Tính bền, đặc tính biến đổi và ảnh hưởng của chúng trong sự tiến hóa của các loài sinh vật và hoạt động thần kinh
Mục lục
Tính bền và đặc tính biến đổi[sửa]
Tính bền[sửa]
Tính bền là một tính chất quan trọng của các cấu trúc vật chất. Tính bền biểu thị cho khả năng khó hay dễ bị phá hoại của một cấu trúc vật chất dưới tác dụng của các tác nhân cơ học, vật lý hay hoá học. Tính bền càng cao thì cấu trúc vật chất càng khó bị phá hoại hay độ bền càng cao.Tính bền của một cấu trúc vật chất không có tác dụng chung với mọi tác nhân mà chỉ có tác dụng với từng tác nhân cụ thể, có thể chúng là bền với tác nhân này nhưng không bền với tác nhân khác, bền trong trường hợp này nhưng không bền trong trường hợp khác với cùng một tác nhân. Có nhiều tác nhân phá hoại cấu trúc vật chất thì cũng có tương ứng các loại tính bền. Mỗi tác nhân có một cơ chế riêng để phá hoại cấu trúc vật chất. Cơ chế của tác nhân cơ học là dùng lực cơ học, tác nhân vật lý là làm biến đổi lực liên kết giữa các thành phần của cấu trúc vật chất, còn tác nhân hoá học phá hoại hoặc làm biến đổi thành phần hoá học của cấu trúc vật chất. Mỗi cấu trúc vật chất có một giới hạn bền với một tác nhân trong một trường hợp. Khi sự tác động đó vượt quá giới hạn bền thì cấu trúc có thể bị biến đổi hoặc bị phá hoại. Tuỳ thuộc loại cấu trúc và tuỳ thuộc loại tác nhân mà cấu trúc vật chất có thể phục hồi hoặc không phục hồi.
Cơ sở để các cấu trúc vật chất tạo nên tính bền là các liên kết giữa các thành phần, các bộ phận trong các cấu trúc đó. Có hai dạng liên kết cơ bản: liên kết vật lý và liên kết hoá học ( xem Ý nghĩa triết học của mối quan hệ đặc biệt giữa vật chất và năng lượng). Liên kết cơ học cũng dựa trên nền tảng là hai liên kết này. Vì vậy độ bền của cấu trúc vật chất phụ thuộc chủ yếu vào hai dạng liên kết vật lý và hóa học.
Cơ thể sinh vật là một cấu trúc vật chất, vì vậy nó cũng có tính bền. Mặt khác, cở thể sinh vật còn là một tập hợp phức tạp của rất nhiều cấu trúc khác nhau được tổ chức chặt chẽ và có quan hệ mật thiết với nhau nên độ bền nói chung còn chịu sự tác động của độ bền của từng thành phần, từng bộ phận tạo nên cơ thể đó.
Đặc tính biến đổi[sửa]
Đặc tính biến đổi là sự biến đổi là sự biến đổi của cấu trúc vật chất dưới tác động của các yếu tố bên ngoài nhằm làm cho cấu trúc vật chất không bị phá vỡ hoặc tan rã. Khi dùng búa đập thì hòn đá có thể vỡ tan nhưng hòn đất sét dẻo thì chỉ bị bẹp lại. Hòn đất sét đã có sự biến đổi về hình dạng để bảo toàn. Sợi dây cao su dãn dài ra khi bị kéo căng và trở lại như cũ khi không còn lực kéo.
Giới sinh vật cũng có đặc tính biến đổi. Đặc tính này xuất phát từ yêu cầu biến đổi để thích nghi với môi trường sống của mỗi cá thể. Môi trường sống của mỗi loài sinh vật luôn biến đổi, và tuỳ theo mức độ thay đổi của môi trường và khả năng biến đổi của mỗi loài, mỗi cá thể mà các loài sinh vật có sự biến đổi về cấu tạo cơ thể, tập tính sống theo hướng ngày càng thích nghi với nhiều sự biến đổi của môi trường để nâng cao khả năng tồn tại. Nhưng mức độ biến đổi của từng loài, từng cá thể lại khác nhau, mức độ thấp là khó biến đổi, mức độ cao là dễ biến đổi. Điều này dẫn đến số lần biến đổi của từng loài, từng cá thể trong tiến trình tiến hóa là khác nhau. Loài nào, cá thể nào dễ biến đổi thì có số lần biến đổi nhiều hơn và ngược lại. Nếu sau mỗi lần biến đổi, các chức năng của cơ thể sinh vật được hoàn thiện hơn thì đó là sự tiến hoá. Sự tiến hoá đã làm tăng khả năng tồn tại và phát triển của loài cũng như làm tăng tuổi thọ của mỗi cá thể sinh vật. Loài sinh vật nào có khả năng biến đổi cao sẽ tránh được quá trình chọn lọc tự nhiên mà vẫn đảm bảo được sự phát triển loài, nhưng điều tất yếu phải kể đến là không phải mọi sự biến đổi trong loài đều thành công, sự biến đổi quá mức cần thiết hoặc không đồng bộ thì cũng có thể có kết quả ngược lại.
