Sinh mệnh chỉ có một tế bào sẽ như thế nào? Vi khuẩn có thể nào chạy nhanh hơn một con báo? Giới hóa thạch học cảm thấy thời gian đảo loạn?

Chào mừng các bạn đến với Bí ẩn chưa được giải đáp! Hôm nay chúng ta hãy cùng nhau tham quan thế giới vi quan.

Trước tiên, hãy để tôi giới thiệu với bạn về một sinh vật đơn bào, “trùng đế giày” (paramecium, hay thảo lý trùng), được quan sát dưới kính hiển vi ở trường trung học. Mọi người đều quen thuộc với nó, phải không?

Cả một càn khôn trong bụng của trùng đế giày

Mặc dù tiểu sinh vật này không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nó chỉ có một tế bào, dù nhỏ như hạt bụi nhưng lại có đầy đủ ngũ tạng. Một trong hai nhân tế bào kiểm soát quá trình tân trần đại tạ và sinh trưởng; nhân kia phụ trách di truyền và sinh sản. Lớp màng trên bề mặt cơ thể đảm nhiệm chức năng hô hấp, thức ăn được các lông mao quanh miệng bắt giữ, sau đó dùng các men enzym sản sinh trong cơ thể để tiến hành tiêu hóa và hấp thụ. Lông tơ trên khắp cơ thể nó cũng có thể như bàn chân giúp trùng đế giày di chuyển tự do, tức là nó có chức năng vận động.

Trong sách giáo khoa, trùng đế giày được định nghĩa là sinh vật nguyên sinh, được giới thiệu là loại sinh vật cấp thấp nhất, nguyên thủy nhất, đơn giản nhất. Nó thuộc về động vật nguyên sinh xuất hiện trong kỷ Nguyên sinh cách đây 1,85 tỷ năm, có thể nói là vô cùng cổ xưa. Tuy nhiên, sinh mệnh nguyên thủy này dù chỉ có một tế bào trong toàn bộ cơ thể, mà có trang bị đầy đủ các hoạt động của sinh mệnh cấp cao, đó là vận động, tiêu hóa, hô hấp và sinh sản.

Vi khuẩn, nguyên thủy hơn và cấp thấp hơn trùng đế giày, cũng có hệ thống phức tạp như vậy. Trong biểu lịch trình tiến hóa sự sống được chấp nhận phổ biến hiện nay, vi khuẩn đã xuất hiện từ ít nhất 3,3 tỷ năm trước. Giống như trùng đế giày, vi khuẩn là sinh vật đơn bào, nhưng chúng nhỏ hơn nhiều, và thậm chí ngay cả nhân cũng không có. Tuy nhiên, vi khuẩn cũng có thể thực hiện các công năng cơ bản của sinh mệnh như tân trần đại tạ, sinh sản cá thể và vận động.

Chân dài của vi khuẩn – Đuôi roi

Xin giới thiệu với các bạn chức năng vận động của vi khuẩn. Ai cũng biết vi khuẩn tuy nhỏ hơn hạt bụi nhưng tốc độ lan truyền rất nhanh. Vi khuẩn dựa vào cái gì mà chạy nhanh như vậy? Không có bí mật gì đâu, nó dựa vào cái chân rất dài, là phân tử protein dài và mỏng mọc trên bề mặt tế bào vi khuẩn, tên khoa học là đuôi roi.

Đuôi roi của vi khuẩn là các sợi xoắn ốc với một ‘động cơ’ quay ở đáy của mỗi sợi, có thể quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ để đẩy vi khuẩn về phía trước theo quỹ đạo xoắn ốc. Loại ‘động cơ’ này là một loại protein trong vi khuẩn, rất nhỏ, kích thước chỉ có thể tính bằng nanomet, tuy nhiên cấu tạo của nó không khác nhiều so với động cơ ô tô, bao gồm stato, rôto, trục chính, ống lót ổ trục, thanh liên kết, hệ thống điều tiết, chế động (phanh) và không ít bộ phận khác. Và khả năng điều khiển rất chính xác tinh chuẩn, nó có thể quay 300-2400 vòng mỗi giây, và dù với tốc độ cao như vậy, nó thực sự có thể phanh rồi chuyển hướng trong vòng một phần tư vòng tròn. Tính năng tốt đến mức gần như đuổi kịp đĩa bay của người ngoài hành tinh.

