TRUNG HỌC DUY TÂN - PHAN RANG

[Mây tím]

Nếu quay ngược thời gian, loài người sẽ không còn nữa? Điều gì sẽ xảy ra nếu thời gian bị quay ngược về một điểm tùy ý trong lịch sử tiến hóa của chúng ta và chiếc đồng hồ được khởi động lại? Nhà cổ sinh vật học Mỹ Stephen Jay Gould đã đưa ra thí nghiệm tư tưởng nổi tiếng này vào cuối những năm 1980 - và nó vẫn khiến các nhà sinh học tiến hóa ngày nay phải suy nghĩ. Humanity’s evolution has relied upon millions of random events and chance mutations, but natural selection also lends a guiding hand (Credit: Alamy) Tiến hóa tình cờ Gould tính toán rằng nếu thời gian quay trở lại, thì sự tiến hóa sẽ đưa sự sống vào một con đường hoàn toàn khác và con người sẽ không bao giờ tiến hóa lại. Trên thực tế, ông cảm thấy sự tiến hóa của loài người rất hiếm xảy ra đến nỗi khi chúng ta có thể phát lại cuốn băng sự sống một triệu lần và chúng ta sẽ không thấy bất cứ điều gì như Homo sapiens (người thông minh) xuất hiện trở lại. Lý luận của ông là các sự kiện tình cờ đóng một vai trò rất lớn trong quá trình tiến hóa. Chúng bao gồm các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt khổng lồ - chẳng hạn như vụ va chạm thiên thạch và phun trào núi lửa thảm khốc. Nhưng các sự kiện tình cờ cũng xảy ra ở cấp độ phân tử. Đột biến gene, vốn là nền tảng của sự thích nghi tiến hóa, tùy thuộc vào các sự kiện cơ hội. Nói một cách đơn giản, tiến hóa là sản phẩm của đột biến ngẫu nhiên. Một vài đột biến hiếm hoi có thể cải thiện cơ hội sống sót của một sinh vật trong một số môi trường nhất định so với các sinh vật khác. Sự phân ly từ một loài thành hai loài bắt nguồn từ những đột biến hiếm gặp như vậy vốn trở nên phổ biến theo thời gian. Nhưng các tiến trình ngẫu nhiên khác vẫn có thể tiếp tục can thiệp và có khả năng dẫn đến mất đi các đột biến có lợi và làm tăng các đột biến có hại theo thời gian. Theo tính ngẫu nhiên sẵn có này thì chúng ta sẽ có nhiều dạng sống khác nhau nếu phát đi phát lại đoạn băng cuộc sống. Tất nhiên, trên thực tế thì không thể quay ngược đồng hồ theo cách này. Chúng ta sẽ không bao giờ biết chắc khả năng chúng ta tiến hóa đến được như hiện nay cao như thế nào. Tuy nhiên, may mắn thay, các nhà sinh học tiến hóa thực nghiệm có phương tiện để kiểm nghiệm một số giả thuyết của Gould ở kính hiển vi với các vi khuẩn. Vi sinh vật phân chia và tiến hóa rất nhanh. Do đó, chúng ta có thể ngưng đọng hàng tỷ tế bào giống hệt nhau và lưu trữ chúng vô thời hạn. Điều này cho phép chúng ta lấy ra một nhóm nhỏ trong các tế bào này, tạo thách thức cho chúng phát triển trong môi trường mới và theo dõi những thay đổi thích nghi của chúng trong thời gian thực. Chúng ta có thể đi từ hiện tại và đến tương lai và sau đó quay lại bao nhiêu lần tùy thích - về cơ bản tức là phát lại đoạn băng cuộc sống trong ống nghiệm. Quy luật cố định Nhiều nghiên cứu tiến hóa vi khuẩn đã tìm ra, có lẽ khiến chúng ta ngạc nhiên, rằng sự tiến hóa thường đi theo những con đường có thể dự đoán được trong thời gian ngắn, với những đặc điểm và giải pháp di truyền giống nhau thường xuyên thường xuất hiện. Ví dụ, hãy xem xét một thí nghiệm dài hạn, trong đó 12 quần thể khuẩn E Coli độc lập được tạo ra bởi một lần nhân bản duy nhất, đã liên tục tiến hóa kể từ năm 1988 tới nay. Và như vậy chúng đã tạo ra hơn 65.000 thế hệ - trong lúc loài người chúng ta chỉ có 7.500 -10.000 thế hệ kể từ khi người Homo sapiens hiện đại xuất hiện. Tất cả các quần thể tiến hóa trong thí nghiệm này cho thấy sự thích nghi cao hơn, tăng trưởng nhanh hơn và các tế bào lớn hơn so với tổ tiên của chúng. Điều này cho thấy các sinh vật có một số hạn chế về cách chúng có thể tiến hóa. Có những lực tiến hóa giúp giữ cho các sinh vật tiến thẳng một đường không có gì lắt léo. Chọn lọc tự nhiên là 'bàn tay hướng dẫn' tiến hóa. Quy luật này thống trị giữa sự hỗn loạn của các đột biến ngẫu nhiên và thúc đẩy các đột biến có lợi. Điều này có nghĩa là nhiều thay đổi di truyền sẽ mất dần theo thời gian, chỉ những thay đổi nào phù hợp nhất mới trụ được. Điều này cũng có thể dẫn đến các giải pháp sinh tồn tương tự xảy