Bản chất của sự biến đổi của sinh vật, đó là sự kém bền vững của các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật, mà ở đây là mức độ kém bền vững của các mối liên kết giữa các nguyên tử của các nguyên tố hoá học tham gia vào thành phần của các hợp chất hữu cơ cấu tạo nên cơ thể, dẫn đến khả năng một thành phần hoá học mới có thể tham gia vào cấu trúc cơ thể, hoặc có các thay đổi trong sự sắp xếp các nguyên tử, các phân tử, các hợp chất hoá học trong các tế bào , làm cho cơ thể bị biến đổi từng phần hoặc toàn bộ cơ thể. Mỗi loài, mỗi cá thể sinh vật có một hệ thống cấu tạo cơ bản, đó là hệ thống gien, từ hệ thống cơ bản này các loài sinh vật đã tạo nên các bộ phận chức năng của tế bào, các bộ phận của cơ thể từ các nguyên tố hoá học, từ các hợp chất hữu cơ có thể giống hoặc khác nguyên tố hoá học tạo nên hệ thống cơ bản.
Các yếu tố tạo nên và làm thay đổi tính bền trong cơ thể các loài sinh vật[sửa]
Sự bền vững trong các mối liên kết của các chất trong cơ thể đảm bảo cho cơ thể chống lại mọi sự tác động của môi trường sống có tính phá hoại sự sống. Còn sự kém bền vững có thể dẫn đến hoặc làm biến đổi cấu tạo cơ thể, mang đến cho cơ thể một cấu tạo mới có khả năng chịu đựng được các tác động đó mà không bị phá hoại, hoặc cơ thể bị phá hỏng các mối liên kết ngay lần chịu sự tác động đầu tiên hay một số lần sau đó và đó sẽ là tử vong.
Các yếu tố tác động lên các phân tử hữu cơ của cơ thể bao gồm các yếu tố vật lí như nhiệt, điện, từ, điện trường, từ trường, các loại sóng điện từ, ánh sáng, lực hấp dẫn (kể các tác động của nó là lực), các va chạm cơ học v.v... Với một giới hạn cường độ tác động nào đó, các yếu tố vật lí có thể và coi như không phá hoại sự bền vững của các mối liên kết trong cơ thể sống. Không những thế, sự tác động đó của các yếu tố vật lí còn làm tăng tính bền vững cho các mối liên kết này. Đây là các tác động đặc biệt của các yếu tố vật lí lên các mối liên kết, không chỉ của riêng các liên kết hữu cơ, mà thực ra trước đó còn là các mối liên kết vô cơ. Sự tác động của nhiệt độ, của ánh sáng theo chu kỳ ngày đêm, năm tháng trong một giới hạn nào đó đã làm cho những vũng bùn mang dấu chân khủng long từ hàng trục triệu năm trước đã hoá đá để lưu lại dấu tích đến ngày nay, những lớp bùn trầm tích ở đáy biển do biến động địa chất mà nổi lên khỏi mặt nước đã hoá đá để lưu giữ cuốn biên niên sử của sự sống. Tác động của các yếu tố vật lí đã làm cho các nguyên tố hoá học trong một không gian nào đó xích lại gần nhau, tương tác với nhau hoặc được nạp thêm năng lượng, và trong đó các nguyên tố hoá học là thành phần của các ADN hoặc ARN đã hình thành, sau đó cũng chính các tác động này đã làm cho các phần tử của sự sống tương tác với các nguyên tố hoặc các hợp chất hoá học khác để biểu hiện sự sống. Các yếu tố vật lí có ở tất cả mọi nơi trong không gian, không ở dạng này thì ở dạng khác, do đó chúng luôn tác động lên vạn vật theo một sự kết hợp nào đó giữa các yếu tố đó. Do hoàn cảnh tại thời điểm kết hợp cho nên sự ảnh hưởng do các tác động của chúng lên vạn vật, lên sự sống ở mỗi nơi, mỗi lúc là khác nhau. Như ở đoạn trên đã nêu , nếu chúng tác động lên vạn vật, lên sự sống với một giới hạn cường độ nhất định nào đó và với một nhịp điệu nào đó đã làm tăng tính bền vững cho vạn vật, nhưng khi chúng tác động lên vạn vật vượt qua giới hạn cường độ đó thì vạn vật lại bị phá huỷ. Biên độ dao động nhiệt độ giữa ngày và đêm quá rộng đã làm đá ở các vùng sa mạc đã biến thành cát. Nhiệt độ quá cao làm mọi vật có thể biến thành hơi... Con người chỉ có thể sống được khi thân nhiệt của cơ thể chỉ trong giới hạn từ 35 đến 410C. Những phạm vi này hình thành nên phổ tồn tại của cấu trúc vật chất nói chung và phổ môi trường sống cho sinh vật nói riêng.
Đối với các loài sinh vật, sự làm tăng tính bền vững cho các mối liên kết cấu trúc của cơ thể bởi các tác động của các yếu tố vật lý đã tạo nên giới hạn tiến hoá cho nhiều loài sinh vật ở trong giới hạn cường độ tác động của các yếu tố vật lý đó, mà đến thời điểm hiện nay, tức là thời điểm cuối của thế kỷ 20, rất nhiều loài sinh vật đã đạt đến hoặc gần đạt tới giới hạn tiến hoá. Nhiều loài côn trùng đã không có sự biến đổi nào từ khi hình thành cách đây hàng trăm triệu năm đến nay. Những loài linh trưởng được coi là họ hàng của con người thực chất là do tính bền cao hơn con người nên sự biến đổi không nhiều bằng loài người và do đó sự tiến hoá kém hơn trong khi môi trường sống của chúng và con người trong các giai đoạn tiến hoá là không khác nhau nhiều. Ngày nay khoa học đã khám phá ra rằng nhiều loài khỉ cũng có ngôn ngữ, cũng có đời sống xã hội, cũng biết học và dạy học, cũng biết chế tạo và sử dụng một số loại công cụ, chúng có thể học được rất nhiều điều từ loài người khi sống gần hoặc cùng con người, nhưng chúng không thể trở thành người bởi sự biến đổi rất chậm trong chúng. Con người có tính bền thấp so với các loài sinh vật khác nhưng có đặc tính biến đổi cao nên đã có những bước tiến hoá dài trong lịch sử hình thành và phát triển.
