồn tại ñộc lập có hoạt ñộng sống,

Quần thể - ñơn vị cơ sở của tiến hóa,

Loài - ñơn vị căn bản của tiến hóa,

Quần xã (community) - sự cùng tồn tại của nhiều loài sinh vật với nhau ở

Hệ sinh môi (ecosystems) - ñơn vị căn bản của môi sinh,

Sinh quyển - sự sống trên hành tinh chúng ta

Trong ñó, tế bào là ñơn vị cấu trúc cơ bản của sự sống Tế bào là cấu trúc nhỏ nhất

có biểu hiện ñầy ñủ các tính chất của sự sống, nên việc nghiên cứu nó giúp hiểu ngay tận gốc các cơ nguyên sống của toàn bộ sinh giới

c Sự thống nhất

Sự ña dạng ở khắp mọi nơi dễ nhận thấy, nhưng sự thống nhất chỉ biết ñược từ các phân tích khoa học Sự thống nhất biểu hiện ở hệ thống phân loại và sự giống nhau ở các cấu trúc và cơ chế sống vi mô Dựa vào các ñặc ñiểm hình thái giống nhau có thể xếp các sinh vật vào những nhóm nhất ñịnh gọi là nhóm phân loại Nhóm phân loại lớn nhất, bao trùm, ñược gọi là tổng giới hoặc Liên giới (domain) Mỗi liên giới lại gồm các giới khác nhau Ví dụ, giới thực vật, giới ñộng vật, giới nấm Mỗi giới ñược chia thành các nhóm nhỏ hơn gọi là phân giới Tuần tự ta có sự phân chia nhỏ dần như sau: Giới - phân giới - Ngành - Phân ngành - Lớp - Phân lớp - Bộ - Bộ phụ - Họ - Phân họ - Chi - Phân chi/tông

- Loài Chi tiết về sự phân chia sinh giới sẽ ñược ñề cấp ở phần tiếp theo

Trong nghiên cứu sinh học, chúng ta có thể so sánh, ñối chiếu các sinh vật ở bậc thấp hoặc cao hơn Những so sánh ñối chiếu sẽ giúp hệ thống hóa sự phát triển từ thấp lên cao, từ ñơn giản ñến phức tạp

2 Các tính chất ñặc trưng cho sự sống

Càng ñi sâu phân tích thế giới vi mô, sự sống có những tính chất ñặc trưng giống nhau Sự sống là một dạng hoạt ñộng vật chất phức tạp hơn nhiều và cao hơn hẳn so với các quá trình vật lý và hóa học trong tự nhiên Con người ngày càng hiểu sâu về thế giới

vi mô các sinh vật Việc giải thích sự sống phụ thuộc tri thức mỗi thời ñại, như con người

ví như ñồng hồ, tim như cái bơm Ngày nay, ngoài các yếu tố vật chất, năng lượng vốn có

ở giới vô sinh, chúng ta xét thêm thông tin là tính chất mới phát triển cao ở các sinh vật

a Vật chất: Cấu trúc phức tạp và tổ chức tinh vi

ðây là tính chất ñầu tiên dễ nhận thấy Các sinh vật cũng ñược tạo nên từ những nguyên tố vốn có trong tự nhiên, nhưng cấu trúc bên trong phức tạp và chứa vô số các hợp chất hóa học rất ña dạng Ví dụ : vi khuẩn E.coli, một sinh vật ñơn bào nhỏ bé với kích thước 1 - 2 µm, nặng 2.10-6 mg chứa khoảng 40 tỉ phân tử nước với 5.000 loại các hợp chất hữu cơ khác nhau Riêng Protein có khoảng 3000 loại với cỡ 1.000.000 phân tử,

mà phần lớn cấu trúc chưa biết ñược Nếu tính ở người thì số loại protein không phải là 3.000 như ở E.coli, mà là 5 triệu loại, lại không giống với E.coli

Các chất phức tạp trong cơ thể sống hình thành nên các cấu trúc tinh vi thực hiện một số chức năng nhất ñịnh Không những các cấu trúc như màng, nhân tế bào mà cả từng loại ñại phân tử cũng có vai trò quan trọng nhất ñịnh Trong thế giới sinh vật hoàn toàn có thể nói về chức năng của một loại phân tử Ví dụ bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là "bệnh phân tử" vì trong 600 acid amin tạo nên Hemoglobin ở vị trí 6 acid glutamic

bị thay bằng valin Trong gần 600 acid amin chỉ 1 bị thay thế ñã gây bệnh trên Từng loại phân tử có tầm quan trọng ðiều không có trong giới vô cơ

Tế bào E.coli nhỏ bé với cấu trúc và tổ chức phức tạp như vậy nhưng có hoạt ñộng sống rất cao, trong 20 phút có thể sinh sản tạo tế bào mới giống hệt Hiện nay con người

ñã chế tạo ñược các tàu vũ trụ, nhưng chưa chế tạo ñược cái máy nào tự nó sản sinh ra nó! Các cấu trúc ñược tạo ra ñể thực hiện chức năng nhất ñịnh

b Năng lượng: Sự chuyển hóa phức tạp

ðặc ñiểm thứ hai là khả năng thu nhận năng lượng từ môi trường và biến ñổi xây dựng, duy trì tổ chức phức tạp ñặc trưng cho sự sống Một số các sinh vật ñã lấy những chất ñơn giản nhất như CO2, N2, H2O làm nguyên liệu và ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng Năng lượng lượng tử của ánh sáng ñược chuyển thành năng lượng hóa học trong các chất hữu cơ của cây xanh, từ ñó lưu chuyển sang các sinh vật khác

Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào diễn ra phức tạp trên cơ sở 2 quá trình

là ñồng hóa (tổng hợp vật chất và tích lũy năng lượng) và dị hóa (phân giải vật chất và giải phóng năng lượng) Ví dụ: tế bào là "nhà máy hóa học ñặc biệt", nhiều phản ứng xảy

ra ñồng thời, nhanh nhạy, chính xác, hiệu quả cao, lại ñược sự ñiều hòa hợp lý ñúng lúc, ñúng nơi Tế bào nhận năng lượng bên ngoài vào ở dạng năng lượng hóa học (các chất hữu cơ của thức ăn), sau ñó ñược cải biến ñể thực hiện công hóa học trong tổng hợp các thành phần tế bào, công cho vận chuyển vào tế bào, và công cơ học cho co cơ và di chuyển Cặn bả dư thừa ñược thải ra ngoài Vật chất vô sinh không có khả năng sử dụng năng lượng bên ngoài ñể duy trì cấu trúc của bản thân nó như các sinh vật Ngược lại, vật chất vô sinh khi hấp thu năng lượng bên ngoài như ánh sáng, nhiệt, nó chuyển sang trạng thái hỗn loạn hơn và ngay sau ñó tỏa ra xung quanh

Tóm lại, tế bào là một hệ thống hở không cân bằng, nó lấy năng lượng từ bên ngoài, sử dụng vật chất và năng lượng với một hiệu quả cao hơn hẳn so với máy móc mà con người chế tạo Về mặt năng lượng, tế bào cũng tuân theo quy luật nhiệt ñộng học II:

nó thu nhận vật chất và năng lượng duy trì tổ chức cao của nó, ñồng thời làm tăng sự hỗn loạn của môi trường xung quanh nó

Chứa và truyền ựạt thông tin là tắnh chất tuyệt diệu nhất của thế giới sinh vật, không có ở các chất vô sinh nếu thiếu sự chế tạo do con người Thông tin liên quan ựến sinh sản, phát triển, tiến hóa và các phản ứng thắch nghi Thông tin là khả năng cảm nhận trạng thái bên trong hệ thống và tác ựộng từ môi trường, bảo tồn, xử lý và truyền ựạt Thông tin ở dạng mã hóa, có thông tin di truyền và thắch nghi

