Phân hoá và chuyên hoá là biểu hiện tiến hoá của tự nhiên và được quy định bởi di truyền

Trên góc độ phân hoá và chuyên hoá chúng ta hiểu rõ một phần về cơ chế hình thành và hoạt động của các cơ quan, của cơ thể được ghi trong hệ thống di truyền (TTDT). Bức tranh tiến hoá là kết quả phát triển lịch sử lâu dài hàng tỷ, hàng triệu, hàng ngàn năm và lại được tiếp tục duy trì, vừa di truyền (bảo thủ) vừa biến dị (dao động) để tồn tại loài (bảo thủ) và nảy sinh những sai khác nhỏ (dao động) trong loài đó (hình thành các quần thể).

Với chuyên đề này chúng ta không thể trình bày hết mọi khía cạnh trong bài báo nhỏ được. Để làm sáng tỏ một hướng của tiến hoá, ở đây chúng ta chỉ có thể đề cập tới việc phân hoá và chuyên hoá được ghi trong TTDT thông qua sinh sản.

Sự phân hoá và chuyên hoá được biểu hiện ở các cấp độ khác nhau:

1. Phân hoá và chuyên hoá ở cấp độ tế bào

Đây là dạng đơn bào, nguyên sinh vật. Tế bào ở đây là cơ thể hoàn chỉnh, đảm bảo mọi chức năng của hoạt động sống: tiêu hoá, bài tiết, cảm ứng, phản ứng, vận động, sinh sản... Dạng đơn bào được chia làm hai loại:

a. Loại chưa có dấu hiệu phân biệt giới tính. Sinh sản ở đây theo lối phân đôi, nguyên phân hay sinh sản vô tính. Đại diện amip.

b. Loại phức tạp hơn, bên cạnh lối sinh sản vô tính đã biểu hiện mầm mống của sinh sản hữu tính, nghĩa là đã có dấu hiệu của giới tính: Vật cho (donor) được coi là giới đực. Vật nhận (Ricipient) được coi là giới cái. Chuyển chất di truyền từ vật cho sang vật nhận. Ở đây, tế bào vừa là cơ thể hoàn chỉnh vừa là giao tử. Ở vi khuẩn, việc trao đổi TTDT theo kiểu riêng bằng 3 phương thức: chuyển dịch, chuyển nạp và tiếp hợp. Vật chất di truyền từ vật cho sang vật nhận không tạo thành hợp tử (Zygote), mà thành hợp tử giả tạm thời một phần (Merozygote). Từ Merozygote qua trao đổi TTDT sẽ cho thể phối hợp lại (tái tổ hợp, recombinant) từ thể phối hợp lại sẽ phát triển thành một dòng vi khuẩn mới.

2. Phân hoá và chuyên hoá ở cấp độ mô và cơ quan sinh vật đa bào

Sự phân hoá và chuyên hoá ngày càng đa dạng, phức tạp, hoàn chỉnh được thể hiện theo các cách khác nhau:

