Sinh học trong thế kỷ 21

Tôi rất tự hào và biết ơn khi nhận giải thưởng của Viện AIBC, đặc biệt cùng với bạn tôi là Ledyard Stebbins, có thể là nhà thực vật học vĩ đại nhất của thế kỷ thứ 20. Tôi rất buồn khi biết bạn tôi đã mất vào tháng giêng. Cũng thật đáng mừng là bạn tôi đã kịp nhận vinh dự này vào cuối năm ngoái trong cuộc họp của Hội thực vật Mỹ. Trong dịp này, Ledyard đã giới thiệu sâu sắc các bước thử và các khó khăn của chủ nghĩa tiến hoá và chiến thắng vĩ đại cuối cùng của nó trong thế kỷ thứ 20.

Không phải chỉ sinh học tiến hoá mà toàn bộ sinh học đã chiến thắng trong nhận thức. Có thể là thích hợp trong dịp kỷ niệm này của AIBC khi nói ít lời về sinh học và tầm quan trọng của nó với loài người. Thật là nguy hiểm khi một chuyên viên đắm đuối vào các nghiên cứu hẹp của mình mà quên đi giá trị cuối cùng của các nghiên cứu đó.

Chúng ta kỷ niệm ngày lễ của AIBC bởi vì nó đánh dấu sự thống nhất của sinh học đã xuất hiện như một số lượng cực lớn các hội chuyên ngành từ sinh học phân tử tới một vài nhánh của sinh thái học, hệ thống học, sinh lý học, sinh học phát triển, sinh học tiến hoá, cổ sinh vật học, sinh học tập tính và nhiều nữa cùng với các tạp chí chuyên ngành, các hội, các thuật ngữ chuyên môn và các công trình của họ. Thành viên của phần lớn các hội này hầu như không quan hệ với thành viên của các hội khác. Chính là AIBS, hơn ở đâu hết, hình thành một tổ chức bao trùm nhiều lĩnh vực khoa học, thiết lập sự cố kết giữa các lĩnh vực chuyên ngành của sinh học.

Phần lớn các nhà sinh học hiện nay, đặc biệt là các nhà sinh học trẻ, có thể không nhận thức được đầy đủ là sinh học còn non trẻ như thế nào. Để hiểu điều đó chúng ta hãy lướt qua lịch sử của sinh học. Lĩnh vực đầy hứa hẹn này bắt đầu từ Arstotle vào thế kỷ thứ 3 trước công nguyên Aristotle đã là người phi thường, ông không chỉ là nhà tự nhiên học xuất sắc am hiểu đặc biệt về động vật biển mà còn hứng thú về sinh lý học và phôi sinh học. Tiếc thay bước đầu đầy hứa hẹn đó không được tiếp tục suốt 2000 năm tiếp theo. Trong các thế kỷ thứ 16, 17 và 18 đã có các cuộc cách mạng khoa học nổi tiếng được đặc trưng bằng các tên tuổi như Galileo, Kepler, Newton, Descartes. Trong cuộc cách mạng này đã có các phát minh vĩ đại về khoa học vật lý, còn sinh học lúc đó đang ở đâu?

Hẳn rằng đã có quan tâm đáng kể về thế giới sống nhưng không có một khoa học nào liên kết chúng ta lại. Đã từng có 2 nhóm, nhóm thứ nhất là các nhà tự nhiên học nghiên cứu tự nhiên trong tinh thần của thần học tự nhiên, đã khám phá ra điều hiển nhiên là tất cả sáng tạo của Chúa Trời trong thế giới sống đều gần như hoàn hảo. Các ghi chép của các nhà tự nhiên học này thể hiện sự hiểu biết đáng kể về lịch sử sự sống và sự thích nghi của các cơ thể sống nhưng vào thời đó không được coi là một khoa học. Y học là một pháo đài khác của Sinh học. Nó đã đạt các thành tựu xuất sắc trong các lĩnh vực như giải phẫu học (Vesalius) phôi sinh học ( Harvey ) và sinh lý học. Thực vật học đã phát triển mạnh trong giai đoạn này vì tất cả các thuốc được sử dụng trong y học đều bắt nguồn từ cây cỏ và sự định loại chính xác các thực vật có giá trị thực tiễn lớn. Tất cả các nhà thực vật lớn từ thế kỷ thứ 16 đến cuối thế kỷ thứ 18 đều là các bác sĩ y khoa, chỉ trừ trường hợp John Ray. Trong số này có cả Linné vĩ đại, thường được coi là người đặt cơ sở cho hệ thống học.

Khoảng năm 1800, có 3 tác giả, nhà động vật học người Pháp Lamrck và 2 người Đức, đưa ra thuật ngữ sinh học, là khoa học nghiên cứu thế giới sống. Các tác giả này yêu cầu sự phát triển như một khoa học, nhưng nó còn chưa tồn tại, sinh học vẫn chưa hình thành cho đến khi các kiến thức về thế giới sống được tích luỹ nhiều hơn. Các lĩnh vực quan trọng của sinh học được hình thành trong khoảng thời gian 38 năm từ 1828 cho đến 1866, phôi sinh học (Von Baer, 1828), tế bào học (Schwann-Schleiden, những năm 1830), sinh lý học (Wallace-Darwin, 1858-1859) và di truyền học (Mendel, 1866).

