Sự sống kỳ diệu của tế bào

Hiếm có thứ gì khó hiểu như tế bào. Vào thế kỷ 17, khi nhà vi sinh vật học người Hà Lan Antonie van Leeuwenhoek khám phá khoảng không ẩn giấu trong một giọt nước, ông đã ngạc nhiên trước những “vi sinh vật” nhỏ bé sống trọn cuộc đời chúng ở đó, tất cả chúng đều làm việc có mục đích.

Bất chấp tất cả những khám phá sâu sắc của chúng ta về cảnh quan thành phố của tế bào, hành vi của những động vật nguyên sinh này vẫn hấp dẫn và gần như bí ẩn đối với chúng ta ngày nay. Liệu những đốm nguyên sinh chất cực nhỏ này có biết chúng đang làm gì khi rượt đuổi và tiêu thụ lẫn nhau không? Chắc chắn là không!

Nhưng đối với con mắt ngây thơ của chúng ta, có vẻ như chúng biết - như thể những sinh vật nhỏ bé này cũng có hy vọng, sợ hãi và nỗi đau của riêng mình.

Như thể chúng cảm thấy vui mừng hay nhẹ nhõm khi thoát khỏi bộ hàm quay cơ học của một loài săn mồi cực nhỏ đang xoay tròn.

Sự sống tinh vi ở không gian siêu nhỏ bé hấp dẫn loài người. Ảnh: Progressive Sports.

Khoảng 350 năm sau van Leeuwenhoek, giờ đây chúng ta đã biết hầu hết các bộ phận quay tròn này làm gì, cấu tạo của chúng ra sao, chúng hoạt động như thế nào. Chúng ta đã tách chúng ra, bằng máy ly tâm hoặc bằng nhíp quang học, đọc mã xác định cấu trúc của chúng, giải mã các vòng điều hòa dường như quyết định phương hướng mục đích của chúng, liệt kê tất cả các bộ phận của chúng.

Tuy nhiên, bên dưới tất cả những điều đó, chúng ta hầu như không thể hiểu được điều gì đã thổi sức sống mãnh liệt vào vi sinh vật nhỏ bé tạo ra vật chất này. Chúng đã xuất hiện trên Trái đất vô cơ cằn cỗi này như thế nào? Những lực lượng nào phối hợp tạo ra hành vi tinh tế và chính xác của chúng? Chúng có trải nghiệm bất kỳ cảm giác nào không?

Trong nhiều thập kỷ, sinh học bị chi phối bởi thông tin - sức mạnh của gene. Tầm quan trọng của gene là không thể nghi ngờ, tuy nhiên không có sự khác biệt nào về nội dung thông tin của một động vật nguyên sinh còn sống và một động vật nguyên sinh mới chết không lâu. Sự khác biệt giữa sống và chết nằm ở dòng năng lượng, ở khả năng liên tục tự tái tạo của tế bào từ những viên gạch cơ bản hơn của chúng.

Nếu có một quan điểm từ sinh học hiện đại thì đó là thông tin di truyền định hình dòng năng lượng và vật chất. Theo sự phỏng đoán gần đúng đầu tiên, sinh học được hiểu dưới dạng mạng lưới thông tin và hệ thống điều khiển. Ngay cả các định luật nhiệt động lực học chi phối hành vi của phân tử cũng như sự tương tác và phản ứng của chúng cũng có thể được diễn đạt lại dưới dạng thông tin - Shannon entropy, định luật về các bit thông tin.

Nhưng quan điểm này tạo ra nghịch lý riêng về nguồn gốc của sự sống - tất cả những thông tin này đến từ đâu? Trong lĩnh vực sinh học, chúng ta đã có một lời giải thích đơn giản: chọn lọc tự nhiên sàng lọc những khác biệt ngẫu nhiên, ưu tiên những gì hiệu quả, loại bỏ những gì không hiệu quả, từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Thông tin cứ thế dần tích lũy theo chức năng. Chúng ta có thể ngụy biện về các chi tiết, nhưng không có khó khăn gì về mặt khái niệm ở đây. Tuy nhiên, về nguồn gốc của sự sống, quan điểm này sẽ không có tác dụng. Đặt thông tin vào trung tâm của sự sống sẽ nảy sinh vấn đề với sự xuất hiện của chức năng, tức là nguồn gốc của thông tin sinh học.

Không chỉ vậy, còn có vấn đề trong việc tìm hiểu quỹ đạo rắc rối của sự tiến hóa, đặc biệt là độ trễ kéo dài giữa những thay đổi đột ngột, chẳng hạn như sự xuất hiện của động vật trong sự bùng nổ Cambri, bất chấp việc liên tục khám phá trình tự di truyền - thông tin - trong suốt cuộc đời. Cũng có những vấn đề trong việc tìm hiểu lý do chúng ta già đi và chết, tại sao chúng ta vẫn mắc các bệnh như ung thư, bất chấp hàng thập kỷ nghiên cứu, và cơ bản nhất là tại sao những trải nghiệm chủ quan có thể làm nảy sinh tâm trí có ý thức.

Nghĩ về sự sống chỉ dưới dạng thông tin có sẵn là một sự sai lệch. Việc tìm kiếm các định luật vật lý mới để giải thích nguồn gốc của thông tin là đặt ra câu hỏi sai, mà không thể đưa ra câu trả lời chính xác vì không có ý nghĩa. Một câu hỏi hay hơn nhiều đã có từ những năm đầu hình thành của ngành sinh học: điều gì làm tế bào sống động và phân biệt chúng với vật chất vô sinh?

Có ý kiến cho rằng có một sinh lực, rằng sự sống về cơ bản khác với vật chất vô sinh, đã bị bác bỏ từ lâu và giờ chỉ được đưa ra như một đối tượng để công kích - mặc dù đó là một ảo tưởng dễ hiểu đối với bất kỳ ai chia sẻ niềm đam mê của van Leeuwenhoek về các vi sinh vật náo nhiệt.

Tuy nhiên hóa sinh - ngành học của tôi, nghiên cứu về dòng năng lượng và vật chất qua tế bào - với một vài ngoại lệ đáng chú ý, đã hoàn toàn bỏ qua việc dòng chảy không ngừng nghỉ này phát sinh như thế nào, hoặc cách mà dấu ấn nguyên tố của nó vẫn có thể quyết định sự sống và cái chết của tế bào ngày nay, cùng với các sinh vật mà chúng tạo thành. Bạn và tôi.

Nick Lane/NXB Trẻ