Bài học

Các cấp độ tổ chức của thế giới sống

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em liệt kê đúng thứ tự các cấp độ tổ chức của thế giới sống từ phân tử đến sinh quyển, và xác định được cấp độ nào trong số đó là cấp độ tổ chức sống cơ bản.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước, em đã biết sinh học nghiên cứu sự sống ở nhiều quy mô khác nhau (same-grade bridge) và có những phương pháp cụ thể để nghiên cứu. Bài này trả lời câu hỏi: 'nhiều quy mô khác nhau' đó cụ thể là những cấp độ nào, và chúng được sắp xếp ra sao?

Khởi động

Một tế bào riêng lẻ, một chiếc lá, cả một cây xoài, một vườn xoài, và cả khu rừng quanh vườn xoài đó — năm đối tượng này có cùng 'cấp độ tổ chức' hay không? Nếu khác, chúng khác nhau ở điều gì?

Kiến thức trọng tâm

Cấp độ	Ví dụ
Phân tử	DNA, protein, carbohydrate
Bào quan	Ti thể, lục lạp, ribosome
Tế bào	Một tế bào biểu bì, một tế bào hồng cầu
Mô	Mô cơ, mô biểu bì
Cơ quan	Lá, tim, dạ dày
Hệ cơ quan	Hệ tuần hoàn, hệ tiêu hoá
Cơ thể	Một cây xoài, một con voi
Quần thể	Toàn bộ cá thể xoài trong một vườn
Quần xã	Tất cả sinh vật — xoài, cỏ, côn trùng, chim — trong khu vườn
Hệ sinh thái	Quần xã cộng với các yếu tố vật lí, hoá học của môi trường
Sinh quyển	Toàn bộ các hệ sinh thái trên Trái Đất

Mỗi cấp độ không đơn thuần là 'phóng to' cấp độ trước — nhiều phân tử tổ chức lại thành bào quan, nhiều bào quan tổ chức lại thành tế bào, và cứ thế tiếp diễn, mỗi lần tổ chức lại tạo ra một thực thể có những đặc điểm mới mà cấp độ thành phần không có.

Thế giới sống được tổ chức thành một chuỗi các cấp độ, mỗi cấp độ được xây dựng từ các thành phần của cấp độ liền trước, theo thứ tự từ nhỏ đến lớn. Chương trình Sinh học 10 xác định mười một cấp độ tổ chức sống chính, trình bày trong bảng dưới đây: | Cấp độ | Ví dụ | |---|---| | Phân tử | DNA, protein, carbohydrate | | Bào quan | Ti thể, lục lạp, ribosome | | Tế bào | Một tế bào biểu bì, một tế bào hồng cầu | | Mô | Mô cơ, mô biểu bì | | Cơ quan | Lá, tim, dạ dày | | Hệ cơ quan | Hệ tuần hoàn, hệ tiêu hoá | | Cơ thể | Một cây xoài, một con voi | | Quần thể | Toàn bộ cá thể xoài trong một vườn | | Quần xã | Tất cả sinh vật — xoài, cỏ, côn trùng, chim — trong khu vườn | | Hệ sinh thái | Quần xã cộng với các yếu tố vật lí, hoá học của môi trường | | Sinh quyển | Toàn bộ các hệ sinh thái trên Trái Đất | Mỗi cấp độ không đơn thuần là 'phóng to' cấp độ trước — nhiều phân tử tổ chức lại thành bào quan, nhiều bào quan tổ chức lại thành tế bào, và cứ thế tiếp diễn, mỗi lần tổ chức lại tạo ra một thực thể có những đặc điểm mới mà cấp độ thành phần không có.

