Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.

Bài học

Nguyên tắc tổ chức của thế giới sống

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được ba nguyên tắc tổ chức của thế giới sống — nguyên tắc thứ bậc, đặc tính nổi trội, và hệ mở tự điều chỉnh — và vận dụng được nguyên tắc đặc tính nổi trội để giải thích vì sao một đặc điểm của cấp độ cao hơn không thể suy ra chỉ từ một thành phần riêng lẻ.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết mười một cấp độ tổ chức sống và năm cấp độ cơ bản (same-grade bridge). Bài này trả lời câu hỏi sâu hơn: điều gì khiến các cấp độ đó không chỉ là một danh sách xếp theo kích thước, mà thực sự vận hành như một hệ thống sống?

Khởi động

Một tế bào thần kinh (neuron) đơn lẻ, để ngoài cơ thể, không hề 'suy nghĩ' được gì. Nhưng hàng tỉ neuron liên kết với nhau trong một bộ não lại tạo ra được suy nghĩ, cảm xúc, kí ức. 'Suy nghĩ' đến từ đâu, nếu không một neuron riêng lẻ nào có nó?

Kiến thức trọng tâm

Nguyên tắc đầu tiên là nguyên tắc thứ bậc: mỗi cấp độ tổ chức sống được xây dựng từ các thành phần của cấp độ liền dưới, và đến lượt nó lại trở thành thành phần xây dựng nên cấp độ liền trên. Bào quan được tạo từ phân tử, tế bào được tạo từ bào quan, cơ thể được tạo từ tế bào — không cấp độ nào 'nhảy cóc' qua cấp độ liền kề. Thứ bậc này không chỉ là cách sắp xếp cho dễ học; nó phản ánh đúng cách sự sống thực sự được tổ chức: một trục trặc ở cấp độ thấp — ví dụ một phân tử DNA bị đột biến — có thể lan truyền ảnh hưởng lên các cấp độ cao hơn, từ tế bào đến cả cơ thể, đúng theo trật tự thứ bậc đó.
Nguyên tắc thứ hai — đặc tính nổi trội — là ý quan trọng nhất của bài học này. Khi các thành phần của một cấp độ tổ chức liên kết và tương tác với nhau theo một cách nhất định, cấp độ mới được tạo ra sẽ có những đặc điểm mà không thành phần riêng lẻ nào của nó có — đó là đặc tính nổi trội. Ví dụ rõ nhất: một phân tử nước tự nó không 'ướt'; tính chất ướt chỉ xuất hiện khi rất nhiều phân tử nước liên kết và tương tác với nhau. Một neuron riêng lẻ không suy nghĩ; suy nghĩ chỉ xuất hiện khi hàng tỉ neuron liên kết thành mạng lưới trong bộ não, truyền tín hiệu qua lại theo những cách có tổ chức. Điều cần hiểu đúng là đặc tính nổi trội không phải phép cộng đơn giản các đặc điểm của từng thành phần — nó sinh ra từ cách các thành phần tương tác với nhau. Nếu chỉ gộp một triệu neuron nằm rời rạc, không kết nối, sẽ không có suy nghĩ nào xuất hiện; suy nghĩ chỉ nảy sinh khi các neuron đó kết nối đúng cách thành mạng lưới. Nói cách khác, đặc tính nổi trội phụ thuộc vào tổ chức, không chỉ vào số lượng hay tổng các thành phần. Đây là lý do vì sao hiểu một cấp độ tổ chức sống đòi hỏi nghiên cứu không chỉ từng thành phần riêng lẻ, mà cả cách chúng liên kết với nhau — một hướng nghiên cứu mà tin sinh học và mô hình hoá, đã học ở bài trước, ngày càng đóng vai trò quan trọng.
Nguyên tắc thứ ba: mọi cấp độ tổ chức sống là một hệ mở và có khả năng tự điều chỉnh. Hệ mở nghĩa là sinh vật liên tục trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh — cây hấp thụ khí carbon dioxide và ánh sáng, thải ra oxygen; con người hít thở, ăn uống, bài tiết — không cấp độ sống nào tồn tại tách biệt hoàn toàn với môi trường. Tự điều chỉnh nghĩa là hệ thống có cơ chế giữ các điều kiện bên trong ổn định dù môi trường bên ngoài thay đổi, ví dụ cơ thể người duy trì thân nhiệt quanh 37°C dù trời nóng hay lạnh, gọi là cân bằng nội môi ở cấp độ cơ thể. Ở cấp độ cao hơn, một quần thể cũng tự điều chỉnh số lượng cá thể quanh một mức nhất định thông qua các yếu tố như nguồn thức ăn và dịch bệnh, và một hệ sinh thái tự điều chỉnh để giữ sự cân bằng giữa các loài. Ba nguyên tắc này — thứ bậc, đặc tính nổi trội, hệ mở tự điều chỉnh — cùng nhau giải thích vì sao thế giới sống vận hành như một hệ thống chứ không phải một chồng các bộ phận rời rạc.
Sơ đồ phân loại các ví dụ theo ba nguyên tắc tổ chức của thế giới sống: nguyên tắc thứ bậc, đặc tính nổi trội, hệ mở và tự điều chỉnh.Nguyên tắc thứbậctế bào được tạotừ nhiều bàoquancơ thể được tạotừ nhiều tế bàomột đột biến ởphân tử DNA ảnhhưởng lên cả tếbàoĐặc tính nổitrộimột neuronkhông suy nghĩ,mạng lướineuron thì cómột phân tửnước không ướt,nhiều phân tửnước thì cómột cá thểriêng lẻ khôngcó 'quần thể',nhiều cá thểliên kết thì cóHệ mở và tựđiều chỉnhcây hấp thụ khícarbon dioxidevà thải oxygenvới môi trườngcơ thể giữ thânnhiệt ổn địnhquanh 37°Cquần thể tựđiều chỉnh sốlượng cá thểtheo nguồn thứcăn
Ba nguyên tắc phối hợp với nhau để giải thích vì sao thế giới sống vận hành như một hệ thống có tổ chức.
Ví dụ
Giải thích vì sao mạng lưới neuron tạo ra suy nghĩ
  1. 1