Thông tin di truyền: Nhờ có thông tin, tế bào có khả năng tự sinh sản tạo ra thế hệ

con giống hệt cha mẹ Sự sinh sản gắn liền với tắnh di truyền ựược biểu hiện rõ qua nhiều thế hệ Thế hệ trước truyền cho thế hệ sau không phải các tắnh trạng mà chương trình phát triển của mỗi loài sinh vật ựược gọi là thông tin di truyền Thông tin di truyền ựược mã hóa ở dạng trình tự thẳng của 4 loại nucleotid rồi hiện thực hóa ra dạng cấu trúc không gian ba chiều của các phân tử protein và các cấu trúc tế bào Thông tin di truyền ựược hiện thực hóa ở thế hệ sau trong quá trình phát triển cá thể Mỗi sinh vật ựều lập lại chắnh xác các giai ựoạn phát triển như của cha mẹ Con người bắt ựầu từ hợp tử, rồi phôi, thai, sinh ra, ựi, ,già, chết Bộ gen chi phối mọi biểu hiện sống: tái tạo các cấu trúc tinh vi, ựiều hòa thực hiện hàng loạt phản ứng hóa học giúp phản ứng và thắch nghi với môi trường

Có ựịnh nghĩa rằng: "Sự sống - ựó là sự duy trì và tái tạo tắch cực cấu trúc ựặc thù kèm theo tiêu tốn năng lượng"

Thông tin di truyền tinh vi ựược truyền ựạt cho nhiều thế hệ nối tiếp với sự ổn ựịnh cao nhờ các cơ chế sao chép chắnh xác và phân chia ựều cho các tế bào con Cá thể sinh vật ựến lúc nào ựó sẽ chết, nhưng thông tin không chết, lại ựược truyền cho thế hệ sau và

có thể biến ựổi tiến hóa Nhờ có thông tin thế giới sinh vật không những bất tử mà hoàn thiện không ngừng, dẫn ựến con người trắ tuệ ựể chuyển sang tiến hóa xã hội Nhờ sự nối tiếp di truyền mà sự sống từ khi xuất hiện cho ựến nay là một dòng liên tục và tất cả các sinh vật trên quả ựất ựều có quan hệ họ hàng nhau, bắt nguồn từ một tổ tiên chung

Thông tin thắch nghi: Ở ựộng vật nhiều thông tin liên quan ựến hoạt ựộng của hệ

thần kinh Một biểu hiện ghi nhận thông tin là trắ nhớ Nhiều cơ chế tinh vi chắnh xác, nhanh nhạy ựể thu nhận thông tin ở các loài sinh vật giúp chúng phản ứng chủ ựộng với môi trường đó là ánh sáng ở con ựom ựóm, các chất dẫn dụ nhau của côn trùng, âm thanh tiếng kêu của chim, ựiệu múa chỉ ựường lấy phấn hoa ở ong, Thực vật cũng có những thông tin thắch nghi tuy không nhanh nhạy : rễ cây hướng chỗ phân, cây mọc phắa ánh sáng, Thông tin thắch nghi lúc ựầu ở ựời sống cá thể tạo ưu thế trong ựấu tranh sinh tồn, ựược chọn lọc tự nhiên giữ lại và ghi thêm vào thông tin di truyền Do vậy, thông tin

thích nghi cũng chịu sự chi phối của bộ gen và ñược lưu truyền Bộ gen của sinh vật tiến hóa cao hơn còn mang thông tin di truyền của tổ tiên ðiều này thể hiện rõ ở sự lặp lại ngắn gọn các giai ñoạn của tổ tiên trong sự phát triển phôi sinh vật bậc cao: phôi người lúc ñầu giống cá, rồi bò sát, cũng có lông, Tiến hóa thích nghi tạo sự ña dạng từ tổ tiên Tiến hóa có sự thừa kế

Có lẽ các cơ chế thu nhận thông tin ñể phản ứng lại với môi trường sống chung quanh là quan trọng nhất trong tiến hóa Ở người, một miệng ăn, một mũi thở cung cấp vật liệu và năng lượng cho sự sống Nhưng các giác quan ñể thu nhận thông tin thì nhiều hơn hẳn: da của toàn thân, hai mắt ñể thấy và cảm nhận áp suất, hai tai nghe và ñịnh thăng bằng, hai lỗ mũi, lưỡi và hai tay sờ nắm

Như vậy:

- Tất cả các sinh vật ñều có thành phần cấu tạo vật lý và hóa học như giới vô sinh và toàn bộ các quá trình sống ñều tuân theo các quy luật vật lý và hóa học Tuy nhiên, các sinh vật phải thu nhận năng lượng và vật liệu ñể duy trì cấu trúc ñặc thù, rồi thải phế phẩm ra ngoài

- Sự sống có sự tương quan thống nhất giữa cấu trúc và chức năng biểu hiện ở tất cả các mức tổ chức khác nhau ðể hiểu rõ chức năng nào ñó, cần biết chi tiết nó ñược thực hiện do cấu trúc nào Ngược lại biết rõ chức năng có thể suy ra cấu trúc

- Bộ gen chứa thông tin di truyền cho sự sinh sản và phát triển Bộ gen của tất cả các sinh vật có cấu trúc tế bào ñều là acid nucleic, xuất phát ñiểm biểu hiện sự sống ở mức phân tử, biểu hiện sự thống nhất của sinh giới Mọi tính trạng của sinh vật ñều chịu sự chi phối của các gen tương ứng Trong khối ña dạng của nhiều tính trạng,

có thể tách riêng từng ñơn vị lẻ ñể nghiên cứu, ñó là gen-tính trạng

- Khi nghiên cứu sinh học phải ñặt trong tiến trình của sự phát triển cá thể Hoạt ñộng sống diễn ra liên tục không ngừng và cơ thể sinh vật ñổi khác từng giây theo chương trình phát triển Ai cũng dễ nhận thấy hoạt ñộng sống của người trẻ khác với người già Khi tìm hiểu các quá trình sinh học phải biết nó nằm trong giai ñoạn nào của sự phát triển

- Sự phổ biến của các cơ chế phản hồi trong thế giới sinh vật Các tín hiệu muôn hình vạn trạng thường xuyên tác ñộng ñến sinh vật, chúng thu nhận thông tin, xử lý

và có phản ứng ñáp lại Một biểu hiện là mối liên hệ ngược (feed-back): một chất ñược tổng hợp dư thừa nó sẽ ức chế enzyme ñầu chuỗi phản ứng làm dừng lại

Sinh học tuy ñã tiến những bước dài, nhưng còn nhiều hiện tượng kỳ bí dễ dẫn ñến

mê tín như linh cảm, thần giao cách cảm, "nhân ñiện", Không loại trừ khả năng trong quá trình tiến hóa rất lâu dài hơn 3,5 tỉ năm ở thế giới sinh vật ñã xuất hiện những dạng năng lượng và thông tin khác nữa mà trình ñộ khoa học ñương thời chưa ñủ sức phát hiện Tóm lại, sự sống là một dạng hoạt ñộng vật chất phức tạp trên cơ sở tương tác ñồng thời của 3 yếu tố vật chất, năng lượng và thông tin Sự trình bày thành từng mục chỉ nhằm ñể

dễ hiểu, trong hoạt ñộng sống cả 3 yếu tố phối hợp thành một thể thống nhất

3 Các biểu hiện của sự sống

a Trao ñổi chất (metabolism): ðể tồn tại các tế bào phải thực hiện liên tục hàng

loạt phản ứng hóa học ñể phân hủy các chất dinh dưỡng cung cấp năng lượng và vật liệu cho sinh tổng hợp và các quá trình sống như tăng trưởng, vận ñộng, sinh sản, Toàn bộ các hoạt ñộng hóa học của sinh vật ñược gọi là sự trao ñổi chất Khi trao ñổi chất dừng thì sinh vật chết Các phản ứng trao ñổi chất diễn ra phức tạp với nhiều ñiểm ưu việt ñã nói ñến ở trên Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào diễn ra phức tạp trên cơ

