Mọi sinh vật đều được làm từ tế bào vì tế bào là khối nhỏ nhất còn tự giữ được sự sống: nó có lớp màng ngăn với thế giới bên ngoài, có bản thiết kế di truyền bên trong và tự lấy năng lượng để làm việc. Và mọi tế bào mới đều sinh ra từ một tế bào có trước, nối dài không đứt từ rất xa xưa tới bạn hôm nay.
Chào bạn, đây là Nhà Sinh Học. Tập mở đầu này mình đi từ một miếng nút chai cũ ở nước Anh thế kỷ mười bảy tới lát vỏ hành mà có lẽ bạn từng soi trong giờ sinh học, để hiểu vì sao các nhà sinh học coi tế bào là viên gạch của sự sống.
Từ miếng bần của Hooke tới học thuyết tế bào
Năm một nghìn sáu trăm sáu mươi lăm, nhà khoa học người Anh Robert Hooke in một cuốn sách đầy hình vẽ những gì ông thấy qua kính hiển vi tự chế. Trong đó có một lát bần, tức lớp vỏ cây sồi dùng làm nút chai. Ông thấy những ô nhỏ xếp sát nhau như các phòng tu trong tu viện, và gọi chúng bằng chữ có nghĩa là căn phòng nhỏ. Chữ tế bào trong nhiều thứ tiếng bắt nguồn từ đó.
Thật ra Hooke chỉ thấy vách của những tế bào đã chết. Phải gần hai thế kỷ sau, các nhà khoa học mới ghép được bức tranh lớn. Khoảng cuối thập niên ba mươi của thế kỷ mười chín, hai nhà khoa học Đức là Schleiden và Schwann lần lượt cho rằng thực vật rồi cả động vật đều cấu tạo từ tế bào.
Mảnh ghép cuối cùng đến từ bác sĩ Rudolf Virchow, người phổ biến câu nói mọi tế bào đều sinh ra từ tế bào.
Ba ý đó gộp lại thành học thuyết tế bào mà sách giáo khoa ngày nay vẫn dạy: sinh vật được tạo nên từ tế bào, tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống, và tế bào chỉ sinh ra từ tế bào.
Vì sao tế bào lại nhỏ đến vậy?
Phần lớn tế bào người nhỏ tới mức phải xếp vài chục cái mới dài bằng bề dày một sợi tóc. Lý do nằm ở một phép tính hình học đơn giản. Tế bào sống nhờ trao đổi qua bề mặt: thức ăn, khí, chất thải đều phải đi qua lớp màng. Còn nhu cầu thì tính theo thể tích bên trong.
Khi một khối to lên gấp đôi chiều dài, diện tích bề mặt tăng gấp bốn nhưng thể tích tăng gấp tám. Nghĩa là tế bào càng to thì mỗi phần bên trong càng ít mặt tiếp xúc để nuôi nó.
Bạn có thể hình dung bằng một nồi cơm. Nồi nhỏ chín đều nhanh, nồi to thì lớp giữa lâu chín vì nhiệt phải đi một quãng xa. Tế bào chọn cách chia nhỏ thay vì phình to, nên một cơ thể lớn là rất nhiều tế bào nhỏ chứ không phải vài tế bào khổng lồ.
Cũng có ngoại lệ thú vị. Lòng đỏ quả trứng gà về mặt kỹ thuật là một tế bào rất lớn.
Hai kiểu tế bào lớn: vi khuẩn và phần còn lại
Các nhà sinh học chia tế bào thành hai kiểu chính. Kiểu thứ nhất là tế bào nhân sơ của vi khuẩn và một nhóm vi sinh vật gọi là cổ khuẩn. Chúng nhỏ, không có nhân bọc màng, vật chất di truyền nằm trần trong lòng tế bào.
Kiểu thứ hai là tế bào nhân thực, có ở nấm, thực vật, động vật và con người. Tế bào này có nhân riêng bọc màng kép, bên trong còn chia nhiều ngăn nhỏ như ti thể, lưới nội chất, bộ máy đóng gói.
Tế bào thực vật và động vật cũng khác nhau ở vài điểm dễ nhớ. Tế bào thực vật có vách xenlulôzơ cứng bên ngoài màng, có lục lạp để quang hợp và thường có một không bào lớn chứa nước.
