Sinh học ngày mai sẽ như thế nào

Gene likens: Các nguồn phát sinh năng lượng, các chu kỳ sinh địa hóa và các hệ sinh thái.

So với sinh học tiến hóa, khoa học về hệ sinh tháicòn rất trẻ. Theo Gene Likens, người sáng lập, giám đốc và chủ tịch của Viện nghiên cứu hệ sinh thái ở Millbrook, New York “ Sự phát triển của cách tiếp cận hệ sinh thái và dùng nó để hiểu và xử lý các vấn đề về môi trường là một trong các tiến bộ lớn của sinh học trong 50 năm qua”.

Cũng như các nhà sinh học khác, các nhà khoa học về hệ sinh thái đang đối mặt với nhiều thử thách. Theo Likens một trong các thử thách lớn lao nhất là đối phó với tính phức tạp của hệ sinh thái. Một vài thử nghiệm đáng kể gần đây để gỡ rối tính phức hợp sinh thái là tìm ra các yếu tố làm nảy sinh mưa axit (lĩnh vực đi đầu của Likens) và nghiên cứu các thành phố như là một hệ sinh thái.

Chính sự phức hợp đòi hỏi các nhóm nghiên cứu không chỉ là đa ngành mà phải là liên ngành, thường bao gồm cả các cách tiếp cận kinh tế học, xã hội học, văn hóa học cũng như các lĩnh vực khoa học khác. Likens nhấn mạnh “ thiết lập một đội ngũ làm việc có hiệu quả là một trong các thách thức lớn nhất mà chúng tôi gặp phải” và nhiều nhà sinh học không dành nhiều suy nghĩ và nỗ lực cho nó. Ông đề nghị các cách để đối mặt với thách tức này, trong đó có đào tạo các nhà lãnh đạo nhóm, các cố vấn giỏi từ các thành viên giàu kinh nghiệm cuả nhóm, sự ủng hộ mạnh mẽ của bộ phận quản lý và sự trao đổi cởi mở trong các thành viên của nhóm về các điểm xuất phát như sự quản lý về thời gian, trách nhiệm cá nhân, quyền ưu tiên, sự cởi mở và niềm tin cậy.

Có các thách tức quan trọng khác đang đối mặt với các nhà sinh thái học về hệ sinh thái. Likens nói về thu lượm và kiểm tra các dẫn liệu dài ngày; nghiên cứu tương tác trong khung không gian rộng, từ vùng cảnh quan tới phạm vi toàn hành tinh; đánh giá tương tác giữa các hệ sinh thái không khí, đất, nước ngọt và biển để hướng dẫn cho các quyết định về quản lý và đạt được sự hiểu biết tốt hơn về vận hành của hệ sinh thái và thay đổi của nó trong một thế giới đang phát triển. Quản lý tác động lên hệ sinh thái của các loài ngoại lai, bảo vệ nguồn nước và đạt được sự hiểu biết về sinh thái cũng là các vấn đề quan trọng.

Likens nói: “ Chưa bao giờ mà các nhà sinh thái học về hệ sinh thái cần phải sáng tạo, đổi mới, chủ động và năng nổ để đương đầu với các thách thức của 50 năm tới như hiện nay”. Đối mặt với các thách thức này, các nhà khoa học về hệ sinh thái sẽ cần phải tập trung nhiều hơn vào sử dụng các lợi thế của các công cụ mới do công nghệ phát triển đưa lại. Họ cũng cần tập trung và xác định các vấn đề cơ sở; dùng cách tiếp cận định lượng để nghiên cứu hệ sinh thái và liên kết trong phạm vi rất rộng; chấp nhận rủi ro đối với tư tưởng và cách tiếp cận mới và "đào tạo cho tương lai chứ không phải cho quá khứ".