Khi một loài sinh vật nào đó đã đạt tới giới hạn tiến hoá, thì chúng không có sự biến đổi nào qua các thế hệ, đời con giống hệt đời cha, đời cháu giống hệt đời ông, hệ thống cấu tạo cơ bản (hệ thống gien) không bị thay đổi, chỉ có những thay đổi rất nhỏ trong hệ thống cấu tạo chức năng (là hệ thống cấu tạo cơ thể) và sự thay đổi này là không bền vững, sự thay đổi này sẽ biến mất qua vài thế hệ (sự thoái hoá của nhiều loài vật nuôi cây trồng được lai tạo là do nguyên nhân này).
Mỗi một cá thể sinh vật lại tồn tại trong một quãng thời gian nào đó và ở một địa điểm nào đó, và do đó có thể chịu những sự tác động làm tăng tính bền của yếu tố vật lý với những mức độ nào đó. Nếu sự tác động làm tăng tính bền cho loài ở hệ thống cấu tạo cơ bản (do mỗi thế hệ, mỗi cá thể của loài tham gia vào đó một chút ít) thì sự tác động tăng tính bền của một thế hệ hoặc một cá thể chủ yếu là ở hệ thống cấu tạo chức năng, và tập trung ở các mô, sợi làm nhiệm vụ bảo vệ và liên kết như màng tế bào, màng ngăn giữa các bộ phận cơ thể v.v... Điều này là cơ sở của sự lão hoá và là một trong các nguyên nhân làm giảm mức độ hoạt động chức năng của các bộ phận trong cơ thể (sự lão hoá ở đây không tính đến trường hợp biến đổi thành phần hoá học trong cấu tạo của các bộ phận đó. Các cá thể của các loài sinh vật sống tại những khu vực có biên độ dao động lớn của các yếu tố vật lý như các vùng sa mạc, các vùng xích đạo.... sẽ có độ bền vững cao hơn so với các vùng cực của quả đất.) Như vậy, với một sự ảnh hưởng nào đó, các tác động vật lý đã làm tăng khả năng chống lại sự phá hoại dẫn đến tử vong trong cơ thể các loài sinh vật. Trong thế giới của sự sống, có nhiều loài đạt mức bền vững mà với nhiệt độ rất cao (tới 1000C) hoặc sống trong môi trường có sự phá hoại khủng khiếp của hoá chất có hoạt lực phá hoại mạnh (một số loài sinh vật biển sống ngay bên cạnh các miệng phun khí S02 từ lòng đất) mà chúng không bị tiêu diệt. Loài Rùa đạt sự bền vững cao cho nên mặc dù trải qua rất ít lần biến đổi, mà tuổi thọ của chúng kéo dài được tới 300 năm, nhiều loài nhuyễn thể không có lớp bảo vệ bên ngoài mà vẫn sống được các môi trường khắc nghiệt như môi trường biển. Lợi dụng khả năng làm tăng tính bền này mà nhiều loại động vật đã sử dụng hình thức sinh con yếu để cơ thể con của chúng có cơ hội tiếp xúc trực tiếp với các tác động vật lý từ khi cơ thể còn đang ở thời kỳ hình thành và chưa ổn định, dưới tác động làm tăng tính bền của các yếu tố vật lý, các thế hệ con sẽ có sức chịu đựng tốt với sự biến đổi khắc nghiệt của môi trường. Tất nhiên hậu quả mà các loài động vật này nhận được đó là chúng sớm tiếp cận với giới hạn tiến hoá, mà điển hình trong các loài động vật này là các loài thú có túi sống trên lục địa Ôtxtrâylia.Tác dụng làm tăng tính bền của các yếu tố vật lý lên cơ thể sinh vật là cơ sở cho phương pháp “rèn luyện để thích nghi với môi trường sống” của các loài sinh vật nói chung và của các loài động vật đa bào nói riêng.
Ngược lại với tác dụng làm tăng tính bền vững cho cơ thể các loài sinh vật của các yếu tố vật lý, là tác dụng làm giảm tính bền vững của các mối liên kết cấu trúc cơ thể của sự sống, mà thủ phạm chính là một số yếu tố hoá học. Các yếu tố vật lý có mặt ở các mọi nơi và tác động liên tục lên các bộ phận của sự sống, còn các yếu tố hoá học chỉ tác động lên sự sống khi chúng có mặt và với một khoảng cách nào đó tới cấu trúc cơ thể và với số lượng nào đó. Mức độ tác dụng của chúng cũng còn bị ảnh hưởng bởi mức độ bền vững của sự sống.
