Động vật là gì? Các nghiên cứu khoa học về Động vật

Định nghĩa khoa học về động vật

Động vật, thuộc giới Animalia, là một nhóm sinh vật đa bào, nhân chuẩn và dị dưỡng, tức là chúng phải hấp thụ chất hữu cơ từ môi trường để tồn tại thay vì tự tổng hợp như thực vật. Chúng có khả năng di chuyển chủ động trong suốt hoặc một phần chu kỳ sống, và phản ứng linh hoạt với các kích thích từ môi trường thông qua hệ thần kinh. Hầu hết các loài động vật đều phát triển từ hợp tử thông qua quá trình phân bào, tạo thành phôi có cấu trúc mô ba lớp: ngoại bì, trung bì và nội bì. Đây là điểm phân biệt quan trọng với các sinh vật khác trong giới sinh vật nhân chuẩn.

Khác với thực vật (Plantae) và nấm (Fungi), động vật không có thành tế bào và không thể quang hợp. Thay vào đó, chúng tiêu hóa thức ăn nội bào nhờ vào các enzyme tiêu hóa chuyên biệt. Ngoài ra, động vật thường có cấu trúc mô chuyên hóa để thực hiện các chức năng sinh lý như vận động, cảm nhận và sinh sản. Nghiên cứu phát sinh loài dựa trên giải trình tự gene đã xác nhận tính đơn ngành của giới này, nghĩa là tất cả động vật đều xuất phát từ một tổ tiên chung duy nhất (Nature, 2008).

Đặc điểm sinh học chung của động vật

Giới động vật rất đa dạng, nhưng phần lớn các loài đều chia sẻ những đặc điểm giải phẫu và sinh lý học phổ quát. Một số đặc điểm nổi bật bao gồm:

• Tế bào không có thành cellulose, khác biệt với tế bào thực vật.
• Hệ cơ và hệ thần kinh phát triển cho phép vận động nhanh và phản ứng phức tạp.
• Hệ tiêu hóa đa dạng từ dạng túi đơn giản đến ống tiêu hóa phân đoạn chuyên hóa.
• Hầu hết động vật sinh sản hữu tính và có sự phát triển phôi thai rõ rệt.

Ngoài các đặc điểm trên, nhiều loài động vật còn có khả năng cảm nhận và điều chỉnh hành vi thông qua hệ thần kinh trung ương. Ở các loài phức tạp như thú và chim, não bộ phát triển mạnh, cho phép chúng học tập và thích nghi linh hoạt với môi trường. Các đặc điểm phôi sinh học cũng là cơ sở để phân biệt các nhóm động vật lớn, chẳng hạn động vật ba lá phôi so với động vật hai lá phôi.

Bảng dưới đây so sánh một số đặc điểm sinh học cơ bản giữa ba giới lớn trong sinh giới nhân chuẩn:

Đặc điểm	Động vật	Thực vật	Nấm
Loại dinh dưỡng	Dị dưỡng	Tự dưỡng (quang hợp)	Dị dưỡng (ngoại bào)
Khả năng di chuyển	Có (đa số)	Không	Không
Thành tế bào	Không có	Có (cellulose)	Có (chitin)
Mô chuyên hóa	Có	Có	Không rõ ràng

Phân loại giới động vật

Giới động vật được chia thành hơn 30 ngành (phylum), trong đó có hai nhóm chính: động vật có xương sống (Vertebrata) và động vật không xương sống (Invertebrata). Khoảng 95% số loài động vật thuộc nhóm không xương sống. Phân loại sinh học hiện đại dựa chủ yếu vào dữ liệu gene, cấu trúc cơ thể và quá trình phát triển phôi sinh.

Một số ngành tiêu biểu trong giới động vật gồm:

• Porifera (bọt biển): không có mô thật sự, sống bám, hệ thống kênh lọc đơn giản.
• Cnidaria (sứa, hải quỳ): có tế bào gai, đối xứng tỏa tròn, hai lớp tế bào.
• Arthropoda (côn trùng, giáp xác, nhện): thân phân đốt, chân khớp, bộ xương ngoài bằng chitin.
• Mollusca (ốc, trai, mực): thân mềm, thường có vỏ đá vôi bảo vệ.
• Chordata (cá, lưỡng cư, bò sát, chim, thú): có dây sống, ống thần kinh lưng, tim và hệ tuần hoàn kín.