Marvalee Wake: Các cơ thể và Các sơ đồ cơ thể

Khi đến với tương lai của sinh học phát triển và hình thái học, các thách thức chính là hình dung “ các cơ thể và các sơ đồ cơ thể đã hình thành như thế nào về phương diện phát triển và tiến hóa; chúng tương tác với nhau như thế nào và chúng thay đổi như thế nào” phát biểu của bà Marvalee Wake, chủ nhiệm của bộ môn Sinh học tích hợp của ĐHTH California - Berkeley. Bà tiên đoán rằng “ cuộc kết hôn nổi tiếng gần đây của phát triển và tiến hóa sẽ trở thành một cuộc đa hôn phối của cả hình thái học và sinh thái học, tập tính học và cả một vài lĩnh vực khác trong cách tiếp cận tích hợp để hiểu và thừa nhận cơ sở của tính phức hợp và sự thay đổi trong các sinh vật và cả trong hệ sinh thái”.

Wake bàn luận về một vài lĩnh vực giáp ranh trong nghiên cứu phát triển và hình thái. Các lĩnh vực này bao gồm khai thác các giả thiết cho rằng các giai đoạn phát triển là mục tiêu của chọn lọc tự nhiên và “ một sơ đồ cơ thể là nơi làm tổ của nhiều sơ đồ cơ thể khác và đặc trưng cho tiến hóa của một dòng”; tiến hành các nghiên cứu so sánh các sinh vật không phải là mẫu; nghiên cứu các tương tác giữa phát triển, hình thái và môi trường và soi sáng các nguyên lý chuyển vận của động vật, một lĩnh vực tích hợp giữa hình thái học, cơ sinh học, thiết kế mỹ thuật và vật lý học, giúp phát triển rôbốt có thể đi và thậm chí có thể bay được.

Các nỗ lực trong hình thái học và phát triển có thể giúp đối mặt với một vài thách thức trung trong sinh học, như là đưa các kiến thức mới góp phần một cách thích đáng và trực tiếp vào hoạt động xã hội và các lĩnh vực tích hợp “ trongmột khung đỡ để bắt đầu tạo ra các nguyên lý sáng sủa hơn của sinh học”. Cho dù Sinh học phát triển và Hình thái học đã tham gia đáng kể vào Y học, bao gồm các nguyên liệu mới trong hồi phục xương và cải tiến các thiết bị giả, vẫn còn thiếu tiềm năng khác, bởi vì "chúng ta thường quá tập trung vào một loài hoặc suy nghĩ theo từng giai đoạn mà không liên tục". Wake cũng lưu ý rằng, cũng như trong các lĩnh vực khác, công nghệ sẽ tiếp tục cho các ứng dụng và thiết bị mới để nghiên cứu tổng hợp hoặc tích hợp phát triển và hình thái học.

Sự phát triển liên tục và ngày càng nhanh của công nghệ mới và các tư tưởng mới để ứng dụng chúng và để xúc tiến quan điểm khoa học phải phục vụ lợi ích của xã hội. Wake cho rằng cần phải có một hệ thống mạnh về giáo dục khoa học, một hệ thống trong đó thầy giáo phải có kiến thức khoa học ạâp nhật và vững chắc “ ai có thể vượt xa hơn sự kiện, người đó mới có thể tích hợp và tiếp cận chuyên ngành”.

Wake cho rằng kết quả sẽ là tạo ra được một quần chúng thoáng hơn và có trình độ khoa học cao hơn không phải chỉ để hiểu các sự kiện khoa học mà còn để thừa nhận con đường phát triển của nó. Hy vọng của bà là một quần chúng như vậy "sẽ thúc đẩy khoa học phục vụ cho lợi ích của xã hội" và sẽ hiểu được lợi ích không riêng gì của loài Người mà của mọi sinh linh trên Quả Đất.

Lynn Margulis: Từ thế giới vi sinh đến Nữ thần Gaia

Lynn Margulis nhấn mạnh: “ Chúng ta cần thay đổi cách nhìn toàn cảnh đối với Quả Đất, như nhà du hành nhìn Quả Đất từ Vuc trụ... Khi nhìn từ vũ trụ Quả Đất có diện mạo và mối quan hệ với chúng ta khác với khi chúng ta đứng trên nó”.