Một cấp độ tổ chức sống cơ bản là một cấp độ có thể tự thực hiện được đầy đủ các đặc trưng cơ bản của sự sống — trao đổi chất, sinh trưởng, sinh sản, cảm ứng — mà không cần một cấp độ nào lớn hơn nó hỗ trợ. Tế bào là cấp độ nhỏ nhất làm được điều này: một tế bào, dù là vi khuẩn đơn bào hay tế bào trong cơ thể đa bào, tự trao đổi chất, tự sinh trưởng, có khả năng phân chia. Ngược lại, một phân tử DNA hay một bào quan như ti thể không thể tự sống độc lập — chúng chỉ là thành phần cấu tạo nên tế bào, chưa đủ để gọi là 'một đơn vị sống' theo đúng nghĩa. Tương tự, mô, cơ quan, hệ cơ quan là những cấp độ trung gian, cấu tạo nên cơ thể nhưng không tự tồn tại độc lập như một cơ thể hoàn chỉnh được — một cái tim tách khỏi cơ thể không tự trao đổi chất và sinh trưởng như một cơ thể sống. Ở đầu bên kia, sinh quyển tuy là cấp độ lớn nhất nhưng lại là tổng hợp của rất nhiều hệ sinh thái khác nhau, nên không được tính là một cấp độ cơ bản riêng lẻ mà là cấp độ bao trùm tất cả.

Trong mười một cấp độ trên, năm cấp độ được xem là cấp độ tổ chức sống cơ bản: tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã, và hệ sinh thái. Vì sao chỉ năm cấp độ này được gọi là 'cơ bản', trong khi các cấp độ khác thì không? Một cấp độ tổ chức sống cơ bản là một cấp độ có thể tự thực hiện được đầy đủ các đặc trưng cơ bản của sự sống — trao đổi chất, sinh trưởng, sinh sản, cảm ứng — mà không cần một cấp độ nào lớn hơn nó hỗ trợ. Tế bào là cấp độ nhỏ nhất làm được điều này: một tế bào, dù là vi khuẩn đơn bào hay tế bào trong cơ thể đa bào, tự trao đổi chất, tự sinh trưởng, có khả năng phân chia. Ngược lại, một phân tử DNA hay một bào quan như ti thể không thể tự sống độc lập — chúng chỉ là thành phần cấu tạo nên tế bào, chưa đủ để gọi là 'một đơn vị sống' theo đúng nghĩa. Tương tự, mô, cơ quan, hệ cơ quan là những cấp độ trung gian, cấu tạo nên cơ thể nhưng không tự tồn tại độc lập như một cơ thể hoàn chỉnh được — một cái tim tách khỏi cơ thể không tự trao đổi chất và sinh trưởng như một cơ thể sống. Ở đầu bên kia, sinh quyển tuy là cấp độ lớn nhất nhưng lại là tổng hợp của rất nhiều hệ sinh thái khác nhau, nên không được tính là một cấp độ cơ bản riêng lẻ mà là cấp độ bao trùm tất cả.

Đây là năm cấp độ tự thực hiện đầy đủ đặc trưng của sự sống, không cần cấp độ lớn hơn hỗ trợ.

Cấp độ cơ bản tự thực hiện đầy đủ đặc trưng sự sống độc lập; cấp độ không cơ bản chỉ là thành phần cấu tạo hoặc cấp độ bao trùm tất cả.

Ví dụ

Truy theo một cây lúa qua các cấp độ tổ chức

1
Hãy trình bày sự có mặt của một cây lúa qua từng cấp độ tổ chức, từ phân tử tới quần xã ruộng lúa, và chỉ ra một đặc điểm mới xuất hiện ở mỗi cấp độ.
2
Phân tử diệp lục hấp thụ ánh sáng — một mình diệp lục không quang hợp được; nhiều phân tử diệp lục cùng bào quan lục lạp và các bào quan khác tổ chức lại thành một tế bào lá, và ở cấp độ tế bào, đặc điểm mới xuất hiện là khả năng tự quang hợp hoàn chỉnh, chuyển ánh sáng thành năng lượng hoá học.
3
Nhiều tế bào lá tổ chức thành mô lá, nhiều mô tổ chức thành cơ quan là lá, thân, rễ; các cơ quan phối hợp thành cơ thể cây lúa hoàn chỉnh — đặc điểm mới ở cấp cơ thể là khả năng sinh trưởng và sinh sản như một thể thống nhất, việc một tế bào lá đơn lẻ không làm được.
4
Toàn bộ cây lúa trong một thửa ruộng tạo thành quần thể lúa; quần thể lúa cùng cỏ dại, sâu bệnh, chim, vi sinh vật trong đất tạo thành quần xã ruộng lúa — đặc điểm mới ở cấp quần xã là các mối quan hệ giữa loài (cạnh tranh, ăn thịt, cộng sinh) chỉ xuất hiện khi có nhiều loài cùng tồn tại, một quần thể lúa đơn độc không có.
5
Ở mỗi bước, đặc điểm mới không tồn tại ở cấp độ thành phần trước đó — đúng nguyên tắc mỗi cấp độ tổ chức phát sinh đặc tính mà cấp dưới không có, sẽ được học kỹ ở bài sau.
6
Vậy cùng một cây lúa xuất hiện ở nhiều cấp độ khác nhau — phân tử, tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã — mỗi cấp độ mang một đặc điểm mới không thể quy giản về cấp độ nhỏ hơn.