a. Ở cấp độ mô và cơ quan. Ở tập đoàn Volvox chưa có sự phân hoá, Ruột túi đã có mô ngoại bì và nội bì. Mỗi mô đảm nhận chức năng riêng của nó. Lên cao hơn lại có mô trung bì. Từ các mô đó việc phân hoá và chuyên hoá càng đa dạng, phức tạp thành các mô, các cơ quan chuyên biệt. Rõ nhất là ở động vật có xương sống, càng lên cao càng hoàn chỉnh, đa dạng, phức tạp. Ví dụ ở người hợp tử có 2n thể nhiễm sắc (TNS) đã phân hoá hơn 200 nhóm tế bào nguồn gốc trong phôi. Từ mỗi nhóm tế bào gốc do phân hoá, chuyên hoá đã phát triển thành các mô chuyên biệt, các cơ quan chuyên biệt, đơn giản nhất là mô máu, phức tạp nhất là mô thần kinh trong thai nhi. Từ thai nhi thành tiểu nhi, trung niên, già và chết. Từ hợp tử 2n ban đầu chưa có phân biệt gì, sau khi sinh ra ở cơ thể tiểu nhi mỗi mô, cơ quan có hoạt động chuyên biệt của nó: mô gan không làm nhiệm vụ của tuyến giáp, tuần hoàn không làm nhiệm vụ của thần kinh... Đến tuổi trưởng thành ở mô sinh dục tuy trong tế bào cũng có 2n như các mô khác, chỉ chuyên việc tạo giao tử, ở đây mới có hiện tượng giảm phân độc nhất trong cơ thể, không bao giờ nó tiến hành các chức năng của các mô khác. Việc ra đời con cừu Đôli và tiếp theo là bò, lợn, gà, cá... theo lối nhân bản vô tính, càng làm cho chúng ta rõ bức tranh phân hoá và chuyên hoá. Ví dụ từ mô tuyến vú chỉ làm nhiệm vụ tạo sữa sau khi cá thể đó sinh con, còn các chức năng khác nó không bao giờ thể hiện. Tại tuyến vú, các tế bào chỉ qua gián thân tạo ra các tế bào vú, không bao giờ tạo thành bất kỳ tế bào của mô nào khác. Sau khi tế bào đó sinh con, ở các tế bào trong mô tuyến vú chỉ có một gen (TSN) quy định việc tạo sữa hoạt động, còn các gen (TNS) khác không hoạt động hay ở trạng thái ngủ. Khi chuyển bộ gen (2n TNS) của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng vừa thụ tinh đã lấy mất nhân, thì tế bào mới đó bước vào phân chia, phân hoá và chuyên hoá thành bào thai hoàn chỉnh. Trong bào thai đó ứng với mô nào thì gen (TNS) qui định chức năng hoạt động, còn các gen (TNS) qui định chức năng khác vào trạng thái ngủ. Với nguyên tắc đó công nghệ sinh học đã từ bộ nhân 2n TNS của bất kỳ mô nào trong cơ thể chuyển vào tế bào chính thụ tinh đã lấy mất nhân sẽ cho cá thể của loài đó, có phân hoá và chuyên hoá hoàn chỉnh. Đến lượt mình, từng mô, từng cơ quan chỉ hoạt động chuyên hoá một số nhiệm vụ đặc trưng của nó.

b.Phân hoá và chuyên hoá ở cấp độ cá thể

Ở cấp độ cá thể việc phân hoá và chuyên hoá được thể hiện rõ và khá lý thú. Giới tính là tiêu chí rõ nhất, được thể hiện từ lưỡng tính sang đơn tính. Phổ biến là cá thể đực và cá thể cái có tuổi thọ xấp xỉ nhau, có hoạt động sống với các cơ quan như nhau. Về sinh sản có loài chỉ có một lần trong đời (tằm, ve, cây một vụ), có loài nhiều lần trong đời cá thể (phần lớn động vật, thực vật).

Thậm chí việc phân hoá và chuyên hoá còn theo hướng cực đoan như ong, kiến, mối. Khi xem một đàn ong mật, chúng ta gặp ong chúa và hàng ngàn ong thợ. Ong chúa là ong mẹ, ong cái đã qua giao hoan có 2n TNS, do phân hoá và chuyên hoá nó chuyên làm một nhiệm vụ độc nhất là đẻ trứng, các nhiệm vụ khác (xây tổ, đi lấy phấn hoa, chăm sóc ấu trùng, làm vệ sinh, điều hoà nhiệt độ của tổ) nó không làm. Tuổi thọ tuỳ thuộc lượng trứng mà nó tạo được, khoảng trên dưới 10 năm. Ong thợ cũng là ong cái, được bắt nguồn từ trứng thụ tinh có 2n TNS được nuôi bằng mật thường. Do phân hoá và chuyên hoá ong thợ làm việc ngược lại của ong chúa, suốt đời đi lấy phấn hoa, xây tổ, chăm sóc ấu trùng (các em gái thợ và nếu có các em trai (ong đực) và các em gái (chúa mới), làm vệ sinh tổ, điều hoà nhiệt độ trong tổ ong, không bao giờ đẻ trứng, tuổi thọ của ong thợ chỉ trong vòng 1 năm.