Đuôi roi không chỉ quay nhanh, mà còn chạy nhanh đến kinh ngạc. Vi khuẩn đuôi roi thường thấy có thể chạy quãng đường gấp 60-100 lần chiều dài cơ thể chúng trong một giây. Khái niệm này là gì? Hãy so sánh nó với con báo, loài động vật nhanh nhất trên cạn. Báo đốm dài khoảng 1m2 và có thể chạy với tốc độ khoảng 100 km/h. Vậy nếu một con vi khuẩn có chiều dài cơ thể 1m2, bằng đuôi roi nó có thể chạy nhanh như thế nào? Một phép tính đơn giản là 260-430 km một giờ, con báo bị bỏ xa phía sau.

Nếu tôi không nói với bạn ngay từ đầu, rằng những gì chúng ta đang giới thiệu ở đây là một bộ linh kiện nhỏ của vi khuẩn, mà là một chiếc siêu xe ý tưởng, thì bạn có tin không? Trên thực tế, đuôi roi của vi khuẩn được coi là động cơ phân tử, là cỗ máy nano tinh vi và hiệu quả nhất trong tự nhiên, cũng là một trong những cỗ máy protein phức tạp nhất. Do tính phức tạp cao, động cơ đuôi roi luôn là một điểm khó trong các nghiên cứu về vi sinh vật học, hóa học sinh vật, vật lý sinh vật và kết cấu sinh vật học, bởi vì liên quan đến vấn đề đuôi roi làm thế nào tiến hóa từ đơn giản đến phức tạp như vậy, chiểu theo thuyết tiến hóa của Darwin thì căn bản không cách nào giải thích.

Tại sao? Bạn có thể thấy rằng động cơ đuôi roi có tổng cộng 50 linh kiện, được cấu thành bởi gần 30 loại phân tử protein khác nhau, chúng tất nhiên phải chiểu theo một cơ chế nội bộ đặc định để hoạt động và phối hợp cùng nhau một cách có hệ thống; mọi bộ phận vừa thực hiện nhiệm vụ của nó, vừa hợp tác tương hỗ với nhau chuẩn xác, thì mới có thể vận chuyển bình thường. Tương tự một chiếc đồng hồ Thụy Sĩ, thiếu đi linh kiện nào thì không thể hoạt động bình thường, nó chỉ có thể chiểu theo một quy trình nghiêm ngặt để chế tạo và lắp ráp với nhau, không thể nào là do quá trình diễn hóa tự phát, ngẫu nhiên mà có.

Nói theo khác, nếu quặng sắt chôn sâu trong núi có thể được nấu chảy thành sắt bởi một số yếu tố ngẫu nhiên nào đó trong tự nhiên, sau đó các khối sắt có thể tự động được cắt và gia công thành các bộ linh kiện chính xác, tiếp sau đó, trong cơ duyên tình cờ, các vít có thể tự động tìm đai ốc, các bánh răng có thể tự động giảo hợp, mỗi linh kiện tự động trở về vị trí của nó, tự lắp ráp với nhau thành một động cơ điện. Nếu điều này là có thể là hiện thực, thì theo lý thuyết, vi khuẩn đuôi roi cũng có thể đã tiến hóa từ các hợp chất vô cơ lộn xộn không có sự sống.

LUCA có phải là tổ tiên chung của sinh mệnh?

