Bài học

Các hình thức tiêu hoá và tiến hoá của ống tiêu hoá

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được ba hình thức tiêu hoá theo hướng tiến hoá — nội bào, ngoại bào trong túi tiêu hoá một lỗ, và ngoại bào trong ống tiêu hoá hoàn chỉnh — và nêu được vì sao ống tiêu hoá phân hoá vùng lại cho phép một con vật ăn liên tục thay vì phải chờ tiêu hoá xong đợt trước.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở lớp 7 (KHTN), em đã biết hệ tiêu hoá người gồm miệng, thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già, và thức ăn được biến đổi cả cơ học lẫn hoá học dọc theo ống đó (prior-grade review). Bài này không nhắc lại từng cơ quan của người, mà đặt hệ tiêu hoá người vào một bức tranh rộng hơn: cách tiêu hoá của thú hoá ra chỉ là một điểm đến trong cả một quá trình tiến hoá nhiều bước, và những nhóm động vật khác đã dừng lại ở những bước trước đó theo cách riêng của chúng.

Khởi động

Trùng amip (amoeba) không có miệng, không có dạ dày, thậm chí không có lấy một đoạn ống tiêu hoá nào — cả cơ thể nó chỉ là một tế bào. Vậy mà nó vẫn ăn được, vẫn tiêu hoá được thức ăn để sống và sinh sản. Một sinh vật chỉ có đúng một tế bào thì tiêu hoá bằng cách nào?

Kiến thức trọng tâm

Ở những sinh vật đơn bào như trùng amip, toàn bộ quá trình tiêu hoá diễn ra ngay bên trong một tế bào. Amip 'nuốt' thức ăn bằng cách bao lấy nó trong một phần màng tế bào lõm vào, tạo thành một túi nhỏ gọi là không bào tiêu hoá. Enzyme từ lysosome đổ vào không bào này, phân giải thức ăn thành những phân tử đủ nhỏ để tế bào hấp thụ trực tiếp. Toàn bộ chuỗi việc — bắt mồi, chứa, phân giải — nằm gọn trong một tế bào duy nhất, nên được gọi là tiêu hoá nội bào.

Cách tiêu hoá này chỉ phù hợp với sinh vật đơn bào hoặc những cơ thể rất nhỏ, ít tế bào. Lý do khá đơn giản: một cơ thể có hàng triệu tế bào mà mỗi tế bào lại phải tự lo phần thức ăn của chính nó thì không thực tế chút nào — tế bào nằm sâu bên trong sẽ chẳng bao giờ tiếp cận được thức ăn từ môi trường ngoài. Tiêu hoá nội bào, vì thế, chỉ là bước khởi đầu trong dòng tiến hoá của hệ tiêu hoá.

Bước tiếp theo xuất hiện ở ruột khoang, ví dụ thuỷ tức. Thuỷ tức có một khoang tiêu hoá duy nhất — gọi là túi tiêu hoá — với đúng một cửa mở ra ngoài, cửa này vừa là miệng đưa thức ăn vào vừa là hậu môn đẩy chất thải ra. Khi con mồi lọt vào khoang, các tế bào lót thành túi tiết enzyme thẳng vào đó, phân giải thức ăn thành từng mảnh nhỏ ngay trong khoang chung — đây là tiêu hoá ngoại bào, vì sự phân giải diễn ra bên ngoài tế bào. Ngay sau đó, chính những tế bào lót thành túi lại nuốt các mảnh nhỏ vào bên trong để hoàn tất phần còn lại — một bước tiêu hoá nội bào nối liền phía sau. Thuỷ tức, nói cách khác, dùng phối hợp cả hai hình thức chứ không thuần một loại.

Hạn chế lớn nhất của túi tiêu hoá một lỗ nằm ngay ở cấu tạo một cửa của nó: thức ăn mới đưa vào và chất thải cũ đẩy ra phải dùng chung một lối duy nhất. Con vật vì thế không thể vừa ăn tiếp một con mồi mới vừa đẩy bã của bữa trước ra ngoài — hai việc buộc phải diễn ra tuần tự.

Ở giun đất và ở mọi động vật có xương sống, kể cả thú, ống tiêu hoá đã tách hẳn thành hai cửa riêng: miệng một đầu, hậu môn đầu kia. Thức ăn di chuyển theo một chiều duy nhất, từ miệng tới hậu môn, qua nhiều đoạn ống nối tiếp. Mỗi đoạn lại phân hoá để đảm nhiệm một công đoạn riêng — có đoạn chuyên nghiền cơ học, có đoạn chuyên tiết enzyme, có đoạn chuyên hấp thụ — thay vì dồn hết mọi việc vào một khoang chung như ở thuỷ tức.

Độ phức tạp tăng dần từ trái sang phải; hai cửa riêng biệt ở bước cuối là điều kiện để ăn liên tục.

Vì hai cửa tách biệt, ống tiêu hoá hoàn chỉnh giải quyết trọn vẹn hạn chế của túi tiêu hoá một lỗ: con vật nuốt thức ăn mới ở đầu miệng trong khi bã của bữa trước vẫn đang được đẩy ra ở đầu hậu môn, tiêu hoá diễn ra gần như liên tục. Thêm nữa, vì mỗi đoạn ống chuyên một việc, nhiều công đoạn có thể xảy ra đồng thời ở những vị trí khác nhau dọc ống, thay vì phải chờ xong việc này mới bắt đầu việc khác trong cùng một khoang chật hẹp.

Mỗi hình thức giữ một tập đặc điểm riêng biệt, không trộn lẫn — đây là cơ sở để so sánh bốn loài ở ví dụ tiếp theo.