Các dữ liệu phân loại và cây phát sinh loài hiện đại được lưu trữ tại cơ sở dữ liệu của NCBI Taxonomy. Dưới đây là sơ đồ phân chia chính:

Nhóm	Ví dụ	Số loài (ước tính)
Không xương sống	Côn trùng, giun, sứa	~1.3 triệu
Có xương sống	Cá, chim, động vật có vú	~66,000

Sự tiến hóa của động vật

Hóa thạch cổ nhất của động vật có niên đại khoảng 600 triệu năm, xuất hiện trong kỷ Tiền Cambri với đại diện là sinh vật Ediacara. Sự kiện bùng nổ Cambri khoảng 541 triệu năm trước đánh dấu thời điểm hầu hết các ngành động vật hiện đại xuất hiện trong thời gian ngắn về mặt địa chất. Các hóa thạch như trilobite, anomalocaris, và wiwaxia trong tầng đá Burgess Shale cho thấy một sự đa dạng và phức tạp sinh học cao.

Nghiên cứu so sánh gene và cấu trúc tế bào chỉ ra rằng tổ tiên gần nhất của động vật là một loại sinh vật đơn bào có roi, gọi là choanoflagellate. Chúng có cấu trúc tế bào giống với các tế bào cổ của bọt biển. Bằng chứng di truyền củng cố giả thuyết rằng sự tiến hóa của động vật bắt nguồn từ một nhóm sinh vật có khả năng kết bám và liên lạc giữa tế bào thông qua protein cadherin (Cell, 2022).

Cây phát sinh loài dưới đây thể hiện mối quan hệ tiến hóa giữa một số ngành động vật chính:

Ngành	Đặc điểm phát sinh	Thời kỳ xuất hiện
Porifera	Chưa có mô thật sự	~600 triệu năm
Cnidaria	Có mô, đối xứng tỏa tròn	~580 triệu năm
Arthropoda	Thân đốt, xương ngoài	~540 triệu năm
Chordata	Dây sống, ống thần kinh lưng	~530 triệu năm

Cấu trúc cơ thể và chức năng sinh lý

Cơ thể động vật có tổ chức cao từ cấp độ tế bào đến cơ quan và hệ cơ quan. Tùy vào mức độ tiến hóa, các loài động vật có thể có từ vài loại mô cơ bản đến hệ thống sinh lý hoàn chỉnh. Có bốn loại mô chính trong cơ thể động vật:

• Mô biểu bì: bao phủ bề mặt ngoài và lót các khoang cơ thể.
• Mô liên kết: nâng đỡ và kết nối các phần cơ thể (xương, máu, mỡ).
• Mô cơ: thực hiện chức năng vận động.
• Mô thần kinh: truyền tín hiệu điện hóa giữa các phần cơ thể.

Các hệ cơ quan thường gặp trong động vật bao gồm:

1. Hệ tiêu hóa: từ dạng túi đơn (ở sứa) đến ống tiêu hóa phức tạp có miệng, ruột, hậu môn.
2. Hệ tuần hoàn: kín (ở động vật có xương sống) hoặc hở (ở nhiều loài không xương sống).
3. Hệ hô hấp: sử dụng mang, phổi hoặc trao đổi khí qua da.
4. Hệ bài tiết: gồm các cơ quan như thận, ống Malpighi, giúp loại bỏ chất thải nitơ.
5. Hệ thần kinh: từ dạng lưới thần kinh (sứa) đến não bộ phát triển (người).

Ví dụ về sự khác biệt hệ tuần hoàn:

Loài	Loại tuần hoàn	Đặc điểm
Côn trùng	Hở	Máu chảy tự do trong khoang cơ thể, không có mao mạch
Cá	Kín	Tim hai ngăn, máu chảy một vòng tuần hoàn
Người	Kín	Tim bốn ngăn, máu đi qua hai vòng tuần hoàn

Vai trò của động vật trong hệ sinh thái

Động vật là yếu tố không thể thiếu trong cấu trúc và vận hành của hệ sinh thái. Chúng đảm nhiệm nhiều vai trò sinh thái khác nhau tùy vào vị trí trong chuỗi thức ăn:

• Động vật ăn cỏ: kiểm soát sinh khối thực vật (ví dụ: hươu, bò, côn trùng ăn lá).
• Động vật ăn thịt: điều chỉnh quần thể con mồi (sư tử, đại bàng, cá mập).
• Động vật phân hủy: thúc đẩy chu trình tái tạo chất hữu cơ (giun đất, côn trùng, động vật nhỏ).

Ngoài ra, nhiều loài động vật còn đóng vai trò quan trọng trong:

• Thụ phấn (ong, dơi, chim ruồi)
• Phát tán hạt (khỉ, sóc, chim ăn quả)
• Kiểm soát sâu bệnh tự nhiên (bọ rùa, nhện, ếch)

Sự tuyệt chủng hoặc suy giảm của một loài có thể tạo hiệu ứng dây chuyền làm suy giảm toàn bộ mạng lưới sinh thái. Ví dụ, sự giảm số lượng cá voi có thể ảnh hưởng đến lượng sinh vật phù du thông qua chuỗi thức ăn đảo ngược.