Nếu vi khuẩn đuôi roi không đủ khiến mọi người chấn động, chúng ta hãy xem sinh mệnh còn nguyên thủy hơn vi khuẩn. Hiện tại, giả thuyết được chấp nhận rộng rãi là – lưu ý rằng đó chỉ là giả thuyết và giới khoa học vẫn chưa đưa ra kết luận – giả thuyết này nói rằng sau khi Trái Đất được hình thành trong vụ nổ lớn, nó từ từ nguội đi để trở thành hành tinh nơi có thể sống được. Trong thời kỳ này, các hợp chất hữu cơ đơn giản liền hợp thành các phân tử có khả năng tự sao chép, tự lắp ráp, tự xúc tác, một mạch cho đến khi xuất hiện màng tế bào, chính lúc đó bắt đầu có sự sống, sinh mệnh.

Loại sinh mệnh này được gọi là tổ tiên chung phổ thông cuối cùng LUCA (The last universal common ancestor, LUCA). Theo Wikipedia giới thiệu, LUCA được ước tính là một sinh vật đơn bào cách đây khoảng 4 tỷ năm, sống ở vùng nước có nhiệt độ cao gần lỗ phun dưới biển sâu của dòng magma dưới biển. Tại sao nó là một ước tính? Bởi cho đến nay, giới khoa học vẫn chưa có hóa thạch đáng tin cậy nào có thể cho chúng ta thấy được dung mạo của LUCA. Vì vậy, LUCA hiện chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng của các nhà khoa học.

Tuy nhiên, ngay cả khi nó chỉ là một sinh mệnh trong khái niệm, các nhà khoa học đều tin rằng, khi LUCA sản sinh, nó đã có hàng trăm gen được mã hóa. Bởi vì để hoàn thành quá trình tự sao chép và tự lắp ráp, cũng chính là hai công năng thiết yếu là sinh sản và tăng trưởng, nhất định phải có một bộ kết cấu tế bào điều khiển mật mã di truyền, chẳng hạn như ARN thông tin, ARN vận chuyển, ribôxôm v.v., sau đó theo mã DNA để lắp ráp protein. Những protein này bao gồm các enzyme cho phép hô hấp kị khí và DNA polymerase, giúp sao chép vật chất di truyền, trong số những protein khác.

Trong khuôn khổ kết cấu các protein này, hệ tiêu hóa và hệ hô hấp duy trì quá trình tân trần đại tạ, và hệ sinh sản cho phép sinh mệnh tiếp diễn qua các thế hệ liền hình thành. Ba hệ thống này tất yếu phải có ngay từ khi bắt đầu liền xuất hiện, và đồng thời tồn tại, thì mới có thể khiến một cá thể trở thành một sinh vật sống.

Và đây cũng chính là thách thức mà các nhà nghiên cứu về nguồn gốc sự sống phải đối mặt, tức là làm sao vận dụng thuyết tiến hóa, tức là dùng hai công cụ đột biến gen và biến cố ngẫu nhiên để giải thích sự xuất hiện của một hệ thống vừa phức tạp vừa có mối liên hệ chặt chẽ như vậy. Bởi vì mọi bộ phận trong hệ thống đều không thể khuyết thiếu, và chúng đều là những điều kiện tất yếu cho quá trình sinh sản bình thường của sinh mệnh.

Trên thực tế, mặc dù biểu lịch trình tiến hóa sự sống vừa đề cập hiện đã được chấp nhận và sử dụng rộng rãi trong sách giáo khoa, nhưng trên thực tế, biểu này, bao gồm cả thuyết tiến hóa sinh vật của Darwin đằng sau nó, vẫn chỉ tồn tại như một giả thuyết trong giới khoa học. Về việc sự sống ra đời như thế nào, có thực sự là tiến hóa từ đơn giản đến phức tạp theo thuyết tiến hóa hay không, giới khoa học kỳ thực vẫn chưa đưa ra kết luận.