sở 2 quá trình là ñồng hóa (tổng hợp vật chất và tích lũy năng lượng) và dị hóa (phân giải vật chất và giải phóng năng lượng)

b Sự nội cân bằng (homeostasis): Quá trình trao ñổi chất tuy phức tạp, nhưng

ñược sự ñiều hòa hợp lý ñể duy trì các hoạt ñộng bên trong tế bào ở mức cân bằng và ổn ñịnh ở một trạng thái nhất ñịnh Ví dụ, nhiệt ñộ cơ thể người bình thường luôn ñược duy trì ở 37oC dù thời tiết có thay ñổi nóng lạnh khác nhau Xu hướng các cơ thể sinh vật tự duy trì môi trường bên trong ổn ñịnh gọi là sự nội cân bằng và ñược thực hiện do các cơ chế nội cân bằng (homeostatic mechanisms) Các cơ chế này rất nhạy cảm và hữu hiệu liên quan ñến vai trò của các cơ chế thần kinh, hoocmon Sinh vật ở mức phát triển càng cao, các cơ chế ñiều hòa càng phức tạp

c Sự tăng trưởng (growth): Sự tăng trưởng là tăng khối lượng chất sống của mỗi

cơ thể sinh vật Nó bao gồm sự tăng kích thước của từng tế bào và tăng số lượng tế bào tạo nên cơ thể Sự tăng trưởng của tế bào khác nhiều về căn bản so với sự lớn lên của tinh thể trong dung dịch muối Một ñặc ñiểm nữa là khi sự tăng trưởng diễn ra, từng phần của

tế bào hay cơ thể vẫn hoạt ñộng bình thường Một số thực vật có thời gian tăng trưởng kéo dài rất lâu như các cây cổ thụ nghìn năm Hầu hết ñộng vật có giới hạn tăng trưởng nhất ñịnh, kích thước ñạt tối ña lúc sinh vật trưởng thành

d Sự vận ñộng: Sự vận ñộng dễ nhận thấy ở các ñộng vật như các ñộng tác leo,

trèo, chạy, nhảy, bơi, bay, Sự vận ñộng cũng có ở thực vật, nhưng rất chậm và khó nhận

thấy như dòng chất trong tế bào lá gọi là cyclosis Các vi sinh vật vận ựộng nhờ các lông nhỏ hay giả túc như ở amắp

e Sự ựáp lại/phản ứng (responsiveness): Mặt biểu hiện này của sự sống cũng dễ

nhận thấy ở các loài ựộng vật đáp lại các kắch thắch khác nhau từ môi trường bên ngoài, các ựộng vật có những phản ứng nhất ựịnh như thay ựổi màu sắc, nhiệt ựộ, tập tắnh sống, Con mắt người là một cơ quan rất tinh vi thu nhận nhanh nhạy, chắnh xác các kắch thắch ánh sáng truyền cho hệ thần kinh ựể con người có phản ứng ựáp lại Các thực vật cũng có nhiều phản ứng tuy chậm và khó nhận thấy hơn như cây xanh mọc về ánh sáng, ựịnh hướng gốc ngọn theo trọng trường, Không ắt vắ dụ về sự phản ứng ở thực vật như cây xấu hổ, cây bắt ruồi

f Sự sinh sản: Biểu hiện này của sự sống dễ nhận thấy ở tất cả các loài sinh vật

Từ lâu, con người ựã biết: "sinh vật sinh ra sinh vật" và "tế bào sinh ra tế bào" Các sinh vật nhỏ bé như các vi khuẩn lại có tốc ựộ sinh sản nhanh Có hai kiểu sinh sản: vô tắnh và hữu tắnh Sự sinh sản hữu tắnh ra ựời muộn hơn, nhưng nó tạo nên sự ựa dạng lớn làm tăng nhanh tốc ựộ tiến hóa của sinh giới Nhiều vi sinh vật sinh sản vô tắnh, nhưng chúng

có các quá trình cận hữu tắnh làm tăng biến dị di truyền

g Sự thắch nghi: Sự thắch nghi là khả năng cơ thể thắch ứng với môi trường sống

Sự biểu hiện ựặc trưng này của sự sống giúp các sinh vật tồn tại trong thế giới vật chất luôn biến ựộng Các cơ chế thắch nghi làm tăng khả năng sống còn của các sinh vật trong môi trường ựặc biệt Có nhiều dạng thắch nghi như về cấu trúc, sinh lý, tập tắnh hay sự phối hợp của các dạng Hầu như mỗi sinh vật có cơ chế thắch nghi ựộc ựáo riêng, khó kể hết Các cơ chế thắch nghi là kết quả của quá trình tiến hóa lâu dài

Từ những ựiểm nêu trên, có thể rút ra ựịnh nghĩa như sau: "Sự sống là phương

thức tồn tại của vật chất, xuất hiện theo qui luật ở cấp ựộ các hợp chất cao phân tử (polymer), ựược ựặc trưng bởi các cấu trúc biến ựộng và linh hoạt, bởi chức năng trao ựổi,

và cả các quá trình tự ựiều hòa, tự hồi phục, tắch lũy và truyền ựạt thông tin di truyền "

II NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI SINH VẬT:

1 Cách gọi tên sinh vật:

Từ ngàn xưa ựến nay, cuộc sống của con người ựã luôn tồn tại trong mối quan hệ gắn bó chặt chẽ với tự nhiên Từ những ngày ựầu tiên trong quá trình hình thành và phát triển ựến nay, con người ựã biết khai thác và sử dụng các sản phẩm từ sinh vật Mà sinh vật thì vô cùng phong phú, ựa dạng chắnh vì vậy ựể phân biệt các loài khác nhau, con người ựã sớm biết ựặt cho chúng những cái tên nhất ựịnh

ðặt tên gọi cho các cơ thể sống theo loài một cách khoa học và thống nhất là vấn

ñề rất cần thiết và quan trọng của khoa phân loại học (Taxonomy) Thông thường trong thông tin phổ thông các tên gọi cơ thể sống như chó, mèo, chuột nhắt, khỉ, ruồi nhà, ñậu vườn, bắp nếp, lúa tám là những tên gọi thông thường, chưa phải là tên gọi khoa học của loài sinh vật vì mỗi tên gọi ñó có thể bao gồm nhiều loài hoặc cùng một loài ở các nơi khác nhau thì có tên gọi khác nhau hay các loài khác nhau ở các nơi khác nhau lại có cùng một tên gọi, ví dụ ta gọi muỗi sốt rét ñể chỉ rất nhiều loài muỗi, là vectơ truyền bệnh sốt rét ở người

Từ thế kỉ 18 nhà phân loại học người Thụy ðiển là Carolus Linnaeus (1707 - 1778)

ñã ñặt cơ sở khoa học cho sự ñặt tên ñể gọi các loài Hệ thống phân loại của ông có 2 ñặc ñiểm: sự sắp xếp các loài vào một hệ thống phân loại theo cấp bậc lệ thuộc và ñặt tên gọi cho mỗi loài theo hệ tên kép

Mỗi loài ñược ñặt cho một tên gọi kép là tên của chi (genus) mà loài ñó thuộc về là tên thứ nhất; tên thứ hai tiếp theo là tên của loài thuộc về chi ñó Ví dụ: Loài báo hoa

ñược ñặt tên là Panthera pardus là tiếng Latin ñể chỉ loài pardus và chi là Panthera Loài người ñược ñặt tên khoa học là Homo sapiens trong ñó sapiens là loài và Homo là tên chi