Sự tác động làm giảm tính bền chủ yếu đến từ các yếu tố hoá học không phải là thành phần cấu tạo cơ bản của sinh vật, nhưng chúng có thể tham gia vào thành phần cấu tạo chức năng của cơ thể, hoặc sự có mặt của chúng gần với hệ thống cấu tạo cơ bản, lực tương tác của chúng có thể dịch chuyển vị trí của các nguyên tử, của các nguyên tố là thành phần hoá học của cấu trúc cơ thể,hoặc làm giảm lực hút lẫn nhau giữa các nguyên tử này. Cả hai cách trên đều dẫn đến sự suy giảm tính bền vững trong cấu tạo cơ thể sinh vật (hoặc trong cấu tạo cơ bản, hoặc trong cấu tạo chức năng và có thể cả hai).
Tính bền cao giúp cho nhiều loài sinh vật có thể tồn tại trong nhiều môi trường sống khác nhau (phổ môi trường sống) hoặc trong những môi trường sống khắc nghiệt. Các loài sinh vật này sẽ không có biến dị hoặc biến đổi nào khi các môi trường sống đó thay thế lẫn nhau. Nhưng khi biến động của môi trường vượt quá phạm vi phổ các môi trường sống đó thì sinh vật sẽ bị tiêu diệt bởi chúng không thể biến đổi để thích nghi. Với các loài sinh vật có khả năng biến đổi cao thì chỉ cần có sự biến đổi không lớn, chúng đã có thể có những biến đổi để thích nghi với môi trường sống mới và như vậy chúng cũng có thể sống trong nhiều môi trường khác nhau. Đây là hai hướng phát triển của sinh giới. Hướng thứ nhất sử dụng tính bền để tồn tại và phát triển sẽ không có sự tiến hoá, hướng thứ hai tạo nên khả năng tiến hoá.
Ảnh hưởng của sự thay đổi tính bền[sửa]
Khi các yếu tố làm suy giảm sự bền vững trong cấu tạo cơ bản thì sự bền vững trong cấu tạo chức năng cũng trở nên kém bền vững do hệ thống cấu tạo chức năng được hình thành dưới sự điều khiển của hệ thống cơ bản. Và khi hệ thống chức năng trở nên kém bền vững thì lại tạo điều kiện để các thành phần hoá học ngoại lai có thể xâm nhập và tham gia vào cấu trúc chức năng, làm biến đổi cả cấu tạo và chức năng phải thực hiện của bộ phận chức năng trong cơ thể hoặc chúng làm xáo trộn cấu trúc này. Nếu các yếu tố hoá học có hoạt lực mạnh thâm nhập vào nhân tế bào của cơ quan sinh sản của sinh vật, làm thay đổi hoặc làm hỏng một vài cấu trúc gien, thì thế hệ sau của sinh vật bị biến dị. Nếu chúng chỉ làm biến đổi cấu trúc chức năng của cơ thể thì chỉ có ảnh hưởng tới cá thể đó, và biểu hiện là xuất hiện hoặc có một năng lực mới lạ nào đó trong hoạt động chức năng, hoặc là bệnh tật. Nếu tác dụng này kéo dài qua nhiều thế hệ thì cũng sẽ tạo nên sự biến đổi cho loài.
Do cấu tạo của hệ thống chức năng trong cơ thể khác nhau (trong khi hệ thống cấu tạo cơ bản là giống nhau) cho nên các yếu tố hoá học không phải bao giờ cũng có tác dụng tới tất cả các bộ phận chức năng, có yếu tố chỉ tác dụng tới hệ thống cấu tạo cơ bản, do đó có khả năng gây nên sự biến đổi của loài, có yếu tố chỉ có tác dụng với một hoặc vài cơ quan chức năng, do đó chúng chỉ có ảnh hưởng tới bộ phận chức năng đó. Cách thức tác động làm suy giảm sự bền vững cũng đa dạng, hoặc làm chuyển dịch vị trí theo hướng tăng khoảng cách của các nguyên tử của các nguyên tố hoá học là thành phần cấu tạo cơ thể, làm cho lực tương tác giảm, hoặc chen vào giữa các nguyên tử và nguyên tố đó, trong trường hợp này, tác dụng làm suy giảm tính bền vững của cấu tạo cơ thể còn cao hơn vì sự liên kết của chúng với cấu trúc cơ thể rất yếu, chúng có thể ra khỏi cấu trúc cơ thể vào bất kỳ lúc nào, để lại những lỗ hổng trên chuỗi cấu trúc của cơ thể, tạo cơ hội cho một yếu tố hoá học ngoại lai khác xâm nhập và thay thế chúng, hoặc làm đứt đoạn trong cấu trúc đó, và như vậy chức năng, hoặc hoạt động chức năng của bộ phận cơ thể lại một lần nữa phải thay đổi. Khi hoạt động chức năng bị biến đổi do thay đổi cấu trúc chức năng dẫn đến giảm sút ở mức độ nào đó khả năng bảo vệ của các bộ phận chức năng cho nhân tế bào, làm xuất hiện khả năng xâm nhập sâu của các yếu tố hoá học ngoại lai và do đó lại có thể làm cho hệ thống cấu tạo cơ bản biến đổi hoặc suy giảm tính bền, tạo nên một quá trình ảnh hưởng suy giảm sự bền vững qua lại giữa hệ thống cấu tạo cơ bản và hệ thống cấu tạo chức năng.