Margulis, giáo sư lỗi lạc của ĐHTH Massachusetts Amherst, người mà chủ tịch ABIS Alan Covich gọi là “ nhà tổng hợp vĩ đại” nói với cử tọa về một chuyến đi từ Nữ thần Gaia “ Quả đất sống là một hành tinh” đến thế giới của vi sinh vật và nhỏ hơn nữa. Bà giải thích rằng giả thuyết Gaia do nhà khoa học người Anh James Lovelock đề xuất trong các năm 1970, coi Quả Đất như một hệ thống sinh lý mà nhiệt độ, thành phần các khí hoạt động và hóa học bề mặt đã được môđun hóa bằng toàn bộ sinh vật trên Quả Đất - một tầm nhìn mà bà đã đi tiên phong và quán xuyến nó trong suổt các công trình nghiên cứu của mình.

Nhân vật chính lưu giữ sinh lý học Quả Đất là thế giới vi sinh vật bao gồm tiền nhân như vi khuẩn và nguyên sinh vật, các nhân chuẩn đầu tiên. Margulis chia sẻ quan điểm của mình về thế giới các sinh vật bé nhỏ không nhìn thấy này nhờ một máy video mà bà và con trai Dorion Sagan cùng sinh viên của bà tạo ra. Bà nhấn mạnh các nhà sinh học cần nghiên cứu các sinh vật quan trọng bị bỏ quên. Mục đích của bà là: “ mô tả những người bạn gắn bó với hành tinh đã không may không còn đại diện trên tòa nhà Quốc hội Hoa Kỳ hay một nơi khác nào đó”.

Margulis cũng nói về thuyết nội cộng sinh của bà về nguồn gốc nhân chuẩn, tuy đã có lần gây tranh luận nhưng bây giờ đã được thừa nhận rộng rãi. Theo thuyết này nhân chuẩn đã xuất hiện nhờ có các thể cộng sinh tiền nhân rồi sau đó trở thành các cơ quan tử của nó.

Với thính giả rộng rãi Margulis đề xuất “ chúng ta đều là các thể cộng sinh trên một hành tinh cộng sinh và Quả đất là cộng sinh nếu nhìn từ khoảng không vũ trụ. Độc lập khỏi sinh quyển đối với tất cả mọi dạng sống có nghĩa là chết, nhưng tôi không biết chúng ta đang dạy quan điểm khoa học cho các bạn đồng hành với hành tinh của chúng ta dựa trên sinh thái học và tiến hóa như thế nào”.

Gordon Orians: Tập tính, Sinh thái học vào Tiến hóa

Gordon Orians, giáo sư Động vật học danh dự của ĐHTH Washington đã khai thác các thử thách nảy sinh khi tích hợp các kết quả nghiên cứu tập tính động vật và sinh thái học với tiến hóa. Ông cho rằng để có thể tích hợp tốt hơn các khoa học này chúng ta cần hiểu “ các cái bóng”, tức là các dấu vết còn tồn tại của các thử nghiệm của quá khứ đã gắn chặt trong hệ thần kinh. Nó bao gồm, như ông nói “ cái bóng của quá khứ ăn thịt, cái bóng của hỗ sinh (và) cái bóng của quá khứ phát triển”.

Sinh vật chịu một số lượng thông tin khổng lồ từ môi trường tác động, nhưng không phải tất cả các thông tin này đều có giá trị như nhau. Như vậy “ chọn lọc tự nhiên là quan tòa tìm ra các thông tin quan trọng”. Nói cách khác sinh vật có khả năng trả lời một cách chọn lọc các tác động của môi trường (có thể do sự khác nhau trong hệ thần kinh và trong cấu trúc giác quan của chúng) sẽ cho các thế hệ tiếp theo trả lời tốt hơn so với các sinh vật trả lời không thích đáng.