Tuy nhiên, sau ñó do số lượng các loài sinh vật ñược phát hiện tăng lên rất nhiều bởi các tác giả khác nhau nên vấn ñề tên gọi của sinh vật lại trở nên khó kiểm soát dẫn ñến những khó khăn nhất ñịnh trong việc nghiên cứu phân loại sinh vật Chính từ thực tế

ñó ñặt ra yêu cầu phải có quy tắc trong việc gọi tên các loài thực vật và Luật danh pháp sinh vật ra ñời Trải qua nhiều năm, luật danh pháp sinh vật ñã ñược nhiều nhà phân loại học ñóng góp ý kiến bổ sung hay sửa ñổi Cho ñến nay, nó ñã tương ñối ñầy ñủ và hoàn thiện bao gồm các quy ñịnh về công bố, về tuýp danh pháp, nguyên tắc gọi tên sinh vật, bãi bỏ và sửa tên

Song song với sự xác ñịnh và ñặt tên cho các loài thì ñiều quan trọng phải sắp xếp các loài vào một hệ thống phân cấp bậc lệ thuộc mà các loài ñó thuộc về và thể hiện mức

ñộ thân thuộc Các ñơn vị phân loại sinh vật ñi từ thấp lên cao là Loài (Species), Chi (Genus), Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum), và Giới (Kingdom) Hiện nay, một số nhà khoa học còn ñề xuất trên giới còn có một bậc phân loại nữa gọi là liên giới hay tổng giới (Domain) ðấy là chưa kể ñến các mức phân loại trung gian như Loài phụ (Subspecies), Chi phụ (Subgenus), Họ phụ (Subfamily), Bộ phụ (Suborder),Lớp phụ (Subclass), Ngành phụ (Subphylum) Ví dụ:

Panthera pardus→Panthera→Felidae→Carnivora→Mammalia→Chordata→ Animalia

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

(Loài) (Chi) (Họ) (Bộ) (Lớp) (Ngành) (Giới)

Loài báo hoa thuộc chi Panthera và trong chi Panthera còn có nhiều loài khác nhau như sư

tử (Panthera leo), hổ (Panthera tigris)

Các nhà phân loại học còn dùng tên phụ ñể gọi tên các cá thể sai khác nhau trong một bậc phân loại, ví dụ loài phụ (hay còn gọi là nòi ñịa lý) ñể chỉ các cá thể cùng thuộc một loài nhưng sống trong một vùng ñịa lý khác nhau Cũng tương tự như vậy cá thể có chi phụ, họ phụ, bộ phụ, lớp phụ và ngành phụ Sự sắp xếp ña dạng các cá thể và hệ thống phân loại theo cấp bậc lệ thuộc là thân thuộc không chỉ ñể phân loại theo hình thức mà còn giúp các nhà khoa học xây dựng “cây phát sinh” phản ánh sự phát sinh chủng loại

2 Các tiêu chí phân loại sinh vật:

Việc sắp xếp các loài vào một hệ thống phân cấp bậc lệ thuộc mà các loài ñó thuộc

về và thể hiện mức ñộ thân thuộc là ñiều vô cùng quan trọng Các loài (species) thân thuộc ñược xếp và cùng một chi hoặc giống (genus), các chi thân thuộc ñược xếp vào cùng một họ (family), các họ thân thuộc ñược xếp vào cùng một bộ (orders), các bộ thân thuộc ñược xếp vào cùng một lớp (classes), các lớp thân thuộc ñược xếp vào cùng một ngành (phyla), và các ngành thân thuộc ñược xếp vào cùng một giới (kingdoms)

ðể có thể sắp xếp một sinh vật nào ñó vào các bậc phân loại: loài, chi, họ, bộ, lớp, ngành các nhà phân loại học phải căn cứ vào nhiều tiêu chí khác nhau phản ánh ñúng và khách quan vị trí của chúng trong cây phân loại và vị trí của cành nào nhánh nào trong cây phân loại ñó Các nhà phân loại học thường căn cứ vào các ñặc ñiểm sau ñây ñể phân loại sinh vật:

- ðặc ñiểm về hình thái: hình dạng, kích thước, mầu sắc, cách sắp xếp các bộ phận trên cơ thể, số lượng các phần phụ

- ðặc ñiểm giải phẫu của cơ thể và các cơ quan: cấu trúc tế bào ở mức ñộ hiển vi

và siêu hiển vi, cấu trúc giải phẫu so sánh, ñặc ñiểm cấu trúc bên trong của cơ thể và các cơ quan ví dụ như cấu trúc biểu bì và bó mạch ở thực vật hay cấu trúc bộ xương ở ñộng vật

- ðặc ñiểm về chức năng và tập tính: chức năng của các cơ quan, tập tính kiếm

ăn, sự phân hóa ổ sinh thái, các phản xạ có ñiều kiện và các phản xạ không ñiều kiện

- ðặc ñiểm phát triển phôi thai: sự biến ñổi và hoàn thiện cấu trúc của phôi, sự xuất hiện các ñặc tính lại tổ trong quá trình phát triển của phôi

- ðặc ñiểm di tích cổ sinh, các cơ quan thoái hóa như ruột tịt ở ñộng vật có vú là dấu vết của manh tràng của ñộng vật ăn cỏ, ñốt xương cùng ở người là dấu vết

- ðặc ñiểm và về sinh học phân tử: hình dạng, kích thước, cấu trúc hóa học, cấu trúc không gian của ADN, ARN, Nhiễm sắc thể và các ñặc ñiểm di truyền của chúng Ngoài ra các nhà phân loại học còn sử dụng sản phẩm dịch mã của ADN là các Protein như lyzozym, các enzym, cấu trúc một số loại hoocmon

ñể làm cơ sở phân loại sinh vật

Trong các tiêu chí về hình thái giải phẫu thì hiện tượng ñược quan tâm nhiều nhất

là cơ quan tương ñồng (homology) là cơ quan cùng có chung nguồn gốc mặc dù chúng có cấu tạo hoặc chức năng khác nhau Ví dụ, tay người, chi trước của chuột chũi, chi ngựa hay cánh dơi v.v tuy cấu tạo và chức năng khác nhau nhưng chúng ñều có chung nguồn gốc là từ chi năm ngón của tổ tiên chung của ñộng vật có xương sống, chúng là cơ quan tương ñồng nhưng do tính thích nghi phân hoá chức năng khác nhau (tay người ñể cầm nắm, chi chuột chũi ñể ñào bới, chi ngựa ñể chạy, cánh dơi ñể bay) nên có cấu tạo khác nhau (tay người có ngón cái ñối diện với bốn ngón, chi chuột chũi hình bẹt có móng sắc nhọn, chi ngựa một ngón mang guốc, còn cánh dơi xương dài mảnh có màng bay) Trong lúc cánh dơi, cánh bướm tuy là cơ quan ñể bay nhưng có nguồn gốc hoàn toàn khác nhau nhưng do sự thích nghi ñồng quy nên có sự giống nhau, chúng ñược gọi là cơ quan tương

tự (analogy) Các cơ quan tương ñồng phản ánh mức ñộ họ hàng thân thuộc trong cây phân loại, vì vậy nhà phân loại học cần phân biệt và chọn lọc các cơ quan tương ñồng với các cơ quan tương tự ñể xây dựng ñược hệ thống phân loại phản ánh ñúng mức ñộ tiến hoá của chúng

Hình 1: Hiện tượng tương ñồng sinh học (Addison Weslay, 1999)