Khi số lượng, (để tạo nên một cường độ tác động nào đó) của một hoặc một vài yếu tố có thể tác động chỉ ở mức làm giảm tính bền trong cấu trúc cơ thể, và cơ thể chấp nhận sự có mặt của yếu tố hoá học ngoại lai đó là một thành phần cấu tạo của mình thì sau đó, sự có mặt của các yếu tố hoá học ngoại lai này sẽ hạn chế được tác động cùng loại với nó sau đó, nhưng với cường độ cao hơn, và với sự tham gia này mà cơ thể có sự biến đổi nhất định, đây chính là hình thức "Biến đổi để thích nghi với môi trường sống", và cũng vì lý do này mà các loài sinh vật có sự tiến hoá.
Các yếu tố hoá học có mặt ở nhiều nơi, nhưng chúng chỉ tác động lên cơ thể sinh vật khi có sự tiếp xúc với cơ thể sinh vật hoặc bộ phận cơ thể mà nó có tác dụng. Đối với thực vật thì chúng xâm nhập chủ yếu qua rễ cây, còn đối với động vật là con đường thức ăn. Mỗi loại cây khi lấy thức ăn từ lòng đất (hoặc một hình thức khác như ký sinh). Ngoài việc nhận được các thành phần dinh dưỡng chủ yếu cho sự sinh trưởng và hoạt động chức năng, còn có thể nhận một số yếu tố hoá học ngoại lai (mà sự chọn lọc của chúng không loại trừ được). Các yếu tố này có thể trực tiếp làm giảm tính bền cho loài thực vật đó, nhưng cũng có thể không do tính bền vững cao của loài thực vật này, chúng được chứa trong các mô của thân, của lá cây. Khi một số loài động vật sử dụng loại động vật này làm thức ăn thì những yếu tố hoá học trên có thể trở thành yếu tố làm giảm tính bền cho những con vật này, và tiếp tục đến các loài động vật ăn thịt cũng có thể phải chịu ảnh hưởng làm giảm tính bền.
Mỗi địa điểm, mỗi loài thức ăn khác nhau, có thể chứa những yếu tố hoá học khác nhau với những mức độ khác nhau. Nếu các loài động vật sử dụng các loài thức ăn khác nhau và ở nhiều nơi khác nhau, thì nguy cơ phải nhận nhiều yếu tố hoá học làm giảm tính bền cấu trúc của cơ thể mình càng dễ xảy ra. Nói cách khác, các loài động vật có mức độ ăn tạp càng cao (phổ thức ăn rộng) thì nguy cơ làm giảm tính bền vững của cấu trúc cơ thể càng nhiều. Trong thực tế của sinh giới, loài người là một ví dụ điển hình về mức độ ăn tạp và do đó cũng là điển hình cho sự biến đổi và cũng là điển hình cho sự tiến hoá của sinh giới.
Hiệu ứng lồng quay và tác dụng làm tăng tính bền[sửa]
Các yếu tố vật lý và các yếu tố hoá học tập hợp làm hai nhóm để tác động lên cơ thể sinh vật, làm cho sinh vật hoạt động và trong một giới hạn xác định, chúng có thể được coi là một phần của sự sống, chúng kết hợp với nhau để duy trì sự sống và làm cho sự sống hoạt động,. Nếu các yếu tố vật lí làm cho cấu trúc của sự sống vững bền để có thể đạt tới trạng thái vĩnh hằng, thì các yếu tố hoá học lại phá đi sự vững bền đó, làm cho sự sống linh động. Nếu các yếu tố vật lý tác động quá mạnh, có thể phá huỷ cấu trúc của sự sống, thì các yếu tố hoá học lại tạo nên các lớp vỏ bảo vệ như mai, vảy, lông, các vỏ cứng khác... hoặc tạo nên các phản ứng hoá học để ngăn cách, hạn chế cường độ của các tác động vật lý. Cả hai nhóm yếu tố này đều sử dụng chung một phương tiện để tác động lên sự sống, đó là năng lượng. Năng lượng có mặt ở khắp mọi nơi, sự sống hấp thụ năng lượng thông qua các yếu tố vật lý hay hoá học. Cũng vì việc sử dụng chung một phương tiện như vậy mà nhiều khi ta không thể nhận ra được đâu là sự tác động của các yếu tố vật lý, đâu là sự tác động của các yếu tố hoá học. Chúng có thể tác động độc lập, hoặc có thể kết hợp với nhau, có thể tác động cùng chiều, cũng có thể ngược chiều với nhau. Các yếu tố hoá học, tuỳ theo mức độ tích luỹ năng lượng và khả năng dễ hay khó chuyển hoá năng lượng, mà tác động lên cấu trúc của cơ thể sinh vật theo một mức độ và một phương hướng nào đó. Trong tự nhiên hay trong thế giới vật chất, các nguyên tố hoá học và cả các phần tử của nó như các hạt êlectrôn, prôtôn, hay các hạt nuclêon tạo nên các nguyên tố đó đều sử dụng các yếu tố vật lý nhỏ hơn nó như sóng điện từ, ánh sáng, các vi hạt để tích luỹ năng lượng cho mình, và đều sử dụng phương pháp "Hiệu ứng lồng kính", đúng hơn đó là "Chiếc lồng quay". Đám mây điện tử đã tạo nên lồng quay làm cho các nguyên tử hoặc phân tử của các chất hoá học bị nóng lên khi chúng được đặt trong ánh sáng mặt trời. Mật độ của đám mây điện tử càng cao, hiệu quả hấp