Tính phức tạp không thể giản hóa

Vì vậy, nhiều nhà khoa học đã thách thức thuyết tiến hóa đối với vấn đề này. Michael J. Behe, giáo sư khoa sinh vật hóa học tại Đại học Lehigh, Mỹ, đã trực tiếp đề xuất một khái niệm: “Tính phức tạp không thể giản hóa” (Irreducible Complexity), chính là một hệ thống phức tạp không thể giản hóa được, ngay từ đầu nó tất yếu đã có độ phức tạp cao, không thể là do một hệ thống giản đơn dần dần tiến hóa mà thành.

Khái niệm có tính khai sáng này được Behe phát triển trong cuốn sách năm 1996 của ông, “Hộp đen của Darwin: Thách thức sinh vật hóa học đối với thuyết tiến hóa” (Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution). Cuốn sách không chỉ sử dụng vi khuẩn đuôi roi làm ví dụ, mà còn thảo luận về lông mao giúp trùng đế giày thực hiện các cơ năng vận động, cũng như các ví dụ như sự vận tác của đông máu và của hệ thống miễn dịch, cùng các ví dụ khác để chứng minh sự phức tạp của hệ thống sinh mệnh.

Darwin từng tổng kết trong cuốn “Về nguồn gốc các loài”, rằng: “Nếu có thể chứng minh được rằng xác thực có một số cơ quan phức tạp không thể được hình thành bởi vô số biến đổi nhỏ, liên tục, từng chút một, thì lý thuyết của tôi sẽ triệt để sụp đổ. Nhưng tôi không thể tìm ra tình huống như vậy” (“Về nguồn gốc các loài”, năm 1859, trang 158). Behe nói, hiện tại tôi đã tìm thấy nhiều bằng chứng như vậy, liệu thuyết tiến hóa của ông còn còn đứng vững không?

Darwin đương nhiên không thể trèo ra khỏi quan tài để ứng đối. Nhưng những người ủng hộ Darwin lần lượt nhảy ra chỉ trích Behe, nói rằng logic lý luận của ông có những sai sót lớn, và cuốn sách của ông là “rác rưởi ngụy khoa học”. Tuy nhiên, bất chấp sự bao vây trùng trùng, cuốn sách của Behe ​​đã rất thành công về mặt thương mại, trở thành một cuốn sách bán chạy nhất, thậm chí còn được vinh danh là một trong 100 cuốn sách phi tiểu thuyết hàng đầu của thế kỷ 20. Điều này chỉ ra điều gì? Dù cộng đồng khoa học có thị phi đến đâu, thì trăm họ vẫn tán thành lý luận của Behe.

Và Behe không đơn độc tác chiến. Giáo sư luật Philip E. Johnson cũng đã xuất bản cuốn sách “Phiên tòa xử Darwin” (Darwin on Trial) vào những năm 1990, trích dẫn kinh điển để thách thức thuyết tiến hóa.

Giới hóa thạch cảm thấy thời gian đảo loạn

Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét các bằng chứng hóa thạch.

Trong sách đề cập rằng Bighorn Basin ở Wyoming, Mỹ có một hồ sơ các hóa thạch bị chôn vùi liên tục không ngừng trong 5 triệu năm, đây là một ghi chép phi thường hoàn chỉnh về tình huống các loài động vật có vú xuất hiện trên Trái Đất và bắt đầu chinh phục thế giới trong đoạn thời gian này.

Các nhà cổ sinh vật học lúc đầu rất vui mừng, nghĩ rằng họ khẳng định sẽ tìm thấy bằng chứng thuyết phục về sự tiến hóa của sinh vật trong 5 triệu năm này. Tuy nhiên, khi cuộc khai quật tiến hành, họ càng ngày càng trở nên bối rối. Bởi vì họ không những không tìm thấy bất kỳ hóa thạch nào có thể hiển thị rõ ràng rằng một chủng sinh vật này dần dần chuyển biến thành một chủng sinh vật khác, trái lại họ phát hiện rất nhiều loài được coi là “tổ tiên”, lại tồn tại đồng thời với những loài được coi là “hậu duệ”. Căn cứ lý luận “kẻ mạnh sinh tồn” trong thuyết tiến hóa, một sinh vật vì không thích nghi với hoàn cảnh môi trường mới buộc phải tiến hóa. Nếu chiểu theo suy luận này, khi các loài “hậu duệ” xuất hiện, thì “tổ tiên” không thích nghi với môi trường đã bị đào thải, biến mất khỏi thế giới này. Do đó chúng không thể tồn tại trong cùng một khung hình với “hậu duệ” của chúng. Nếu cả hai cùng tồn tại, thì hoặc là thời gian bị đảo loạn, hoặc thuyết tiến hóa không thể đứng vững.