Ví dụ

Xác định cấp độ tổ chức trong một hệ sinh thái hồ nước (dạng đề kiểm tra)

1
Một hồ nước ngọt có một đàn cá rô phi, nhiều loài tảo, một số loài ốc, cùng các yếu tố như nhiệt độ nước, độ pH và ánh sáng mặt trời. Hãy xác định: (1) toàn bộ cá rô phi trong hồ thuộc cấp độ nào; (2) cá rô phi, tảo và ốc cùng tồn tại trong hồ thuộc cấp độ nào; (3) toàn bộ các sinh vật trên cộng với nhiệt độ, độ pH, ánh sáng thuộc cấp độ nào.
Một hồ nước ngọt có một đàn cá rô phi, nhiều loài tảo, một số loài ốc, cùng các yếu tố như nhiệt độ nước, độ pH và ánh sáng mặt trời. Hãy xác định: (1) toàn bộ cá rô phi trong hồ thuộc cấp độ nào; (2) cá rô phi, tảo và ốc cùng tồn tại trong hồ thuộc cấp độ nào; (3) toàn bộ các sinh vật trên cộng với nhiệt độ, độ pH, ánh sáng thuộc cấp độ nào.
2
Toàn bộ cá thể của một loài — cá rô phi — sống trong cùng khu vực (hồ nước) tại cùng thời điểm là định nghĩa của quần thể.
3
Khi nhiều quần thể của các loài khác nhau (cá rô phi, tảo, ốc) cùng tồn tại và tương tác trong một khu vực, tập hợp đó là quần xã — không còn là quần thể vì có nhiều loài, không phải một.
4
Quần xã cộng thêm các yếu tố vật lí, hoá học của môi trường — nhiệt độ, độ pH, ánh sáng — tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh có trao đổi vật chất và năng lượng, đúng định nghĩa hệ sinh thái.
5
Ba cấp độ này đúng theo thứ tự tăng dần về độ phức tạp: quần thể (một loài) nhỏ hơn quần xã (nhiều loài) nhỏ hơn hệ sinh thái (quần xã cộng môi trường) — khớp với thứ tự đã học.
6
Vậy: (1) quần thể cá rô phi, (2) quần xã hồ nước, (3) hệ sinh thái hồ nước.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là đánh đồng quần thể với quần xã — quần thể chỉ gồm cá thể của một loài, quần xã gồm nhiều loài cùng khu vực. Một nhầm lẫn khác là nghĩ hệ cơ quan chính là cơ thể — thực ra hệ cơ quan (như hệ tuần hoàn) chỉ là một nhóm cơ quan phối hợp cho một chức năng, còn cơ thể là toàn bộ các hệ cơ quan hoạt động thống nhất.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Mười một cấp độ: phân tử, bào quan, tế bào, mô, cơ quan, hệ cơ quan, cơ thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái, sinh quyển. Năm cấp độ cơ bản — tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái — tự thực hiện đầy đủ đặc trưng của sự sống mà không cần cấp độ lớn hơn hỗ trợ.

Bài tiếp theo trả lời câu hỏi vì sao các cấp độ này không chỉ là một danh sách xếp theo kích thước, mà thực sự vận hành như một hệ thống sống.