thụ năng lượng càng mạnh, nhưng nguồn năng lượng này chỉ thực sự bị các chất hoá học hấp thu và giữ lại khi chúng bị các "lồng quay" nhỏ hơn bắt giữ, đó là các điện tử (êlectron) các prôtôn hoặc nuclêôn. Khi các hạt này tích luỹ được nhiều năng lượng, sự tương tác của chúng sẽ trở nên mạnh mẽ hơn. Và đây sẽ là cơ sở cho việc các nguyên tố hoá học trong thành phần cấu trúc cơ thể sinh vật trở nên bền vững hơn khi liên kết với nhau. Cũng là các nguyên tố hoá học đó, cũng là các hợp chất đó, nhưng khi năng lượng của các vi hạt (êlectrôn, prôtôn) có năng lượng cao hơn, thì mối liên kết giữa chúng sẽ bền vững hơn, khó bị phá hoại hơn khi có những sự tác động từ bên ngoài. Phần năng lượng bị nhốt trong "lồng quay" khi phân tử hoặc nguyên tử hấp thụ năng lượng, nếu không được hấp thụ sâu hơn vào các hạt của nguyên tử, sẽ được phát ra ngoài dưới dạng bức xạ nhiệt hoặc truyền nhiệt ra xung quanh. Khái quát chung, các hạt vật chất lớn hơn muốn tiếp thu năng lượng chúng phải bắt các hạt vật chất nhỏ hơn mang năng lượng. Đến lượt các hạt nhỏ này lại bắt các hạt mang năng lượng nhỏ hơn nó. Bên trong các hạt vật chất, năng lượng bị nén lại, và trong trạng thái này, năng lượng thể hiện các tác dụng của chúng. Khi cấu trúc vật chất được tăng mức năng lượng, chúng sẽ có trạng thái hoặc là tăng mức độ vận động, hoặc nâng cường độ liên kết vật lý với các cấu trúc vật chất khác xung quanh làm tăng tính bền. Hiệu ứng lồng quay có thể làm tăng tính bền, nhưng khi tính bền đạt đến một mức nào đó thì trạng thái lão hóa có thể xuất hiện. Đây là trình tự của tự nhiên ứng dụng vào sự sống. Hiểu và nắm được cơ chế tác động của tính bền, đặc tính biến đổi tác động lên mỗi cá thể có thể tìm được cách điều chỉnh, duy trì tính bền ở mức hợp lý nhất, phù hợp nhất với môi trường sống và do đó tuổi thọ của các loài sinh vật.
Ảnh hưởng của tính bền và đặc tính biến đổi tới hoạt động của hệ thần kinh[sửa]
Hệ thần kinh là một bộ phận, một cơ quan chức năng trong cơ thể động vật đa bào. Có thể nói rằng hệ thần kinh và các tế bào của nó là bộ phần có tính bền vững kém nhất trong các cơ quan, các tế bào khác trong cơ thể. Vì vậy nó và các tế bào của nó là cơ quan nhạy cảm nhất, dễ xuất hiện các phản ứng, các biến đổi nhất trong cơ thể.
Tính bền và đặc tính biến đổi của hệ thần kinh phụ thuộc vào từng loài và từng cá thể. Chúng chi phối hoạt động thần kinh ở một số điểm sau:
- Cung cấp dinh dưỡng cho tế bào thần kinh.
Các chất dinh dưỡng cung cấp cho tế bào thần kinh ( và tất cả các tế bào khác) thông qua màng tế bào. Nếu màng tế bào dày và mật độ của các phân tử cao (biểu hiện của tính bền cao) thì việc cung cấp dinh dưỡng cho tế bào là khó khăn. Để đảm bảo được việc cung cấp dinh dưỡng cho tế bào thần kinh, hệ tiêu hoá phải có khả năng tiêu hoá rất tốt, các chất dinh dưỡng phải được chia cắt thành các phần rất nhỏ ( dưới tác dụng của các loại men tiêu hoá và en zym) để có thể lọt qua được màng tế bào. Nếu màng tế bào mỏng và thưa thì sự tiêu hoá kém cũng có thể giúp cho các tế bào thần kinh hấp thụ được lượng chất dinh dưỡng cần thiết. Thành phần chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng đặc biệt trong sự ghi nhớ mới bởi chúng tham gia vào việc tạo ra các cấu trúc ghi nhớ. Nếu các tế bào thần kinh ghi nhớ mới có thành phần dinh dưỡng giống nhau thì chúng sẽ tạo nên các cấu trúc chức năng ghi nhớ giống nhau. Khi các cấu trúc ghi nhớ là giống nhau thì chúng sẽ ghi nhớ cùng một thứ và do đó số lượng những cái được ghi nhớ trong hệ thần kinh bị hạn chế, đồng thời tác dụng của hoạt động thần kinh sẽ mạnh lên do kích thích thần kinh được tạo ra bởi nhiều tế bào thần kinh giống nhau cùng hoạt động. các cấu trúc ghi nhớ mới là bền vững thì nó khó bị phá huỷ, do đó sự ghi nhớ sẽ được duy trì lâu dài, ngược lại thì sự ghi nhớ đã được thực hiện có thể bị mất đi do cấu trúc ghi nhớ bị phá huỷ ( xem Sự ghi nhớ mới của các tế bào thần kinh. Để duy trì sự ghi nhớ, cơ thể đã làm cho các tế bào thần kinh mất khả năng sinh sản theo cơ chế phân bào nguyên phân. Tính bền thấp của hệ thần kinh nói chung và các tế bào ghi nhớ mới nói riêng kết hợp với số lượng tế bào dành cho ghi nhớ mới nhiều là một lợi thế của việc ghi nhớ các tác động của môi trường.
- Tiếp nhận kích thích thần kinh
Các kích thích thần kinh có nhiều dạng và được truyền tải bằng nhiều dạng khác nhau như lan truyền ( nhiệt ), sóng điện từ (ánh sáng,...), kích thích cơ học (va chạm), hoá chất... và cũng có nhiều loại tế bào thần kinh khác nhau để tiếp nhận các kích thích này. Mỗi loại tế bào có thể tiếp nhận một hoặc một số kích thích ( Tập hợp các kích thích này tạo nên phổ tiếp nhận kích thích). Nói chung, cũng giống như các chất dinh dưỡng, các kích thích thần kinh đều phải đi qua màng tế bào hoặc các vách ngăn giữa các tế bào thần kinh để xâm nhập vào trong các tế bào thần kinh để kích hoạt chúng. Màng tế bào và các vách ngăn là những bộ lọc các kích thích thần kinh. Các bộ lọc càng dày thì số các loại kích thích thần kinh thâm nhập vào được bên trong tế bào càng bị hạn chế hay phổ tiếp nhận kích thích thần kinh của tế bào thần kinh càng hẹp, tế bào thần kinh chỉ tiếp nhận kích thích đến từ những địa chỉ hoặc những nguồn xác định.
- Phát kích thích thần kinh thứ cấp. Khoảng cách giữa các phân tử, các nguyên tử trong các cấu trúc chức năng của tế bào thần kinh biểu thị cho tính bền của chúng. Khoảng cách càng nhỏ thì lực liên kết càng lớn, độ bền càng cao. Tính bền cao không chỉ hạn chế số loại kích thích có thể kích hoạt tế bào mà còn hạn chế số loại và thời lượng phát kích thích thứ cấp do tế bào hoạt động tạo ra. Tế bào thần kinh có tính bền càng cao thì thời lượng phát kích thích thần kinh của nó càng ngắn. Thời lượng phát kích thích thần kinh kéo dài của các tế bào thần kinh tạo ra hiện tượng gọi là “lưu hình’’ khi các nhà khoa học nghiên cứu về hoạt động của các tế bào thần kinh thị giác. Trong thực tế thì không chỉ riêng các tế bào thần kinh thị giác có hiện tượng lưu hình, mà bất kỳ một tế bào thần kinh nào cũng có thể có hiện tượng hay tính chất này và có thể được bằng cái tên chung là hiện tượng lưu cảm giác. Bản chất của hiện tượng này là sự kéo dài thời lượng phát kích thích thứ cấp của tế bào thần kinh sau khi chấm dứt tác dụng của kích thích sơ cấp. Thời lượng này càng dài thì tính lưu cảm giác càng rõ. Tính lưu cảm giác càng rõ thì nó lại có ảnh hưởng không tốt tới việc tiếp nhận liên tiếp các kích thích thần kinh mà khoảng thời gian giữa các kích thích là ngắn hơn thời lượng lưu cảm giác. Điều này giải thích vì sao con chuồn chuồn có thể chộp được rất nhanh con ruồi đang bay nhưng lại không có phản ứng nào khi bàn tay của đứa trẻ chầm chậm đưa ra để bắt nó và các nhà ảo thuật có thể thực hiện được một số động tác đánh lừa con mắt của người xem. Tính lưu cảm giác thấp giúp cho hệ thần kinh thích ứng với việc xử lý các kích thích thích thần kinh có tốc độ biến đổi cao, còn ngược lại do có sự chồng các hình liên tiếp khi các kích thích thay đổi nhanh nên các hệ thần kinh có tính lưu hình cao sẽ không xử lý được, các hệ thần kinh này chỉ xử lý được các biến đổi kích thích có tốc độ chậm. Để thực hiện được việc xử lý các thay đổi chậm, hệ thần kinh phải thực hiện sự so sánh sự tác động của kích thích cũ với kích thích mới. Nhưng điều này chỉ có thể thực hiện được khi hệ thần kinh có khả năng ghi nhớ tạm thời hoặc lâu dài. Lưu lại cảm giác là một hình thức ghi nhớ tạm thời. Các loài côn trùng bay với tốc độ cao sẽ có sự tiếp nhận kích thích thị giác thay đổi rất nhanh. Nếu tính lưu cảm giác ( trong trường hợp này là lưu hình) kéo dài thì chúng sẽ không nhận ra được cái gì. Tính bền cao trong cấu trúc tế bào thần kinh thị giác của chúng làm cho các kích thích thứ cấp phát ra rất nhanh và cũng kết thúc ngay khi chấm dứt kích thích sơ cấp, thời lượng lưu cảm giác bằng không. Việc lưu cảm giác của cơ quan cảm nhận thính giác kéo dài khiến cho việc nghe sẽ kém khi âm thanh thay đổi nhanh, người nghe sẽ không phân biệt được các từ khi nghe người nói quá nhanh. Hệ thần kinh còn sử dụng tính lưu cảm giác cho các tế bào thần kinh trung ương chịu trách nhiệm tiếp nhận các kích thích được truyền về từ các cơ quan cảm giác trước khi chuyển đến các tế bào thần kinh ghi nhớ mới. Thời lượng phát kích thích thứ cấp của các tế bào này kéo dài hơn sẽ giúp cho hệ thần kinh tìm được các tế bào ghi nhớ mới có đủ điều kiện chuyển hoá để ghi nhớ. Nếu thời lượng này là ngắn hoặc đã hết thời hạn mà không có tế bào nào đủ điều kiện để chuyển hoá ghi nhớ thì việc thực hiện ghi nhớ sẽ gặp khó khăn. đến lượt các tế bào thần kinh ghi nhớ mới thì thời lượng phát kích thích thần kinh thức cấp của chúng còn kéo dài hơn nhiều lần thời lượng lưu cảm giác của các tế bào thần kinh cảm giác. Quy luật là tính bền càng thấp thì thời lượng tối đa phát kích thích thứ cấp càng dài. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cho hoạt động thần kinh cao cấp bởi sẽ có nhiều tế bào thần kinh có thể được kích hoạt bởi kích thích này khi chúng thoát khỏi trạng thái ức chế.