Tay của người, chi trước của Mèo, vây cá voi và cánh của dơi

ðể bổ trợ cho việc phân loại

ñược chính xác cần phối hợp sử dụng

các tiêu chí về phát triển phôi thai, cổ

sinh học và ñặc biệt là các tiêu chí về

sinh học phân tử Phân tích gen và hệ

gen (genome) cũng như protein và hệ

protein (proteome) của cơ thể, các nhà

phân loại học ñã xây dựng lên các tiêu

chí khách quan dựa trên nguyên tắc

tương ñồng phân tử, phản ánh ñúng

mối quan hệ họ hàng và tiến hoá giữa

các cơ thể và từ ñó ñã xây dựng ñược

cây phát sinh (phylogenetic tree) với

các nhánh cành (cladogramm) một

cách chính xác hơn, khoa học hơn, bởi

vì trình tự các nucleotid trong ADN cũng như trình tự các axit amin trong protein của cơ thể càng giống nhau thì chúng càng thân thuộc với nhau nhiều hơn Ví dụ, trước ñây chỉ dựa vào hình thái, giải phẫu, các nhà phân loại học xếp chim vào lớp chim (Aves), xếp thằn lằn, rắn, cá sấu vào lớp bò sát (Reptilia) và cá sấu rất xa với chim Nhưng sự phân tích tiêu chí phân tử (ADN và protein) cho phép xây dựng cây phát sinh với các nhánh phản ánh ñúng là thằn lằn, rắn, cá sấu, chim có cùng nguồn gốc chung và nhánh cá sấu, chim có quan hệ họ hàng gần nhau hơn và có chung nguồn gốc

Tổ tiên

Hình 3: Mối quan hệ giữa các nhóm phân loại Thằn lằn, Rắn, Cá sấu và Chim

Hình 2: Ví dụ về cây phát sinh chủng loại

(Theo Gregory, 2008)

Hình 4: C Linné - người đầu tiên phân chia sinh giới thành giới động vật và giới thực vật

III GIỚI VÀ SỰ PHÂN CHIA SINH GIỚI:

1 Sự phân chia sinh giới:

Ngay từ thời xa xưa con người ñã biết phân biệt

ñộng vật và thực vật chỉ có ñiều chưa có ai sắp xếp chúng

thành hệ thống mà thôi Aristote (năm 370 TCN) là người

ñầu tiên chia sinh vật thành ñộng vật và thực vật nhưng phải

ñến thế kỷ XVIII, C.Linné (1707-1778) mới là người ñầu

tiên hệ thống hóa sinh giới theo các bậc phân loại khác

nhau, trong ñó ông chia sinh giới thành 2 giới là giới thực

vật (Vegetabilia) và giới ñộng vật (Animalia)

Về sau này, cùng với sự tiến bộ của khoa học ñặc

biệt là việc sáng tạo ra kính hiển vi cho phép các nhà khoa

học có thể nghiên cứu về cấu trúc và ñặc ñiểm phát triển

của thế giới sinh vật, do ñó nhiều nhà khoa học trên cơ sở

hệ thống 2 giới của Linné ñã chia tách và ñề xuất các hệ thống phân loại sinh vật khác nhau Tuy vậy, các hệ thống ñều thống nhất với nhau ở 1 ñiểm ñó là ñều phân chia sinh giới thành các ñơn vị phân loại khác nhau từ thấp lên cao Các ñơn vị phân loại sinh vật ñi

từ thấp lên cao là Loài (Species), Chi (Genus), Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum), và Giới (Kingdom) Hiện nay, một số nhà khoa học còn ñề xuất trên giới còn có một bậc phân loại nữa gọi là liên giới hay tổng giới (Domain) ðấy là chưa kể ñến các mức phân loại trung gian như Loài phụ (Subspecies), Chi phụ (Subgenus), Họ phụ (Subfamily), Bộ phụ (Suborder),Lớp phụ (Subclass), Ngành phụ (Subphylum)

Do có những khó khăn trong việc sắp xếp vị trí các taxon như tảo mắt với ñặc ñiểm chuyển ñộng ñược và quang hợp nên ñôi khi ñược xếp vào cả 2 giới ñộng vật và thực vật Chính vì vậy, năm 1866, Haeckel ñã ñề xuất hệ thống phân loại mới trong ñó ông chia sinh giới thành 3 giới là thực vật (Vegetabilia), ñộng vật (Animalia) và giới Protista bao gồm các nguyên sinh ñộng vật, vi khuẩn, tảo lam, tảo ñơn bào và nấm ñơn bào

Cùng với sự phát triển của khoa học ñặc biệt là những thành tựu của sinh học hiện ñại như cấu trúc nhân, màng tế bào, cấu trúc roi, cấu trúc ty thể, cấu trúc phân tử của ADN và các thành phần khác trong tế bào ñã làm cơ sở cho việc sắp xếp và hệ thống lại sinh giới khi mà ranh giới giữa thực vật và ñộng vật không còn rõ nét nữa mà là ranh giới giữa sinh vật tiền nhân (Procaryota) và sinh vật có nhân chuẩn (Eucaryota) Chính vì vậy, Coperland ñã phân chia sinh giới ra làm 4 giới thuộc 2 liên giới là sinh vật tiền nhân (Procaryota) và sinh vật có nhân thật (Eucaryota)

Bên cạnh ñó, Whittaker (1978) ñề xuất hệ thống 5 giới theo ñó vi khuẩn lam ñược xếp vào giới tiền nhân (Monera) còn phần lớn Tảo ñược xếp vào giới thực vật (Plantae)

Hình 5: Hệ thống 4 giới của Copeland Hình 6: Hệ thống 5 giới của Margulis

Hình 7: Hệ thống 4 giới của Gordon

Gần ñây, một số nhà khoa học ñể xuất hệ thống 6 giới, 7 giới, 8 giới thuộc 2 domain (liên giới, tổng giới hoặc lãnh giới), 3 domain hoặc hệ thống ña giới, mỗi hệ thống có những căn cứ riêng ñể phân chia sinh giới Hơn chục năm gần ñây những nghiên cứu về phân loại học phân tử và phân tích phân nhánh (cladistic analysis) ñã xem xét lại thuyết năm giới và ñã ñề nghị thuyết 3 lãnh giới (three-domain system) ñược xem như là một khâu ñể tiến tới hình thành sáu giới Theo hệ thống 3 lãnh giới thì có 3 nhóm xuất phát cơ bản là:

- Lãnh giới vi khuẩn (Bacteria) thuộc dạng tế bào Procaryota

- Lãnh giới vi khuẩn cổ (Archea) thuộc dạng tế bào Procaryota nhưng có nhiều ñặc trưng khác với vi khuẩn và ñứng gần với lãnh giới thứ 3 hơn so với vi khuẩn

- Lãnh giới nhân chuẩn (Eukarya) thuộc dạng tế bào Eucaryota trong ñó bao gồm: Protista, Fungi, Plantae và Animalia

Tuy nhiên ñây là những vấn ñề còn mới và còn có nhiều tranh luận xung quanh việc sắp xếp các nhóm sinh vật cụ thể Vấn ñề này cần có các nghiên cứu bổ sung ñể làm sáng tỏ thêm các vấn ñề có liên quan

Hình 9: Hệ thống phân loại 6 giới của Lucile Mc Cook Hình 8: Hệ thống 5 giới của Whittaker

2 Giới thiệu về các giới sinh vật:

2.1 Giới Monera:

Giới Monera là giới "sơ ñẳng nhất" trong hệ thống năm giới của phân loại sinh học Nó là những sinh vật nhỏ bé có kích thước hiển vi (từ 1-3µm) cấu tạo bởi các tế bào nhân sơ, là những sinh vật cổ sơ nhất xuất hiện khoảng 3,5 tỷ năm trước ñây Chúng sống khắp nơi, trong ñất, nước, không khí; phương thức dinh dưỡng rất ña dạng: hoá tự dưỡng, hoá dị dưỡng, quang tự dưỡng và quang dị dưỡng Nhiều vi khuẩn sống kí sinh trong các

cơ thể khác Vi khuẩn có chứa nhiều sắc tố quang hợp trong ñó có diệp lục như vi khuẩn lam có khả năng tự dưỡng quang hợp như thực vật