Theo Trends in Ecology & Evolution (2021), việc mất cân bằng đa dạng động vật có liên hệ chặt chẽ với hiện tượng biến đổi khí hậu, xói mòn đất, và suy giảm năng suất sinh học của hành tinh.

Hành vi và nhận thức ở động vật

Hành vi động vật là phản ứng có tổ chức trước các kích thích từ môi trường, được điều khiển bởi hệ thần kinh và nội tiết. Một số hành vi có tính bản năng như xây tổ, di cư, phản xạ phòng vệ. Những hành vi khác được học qua trải nghiệm, như săn mồi hiệu quả hơn hoặc ghi nhớ địa hình sống.

Các loài động vật có hệ thần kinh phát triển như cá heo, tinh tinh, voi và một số loài chim có khả năng nhận thức, học hỏi và sử dụng công cụ. Nghiên cứu cho thấy chim quạ có thể giải đố bằng cách sử dụng chuỗi hành động logic – dấu hiệu của trí thông minh nguyên mẫu. Tương tự, voi được biết đến là có ý thức về bản thân thông qua bài kiểm tra gương.

Một số hành vi xã hội phức tạp có thể quan sát ở các loài:

• Hợp tác săn mồi (sói, sư tử)
• Phân cấp xã hội (ong, kiến, linh trưởng)
• Truyền tín hiệu bằng âm thanh và cử chỉ (cá heo, khỉ đầu chó)

Các nghiên cứu trong lĩnh vực ethology và cognitive ecology đang mở rộng hiểu biết về quá trình tiến hóa của trí tuệ và cảm xúc ở động vật.

Động vật và con người

Động vật đóng vai trò thiết yếu trong lịch sử phát triển của văn minh nhân loại. Chúng không chỉ là nguồn thực phẩm (thịt, sữa, trứng) mà còn là công cụ sản xuất (trâu, ngựa), phương tiện vận chuyển, và nguồn nguyên liệu (da, len). Trong y học, nhiều loại thuốc và mô hình nghiên cứu đều dựa vào động vật (chuột, cá ngựa vằn, khỉ).

Con người cũng thuần hóa hàng trăm loài động vật để phục vụ đời sống. Ví dụ:

• Chó: bảo vệ, săn bắn, dẫn đường
• Mèo: kiểm soát chuột và côn trùng
• Bò, dê: cung cấp sữa, thịt, da

Tuy nhiên, việc khai thác quá mức và mở rộng đô thị hóa đã gây ra khủng hoảng về đa dạng sinh học. Theo IUCN, hơn 40,000 loài động vật hiện nay đang nằm trong danh sách bị đe dọa tuyệt chủng.

Một số tổ chức bảo vệ động vật toàn cầu như:

• World Animal Protection
• The Humane Society
• Born Free Foundation

đang nỗ lực nâng cao nhận thức, cải thiện phúc lợi động vật và giảm thiểu tổn thất từ hoạt động của con người.

Ứng dụng sinh học và công nghệ liên quan đến động vật

Trong nghiên cứu y sinh, động vật đóng vai trò là mô hình thử nghiệm thuốc, giải mã cơ chế bệnh lý và phát triển liệu pháp gene. Chuột thí nghiệm và cá ngựa vằn là hai mô hình phổ biến nhất do đặc điểm di truyền dễ theo dõi và tốc độ sinh sản nhanh.

Công nghệ gene hiện đại như chỉnh sửa gene bằng CRISPR-Cas9 đã mở ra khả năng tạo ra mô hình động vật mang bệnh di truyền giống người để phục vụ nghiên cứu và điều trị. Ngoài ra, công nghệ nhân bản (cloning) cũng được ứng dụng để bảo tồn các loài nguy cấp, điển hình là cừu Dolly – sinh vật có vú đầu tiên được nhân bản thành công từ tế bào soma.

Một số ứng dụng nổi bật:

• Vaccine dựa trên protein từ động vật (như tế bào trứng gà)
• Chuyển gene động vật để sản xuất protein người (như insulin, kháng thể)
• Tạo động vật biến đổi gene để nâng cao năng suất chăn nuôi

Những nghiên cứu này đang đặt ra câu hỏi về đạo đức và quyền lợi động vật, từ đó thúc đẩy các tiêu chuẩn khoa học và luật pháp trong lĩnh vực này.

Tài liệu tham khảo

1. King, N. et al. (2008). The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis. Nature.
2. Cannon, J. T. et al. (2022). Origin of Animals: Current Challenges and Insights. Trends in Ecology & Evolution.
3. NCBI Taxonomy Browser. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy.
4. IUCN Red List. https://www.iucn.org/.
5. World Animal Protection. https://www.worldanimalprotection.org/.
6. Trends in Ecology & Evolution (2021). The role of animals in ecosystem regulation.
7. The Humane Society of the United States. https://www.humanesociety.org/.
8. Born Free Foundation. https://www.bornfree.org.uk/.