Các nhà nghiên cứu đối mặt với 2 thử thách lớn để có thể hiểu tốt hơn các phân tích tiến hóa theo kiểu vốn - lãi cặn kẽ như vậy. Orian đề xuất: Họ cần phải phát triển cách tiếp cận định lượng để thiết kế đường cong vốn - lãi (cost - benefit curves) cho các sinh vật trong phổ thay đổi rộng của môi trường, và phải đưa được yếu tố di truyền vào mô hình vốn - lãi. Trong nhiều trường hợp điều này khác xa với phân tích dựa thuần túy trên kiểu hình.

Một vài vấn đề quan trọng cho tương lai mà Orians đề cập là làm rõ tập tính của động vật đã ảnh hưởng tới cấu trúc và vận hành của hệ sinh thái như thế nào, hình dung được mức độ mà tập tính có thể điều khiển hoặc hạn chế tiến hóa và xác định được nghiên cứu tốt hơn về tập tính của tiến hóa trong tương lai xa như thế nào, khó khăn đặc biệt là, như ông nói “ do chỗ (nếu không kể một số ngoại tệ) tập tính không để lại dấu vết bằng háo thạch”.

Một vấn đề then chốt khác là đánh giá vai trò của tiến hóa trong "cách sử dụng đúng" của các sinh vật. Ví như, làm thế nào bướm chúa (Danaeus), mà thế hệ nào cũng di cư theo một đường nhất định, biết được là chúng đi đến đâu? Và vì sao chim sáo cánh đỏ (chủ đề nghiên cứu hứng thú của Orians) biết được các hạt ưa thích khi chúng tìm thức ăn?

Orians tin rằng thách thức lớn nhất đối với tất cả chúng ta là đưa tập tính của loài người vào khung tiến hóa, một cách tiếp cận về bản chất của lĩnh vực nghiên cứu đầy nghịch lý như tâm lý học tiến hóa. Nhiều nhà nghiên cứu vẫn không tin rằng tiến hóa giữ vai trò quan trọng trong xác định tập tính của loài người. Và mặc dù chúng ta rất lạ lùng về thói quen của chính chúng ta, con người rất khó nghĩ rằng thói quen của chính họ được chương trình hóa trước trong tiến hóa, bởi vì chính cách suy nghĩ đó mâu thuẫn với khả năng tự do trong phán quyết của chính mình.

Daniel Janzen: Sự tích hợp lộn xộn của Đa dạng sinh vật hoang dã nhiệt đới với xã hội .

Ernst Mayer nhấn mạnh các thói quen bảo tồn có ý thức (conservation - minded bihavior) chưa bao giờ đến với con Người một cách tự nhiên. Daniel Janzen, giáo sư sinh học ở ĐHTH Pennsylvania đồng ý “ Không có và sẽ không bao giờ có một sự tích hợp trơn tru của bảo vệ sinh học với xã hội. Nó sẽ là một trong các cú sốc lớn không chấp nhận nổi”. Janzen rút ra kết luận đó sau 15 năm tiến hành công việc bảo tồn ở Costa Rica cùng với vợ và nhà sinh học nhiệt đới Winnie Hallwachs.

Janzen bàn về nhu cầu “ hòa trộn 3 truyền thống đã có từ lâu (về đa dạng sinh học) là hiểu biết nó, cứu vớt nó và sử dụng nó thành một”. Điều đó thuyết phục cho xã hội thấy bảo vệ đa dạng sinh học là quan trọng. Trong một công trình của ông trong Vùng bảo vệ Guanacaste ở Costa Rica, ông lưu ý tới “ phát triển đa dạng sinh học” như là con đường có thể đạt tới đích này.

