NÃO: BỘ CHỈ HUY CỦA THẾ GIỚI KỲ DIỆU

TRẨN PHƯƠNG HẠNH

"Trong tất cả mọi điều kỳ diệu hiện diện trên trái đất, con người là cả một thế giới chứa những điều kỳ diệu nhất". Một nhà khoa học nổi tiếng đã từng nhận xét như vậy. Khi đọc hết những dòng chữ của chuyên mục này, chắc chắn bạn đọc sẽ đồng ý với quan điểm của nhà khoa học đó. Chúng ta sẽ bắt đầu câu chuyện về bộ chỉ huy của thế giới kỳ diệu: hệ thần kinh.

HỆ THẨN KINH ĐÃ XUẦT HIỆN TỪ BAO GIỜ?

Sự sống đã nảy sinh trên trái đất từ hàng tỷ năm trước đây ở những vùng đại dương nóng. Khi đó, các điều kiện môi trường đã làm cho thế giới vô cơ chuyển dần thành các thể hữu cơ và sau đó thành chất nguyên sinh, nghĩa là vật thể có khả năng phản ứng với các kích thích bên ngoài. Rồi sau đó, từ các sinh thể không hình thái ấy mới nảy sinh các sinh thái đơn bào, như loại amip hoặc thảo trùng. Một số sinh thái đó, qua phân chia, lại không tách rời riêng rẽ mà vẫn dính nhau để hình thành nên một tập hợp tế bào. Hàng triệu năm qua, tập bào đó có những thay đổi kỳ lạ: một số tế bào được chuyên môn hóa (còn gọi là biệt hóa), có loại tế bào có khả năng co giãn, có loại nhằm chống đỡ, bảo vệ và có loại trở thành nhạy cảm đối với kích thích bên ngoài. Từ khắp bốn phía, ánh sáng mặt trời chiếu rọi vào tập bào, những dòng nước với nhiệt độ khác nhau ào tới. Dưới tác động của các kích thích khác nhau đó, nguyên sinh chất của một số tế bào phải thay đổi cấu trúc, để có khả năng tiếp nhận những tín hiệu tốt lành cũng như nguy hại, rồi truyền lan cho cả sinh thể. Các tế bào đó được hình thành ở lớp ngoài cùng và có những đuôi dài để truyền tín hiệu trên các tuyến đường dài. Thí dụ từ một đầu tận cùng của cơ thể sinh vật đến tận đầu kia. Trên toàn bộ cơ thể loài thủy tức có phủ một mạng lưới tế bào, như vậy, nhờ đó thâu nhận được các tín hiệu giúp thủy tức phô ra hoặc co lại những sợi tự bảo vệ.

Đó là mức phát triển thấp của hệ thần kinh. Về sau, các tế bào thần kinh không chỉ hiện diện ở lớp ngoài cơ thể, mà lấn sâu vào bên trong, tập hợp lại thành các nút thần kinh để dần dần hình thành cơ quan cảm thụ. Nếu rạch mổ một con giun đất ra xem, ta thấy dọc thân thể có nhiều sợi nhỏ, rồi từng đoạn lại có những nút hạch thần kinh. Kiểu hệ thần kinh như vậy gọi là hệ thần kinh hạch, hệ này hoàn chỉnh hơn hệ lưới của loài thủy tức. Ta thường thấy hệ thần kinh hạch nút ở các sinh vật không xương sống, ở loại nhuyễn thể, côn trùng v.v... Hệ thần kinh như vậy không đủ để thống nhất các hoạt động của những vùng khác nhau của cơ thể. Nếu ta cắt giun đất làm hai hoặc nhiều mảnh, mỗi phần cơ thể lại sống hoàn toàn độc lập và tái tạo thành toàn bộ cơ thể giun đất. Ở những loài động vật không có xương sống cấp cao, những mảnh phần cơ thể đó có thể sống lâu dài mặc dù hệ thần kinh không còn hoàn chỉnh. Thí dụ loài ruồi vẫn có thể chạy thật xa khi đầu đã rời khỏi cổ.

Ở mức độ phát triển cao hơn là hệ thần kinh của động vật có xương sống. Cấu trúc của hệ thần kinh này khác hẳn: các tế bào có hình ống chạy dài suốt cơ thể và có màng bao bọc. Ở sinh vật có xương sống, cơ thể cũng chia thành nhiều vùng, nhưng các vùng không cô lập riêng biệt khác nhau, như ở giun đất, trái lại tất cả đều liên quan mật thiết và tạo thành một hệ hoàn chỉnh. Hệ thần kinh đảm bảo cho tính thống nhất giữa các phần đó. Ở loài xương sống, hệ thần kinh trung ương được chia làm 2 phần: tủy sống và đại não. Tủy sống thực chất là một não nguyên thủy cổ xưa. Cho tới nay, chỉ còn sống sót một loài sinh vật hầu như không có não mà có tủy sống khá phát triển: đó là con lưỡng tiêm (Amphoxius). Ở loài này, phần đầu của ống thần kinh có một đoạn phình to thay thế cho đại não.