    Giải thích vì sao một neuron riêng lẻ không thể tạo ra suy nghĩ, nhưng một bộ não gồm hàng tỉ neuron liên kết với nhau thì có thể.

  2. 2

    Một neuron riêng lẻ chỉ ở cấp độ tế bào; suy nghĩ là một hoạt động chỉ xuất hiện khi rất nhiều tế bào thần kinh liên kết thành một hệ thống — một cấp độ tổ chức cao hơn.

  3. 3

    Suy nghĩ không phải là tổng các hoạt động riêng lẻ của từng neuron cộng lại — nó sinh ra từ cách hàng tỉ neuron truyền tín hiệu điện và hoá học qua lại với nhau theo một mạng lưới có tổ chức.

  4. 4

    Nếu gộp hàng tỉ neuron nhưng không kết nối với nhau — rời rạc, không có synapse — sẽ không có tín hiệu nào truyền qua lại, và suy nghĩ cũng không xuất hiện — chứng tỏ chính sự liên kết có tổ chức, chứ không chỉ số lượng, mới tạo ra đặc tính nổi trội.

  5. 5

    Vậy suy nghĩ là một đặc tính nổi trội của cấp độ mạng lưới neuron trong bộ não, không tồn tại và không thể dự đoán được chỉ từ một neuron riêng lẻ.

Ví dụ
Đánh giá một nhận định về mô cơ tim (dạng đề kiểm tra)
  1. 1

    Mô cơ tim co bóp nhịp nhàng, đều đặn để bơm máu đi khắp cơ thể. Một học sinh cho rằng: 'chỉ cần biết một tế bào cơ tim co bóp như thế nào là đủ để dự đoán cách cả mô cơ tim co bóp.' Nhận định này đúng hay sai? Giải thích.

  2. 2

    Học sinh cho rằng đặc điểm của mô — nhiều tế bào liên kết — có thể suy ra hoàn toàn từ đặc điểm của một tế bào đơn lẻ.

  3. 3

    Một tế bào cơ tim đơn lẻ có thể tự co bóp theo nhịp riêng của nó, nhưng sự co bóp nhịp nhàng, đồng bộ của cả mô cơ tim là một đặc tính chỉ xuất hiện khi rất nhiều tế bào cơ tim liên kết và truyền tín hiệu điện đồng bộ với nhau qua các cầu nối giữa các tế bào.

  4. 4

    Nếu các tế bào cơ tim không liên kết và truyền tín hiệu đồng bộ với nhau, mỗi tế bào có thể co bóp theo nhịp riêng, không đều — khi đó mô cơ sẽ co giật hỗn loạn thay vì bơm máu hiệu quả, đúng như hiện tượng rung tim, một tình trạng y học có thật khi tín hiệu tim mất đồng bộ.

  5. 5

    Vậy nhận định của học sinh là sai: đặc điểm co bóp nhịp nhàng của cả mô cơ tim là một đặc tính nổi trội, sinh ra từ sự liên kết và đồng bộ giữa nhiều tế bào, không thể dự đoán đầy đủ chỉ từ một tế bào cơ tim riêng lẻ.

Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ 'biết hết các thành phần thì biết hết cả hệ thống' — nhầm lẫn này bỏ qua vai trò của cách các thành phần tương tác, chính là nguồn gốc của đặc tính nổi trội. Một nhầm lẫn khác là hiểu 'hệ mở' thành 'hệ không ổn định' — thực ra một hệ mở vẫn tự điều chỉnh để giữ ổn định bên trong, dù liên tục trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ba nguyên tắc tổ chức của thế giới sống: thứ bậc (mỗi cấp độ xây dựng từ cấp dưới), đặc tính nổi trội (đặc điểm mới sinh ra từ tương tác có tổ chức, không tồn tại ở từng thành phần riêng lẻ), hệ mở và tự điều chỉnh (trao đổi liên tục với môi trường mà vẫn giữ ổn định bên trong).

Khoá học tiếp theo bắt đầu ở cấp độ nhỏ nhất trong chuỗi vừa học: cấp độ phân tử, với thành phần hoá học của tế bào.