Những thách thức tương tự cũng xuất hiện trong hiện tượng cộng sinh trong giới sinh vật. Trong cuốn sách “Thu nhận bộ gen: Lý thuyết về nguồn gốc của các loài” (Acquiring Genomes: A Theory of the Origins of Species), nhà sinh vật học người Mỹ Lynn Margulis, người sáng lập học thuyết nội cộng sinh hiện đang được chấp nhận rộng rãi trong sinh học, đã giới thiệu một hiện tượng cộng sinh thú vị.

Có một loại động vật nguyên sinh đơn bào gần như nguyên thủy với trùng đế giày, gọi là “nghĩ du bộc trừng” (Euplotes shanghaiensis). Con trùng này là một loại vi khuẩn có chiều dài được đo bằng micron. Có một loại vi khuẩn sống cộng sinh trên bề mặt của con trùng. Khi “nghĩ du bộc trùng” cảm giác một kẻ săn mồi đang đến gần, vi khuẩn cộng sinh sẽ bắn trả những mũi tên vào kẻ địch để bảo vệ con trùng. Vũ khí là một loại protein dạng sợi giống như một chiếc nỏ. Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã phát hiện rằng vi khuẩn và trùng không thể tồn tại nếu thiếu nhau. Mọi nỗ lực phân lập vi khuẩn khỏi trùng và nuôi chúng trong cô lập đều thất bại. Sự cộng sinh như thế này có rất nhiều trong thế giới động vật nguyên sinh.

Ở đây có vấn đề, nếu sự sống thực sự tiến hóa từng bước từ một sự sống nguyên thủy hơn, thì làm thế nào hai sinh mệnh không thể tách rời này tồn tại trước khi chúng gặp nhau? Nếu chúng bắt đầu hợp tác sau khi gặp nhau, thì theo lý luận đột biến gen ngẫu nhiên trong thuyết tiến hóa, làm thế nào mà hai sinh vật với hai bộ gen khác nhau này lại ngẫu nhiên biến đổi, cuối cùng lại trở thành đồng minh một cách thần kỳ? Hay là, chúng đã được tạo ra cùng một lúc ngay từ đầu?

Đó là tất cả cho câu chuyện ngày hôm nay. Trong mỗi một tế bào nhỏ bé của con người, có hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn phân tử protein khác nhau thực hiện nhiệm vụ của chúng dưới sự kiểm soát của DNA, số lượng tổng có thể lên tới hàng chục triệu. Các tế bào cứ vài phút đến một giờ lại phân chia một lần, hiệu suất sinh sản này nương nhờ rất nhiều “dây chuyền sinh sản” tiên tiến và phát triển trong tế bào, giống như một công xưởng quy mô lớn hiện đại tích hợp trí năng hóa, thông tin hóa, số hóa, có các hệ thống con với chức năng hoàn bị, phân công rõ ràng, chẳng hạn như nhà xưởng, thiết bị sản xuất, văn phòng đóng gói, trung tâm điều khiển, nền tảng thông tấn, hệ thống giao thông, trạm xử lý chất thải. Mà trình độ phức tạp của cơ thể người so với một tế bào còn cao siêu hơn không biết bao nhiêu lần.

Vậy thì, bạn có cảm thấy nhân loại chúng ta tiến hóa từ những con trùng đơn bào không?

Theo Epoch Times,
Hương Thảo biên dịch

Từ Khóa: