Quá trình sống

Trong sinh học, quá trình sống là chuỗi các thay đổi lặp đi lặp lại mà một sinh vật trải qua từ khi ra đời đến khi trưởng thành, có khả năng sinh sản và kết thúc bằng cái chết. Trong tiếng Anh, thuật ngữ này là life cycle.

Tất cả các cá thể cùng loài đều trải qua quá trình sống giống nhau. Ví dụ:

• Con người bắt đầu từ hợp tử - phát triển thành phôi, thai nhi - trở thành em bé - trưởng thành thành bố mẹ - và sinh ra thế hệ tiếp theo (hình 1). Đây là trường hợp thường gặp ở động vật sinh sản hữu tính, khi quá trình sống bắt đầu từ hợp tử, là kết quả của sự thụ tinh giữa trứng và tinh trùng, phát triển thành phôi và sau đó là cá thể trưởng thành, có thể thay đổi hình thái hoặc không.

• Khi cá thể là sinh vật đơn bào sinh sản vô tính qua nguyên phân, chu kỳ sống của 'con' bắt đầu từ khi được 'mẹ' sinh ra, phát triển và phân chia để tạo ra tế bào mới. Trong trường hợp này, mỗi chu kỳ sống bao gồm các giai đoạn lớn lên (pha G1), tổng hợp DNA và các chất cần thiết (pha S), tiếp tục sinh trưởng (pha G2) và phân chia (pha M) (hình 2).

Trong ngôn ngữ thông dụng, chu kỳ sống thường được gọi là vòng đời; còn trong sinh học phát triển, chu kỳ sống bao gồm toàn bộ quá trình phát triển của một cá thể (ontogenesis).

Lịch sử và các dạng

Khám phá về chu kỳ sống của sinh vật đã có từ lâu, nhưng cơ chế của quá trình này chỉ được hiểu rõ dần từ vài thế kỷ trước, khi các nhà khoa học nghiên cứu sinh sản và phát triển ở nhiều loài thực vật và động vật. Năm 1851, Wilhelm Hofmeister chứng minh rằng chu kỳ sống ở thực vật bao gồm sự xen kẽ các thế hệ. Một số thuật ngữ (haplobiont và diplobiont) được Nils Svedelius đề xuất để mô tả vòng đời của tảo, và sau đó áp dụng cho các sinh vật khác. Các thuật ngữ khác (autogamy và gamontogamy) dùng trong vòng đời của nguyên sinh vật được Karl Gottlieb Grell đề xuất. Những phát hiện này xảy ra vào khoảng những năm 1840 và 1850.

Chu kỳ sống của các loài sinh vật sinh sản hữu tính thường bao gồm các giai đoạn đơn bội (n) và lưỡng bội (2n), tức là sự thay đổi liên tục của mức bội thể. Để trở lại giai đoạn đơn bội, chu kỳ sống cần phải trải qua quá trình giảm phân. Dựa vào điều này, các nhà nghiên cứu đã phân loại thành ba kiểu chu kỳ sống khác nhau:

• Kiểu giao tử thể, hay còn gọi là kiểu đơn bội (haplontic)
• Kiểu bào tử thể, hay còn gọi là kiểu lưỡng bội (diplontic)
• Kiểu xen kẽ (haplodiplontic)

Chu kỳ giao tử thể (đơn bội)

Trong kiểu chu kỳ này (haplontic life cycle), phần lớn thời gian tồn tại và phát triển của cá thể diễn ra trong giai đoạn đơn bội (n), có thể là dạng đơn bào hoặc đa bào.

Các dạng sống đơn bội (n) qua quá trình nguyên phân sẽ tạo ra các giao tử gọi là bào tử (spore). Khi hai bào tử kết hợp trong quá trình thụ tinh, hợp tử lưỡng bội (2n) được hình thành, là tế bào lưỡng bội duy nhất trong toàn bộ chu kỳ sống (xem hình 3).

• Chu kỳ sống đơn bội này phổ biến ở nhiều loại nấm, một số loài vi tảo như vi tảo cổ (Archaeplastidans), Chlamydomonas, trùng sốt rét (Plasmodium), nhóm excavates, và nấm đảm (basidiomycetes).

• Chu kỳ sống của trùng sốt rét tương tự như tảo lục hiển vi, nhưng có điểm đặc biệt. Các loài trùng sốt rét phải ký sinh, vì vậy phải trải qua hai giai đoạn ở hai vật chủ khác nhau: người và muỗi sốt rét. Mỗi chu kỳ sống gồm hai 'vòng đời' khác biệt: 'vòng đời' ở người (vật chủ chính) và 'vòng đời' ở muỗi (vật chủ trung gian).

- Khi muỗi sốt rét chích người, nó truyền vào máu người các trùng sốt rét ở dạng đơn bội (n), gọi là bào tử động (sporozoite). Các tế bào đơn bội này ký sinh bên trong tế bào người (phương thức nội ký sinh), sinh sản nhanh chóng qua nguyên phân, tạo ra nhiều trùng con xâm nhập vào hồng cầu, gây bệnh sốt rét. Mặc dù vòng đời mỗi cá thể rất ngắn, nhưng do số lượng sinh sản nhiều nên 'tổng' vòng đời rất dài, gây ra nhiều cơn sốt. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, bệnh có thể tự khỏi khi trùng sốt rét bị tiêu diệt do bộ gen suy thoái vì không được tái tổ hợp và nhờ sức đề kháng của cơ thể, nếu không bị muỗi đốt lại.

- Khi người bệnh bị muỗi đốt, các trùng sốt rét sẽ xâm nhập vào cơ thể muỗi (vật chủ trung gian hay vectơ truyền bệnh), bắt đầu giai đoạn hữu tính: hình thành giao tử đực và cái, thụ tinh, từ đó bộ gen được tái tổ hợp, làm tăng cường sức sống của trùng. Mặc dù vòng đời lưỡng bội (2n) này rất ngắn (xem hình 4), nhưng người bệnh có thể bị nặng hơn và có nguy cơ truyền bệnh qua muỗi cho người khác.

Chu kỳ bào tử thể

Trong kiểu chu kỳ này, hợp tử không phân chia ngay để tạo ra các tế bào đơn bội mà thay vào đó phân chia qua nhiều lần nguyên phân để tạo ra một cá thể lưỡng bội đa bào hoặc một nhóm tế bào lưỡng bội đơn bào (tập đoàn hoặc mô lưỡng bội). Các tế bào từ cá thể lưỡng bội sau đó trải qua giảm phân để tạo ra các giao tử. Các tế bào đơn bội có thể tiếp tục phân chia (bằng nguyên phân) để hình thành nhiều tế bào đơn bội hơn, như trong nhiều loại nấm men, nhưng giai đoạn đơn bội không phải là giai đoạn chiếm ưu thế mà giai đoạn lưỡng bội là chủ yếu, trong khi giai đoạn đơn bội chỉ xuất hiện trong cơ quan sinh sản của thể bào tử (xem hình 5), tức là trong quá trình tạo giao tử, sau đó các giao tử nhanh chóng kết hợp để tạo thành hợp tử lưỡng bội.

Kiểu vòng đời lưỡng bội này phổ biến ở các sinh vật bậc cao như động vật có xương sống và cây có hoa. Đây cũng là nhóm sinh vật mà chúng ta thường thấy dạng bào tử.

Kiểu xen kẽ

Trong kiểu xen kẽ (haplodiplontic), giai đoạn đơn bội và lưỡng bội thay thế nhau và chiếm tỷ lệ thời gian gần như bằng nhau. Trong giai đoạn đơn bội (n), cơ thể tồn tại dưới dạng thể giao tử, còn ở giai đoạn lưỡng bội (2n) thì tồn tại dưới dạng thể bào tử. Loại chu kỳ sống này thường thấy ở ngành Dương xỉ.

• Phân bào nguyên nhiễm: nguyên phân.
• Phân bào giảm nhiễm: giảm phân.
• Quá trình phát sinh giao tử: tạo giao tử.
• Thể bào tử.
• Thể giao tử.
• Chu kỳ là gì: chu kỳ.

Nguồn trích dẫn

Các liên kết ngoài

• Chu kỳ sống: Những suy ngẫm của một nhà sinh học tiến hóa - John Tyler Bonner. Princeton University Press, Princeton (New Jersey).
• Valero, M (1992). “Sự tiến hóa của sự thay đổi giữa các giai đoạn đơn bội và lưỡng bội trong chu kỳ sống”. Trends in Ecology & Evolution. 7 (1): 25–29. doi:10.1016/0169-5347(92)90195-h. PMID 21235940.
• Mable, B.; Otto, S. (1998). “Sự tiến hóa của chu kỳ sống với các giai đoạn đơn bội và lưỡng bội” (PDF). BioEssays. 20 (6): 453–462. doi:10.1002/(sici)1521-1878(199806)20:6<453::aid-bies3>3.0.co;2-n.