Phát triển đa dạng sinh học làm nảy sinh ý nghĩ về rừng mưa hoặc các khu vực hoang dã khác là vùng chứa hàng ngàn thu hoạch. Các thu hoạch này, theo phát biểu của Janzen “ không gọn gàng như các luống cải bắp hay cà rốt trong vườn nhưng chúng hiện hữu ở đó”. Sản phẩm tiềm năng của các “ vườn đất hoang” là du lịch sinh thái, là giáo dục sinh học cho học sinh, nâng cao hiểu biết sinh học cho quần chúng; quản lý đa dạng sinh học, cũng là công việc của người dân trong vùng, hoạt động như những nhà phân loại nghiệp dư hoặc những người thăm dò đa dạng sinh học và những người quản lý hệ sinh thái.

Janzen cho rằng nếu chúng ta tìm được con đường mà đa dạng sinh học có thể cho điều mà xã hội muốn và có thể thuyết phục xã hội hiểu được và chi cho hoạt động quản lý này, chúng ta sẽ có cơ hội tốt hơn để đạt được đích cuối cùng của bảo vệ đa dạng sinh học. Ông nói “ Chúng ta không làm cái này để làm giàu mà làm theo yêu cầu của con người” trên hành tinh của chúng ta.

Trong các, phương tiện có thể giúp chúng ta trong lĩnh vực này có cách tiếp cận của nông nghiệp truyền thông, như trả lại độ che phủ cho đất hoang bằng cách trồng các cây chóng lớn cung cấp gỗ, sợi và tạo bóng râm để cây tầng dưới có thể mọc thay cỏ dại. Máy tính cũng có thể có vai trò quan trọng để tạo ra các “ trang vàng giới thiệu các loài trong đất hoang cần được bảo vệ” dưới dạng trang Web chứa hàng trăm đến hàng ngàn tệp dữ liệu tích hợp. Còn có các phương tiện khác khó sử dụng hơn nhưng cần thiết như luật khoa học, phân vùng, tiếp thị, phi tập trung hóa, dân chủ hóa và tổ chức hợp tác hữu hiệu.

Janzen lưu ý tới các ý kiến cho rằng Costa Rica là địa phương lý tưởng mà ở đó có thể khai thác cách tiếp cận phát triển sinh học cho việc bảo tồn, không dùng được cho các vùng khác có các vấn đề phức tạp hơn. Mặc dầu thừa nhận Costa Rica là một trường hợp riêng. Ông nói: “ Điều rút ra được từ Costa Rica là về quan điểm”. Đó là một hệ thống mà trong đó chúng ta có thể thử nghiệm các cách tiếp cận khác nhau để thấy được chúng hoạt động như thế nào trong phạm vi tương đối bé. Và Janzen kết luận, các nhà sinh học cần khẩn trương tiếp tục các cách tiếp cận này. “ Một vùng đất hoang được bảo vệ, nếu nó không có vị trí trên bàn thương lượng, thì nó sẽ chết”.

Edward O. Wilson: Sinh học và các khoa học nhân văn

Trong bài phát biểu của ký họp tổng kết, Edward O. Wilson, giáo sư ĐHTH Harward đã đề xuất sự tích hợp lớn nhất, mà cũng là gây tranh cãi nhiều nhất. Ông bắt đầu điểm 4 lĩnh vực lớn của sinh học cá thể và tiến hóa, bao gồm hệ gen học tiến hóa, protein học tiến hóa, nghiên cứu đa dạng sinh học và sinh thái học quần xã, lĩnh vực mà theo ông bao gồm “ một số lĩnh vực khó khăn nhất trong tự tổ chức tính phức hợp”.

Điểm chủ chốt trong phát biểu của Wilsonlà “ liên kết giữa sinh học với khoa học xã hội và khoa học nhân văn”, một “ thế giới quan siêu hình” mà Wilson đã gọi là consilience hay là đơn vị kiến thức. “ Consilience là mối liên kết chặt chẽ giữa các lời giải thích nhân và quả qua các lĩnh vực khác nhau của khoa học”. Wilson giải thích “ Hiện nay chúng ta đang lựa chọn giữa thử tạo ra một bên là các nhánh lớn khoa học tự nhiên, khoa học xã hội và khoa học nhân văn trong liên kết học tập "learning consilient...” và bên kia là không thử tạo ra cho chúng các liên kết đó”. Theo Wilson, ít nhất “ sự liên kết rộng rãi là đáng giá cho một thử nghiệm nghiêm túc”.