Khi ong chúa già, trong tổ ong sẽ xảy ra một hiện tượng mới: ong thợ xây vài tổ đơn ở rìa tổ kép. Tổ đơn bình thường hình trụ lục giác đều, ghép với nhau cả hai phía thành tổ kép, theo một kiểu nhất định đã có hơn 300 triệu năm lịch sử từ kỷ than đá. Những tổ này là khoang chứa mật và ấu trùng ong thợ, ong đực. Tổ đơn xây ở rìa tổ kép hình vú bò nên người nuôi ong gọi đó là vú bò. Ong chúa đẻ một trứng thụ tinh vào vú bò có 2n TNS và vài trăm trứng không thụ tinh có n TNS vào các tổ thường quanh vú bò. Trong vú bò có mật chúa, trứng thụ tinh phát triển thành ấu trùng và nở thành chúa mới. Trứng không thụ tinh được lưỡng bội hoá, phát triển thành ấu trùng được nuôi bằng mật thường và nở thành ong đực. Ong đực có màu đen nên người nuôi ong đặt tên là ong sắt. Ong sắt không làm việc của ong thợ, chỉ chuyên tạo tinh trùng. Ong chúa mới và ong đực nở ra sau dăm bảy ngày, bay ra khỏi thùng ong làm lễ giao hoan trong không trung. Một ong đực tốt nhất trong bầy được cặp đôi giao phối với ong chúa mới. Lễ giao hoan kết thúc, chúng bay trở về tổ cũ. Tại đây, bọn ong đực chết dần trong vòng một vài tuần lễ. Như vậy, tuổi thọ của ong đực chỉ vài ba tuần tuổi. Ong chúa mới sau giao hoan sẽ có mặt trong tổ ong đã gây ra cảnh một nước có 2 chúa. Cảnh này tồn tại không lâu, cảnh sẻ đàn sẽ xảy ra. Chúa cũ lại tiếp tục công việc của nó với phần lớn ong thợ (con gái của nó). Chúa mới với mấy trăm ong thợ (các chị ruột của nó) lìa đàn đi xây tổ theo đúng qui trình như hàng triệu thế hệ qua. Ở kiến, mối cũng tương tự như ong, như ở kiến ngoài chúa, thợ, đực còn thêm một nhân vật thứ tư của phân hoá và chuyên hoá ở cấp độ cá thể là lính. Kiến lính, mối lính chuyên làm nhiệm vụ bảo vệ, chống kẻ thù không làm nhiệm vụ của chúa, thợ, đực.

Ở cấp độ cơ quan chúng ta dễ thấy, dễ chấp nhận về mọi tình trạng của loài đều được quy định bởi di truyền. Từ các cặp giao phối, trứng thụ tinh cho hợp tử. Hợp tử bắt đầu thế hệ mới, cứ thế tiếp tục lặp đi, lặp lại.

Với lối phân hoá và chuyên hoá ở cấp độ cá thể như ở ong, kiến, mối, có ai đó chỉ nhìn vào ong thợ là loại chỉ biết làm tổ, không biết sinh sản đã vội đi đến kết luận: ở ong tình trạng xây tổ không được di truyền và có thể là do đột biến. Chúng ta thấy rõ ràng ở ong, kiến, mối cũng như bất kỳ sinh vật sinh sản hữu tính nào khác thế hệ sau đều bắt nguồn từ các đôi giao phối của thế hệ cho hợp tử và cứ thế duy trì nòi giống của chúng mãi mãi về sau. Sai lầm cho rằng việc làm tổ của ong không được di truyền, theo kiểu nhìn phiến diện đó sẽ gặp phải sai lầm khi nhìn vào gia súc, gia cầm, tính cho năng suất cao về sữa, về trứng chỉ được thể hiện ở cá thể cái, còn cá thể đực thì không (trâu, bò, vịt, gà). Ví dụ gen (TNS) qui định tính cao sản đều có ở cả hai giới. Gà Lơgo lai với nhau cho thế hệ sau đều đạt trên 300 trứng/năm, trứng to. Gà mái Lơgo lai với gà trống cỏ Việt Nam , cũng như gà trống Lơgo lai với gà mái cỏ đều không cho thế hệ sau như cho gà Lơgo lai với nhau.

Ở ong, ong thợ chết không gây ảnh hưởng tới sự tồn tại của đàn ong đó. Ong chúa tồn tại sẽ cho hết năm này qua năm khác, thế hệ này sang thế hệ khác của dòng ong đó tồn tại, các hoạt động sống, làm tổ, đẻ trứng, đi lấy phấn hoa, chăm sóc ấu trùng cứ tiến hành nhộn nhịp như hàng triệu thế hệ trước. Nhược bằng, ong chúa chết sẽ dẫn đến sự huỷ diệt của đàn ong đó trong có mấy tuần, thì lấy đâu ra ong thợ cho nó làm việc xây tổ của chúng nữa. Như vậy, rõ ràng là nhờ phân hoá và chuyên hoá của giới tự nhiên trên hành tinh của chúng ta, và được qui định bởi di truyền theo đúng qui luật tự nhiên.