Hàng tỷ năm lại trôi qua. Phương thức sinh hoạt thay đổi trong điều kiện môi trường mới (từ dưới nước lên mặt đất) đã góp phần quyết định tạo nên những cấu trúc cơ thể sinh vật thích hợp hơn. Hệ thần kinh cũng được hoàn chỉnh, đại não phát triển nhiều hơn ở loài động vật có vú, đặc biệt ở người.

TỪ "ĐẨU NÃO TẠM THỜI" ĐẾN ĐẠI NÃO - TỦY VĨNH VIỄN

Ở những sinh vật cấp cao, các cơ quan cảm thụ hiện diện ở khắp nơi trên cơ thể luôn hoạt động như các tiền đồn quan sát, thám báo và cũng luôn truyền đi những tín hiệu về não. Từ đây lại phát đi các mệnh lệnh để sinh vật có khả năng thích ứng với môi trường. Nói cách khác, não là bộ tổng tham mưu quyết định tất cả mọi hoạt động của sinh vật. Điều đó càng thể hiện rõ rệt khi các nhà khoa học làm thử nghiệm ở não của chó, mèo, khỉ: ngay lập tức, động vật không còn khả năng thực hiện các động tác đơn giản nhất, cần thiết nhất để thích nghi với môi trường bên ngoài.

Nhưng phải chăng trong suốt quá trình phát triển của sinh vật, trong lịch sử tiến hóa của sinh giới, não luôn luôn được hình thành đầy đủ và có vai trò quan trọng như hiện nay?

Ta hãy theo dõi hoạt động của một loài sinh vật ở dưới biển sâu: con sao biển. Sinh vật này có năm cánh giống hình sao, một khoang mồm ở giữa thân. Con vật chuyển động chậm chạp, nhờ 5 cánh sao. Rồi lại săn bắt mồi cũng nhờ 5 cánh sao đó. Thế còn đầu con vật ở đâu nhỉ? Hình như sao biển không có đầu, tất cả năm cánh đều hoạt động giống hệt như nhau. Trên bề mặt các cánh sao đều có các tế bào cảm thụ, đó là những cơ quan tiếp nhận tín hiệu đến từ thế giới bên ngoài. Bên trong các cánh sao lại có mạng lưới sợi thần kinh và cơ để đảm bảo cho sao biển hoạt động bình thường. Tuy nhiên, nếu ta quan sát tinh tường, ta sẽ thấy một điều thật thú vị: hình như các cánh của sao biển không hoàn toàn giống nhau như ta tưởng, một cánh sao luôn có vai trò chủ chốt: nó hoạt động nhanh nhẹn hơn, uốn éo, co giãn nhiều hơn, hình như nó là "đầu não" chỉ huy toàn bộ cơ thể sinh vật. Vì đâu mà cánh sao đó lại trở nên chủ chốt giống như "đầu não" sinh vật? Ầy là vì nó hoạt động nhiều hơn, săn bắt mồi nhiều hơn và cũng phản ứng bảo vệ sinh vật tốt hơn các cánh sao khác. Điều này được xác nhận qua thực nghiệm: một nhà khoa học người Đức đã cắt cánh sao chủ chốt và chỉ ít lâu sau ông nhận thấy vai trò chủ chốt "đầu não" lại chuyển đến một cánh sao khác. Như thế, việc hình thành "đầu não tạm thời" chỉ thích hợp cho hoạt động xử thế của những sinh vật ở cấp thấp trong bậc thang sinh giới, với những điều kiện sống đơn giản.

Trong quá trình tiến hóa của sinh vật, những điều kiện sống ngày càng phức tạp đòi hỏi cơ thể phải có một hệ thống tiếp nhận và xử lý thông tin tinh tường hơn: hệ thống thần kinh được hình thành dần dần như vậy. Rồi lại trăm nghìn năm qua đi, hệ thống đó trở thành não - tủy ở các sinh vật cấp cao và đặc biệt là vỏ đại não ở người. Vỏ đại não là cơ quan tuyệt vời trong việc phân tích và tổng hợp mọi tín hiệu thông tin, là nơi có những hoạt động thần kinh cao cấp nhất. Nếu ở ếch chưa thấy có lớp vỏ đại não thì ở thằn lằn, lớp này đã rõ, tuy còn mỏng mảnh và vỏ đại não luôn chiếm một khối lượng lớn ở những sinh vật cấp cao như khỉ và người.