Đạt được sự liên kết sẽ là điều khó khăn nhẩt nhưng cũng có thể là điều ích lợi nhất, khi đụng chạm tới các vấn đề của cuộc sống đích thực, như quản lý rừng sẽ kéo theo các lĩnh vực rất xa nhau như môi trường, kinh tế, bản chất nhân văn và đạo đức. Wilson nói “ điểm trung tâm của vấn đề là niềm tin chung rằng con đường ngăn cách giữa một bên là khoa học tự nhiên và bên kia là các khoa học xã hội nhân văn là giả tạo”. Theo Wilson “ Có phải chăng là cuối cùng chúng ta bắt đầu hiểu rằng đường phân cắt đó hoàn toàn không tồn tại. Thay cho nó là một lĩnh vực rộng mở của các hiện tượng vật chất mà hiểu biết của chúng ta về nó còn quá nghèo nàn đang chờ sự nghiên cứu phối hợp từ cả hai phía”. Ông lưu ý “ 4 lĩnh vực ranh giới” của sinh học mà chúng ta đang liên kết chúng lại: khoa học thần kinh nhận thức, di truyền học tập tính, khoa học về môi trường và sinh học xã hội hay tâm lý học tiến hóa.

Wilsoncũng mô tả một vài lĩnh vực có tính dự báo như tiến hóa của di truyền và của văn hóa có nhiều điểm liên kết. Nó là cơ sở của các xét đoán thẩm mỹ tức là con người đã nghĩ về vẻ đẹp như thế nào. Một lĩnh vực khác được mở ra cho cách tiếp cận liên kết là “ yêu sự sống (biophilia) - sự liên kết có tính bẩm sinh giúp con người tìm kiếm các sinh vật khác hoặc là tìm đến thế giới tự nhiên một cách rộng rãi hơn”.

Với những người cho rằng bất chấp quan niệm liên kết đúng hay sai, sự liên kết cũng không đạt được bởi vì khoảng trống không có cầu nối giữa các lĩnh vực hoặc giữa các đặc điểm của các hệ thống phức tạp không bao giờ giảm sút. Wilson nói: “ câu trả lời của tôi đối với những người chống giản hóa triệt để là... giản hóa bao giờ cũng đồng hành với tích hợp và tổng hợp; là khoa học luôn có 2 mặt... Đúng là dùng giản hóa luận sẽ đơn giản hơn nhiều ở các bước đầu tiên nhưng một đôi khi có vẻ như là một khoa học nào đó là chủ yếu nếu không phải là trọn vẹn - nhưng điều đó ngược với thực tế”.

Với Wilson “ giá trị của chương trình liên kết... là rốt cuộc khoa học đã xuất hiện và phát triển đến mức gặt hái được hoặc thiết lập được chân lý của một đơn vị kiến thức cơ sở (đúng như trong thời đại Phục hưng vào cuối thế kỷ thứ 18 ở Châu Âu) hoặc là ý tưởng bị loại bỏ. Tôi nghĩ rằng chúng ta đang trên con đường thiết lập nó”.

Các nhận xét của Wilson có thể là con đường phù hợp để khuấy động cuộc gặp mặt, hướng vào tìm một cơ sở chung nhưng cũng làm lộ ra các rào chắn để làm điều đó. Rõ ràng là các nhà sinh học đang đấu tranh cho một sự cần thiết và một khả năng để bằng mọi cách tích hợp trên nhiều bình diện và một số đã có tiến bộ trong quan điểm này. Tuy nhiên, cũng như trong mọi khoa học vẫn có nhiều tranh luận cần được giải quyết và vẫn còn nhiều thách thức làm bận rộn một cách đầy hứng thú các nhà sinh học cho một tương lai đã có thể tiên đoán.