Chính vì có vách cứng mà lát bần của Hooke giữ được hình các ô dù tế bào đã chết từ lâu.
Một tế bào làm được những gì?
Để gọi là sống, một tế bào phải làm được vài việc. Nó lấy năng lượng từ thức ăn hoặc ánh sáng. Nó dùng năng lượng đó để dựng lên chính mình từ những phân tử nhỏ. Nó giữ môi trường bên trong ổn định dù bên ngoài thay đổi. Và nó sinh sản, tạo ra tế bào mới mang bản sao thông tin di truyền.
Ở sinh vật đơn bào như vi khuẩn hay trùng giày trong nước ao, một tế bào làm trọn tất cả. Ở cơ thể người, các tế bào chia việc cho nhau rất kỹ: tế bào thần kinh truyền tín hiệu, tế bào cơ co rút, hồng cầu chở khí.
Điều đáng ngạc nhiên là dù khác nhau đến vậy, mọi tế bào đều dùng chung một bộ quy tắc cơ bản: thông tin di truyền viết bằng cùng một loại phân tử, đọc theo gần như cùng một bảng mã, và năng lượng trao tay qua cùng một loại phân tử mang năng lượng. Đó là một trong những bằng chứng mạnh nhất cho thấy mọi sự sống có chung nguồn gốc.
Nói vui, con vi khuẩn trong hũ dưa và tế bào da trên tay bạn nói cùng một thứ ngôn ngữ, chỉ khác giọng địa phương.
Tự xem tế bào vỏ hành và điều nên để ý
Nếu trường bạn có kính hiển vi quang học, lát vỏ hành là mẫu dễ nhất. Lớp màng mỏng bên trong vảy hành gần như trong suốt và chỉ dày một lớp tế bào, nên ánh sáng xuyên qua được. Nhỏ một giọt nước lên lam kính, đặt mảnh màng lên, đậy lá kính mỏng là có thể quan sát.
Bạn sẽ thấy những ô dài xếp như gạch lát. Viền mỗi ô là vách tế bào. Nếu có thuốc nhuộm, thầy cô thường dùng dung dịch iốt pha loãng, nhân tế bào sẽ hiện thành một chấm đậm. Bạn sẽ không thấy lục lạp, vì vảy hành nằm dưới đất, không quang hợp.
Lỗi hay gặp là lấy miếng hành quá dày, chỉ thấy một mảng tối, hoặc để bọt khí lọt vào, nhìn giống những vòng tròn đen viền dày mà nhiều bạn tưởng là tế bào.
Lần tới cắt hành trong bếp, bạn thử nghĩ: lớp màng mỏng dính trên tay mình là hàng nghìn ngôi nhà nhỏ, mỗi cái từng có nhân, có bộ máy và từng đang sống.
Câu hỏi thường gặp
Cơ thể người có bao nhiêu tế bào?
Các ước tính phổ biến hiện nay cho một người trưởng thành ở mức vài chục nghìn tỉ tế bào.
Virus có phải tế bào không?
Không. Virus không có màng tế bào riêng theo nghĩa sống, không tự tạo năng lượng và chỉ nhân lên được khi chui vào một tế bào khác. Vì thế virus thường được xếp ở ranh giới của sự sống chứ không được coi là tế bào.
Tế bào lớn nhất cơ thể người là tế bào nào?
Tế bào trứng của nữ thường được nhắc là tế bào lớn nhất về thể tích, gần như thấy được bằng mắt thường.
Vì sao tế bào thực vật có vách mà tế bào động vật không có?
Vách cứng giúp cây đứng thẳng và chịu được áp lực nước bên trong mà không cần bộ xương. Động vật di chuyển nhiều và dựa vào xương hoặc vỏ, nên tế bào mềm, linh hoạt có lợi hơn.
Học thuyết tế bào có ngoại lệ nào không?
Có vài trường hợp làm các nhà sinh học tranh luận, như những mô cơ có nhiều nhân trong một khối chung, hay virus nằm ở ranh giới sự sống. Nhưng nguyên tắc tế bào sinh ra từ tế bào đến nay vẫn đứng vững.
