CHƯƠNG 2: CẢM ỨNG Ở SINH VẬT
I. Khái niệm và vai trò của cảm ứng
1. Khái niệm cảm ứng
- Cảm ứng là sự tiếp nhận và phản ứng của sinh vật đối với thay đổi môi trường.
- Cảm ứng ở thực vật thường chậm, khó nhận thấy.
- Động vật cảm ứng nhanh và đa dạng. Mức độ, tính chính xác, hình thức cảm ứng thay đổi tuỳ thuộc vào bộ phận phụ trách cảm ứng.
2. Vai trò của cảm ứng đối với sinh vật
- Cảm ứng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp sinh vật thích ứng với môi trường sống.
- Nhờ cảm ứng mà các loài thực vật và động vật có thể tìm kiếm thức ăn, tìm nguồn nước và nguồn ánh sáng, tránh những mối nguy hiểm, phản ứng với các tác nhân gây hại như nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh, âm thanh ồn ào...
II. Cơ chế cảm ứng ở sinh vật
- Các bộ phận tham gia vào cảm ứng ở sinh vật bao gồm: tiếp nhận kích thích, dẫn truyền thông tin kích thích, xử lí thông tin và đáp ứng.
- Thực vật bắt đầu quá trình cảm ứng thông qua thụ thể trên màng tế bào tiếp nhận kích thích. Thông tin kích thích được truyền qua tế bào chất dưới dạng dòng điện tử hoặc chất hoá học đến bộ phận xử lí thông tin và đáp ứng, gây ra đáp ứng phù hợp. Cả ba bộ phận tham gia vào cảm ứng ở thực vật đều là rễ, thân hoặc lá.
- Ở động vật có hệ thần kinh, cảm ứng thực hiện thông qua cung phản xạ. Thụ thể cảm giác tiếp nhận kích thích từ môi trường và tạo ra xung thần kinh truyền về thần kinh trung ương. Từ đây, xung thần kinh truyền đến cơ quan đáp ứng để tạo ra đáp ứng phù hợp.
B.Cảm ứng ở thực vật
I. Khái niệm, vai trò, đặc điểm của cảm ứng ở thực vật
1. Khái niệm
Cảm ứng ở thực vật là sự tiếp nhận và trả lời các kích thích từ môi trường.
2. Vai trò của cảm ứng
3. Đặc điểm của cảm ứng
II. Các hình thức cảm ứng ở thực vật
1.Hướng động (vận động định hướng)
Hướng động là hình thức phản ứng của cây (thể hiện qua việc vận động cơ quan,bộ phận) đối với tác nhân kích thích từ một hướng xác định
Tác nhân đáp ứng: auxin
Cơ chế: sự sinh trưởng không đồng đều giữa hai phía của các mô, bộ phận đáp ứng
Các loại hướng động:
*Các kiểu hướng động:
a,Hướng sáng (là phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với ánh sáng)
b,Hướng hóa:
c,Hướng nước (Trường hợp đặc biệt của hướng hóa):
d,Hướng trọng lực:
e,Hướng tiếp xúc:
2.Ứng động (Vận động cảm ứng)
Là hình thức phản ứng sinh trưởng đối với tác nhân kích thích không định hướng (ko có hướng)
● Ứng động sinh trưởng: là những vận động xuất hiện do tốc độ sinh trưởng và phân chia tế bào không đều ở các cơ quan, bộ phận đáp ứng, dưới tác động của kích thích không định hướng trong môi trường.
● Ứng động không sinh trưởng: là những vận động thuận nghịch do sự biến đổi sức trương nước của cơ quan, bộ phận đáp ứng hoặc do xuất hiện lan truyền của kích thích trong các tế bào, mô chuyên hóa dưới tác dụng của tác nhân cơ học, hóa học
III. Cơ chế của cảm ứng
1.Cơ chế hướng động: tác nhân kích thích tác động lên một hướng xác định lên các thụ thể của bộ phận tiếp nhận kích thích, thông tin sau đó được truyền đến bộ phận đáp ứng, làm thay đổi lượng auxin ở 2 phía đối diện nhau của bộ phận này, dẫn đến tốc độ dãn dài không đồng đều giữa các tế bào ở 2 phía. Kết quả là sự uốn cong của bộ phận đáp ứng.