Ví dụ

So sánh tiêu hoá ở amip, thuỷ tức, giun đất và thú

1
Hãy so sánh hình thức tiêu hoá của bốn loài — trùng amip, thuỷ tức, giun đất, và một loài thú — theo ba tiêu chí: hình thức tiêu hoá, số cửa của khoang/ống tiêu hoá, và khả năng ăn liên tục.

Loài	Hình thức tiêu hoá	Số cửa	Ăn liên tục?
Trùng amip	Nội bào, trong không bào tiêu hoá	Không có ống; thức ăn vào qua màng tế bào	Không — chỉ xử lý xong một phần mới nuốt tiếp
Thuỷ tức	Ngoại bào trong khoang, rồi nội bào trong tế bào	Một cửa, vừa là miệng vừa là hậu môn	Không — phải thải hết bã cũ mới ăn tiếp
Giun đất	Ngoại bào, trong ống tiêu hoá hoàn chỉnh	Hai cửa: miệng và hậu môn riêng	Có — ăn ở miệng và thải bã ở hậu môn cùng lúc
Thú (ví dụ chó)	Ngoại bào, ống hoàn chỉnh, phân hoá vùng rõ	Hai cửa: miệng và hậu môn riêng	Có — nhiều vùng ống xử lý đồng thời nhiều công đoạn

| Loài | Hình thức tiêu hoá | Số cửa | Ăn liên tục? | |---|---|---|---| | Trùng amip | Nội bào, trong không bào tiêu hoá | Không có ống; thức ăn vào qua màng tế bào | Không — chỉ xử lý xong một phần mới nuốt tiếp | | Thuỷ tức | Ngoại bào trong khoang, rồi nội bào trong tế bào | Một cửa, vừa là miệng vừa là hậu môn | Không — phải thải hết bã cũ mới ăn tiếp | | Giun đất | Ngoại bào, trong ống tiêu hoá hoàn chỉnh | Hai cửa: miệng và hậu môn riêng | Có — ăn ở miệng và thải bã ở hậu môn cùng lúc | | Thú (ví dụ chó) | Ngoại bào, ống hoàn chỉnh, phân hoá vùng rõ | Hai cửa: miệng và hậu môn riêng | Có — nhiều vùng ống xử lý đồng thời nhiều công đoạn |

3
Ta có bốn loài trải đúng theo trình tự tiến hoá đã học: amip đơn giản nhất, chỉ tiêu hoá nội bào; thuỷ tức tiến thêm một bước, có khoang chung nhưng vẫn một cửa; giun đất và thú cùng đạt tới ống hai cửa, trong đó thú còn phân hoá vùng rõ hơn.
4
Vậy độ phức tạp của hình thức tiêu hoá tăng dần theo bốn loài trên, và khả năng ăn liên tục chỉ xuất hiện khi ống tiêu hoá có hai cửa tách biệt.

Ví dụ

Giải thích vì sao phân hoá vùng giúp ăn liên tục (dạng đề kiểm tra)

1
Một bạn học sinh cho rằng: 'túi tiêu hoá một lỗ và ống tiêu hoá hai lỗ chỉ khác nhau ở số lượng cửa, còn khả năng ăn liên tục thì như nhau.' Nhận định này đúng hay sai? Giải thích.
2
Ta có túi tiêu hoá của thuỷ tức chỉ có một cửa duy nhất dùng chung cho cả việc đưa thức ăn vào lẫn đẩy chất thải ra, nên hai việc này không thể diễn ra đồng thời — con vật buộc phải thải hết bã của bữa trước rồi mới ăn tiếp được. (1)
3
Ở giun đất và thú, miệng và hậu môn là hai cửa tách biệt, thức ăn di chuyển một chiều dọc ống. Vì hai cửa độc lập nhau, thức ăn mới ở đầu miệng và chất thải cũ ở đầu hậu môn di chuyển được cùng lúc mà không cản trở nhau. (2)
4
Kết hợp (1) và (2), nhận định trên là sai: số cửa không chỉ là một khác biệt về cấu tạo, mà kéo theo khác biệt trực tiếp về khả năng ăn liên tục. Vậy ống tiêu hoá hai cửa cho phép ăn liên tục, còn túi tiêu hoá một lỗ thì không.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn hay gặp là nghĩ thuỷ tức có một 'dạ dày' riêng biệt như thú — thực ra thuỷ tức chỉ có đúng một khoang duy nhất làm mọi việc, từ tiếp nhận, tiêu hoá, đến thải bã. Một nhầm lẫn khác là cho rằng ống tiêu hoá hoàn chỉnh luôn 'tốt hơn tuyệt đối' nên loài nào cũng cần tiến hoá tới đó — thực ra giun đất vẫn dùng ống tiêu hoá của nó rất hiệu quả cho đúng kích thước và lối sống của loài; mức độ phức tạp phù hợp với nhu cầu của từng loài, không phải cứ phức tạp hơn là ưu việt hơn trong mọi hoàn cảnh.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ba hình thức tiêu hoá theo trình tự tiến hoá: nội bào (chỉ ở sinh vật đơn bào), ngoại bào trong túi một lỗ (ruột khoang, không ăn liên tục được), và ngoại bào trong ống hai lỗ phân hoá vùng (giun đốt, động vật có xương sống, ăn liên tục được).

Ống tiêu hoá hoàn chỉnh là điểm chung của cả giun đất lẫn mọi loài thú. Nhưng cùng dùng một kiểu ống đó, vì sao răng và độ dài ruột của một con hổ lại khác hẳn răng và ruột của một con bò? Bài sau trả lời đúng câu hỏi này.