ra ở các loài hoàn toàn không liên quan. Chúng ta tìm thấy bằng chứng cho điều này trong lịch sử tiến hóa khi các loài không có sự liên hệ gần gũi, nhưng cùng sống trong môi trường tương tự, cùng phát triển một đặc điểm tương tự. Bản quyền hình ảnh Getty Images Chẳng hạn như loài chim và khủng long bay đã tuyệt chủng cùng tiến hóa ở đôi cánh và cái mỏ đặc trưng, nhưng chúng không có tổ tiên chung. Vì vậy, về cơ bản, cánh và mỏ tiến hóa hai lần, song song với nhau, vì áp lực tiến hóa. Gene 'công tắc chính' Nhưng kiến trúc di truyền cũng rất quan trọng. Không phải tất cả các gene đều như nhau: một số gene có vai trò rất quan trọng so với gene khác. Các gene thường được tổ chức thành các mạng lưới tương tự như mạch điện được hoàn thiện với các công tắc dự phòng và 'công tắc chính'. Đột biến ở 'công tắc chính' tự nhiên sẽ dẫn đến thay đổi lớn hơn nhiều do tác động trực diện mà tất cả các gene dưới sự kiểm soát của nó đều bị ảnh hưởng. Điều này có nghĩa là một số vị trí nào đó trong bộ gene là tác nhân tiến hóa thường xuyên hơn hoặc có hiệu ứng lớn hơn so với những chỗ khác - kết quả tiến hóa mang tính thiên lệch. Nhưng vậy còn các định luật vật lý cơ bản thì sao - chúng có hỗ trợ tiến hóa đoán trước được không? Ở quy mô rất lớn thì có vẻ là có. Chúng ta biết nhiều định luật chi phối vũ trụ của chúng ta vốn là chắc chắn đúng. Chẳng hạn như nhờ có luật hấp dẫn mà chúng ta có được các đại dương, khí quyển dày và phản ứng tổng hợp hạt nhân dưới ánh mặt trời vốn đem đến cho chúng ta năng lượng dồi dào, và đó là một lực có thể dự đoán được. Các lý thuyết của Isaac Newton, dựa trên các lực xác định quy mô lớn, cũng có thể được sử dụng để mô tả nhiều hệ thống trên quy mô lớn. Chúng mô tả vũ trụ theo cách hoàn toàn có thể dự đoán được. Nếu quan điểm của Newton vẫn là tuyệt đối đúng thì sự tiến hóa của con người là điều tất yếu. Tuy nhiên, khả năng đoán trước dễ dàng này đã bị phá vỡ với sự phát hiện thế giới kỳ ảo nhưng mâu thuẫn của cơ học lượng tử trong Thế kỷ 20. Ở quy mô nhỏ nhất của phân tử và hạt, tính ngẫu nhiên thực sự đang phát huy - có nghĩa là thế giới của chúng ta không thể đoán định được ở cấp độ cơ bản nhất. Quy tắc không đổi Điều này có nghĩa là các quy tắc 'khái quát của sự tiến hóa sẽ vẫn như cũ cho dù chúng ta có phát lại đoạn băng sự sống đó bao nhiêu lần đi chăng nữa. Sẽ luôn có một lợi thế tiến hóa cho các sinh vật thu hoạch năng lượng mặt trời. Sẽ luôn có cơ hội cho các sinh vật sử dụng các loại khí dồi dào trong bầu khí quyển. Và từ những thích ứng này, chúng ta có thể dự đoán sự xuất hiện của các hệ sinh thái quen thuộc. Nhưng cuối cùng, tính ngẫu nhiên, vốn hiện diện trong nhiều quá trình tiến hóa, sẽ loại bỏ khả năng chúng ta nhìn thấy tương lai với sự chắc chắn hoàn toàn. Có một vấn đề trong thiên văn hoạt động được xem như sự so sánh tương tự thích hợp. Vào thời thập niên 1700, một viện toán học đưa ra giải thưởng cho ai giải được bài toán tam thực thể, tức là mô tả chính xác mối quan hệ lực hấp dẫn và quỹ đạo từ mối quan hệ đó của Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng. Người chiến thắng về cơ bản đã chứng minh rằng vấn đề không thể được giải quyết chính xác. Giống như sự hỗn loạn mà các đột biến ngẫu nhiên đưa đến, một chút lỗi khi bắt đầu tất yếu sẽ lan rộng, có nghĩa là bạn không thể dễ dàng xác định ba thực thể này sẽ có kết cục như thế nào trong tương lai. Nhưng với tư cách là thực thể chi phối, Mặt Trời áp đặt quỹ đạo của cả ba đến một mức độ có thể cho phép chúng ta thu hẹp các vị trí có thể có của các thực thể trong một phạm vi cố định. Điều này rất giống như bàn tay hướng dẫn của sự tiến hóa, vốn buộc các sinh vật thích nghi vào các con đường quen thuộc. Chúng ta có thể không hoàn toàn chắc chắn chúng ta sẽ trở thành thế nào nếu quay ngược trở thời gian, nhưng những con đường có sẵn cho các sinh vật tiến hóa còn lâu mới là vô tận. Và do đó có lẽ con người sẽ không bao giờ xuất hiện nữa, nhưng có khả năng là cho dù bất cứ thế giới xa lạ nào thay thế thế giới chúng ta, đó sẽ là một thế giới quen thuộc. James Horton và Tiffany Taylor