2.Cơ chế ứng động
IV. Cơ chế chống lại các stress của môi trường
1.Chống lại sự khô hạn
2. Chống lại sự ngập úng
3. Chống nóng
4. Chống lạnh
V. Cơ chế chống lại sự tấn công của động vật
1.Cơ chế
2.Các phương thức bảo vệ chống lại tác nhân gây bệnh
C. Cảm ứng ở động vật
I. Các hình thức cảm ứng ở động vật
1. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh lưới
- Gặp ở động vật có cơ thể đối xứng toả tròn như động vật ngành Ruột khoang
- Các tế bào thần kinh phân bố rải rác và liên kết với nhau tạo thành mạng lưới thần kinh
- Khi bị kích thích, toàn bộ cơ thể động vật phản ứng, ví dụ: Ở thuỷ tức.
Tính hiệu quả: kém chính xác và tiêu tốn nhiều năng lượng.
2. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh chuỗi hạch
- Gặp ở ngành Giun dẹp, Giun tròn, Chân khớp...
- Hạch thần kinh liên kết tạo thành chuỗi hạch thần kinh, mỗi hạch là trung tâm điều khiển hoạt động của một vùng trên cơ thể, ví dụ: Chân khớp.
Tính hiệu quả: Chính xác hơn và tiêu tốn ít năng lượng hơn.
3. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh ống
- Gặp ở động vật thuộc các lớp Cá, Lưỡng cư, Bò sát, Chim và Thú.
- Hệ thần kinh ống tập trung thành một ống nằm ở phần lưng cơ thể và phân chia thành thần kinh trung ương và ngoại biên.
- Hoạt động theo nguyên tắc phản xạ,
Tính hiệu quả: Chính xác và ít tiêu tốn năng lượng.
II. Tế bào thần kinh
- Cấu tạo của neuron: Thân, sợi nhánh, sợi trục (có bao myelin, các eo Ranvier)
- Chức năng: Tiếp nhận, tạo ra và truyền xung thần kinh
+ Điện thế nghỉ: điều kiện bình thường khongo có kích thích, kênh K+ mở, Na+ đóng, K+ ra ngoài màng làm cho bên trong tích điện âm, bên ngoài tích điện dương. Ngoài ra, để bù lại lượng K+ thất thoát thì tế bào còn sử dụng kênh Na+/K+ (3 Na+ ra ngoài, 2 K+ vào trong màng).
+ Điện thế hoạt động:
- Cách lan truyền điện thế hoạt động trên sợi trục:
III. SYNAPSE
- Synapse là diện tiếp xúc giữa các tế bào thần kinh hoặc giữa tế bào thần kinh với tế bào khác, nơi xung thần kinh được truyền qua.
- Mỗi neuron có thể có hàng trăm đến hàng nghìn synapse.
- Có 3 kiểu synapse:
1. Cấu tạo và loại của synapse
- Synapse có hai loại: synapse hoá học và synapse điện.
- Synapse hoá học gồm:
2. Truyền tin qua synapse
- Thông tin dưới dạng xung thần kinh được truyền qua synapse nhờ chất chuyển giao thần kinh:
(1) Xung thần kinh đến làm Ca2+ đi vào trong chùy synapse
(2) Ca2+ vào làm túi chứa chất trung gian hóa học (ví dụ: acetylcholine) gắn vào màng trước và vỡ ra, giải phóng chất trung gian hóa học vào khe synapse.
(3) Chất trung gian hóa học gắn vào thụ thể trên màng sau, mở kênh Na+ làm xuất hiện điện thế hoạt động lan truyền.
Vì màng sau không có chất chuyển giao thần kinh và màng trước không có thụ thể tiếp nhận chất chuyển giao thần kinh nên xung qua synapse chỉ được truyền theo một chiều từ màng trước ra màng sau
- Enzyme acetylcholinesterase phân huỷ acetylcholine thành acetate và choline, choline được tái sử dụng trong quá trình tổng hợp acetylcholine mới.
- Do cơ chế chuyển đổi thông tin điện - hóa - điện nên xung qua synapse có thể bị chậm lại, gọi là hiện tượng chậm synapse.
- Hiện tượng mỏi synapse xảy ra khi kích thích liên tục vào màng trước synapse dẫn tới chất trung gian bị giải phóng liên tục mà không kịp tái tạo => thiếu tạm thời chất trung gian => xung không được lan truyền qua synapse.
IV. Phản xạ
1. Phản xạ và cung phản xạ
- Phản xạ là phản ứng của cơ thể với kích thích từ môi trường thông qua hệ thần kinh. Phản xạ thực hiện qua cung phản xạ gồm 5 bộ phận: thụ thể cảm giác, dây thần kinh cảm giác, tuỷ sống và não bộ, dây thần kinh vận động, và cơ hoặc tuyến đáp ứng.
- Tổn thương bộ phận: Nếu bất kỳ bộ phận nào của cung phản xạ bị tổn thương, phản xạ sẽ không thực hiện được.
2. Các thụ thể cảm giác
- Neuron hoặc tế bào biểu mô chuyên hoá đáp ứng với kích thích đặc hiệu từ môi trường.
- Chúng tiếp nhận và chuyển đổi năng lượng thành điện thể, lan truyền tới trung ương thần kinh.
- Các thụ thể cảm giác có thể chia thành nhiều dạng:
Thụ thể cơ học | Phát hiện các biến dạng vật lí gây ra do các dạng năng lượng cơ học. Tuỳ theo vị trí, thụ thể cơ học có những vai trò khác nhau. |
Thụ thể hoá học | Phát hiện các phân tử hoá học đặc hiệu và nồng độ của chúng trong máu. |
Thụ thể điện từ | Phát hiện các dạng khác nhau của năng lượng điện từ như ánh sáng nhìn thấy, dòng điện và từ trường. |
Thụ thể nhiệt | Phát hiện sự thay đổi nhiệt độ. |
Thụ thể đau | Phát hiện tổn thương mô do các tác nhân cơ học (va đập), hoá học (acid,…), điện, nhiệt (lửa,…), áp lực mạnh (do đè nén) gây ra. |
3. Vai trò của cảm giác vị giác, khứu giác, xúc giác
- Cảm giác vị giác: Giúp động vật chọn lựa thức ăn và kích thích hoạt động tiêu hoá.
- Cảm giác khứu giác: Có nhiều vai trò khác nhau như tìm kiếm thức ăn, định hướng đường đi, phân biệt con mới sinh…. Hỗ trợ cảm giác vị giác.
- Cảm giác xúc giác: Giúp động vật giữ vật chính xác, tránh trượt ngã và lựa chọn thức ăn.
4. Thị giác
-Quá trình cảm nhận ánh sáng: ánh sáng khúc xạ từ vật => mắt => hệ thống khúc xạ ánh sáng (giác mạc, thủy dịch, thủy tinh thể, dịch kính) => tế bào hạch => tế bào lưỡng cực => tế bào que và tế bào nón =(khởi phát xung thần kinh)> tế bào lưỡng cực => tế bào hạch => dây thần kinh thị giác (dây thần kinh sọ số II) => trung khu thị giác ở thùy chẩm trên vỏ não cho ta cảm giác về hình ảnh và màu sắc của vật
-Lượng thông tin tiếp nhận được từ thụ thể quang học là lớn nhất so với các thụ thể cảm giác khác
-Cận thị là ảnh vào mắt nhưng không đến được điểm vàng => mờ, không rõ vật cần đeo kính cận là một thấu kính phânkỳ => ảnh đi xa hơn đên điểm vàng.
-Viễn thị là ảnh vào mắt nhưng đi xa điểm vàng => mờ, không rõ vật cần đeo kính viễn là một thấu kính hội tụ => ảnh gần hơn vào điểm vàng.
5. Thính giác và giữ thăng bằng
a, Chức năng cảm nhận âm thanh
-Quá trình cảm nhận âm thanh: Sóng âm đi từ ngoài theo ống tai vào → rung màng nhĩ → tác động vào chuỗi xương tai giữa làm rung màng cửa sổ bầu dục tạo ra sóng áp lưc → tác động vào ốc tai làm rung màng và dịch kích thích cái tế bào có lông → tạo xung thần kinh theo dây thần kinh thính giác (Dây thần kinh sọ VIII) → trung khu thính giác ở não bộ (cho ta cảm giác về âm thanh).
-Vai trò: định hướng tìm con mồi, xác định kẻ săn mồi, tìm bạn tình, báo động nguy hiểm….
b, Chức năng giữ thăng bằng
-Cơ quan tiền đình gồm: nang cầu, nang bầu dục, ba ống bán khuyên
-Cơ chế: khi cơ thể di chuyển, dịch lỏng chuyển dịch trong các bộ phận của cơ quan tiền đình làm tế bào có lông hưng phấn, xuất hiện xung thần kinh truyền đi theo hai hướng:
+ Đến các nhóm cơ của cơ thể điều chỉnh sự co, dãn giúp cơ thể giữ thăng bằng.
+ Đến vỏ não cho cảm nhận về vị trí, chuyển động của cơ thể.
V. Phản xạ không điều kiện và có điều kiện
- Phản xạ của động vật không xương sống hầu hết là phản xạ không điều kiện, còn các loài thú có hệ thần kinh phát triển có thể học tập và rút kinh nghiệm để thành lập phản xạ có điều kiện.
- Phản xạ không điều kiện có thể được phân loại theo chức năng phản xạ sinh dưỡng, phản xạ tự vệ, phản xạ sinh dục, phản xạ vận động, phản xạ định hướng.
- Để hình thành phản xạ có điều kiện, cần dựa trên phản xạ không điều kiện hoặc phản xạ có điều kiện đã được hình thành vững chắc với cách thực hiện:
VI. Một số bệnh do tổn thương hệ thần kinh và cơ chế giảm đau
1. Tổn thương thần kinh
- Ngoại biên: Mất cảm giác hoặc vận động ở các vùng khác nhau của cơ thể.
- Trung ương: Liên quan đến việc bị liệt hoặc mất khả năng vận động, phụ thuộc vào mức độ và vùng trung ương bị tổn thương.
2. Cơ chế giảm đau của thuốc giảm đau
- Mỗi loại thuốc giảm đau có cơ chế hoạt động riêng, từ việc ức chế enzyme gây viêm, giảm sản xuất prostaglandin, đến việc ngăn chặn tín hiệu đau và thay đổi cảm nhận về đau.
- Tác động lên thần kinh trung ương: Morphin và codein tạo cảm giác khoan khoái, dễ chịu nhưng lại ức chế giải phóng chất chuyển giao thần kinh ở não, giảm cảm giác đau. Tuy nhiên, hai chất này gây nghiện và lệ thuộc khi dùng kéo dài.
- Tác động lên thần kinh ngoại biên: Thuốc gây tê như procaine và novocaine làm giảm tính thấm của màng tế bào thần kinh đối với Na+, làm giảm cảm giác đau.
D. Tập tính ở động vật
I. Khái niệm và vai trò của tập tính
- Tập tính là những hành động của động vật trả lời lại kích thích từ môi trường trong và ngoài.
- Tập tính đảm bảo cho động vật tồn tại và phát triển.
- Tập tính tăng khả năng sinh tồn và đảm bảo sự thành công trong sinh sản của động vật và là một cơ chế cân bằng nội môi (duy trì môi trường trong ổn định)
II. Tập tính bẩm sinh và tập tính học được
1.Tập tính bẩm sinh
- Tập tính bẩm sinh là tập tính sinh ra đã có, di truyền từ bố mẹ và đặc trưng cho loài.
- Bản năng cũng là tập tính bẩm sinh
- Cơ sở của tập tính bẩm sinh: do gene quy định chuỗi các hành động theo trình tự khi có kích thích → bền vững và có tính di truyền.
- Kích thích dấu hiệu: là kích thích đơn giản kích hoạt các tập tính bẩm sinh
2. Tập tính học được
- Tập tính học được là tập tính được hình thành trong đời sống cá thể, thông qua học tập và rút kinh nghiệm, không di truyền được.
- Cơ sở của tập tính học được: Sự hình thành mối liên hệ thần kinh mới giữa các neuron → Có thể hình thành tập tính mới và khi cần thì thay đổi tập tính để thích nghi với môi trường.
*Ngoài ra, còn có các tập tính vừa là tập tính bẩm sinh vừa là tập tính học được, gọi là tập tính hỗn hợp
III. Một số dạng tập tính phổ biến ở động vật
- Tập tính kiếm ăn là quan trọng cho sự sinh tồn của động vật, có lợi ích dinh dưỡng nhưng tiêu tốn năng lượng và có nguy cơ bị thương hoặc bị ăn thịt.
- Tập tính bảo vệ lãnh thổ là kiểm soát khu vực sống để bảo vệ nguồn thức ăn, nơi ở và sinh sản của cá thể hoặc nhóm động vật.
- Tập tính sinh sản gồm nhiều tập tính khác nhau như tìm kiếm bạn tình, làm tổ và ấp trứng, chăm sóc và bảo vệ con non.
- Tập tính di cư là di chuyển một phần hoặc tất cả quần thể động vật từ một vùng đến vùng khác, thường là do khan hiếm thức ăn hoặc thời tiết khắc nghiệt. Di cư có thể hai chiều hay một chiều
- Tập tính xã hội là sống theo bầy đàn, nhiều loài động vật sống theo tập tính này để đem lại nhiều lợi ích nhưng cũng có bất lợi cho các cá thể trong bầy đàn.
IV. Pheromone
- Là chất hoá học do động vật sản sinh, được giải phóng vào môi trường sống và gây ra các đáp ứng khác nhau ở các cá thể cùng loài.
- Pheromone có vai trò quan trọng trong các tập tính sinh sản, như việc thu hút đối tác của bướm tầm cái hoặc không liên quan đến sinh sản như một cá bị thương phát ra chất cảnh báo đến những con khác.
V. Một số hình thức học tập ở động vật
- Học tập là một phần quan trọng của hình thành tập tính ở động vật.
- Quen nhờn là hình thức học tập đơn giản nhất: động vật phớt lờ, không đáp ứng với các kích thích lặp đi lặp lại nhiều lần nếu kích thích ko kèm theo sự nguy hiểm.
- In vết là quá trình học tập nhanh trong khoảng thời gian ngắn và có giai đoạn then chốt (giai đoạn quyết định)
- Học cách nhận biết không gian và các bản đồ nhận thức:
- Học liên kết là khả năng liên kết một đặc điểm môi trường với một đặc điểm khác.
- Học xã hội là học bằng cách quan sát và bắt chước hành vi của động vật khác. Việc học xã hội giúp động vật có thể học được các kỹ năng và kiến thức mới từ những các cá thể khác thông qua quan sát, giả lập và thử nghiệm.
- Nhận thức và giải quyết vấn đề là dạng học phức tạp nhất liên quan đến khả năng nhận biết và xử lí thông tin giải quyết những trở ngại gặp phải.
VI. Cơ chế học tập ở người
- Quá trình học tập qua các giai đoạn:
- Cơ sở thần kinh của học tập: tăng cường liên kết thần kinh, thay đổi cấu tạo và hoạt động synapse, hoạt hoá gene và tổng hợp protein.