Cũng cần phân biệt khả năng tiếp nhận và xử lý các kích thích thay đổi diễn ra nhanh giữa các hệ thần kinh có tính bền cao với sự rèn luyện để có khả năng này ở nững hệ thần kinh có tính bền thấp hơn. Hệ thần kinh có tính bền cao thì điều này mang tính bẩm sinh, còn hệ thần kinh có tính bền thấp phải qua rèn luyện mới có thể có khả năng này.
- Vấn đề ghi nhớ mới. Sự ghi nhớ mới của các tế bào thần kinh được thực hiện khi có tế bào chưa thực hiện ghi nhớ tiếp nhận dòng năng lượng đến từ các kích thích thần kinh ( xem them bài: Về sự ghi nhớ mới của các tế bào thần kinh. Để có thể ghi nhớ được nhiều thứ khác nhau thì các cấu trúc ghi nhớ của các tế bào ghi nhớ phải khác nhau và do đó các tế bào thần kinh ghi nhớ mới sẽ không giốn nhau. Điều này có nghĩa là các tế bào thần kinh ghi nhớ mới phải có đặc tính biến đổi cao để có khả năng đó và ngược lại. Tính bền cao của màng tế bào có thể ngăn cản hoặc hạn chế các dòng năng lượng này khiến việc ghi nhớ khó thực hiện. Để những tế bào này thực hiện được việc ghi nhớ cần phải lặp lại sự tác động nhiều lần để thực hiện sự tích lũy năng lượng hoặc sử dụng các kích thích có cường độ cao. Tính bền cao hạn chế năng lực ghi nhớ mới của hệ thần kinh. Các dòng năng lượng làm tăng tính bền cho cấu trúc cơ thể nói chung cũng có thể làm cho các tế bào ghi nhớ mới bị chuyển hóa trước khi chúng tiếp nhận dòng năng lượng từ kích thích thần kinh đến từ các tế bào thần kinh khác để tạo sự ghi nhớ mới. Điều này làm cho sự ghi nhớ mới không còn chỗ trong hệ thần kinh. Nếu điều này xảy ra trong thời kỳ hệ thần kinh đang hình thành và phát triển thì sẽ là một tai họa bởi số lượng tế bào thần kinh có thể là nhiều, nhưng số lượng tế bào thần kinh dành cho ghi nhớ mới không còn hoặc chỉ còn chiếm tỷ lệ nhỏ trong đó sẽ không giúp được điều gì cho hoạt động của hệ thần kinh sau này. Đây là biểu hiện của chứng thiểu năng tâm thần hay chứng trì độn. Các bà mẹ mang thai sử dụng quá nhiều và quá liều các loại thuốc bổ trong thời kỳ mang thai có thể dẫn đến thảm họa này bởi các loại thuốc bổ đều có tính chất làm tăng tính bền cho các cấu trúc cơ thể. Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ dinh dưỡng, chế độ giáo dục và các tri thức cần ghi nhớ trong giai đoạn đang hình thành và phát triển có thể cải thiện tốt năng lực hoạt động thần kinh.
Các tế bào thuộc hệ thần kinh nói chung và của bộ não nói riêng là các tế bào có độ bền thấp, vì vậy chúng rất nhạy cảm với mọi tác động của môi trường sống. Sự tiến hóa làm cho bộ não của con người càng kém bền vững hơn hơn so với các bộ phận khác của cơ thể và các bộ não của các động vật khác. Để có thể hạn chế các tác động của môi trường sống tới bộ não, sự tiến hóa đã đặt bộ não vào trong một hộp cứng ( hộp sọ) để tránh mọi tác động cơ học và một số tác động khác. Riêng loài người, bộ não còn có thêm một lớp bảo vệ nữa là tóc để ngăn chặn và hạn chế các tác động vật lý. Sự can thiệp quá mức tới các lợp bảo vệ này cũng có thẻ ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động thần kinh.
(Bài viết này cũng nằm trong hệ thống các bài viết nghiên cứu về hoạt động của hệ thần kinh. Vì vậy nếu bạn đọc chỉ đọc riêng bài này sẽ có thể gặp những khái niệm , những vấn đề khó hiểu. Để có thể hiểu rõ hơn, bàn đọc tìm đọc thêm các bài khác có liên quan trong Danh mục tư liệu CLB: Hoạt động cao cấp của hệ thần kinh và tư duy sáng tạo. )