Giới Monera bao gồm phần lớn các sinh vật với cấu trúc tế bào nhân sơ Vì lý do này nên giới Monera ñôi khi cũng ñược gọi là Prokaryota hay Prokaryotae Trước khi có

sự tạo ra giới này thì nhóm sinh vật trong giới ñã ñược coi như là thuộc về hai ngành tách rời của thực vật: Schizomycetes (vi khuẩn) ñã ñược coi là nấm, và Cyanophyta ñược coi

là tảo lục-lam Nhóm cuối cùng này hiện nay ñược coi là một nhóm trong vi khuẩn, thông thường gọi là vi khuẩn lam và hiện tại ñã biết là không có quan hệ họ hàng gần với thực vật, nấm hay ñộng vật

Các phân tích chuỗi ADN và ARN gần ñây ñã chứng minh rằng có hai nhóm chính của sinh vật nhân sơ là vi khuẩn (Bacteria) và vi khuẩn cổ (Archaea), chúng dường như không có mối quan hệ gần gũi hơn với nhau khi so với mối quan hệ của từng nhóm ñối với sinh vật nhân chuẩn (Eukaryota/Eukarya) Vì thế, Monera kể từ ñó ñã bị chia ra thành

Hình 10 : Hệ thống đa giới của Gordon

Archaea và Bacteria, tạo thành hệ thống sáu giới và hệ thống ba domain (liên giới) gần ñây Tất cả các sơ ñồ mới ñều loại bỏ Monera và hiện nay coi Vi khuẩn thật, Vi khuẩn cổ

và Nhân chuẩn như là ba domain tách rời

2.1.1.Vi khuẩn cổ:

tiên và tồn tại cho ñến ngày nay, ña số chúng có những ñặc ñiểm cấu tạo, sinh hoá

và sinh lý khác với vi khuẩn và căn cứ vào các dặc tính di truyền về hệ gen chúng liên hệ gần Eucaryota hơn so với vi khuẩn Các nhà vi sinh vật ñã tìm thấy vi khuẩn cổ trong những môi trường rất khắc nghiệt như trong các dòng nước nóng, trong các giếng muối Người ta thường gọi chúng là những vi khuẩn ưa nhiệt (thermophiles) vì chúng có thể sống ở nhiệt ñộ 100oC, là những vi khuẩn ưa muối (halophiles) vì chúng có thể sống trong môi trường có nồng ñộ muối cao (có thể lên tới 15 - 20 %) Vi khuẩn cổ có phương thức dinh dưởng rất ña dạng và ñặc trưng Có nhóm vi khuẩn cổ ñược gọi là vi khuẩn sinh methan (methanogens) sống trong môi trường yếm khí và sản sinh ra khí methan Chúng sống yếm khí trong các lớp bùn ở ñáy hồ và các ñầm lầy Các bọt khí sinh ra từ các ñầm lầy là do chúng sản sinh ra Một số vi khuẩn methan sống trong ñường ruột ñộng vật và người và chúng có vai trò giúp cho sự tiêu hoá xenlulo ñối với ñộng vật ăn cá

2.1.2.Vi khuẩn thật:

Vi khuẩn (Bacteria) cũng thuộc nhóm sinh vật nhân sơ (Procaryota) là nhóm ña dạng nhất có ñến hàng chục nghìn loài khác nhau ñược xếp vào trong 14 ngành với các ñặc ñiểm chung sau ñây:

ðặc ñiểm cấu tạo:

Vi khuẩn là những cơ thể

ñơn bào có cấu tạo ñiển hình của

tế bào Procaryota Tuy vi khuẩn

nguyên thuỷ nhưng ña dạng về

kích thước và hình dạng Bình

thường chúng có kích thước từ

1µm - 10µm, có dạng hình cầu

(cocci), hình que (bacilli), hình

phẩy (vibrio) hoặc hình xoắn

(spirilla) Vì vậy, người ta ñặt tên

theo hình dạng ñó, ví dụ vi khuẩn

streptococcus, staphylococcus, Hình 11: Hình dạng của Vi khuẩn

loại vi khuẩn người ta căn cứ vào cách chuyển hoá và dinh dưỡng là tiêu chí chủ yếu

Tế bào vi khuẩn ñược bao bởi màng sinh chất lipoproteit có ñộ dày từ 7 - 10nm và

có ñôi chỗ gấp nếp lõm vào khối tế bào chất tạo nên những thể mesoxom có nhiều chức năng như liên quan ñến sự phân bào, hoặc chứa các nhân tố của hô hấp hiếu khí (ñối với

vi khuẩn hô hấp hiếu khí) ðối với vi khuẩn quang hợp thì mesoxom phân hoá thành các màng tilacoid chứa chất diệp lục và các sắc tố khác

Bao ngoài màng sinh chất còn có lớp vách murein ñược cấu tạo từ peptidoglycan là các phân tử polisaccarit liên kết ngang với các chuỗi axit amin ngắn Lớp vách có vai trò bảo vệ và tạo nên tính bền vững và sức trương cho vi khuẩn Tuỳ theo cấu tạo của lớp vách và tuỳ theo phản ứng nhuộm màu bởi thuốc nhuộm tím tinh thể (crystal violet) do nhà sinh vật học ðan mạch là ông gram phát hiện, người ta phân biệt loại vi khuẩn gram dương và loại vi khuẩn gram âm Vi khuẩn gram dương bắt mầu với thuốc nhuộm, nhạy cảm hơn với lysozym, với penixilin so với vi khuẩn gram âm Nhiều nhóm vi khuẩn gây bệnh còn có lớp vỏ nhày bao ngoài lớp vách có tác dụng bảo vệ chống lại sự kháng cự của

cơ thể chủ

Nhiều nhóm vi khuẩn chuyển ñộng ñược là nhờ lông hoặc roi ñính trên màng sinh chất xuyên qua lớp vách Roi có hình sợi mảnh ñược cấu tạo từ protein flagellin có hình xoắn lò xo Gốc của roi có cấu tạo là một “ñộng cơ nano” có thể quay 100 lần/ giây nhờ năng lượng của bơm proton (H+) ñịnh khu trong màng ở phần gốc roi

Trong tế bào chất của tế bào vi khuẩn có chứa nhiều hạt riboxom, nhiều chất dự trữ Vật chất di truyền của vi khuẩn là phân tử ADN trần dạng vòng ñịnh khu ở vùng tế

Hình 12: Cấu trúc tế bào Vi khuẩn

bào chất ñược gọi là vùng nhân hay miền nhân (nucleoid) Ngoài ra có thể tìm thấy ADN

ở dạng plasmit chứa gen di truyền quy ñịnh tính kháng thuốc của vi khuẩn

Dinh dưỡng và chuyển hoá:

ở vi khuẩn cũng rất ña dạng diễn ra theo các phương thức:

+ Các dạng tự dưỡng sử dụng các hợp chất vô cơ như CO2 làm nguồn cacbon duy nhất và NH3 làm nguồn nitơ duy nhất, từ ñó chúng tạo ra ñược tất cả các hợp chất hữu cơ cần thiết như các vitamin, glucoz, axit amin và nucleotit

Các vi khuẩn hoá tự dưỡng (hay hoá tổng hợp) lấy năng lượng cho mình nhờ sự oxy hoá các hợp chất vô cơ như NH3 hoặc H2S Trong ñó quan trọng hơn cả là các vi khuẩn nitrat hoá (như Nitrosomonas và Nitrobacter) chúng chuyển hoá nitơ bằng cách biến NH3 thành NO2 và NO3 Các vi khuẩn oxy hoá H2S (như Thiobacillus) biến hợp chất sunfua thành sunfat theo phản ứng:

H2S + 2O2 SO42- + 2H+

Các hợp chất nitrat (NO3) và sunfat (SO4) là những hợp chất vô cơ mà cây có thể hấp thu làm thức ăn Các vi khuẩn quang tự dưỡng ñược gọi là vi khuẩn quang hợp, chúng thuộc loại yếm khí và quang hợp theo công thức:

CO2 + 2H2X ánh sáng (CH2O) + H2O + 2X

(Chất cho Hydro) hydrat cacbon

Chất cho hydro biểu diễn bằng H2X không phải H2O mà là chất khác ví dụ như sunfuahydro (H2S) ñối với vi khuẩn lục sunfua hoặc vi khuẩn ñỏ sunfua, còn ñối với các

vi khuẩn ñỏ không sunfua thì ñó là các phân tử nhỏ như axit lactic, axit piruvic hay ethanol Sắc tố quang hợp chính ở vi khuẩn lục sunfua là chlorobium chlorofil hoặc ở vi khuẩn ñỏ là sắc tố bacterio chlorofil

+ Các dạng dị dưỡng:

ða số vi khuẩn sống dị dưỡng nghĩa là chúng phải lấy năng lượng bằng phương thức phân huỷ chất hữu cơ sẵn có Chúng sống hoại sinh bằng cách tiết ra các enzym phân huỷ chất hữu cơ hoặc xác chết sinh vật khác và hấp thu sử dụng các sản phẩm trung gian như axit lactic, glucoz, axit piruvic, axit amin, Nguồn hữu cơ có thể ñơn giản như methan hoặc phức tạp như xenluloz Vì vậy, vi khuẩn có vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa chu kỳ các chất cacbon, nitơ, trong hệ sinh thái

Các vi khuẩn kị khí, oxy ức chế sinh trưởng của chúng do ñó chúng có thể sống những nơi không có oxy như trong lớp ñất sâu, dưới ñại dương hoặc trong bùn lắng ñọng

ở các vực nước v.v Một số loài kị khí không nghiêm ngặt, ví dụ như vi khuẩn khử sunfat (Desulphivibrio) có khả năng sử dụng oxy ở dạng hợp chất Các vi khuẩn hiếu khí

là khi thiếu oxy chúng có thể sử dụng oxy dưới dạng hợp chất, ví dụ vi khuẩn nitrat hoá bình thường hô hấp hiếu khí, nhưng khi thiếu oxy chúng vẫn có thể phân huỷ nitrat (NO3) hoặc nitrit (NO2)

Nhiều loại vi khuẩn sống cộng

sinh với các sinh vật khác Ví dụ, nốt

sần rễ ở cây họ ñậu là dạng cộng sinh

của vi khuẩn cố ñịnh ñạm Rhizobium

với tế bào rễ, hoặc như vi khuẩn phân

huỷ xenluloz sống cộng sinh trong dạ

dày của bọn nhai lại Nhiều loại vi

khuẩn gây bệnh cho người, tuy vậy lại

có nhiều loại có lợi, ví dụ các vi khuẩn

sống trong ruột sản sinh ra vitamin K

cần thiết cho người, hoặc vi khuẩn

sống ở bề mặt da tạo nên môi trường

axit giúp chúng ta chống lại các vi

khuẩn gây bệnh

Sinh trưởng và sinh sản:

Vi khuẩn sinh trưởng và sinh

sản rất nhanh, trong ñiều kiện thích hợp mỗi vi khuẩn sinh sản theo kiểu sinh ñôi sau 20 phút trong ñó bao gồm sự tổng hợp protein, sự tái bản ñể nhân ñôi ADN và sau ñó là phân ñôi cho ra hai tế bào con có cơ cấu di truyền giống tế bào mẹ Sự sinh sản nhanh cho phép

vi khuẩn cạnh tranh có hiệu quả về nguồn thức ăn trong môi trường so với các sinh vật khác Trong ñiều kiện khó khăn một số vi khuẩn tạo nên cấu trúc nội bào tử (hay bào tử)

có tác dụng giúp vi khuẩn chống chịu khô hạn, hoá chất ñộc, nhiệt ñộ cao, thấp trong thời gian dài và khi môi trường trở nên thuận lợi bào tử “nẩy mầm” nghĩa là lớp vỏ bào tử bị phá và vi khuẩn ñược giải phóng ñể tăng trưởng và sinh sản bình thường

Khử trùng bình thường có thể diệt các vi khuẩn gây bệnh nhưng không diệt ñược các bào tử ðể diệt các bào tử phải khử trùng với nồi áp suất cao có nhiệt ñộ cao từ 115 -

125oC, hoặc bằng chiếu xạ tia gama hoặc sử dụng hoá chất

Tuyệt ñại ña số vi khuẩn sinh sản vô tính, nghĩa là do sự phân ñôi của một cá thể, tuy nhiên có một số loài có biểu hiện hình thức sinh sản hữu tính sơ khai bằng cách tiếp hợp của hai cá thể vi khuẩn dẫn tới sự tái tổ hợp di truyền nghĩa là ADN của hai cá thể trao ñổi cho nhau do ñó ñổi mới và tạo sự ña dạng trong hệ gen

Hình 13: Hình thức sinh sản ở Vi khuẩn

2.1.3 Virut:

Virut là một dạng sống ñặc biệt, chúng không tồn tại ở dạng tự nhiên mà là dạng kí sinh bắt buộc trong các cơ thể khác Virut tự nó không phải là tiền thân của các sinh vật ñầu tiên, bởi vì chúng phụ thuộc hoàn toàn vào tế bào sống ñể sinh sản Virut xuất hiện có nguồn gốc từ các ñoạn nhá của ARN và ADN mà các phần tử này ñược nhân lên một cách ñặc biệt từ vòng thể nhiễm sắc bên trong nhiều vi khuẩn Những ñoạn ñó ñược một vá protein bảo vệ và có thể truyền từ tế bào này sang tế bào khác

Các bệnh lây nhiễm ở người do virut như ñậu mùa, thuỷ ñậu, sởi, bại liệt, quai bị, cóm, cảm lạnh, sốt vàng, viêm gan, dại và AIDS Một số dạng virut có liên quan như những yếu tố tham gia vào các bệnh ung thư, tự miễn dịch, xơ cứng Những virut khác ký sinh trong tế bào thực vật và ñộng vật gây bệnh nguy hiểm cho nhiều loại cây trồng và vật nuôi quan trọng, ví dụ như virut bệnh khảm thuốc lá (TMV) Phần tử virut này ñược cấu tạo gồm một cuộn hình xoắn ARN ñược bao quanh bởi một bao protein hay là vá capsit ở TMV vá này gồm 2200 phân tử như nhau hay là capsomer lắp ghép víi nhau ñể tạo thành một cột hình trụ víi một ống bên trong chứa phân tử ARN Cấu tạo ñều ñặn ñó cho phép TVM kết tinh và giữ hình dạng ñó qua nhiều năm mà không bị mất ñi tính chất gây bệnh Một kiểu cấu tạo khác thấy ở adenovirut là nhóm gồm một số nhiều virut gây nên bệnh cảm lạnh cho người Virut có cấu tạo khối cầu gồm 20 mặt tam giác, mỗi mặt ñược tạo nên từ các tiểu ñơn vị protein lặp lại Khoảng trống bên trong chứa ñầy ADN, là vật liệu

di truyền của virut

2.1.4 Vai trò của virut và vi khuẩn:

Vi sinh vật sống khắp mọi nơi trên Trái ñất, ngay cả nơi mà ñiều kiện sống tưởng chừng hết sức khắc nghiệt vẫn thấy có sự phát triển của vi sinh vật (ở ñáy ñại dương, ở nhiệt ñộ 85 - 900 oC, ở môi trường có pH = 10 - 11, trong dung dịch bão hoà muối, ñồng hoá dầu mỏ, phenol, khí thiên nhiên ) Nếu như Vi khuẩn là dạng sinh vật cổ sơ có cấu tạo ñơn giản thì Virut lại là dạng sinh vật ñặc biệt không có khả năng tồn tại trong tự nhiên mà phải ký sinh bắt buộc trên cơ thể khác Bên cạnh các tác hại của Vi khuẩn và Virut mà chúng ta ñã biết như gây bệnh ở người, ñộng vật và cây trồng, phá hoại mùa màng thì chúng cũng có những vai trò không thể phủ nhận ñối với ñời sống của con người

a Sự lên men

ðây là một dạng hô hấp kị khí trong ñó các hợp chất hữu cơ ñược vi khuẩn phân huỷ thành những chất mới và có ích Trong công nghệ sản xuất bơ sữa, sự lên men vi

sữa chua Những vi khuẩn này có thể thực hiện ñường phân nhưng không có enzym cần thiết cho chu trình axit xitric Do ñó, mặc dù sử dụng lactoz là một nguồn năng lượng chúng cũng không thể phân huỷ ñược lactoz một cách hoàn toàn và axit lactic ñược giải phóng ra như là chất thải Axit lactic ñược tích tụ lại, giảm ñộ pH và có vị hắc Các sản phẩm khác của sự lên men gồm có dấm, mì chính glutamat monosodium Cỏ lên men ñược gọi là silô là nguồn thức ăn về mùa ñông quan trọng cho gia súc

b Xử lý nước thải

Việc xử lý nước thải có hiệu quả chủ yếu là ñể chống ô nhiễm nguồn nước, ngăn chặn sự lây lan dịch bệnh Cả vi khuẩn hiếu khí và kị khí ñều có tham gia vào quá trình này Trong quá trính hoạt hoá nước thải những chất cứng có trong chất thải thô ñược lắng ñọng xuống Chất lắng ñọng hay chất thải sẽ ñược các vi khuẩn kị khí tác ñộng Chúng tạo nên methan mà thường ñược xử dụng như là nhiên liệu cho dân dụng hoặc cho các nhà máy xử lý nước thải Bùn lắng có thể ñược phơi khô và sử dụng làm phân bón hoặc ñưa lên tàu ñem ñi ñổ xuống biển Nước từ chất thải cho qua các thùng chứa, khí sủi lên qua áp suất làm tăng sự sinh trưởng của vi khuẩn hiếu khí và vi sinh vật khác Những vi sinh vật này tiêu thụ các hợp chất hữu cơ hoà tan ñể tạo nên cacbon dioxit và nước Sau khi lọc hoàn toàn có thể thải nước thải vào các dòng sông một cách an toàn

c Phòng trừ sinh học

ðây là phương pháp sử dụng những sinh vật ăn thịt hay sinh vật gây bệnh ñể phòng trừ các vật ăn hại cây trồng Một ví dụ ñược biết rõ là việc ñưa bọ Laydybird vào nhà kính ñể phòng trừ bệnh nhện xanh phá hoại cây cà chua Vi khuẩn và virut ñôi khi cũng ñược sử dụng giống nhau Ví dụ như virut gây bệnh Myxomatosis là một chứng bệnh tự nhiên ở một số loài thỏ của Nam Mỹ ñã ñược suy tính cẩn thận ñể ñem nhập nội

ñể làm giảm số lượng quần thể thỏ ở úc và miền tây châu Âu Sâu bướm và sâu một số côn trùng khác bị vi khuẩn tấn công và một số loài Bacillus ñã ñược sử dụng có hiệu quả trong việc bảo vệ cây trồng

d Vi sinh vật học công nghiệp

Khả năng chuyển hoá của vi khuẩn là rất quan trọng ñối với công nghệ thực phẩm, hoá chất và thuốc Nhiều loại enzym khác nhau từ vi khuẩn ñã ñược tách chiết và làm tinh sạch cho các nghiên cứu sinh học và y học Số khác ñược sử dụng trong các xí nghiệp xà phòng, pho mát, làm mềm thịt và trong bột giặt “sinh học” Protein sản xuất từ vi sinh vật cung cấp nguồn protein rẻ hơn là thức ăn ñộng vật theo truyền thống Chẳng hạn, Pruten, một loại sản phẩm khô từ vi khuẩn Methylophilus ñược sản xuất số lượng lớn bởi hãng ICI dùng methanol và ammoniac là nguyên liệu khởi ñầu Việc sản xuất các chất kháng sinh từ vi khuẩn ñã ñược công nghệ hoá Vi khuẩn còn có vai trò quan trọng trong việc

hình năng lượng hoá thạch như dầu hoả, khắ ựốt, than ựá Trong các nguồn năng lượng

mà con người hy vọng sẽ khai thác mạnh mẽ trong tương lai có năng lượng thu từ sinh khối của vi sinh vật Trong công nghiệp tuyển khoáng, nhiều chủng vi khuẩn ựã ựược sử dụng ựể hoà tan các kim loại quý từ các quặng nghèo hoặc từ các bãi chứa xỉ quặng

e Công nghệ di truyền

đây là một công nghệ phát triển nhanh chóng nhờ ựưa các gen tái tổ hợp vào các tế bào vi khuẩn với ý muốn sản xuất chế phẩm với số lượng lớn Insulin và protein kháng virut interferon ựược sản xuất bằng cách này và ựây là tiềm năng to lớn ựể tạo nên những chất khác có lợi cho con người kể cả kháng thể, hormon, chất kháng sinh, enzym, các yếu

tố ựông máu, là những chất thuốc ựược xem là trở nên vô giá trong việc ựiều trị bệnh

Chẳng hạn cho ựến nay chỉ có insulin là có hiệu lực ựể trị bệnh ựái ựường và sản phẩm này ựược tách chiết từ mô tuỵ của các ựộng vật như lợn, bê đáng tiếc rằng insulin

từ nguồn ựộng vật là không giống với insulin của người cho nên nhiều người bị bệnh ựái ựường phát triển kháng thể chống lại sau một quá trình ựiều trị lâu dài và do ựó cần có một số thuốc ựể ngăn chặn các phản ứng miễn dịch của người bệnh Với insulin ựược chế tạo từ công nghệ gen nhờ vi khuẩn vừa rẻ tiền và không phát sinh những vấn ựề như thế

Quá trình chuyển gen vào vi khuẩn là phức tạp nhưng những nguyên tắc chủ yếu của phương pháp có thể hiểu ựược từ hình 14 Nhiều loại vi khuẩn chống lại sự xâm nhập của virut bằng cách sinh ra những enzym ựặc hiệu ựược gọi là enzym giới hạn Các enzym này nhận biết và cắt những trình tự ựặc biệt các nucleotit trong ADN Hoạt ựộng của enzym giới hạn ựặc biệt ựược gọi là Eco - R1 ựược trình bày trong hình 14 Hoạt ựộng này tạo nên vết cắt so le và sinh ra các trình tự bổ sung ở hai ựầu ựã tách rời của phân tử ADN Khi dùng Eco - R1 ựể xử lý, các nhiễm sắc thể người có thể bị cắt ra thành nhiều ựoạn ngắn, một số ựoạn có thể chứa một gen ựơn, gen mã hoá cho một protein người ựặc biệt nào ựó Những ựoạn như thế có thể cài vào các plasmit vi khuẩn và ựưa vào tế bào vi khuẩn, ở ựây chúng ựược tái bản như những ựơn vị ựộc lập Nuôi cấy các tế bào có gen ghép ựã làm nhân bản lên nhiều lần các gen người

Vấn ựề tối quan trọng trong công nghệ gen là phải nhận biết và tách ra ựược các gen ựể ựưa chúng vào vi khuẩn mà tạo ựược các sản phẩm có lợi