Vậy mà phải đến 75 năm sau mới có được sự tổng hợp thực sự. Trước đó những người nghiên cứu sinh học thực dụng (sinh lý học, phôi sinh học) bỏ qua các thành tựu của sinh học tiến hoá (và di truyền học) và ngược lại. Thật ra khởi đầu là các tranh luận lớn trong từng lĩnh vực. Cho đến khi sinh học tiến hoá được quan tâm vào các năm đầu của những năm 1930 đã có 2 trường phái. Một bên là các nhà di truyền học thực nghiệm quan tâm chủ yếu tới cơ chế tiến hoá và nghiên cứu biến dị trong quần thể cũng như khả năng đạt được và duy trì sự thích nghi. Bên kia là các nhà tự nhiên học, hệ thống học và cổ sinh vật học, khởi đầu quan tâm đến nghiên cứu đa dạng sinh vật như loài, hình thành loài và tiến hoá lớn. Trong các năm 1937 đến 1947 đã có được sự tổng hợp của 2 trường phái này bắt nguồn từ sự hiểu biết lẫn nhau quan điểm của từng trường phái. Kết quả là hình thành cái gọi là tổng hợp, thực tế là trở về với chủ nghĩa Darwin cổ điển, coi tiến hoá là biến dị và chọn lọc.

Sự kiện quan trọng tiếp theo là sự hình thành sinh học phân tử qua các phát hiện của Avery và của Watson và Crik, giữa các năm 1944 - 1953. Một số hy vọng rằng phát hiện này sẽ đưa đến cuộc cách mạng lớn trong sinh học tiến hoá nhưng điều đó đã không xảy ra. Điều mà sinh học phân tử đã có thể làm là phân tích ở mức phân tử chứ không phải là bác bỏ lý thuyết nền tảng của Darwin . Trên thực tế sinh học phân tử đã có đóng góp rất lớn cho các hiều biết về tiến hoá như vật chất di truyền là axit nucleic chứ không phải protein và mã di truyền là giống nhau cho mọi sinh vật từ vi khuẩn trở lên, cho thấy nguồn gốc chung của sự sống, nhưng nó không đụng chạm đến cơ sở của học thuyết Darwin. Có thể phần đóng góp lớn nhất của sinh học phân tử là đưa sức sống mới cho Sinh học phát triển, một lĩnh vực hầu như ngủ yên trong nhiều thập kỷ. Có thể nói 50 năm qua là kỷ nguyên của axit nucleic. Nhưng ADN chỉ phát ra các thông tin và các lệnh còn thực thi trong phát triển là các protein. Tôi dự đoán 50 năm tới sẽ ngày càng rõ là kỷ nguyên của protein. Các đồng nghiệp trong báo cáo của mình ở buổi gặp gỡ này sẽ cho chúng ta cặp nhật sự phát triển của các lĩnh vực năng động nhất khác của sinh học như sinh học thần kinh. Tôi xin phép không làm thay các đồng nghiệp.

Thay vào đó, tôi muốn đề xuất một số ý kiến về tương lai. Với tất cả các thành tựu này liệu tôi có sẵn sàng để nói rằng nhiệm vụ của sinh học đã kết thúc? Không, hoàn toàn không! Chắc chắn là khuôn khổ lý thuyết chính của sinh học hiện đại là cực kỳ to lớn. Ngay cả trong lĩnh vực sinh học nổi cộm như sinh học tiến hoá, cáclý thuyết mà chúng ta đang chấp nhận hôm nay cũng chỉ giống như lý thuyết ban đầu của Darwin . Tuy nhiên triết lý cơ sở của sinh học với mức độ phát triển của nó trong 50 năm qua, đã trở lên hoàn toàn khác với triết lý cổ điển của khoa học đã thịnh hành từ trường phái Vienna của Carnap và Neurath tới Popper và Kuhn. Một mặt nó loại bỏ tất cả các lý thuyết sinh thực luận và các quan điểm tương tự về thần học vũ trụ. Mặt khác nó loại bỏ mọi quan niệm bản thể luận, quyết định luận, giản hoá luận và thay vào đó là chấp nhận tần số của các hiện tượng ngẫu nhiên, các giải pháp số lớn, tầm quan trọng của tường thuật lịch sử, quan hệ nhân quả đa chiều, tư duy quần thể và tầm quan trọng lớn hơn của khái niệm so với các quy luật trong lý thuyết hình thành, sinh học mới đang trải qua một cuộc cách mạng trọn vẹn.

Còn nhận thức của chúng ta về các hiện tượng sinh học cơ sở thì như thế nào? Tôi có cảm giác rằng chúng ta tự cho rằng mình hiểu biết quá nhiều về các hiện tượng cơ sở. Hãy nói xem nơron đã hoạt động như thế nào và bản chất của các gen là gì? Các hệ thống phức tạp là nơi mà hiểu biết của chúng ta còn hạn chế.

Trước tiên phải kể đến hệ thống phát triển, sự phát triển của một hợp tử từ trứng thụ tinh cho đến khi kết thúc trưởng thành. Chúng ta còn vô số các điều cần tìm hiểu, không chỉ về tương tác giữa các dạng khác nhau của các gen, đặc biệt là các gen điều hoà mà còn là tương tác cảm ứng giữa các mô khác nhau.

Hệ thống phức tạp thứ hai mà hiểu biết của chúng ta còn rất hạn chế, như tất cả chúng ta đều biết, là hệ thần kinh trung ương.Tôi tự hỏi không biết đến bao giờ chúng ta mới biết tường tận các mối tương tác của 3 tỷ nơrôn trong hệ thần kinh trung ương của chúng ta mà mỗi nơrôn lại có hàng nghìn liên kết (các xináp) với các nơrôn khác. Tôi thấy thật kỳ diệu mà khi ở tuổi 95 tôi có thể sực nhớ ra tên của một người mà suốt 80 năm qua tôi không hề nghĩ đến. Rõ ràng là con đường trước mắt chúng ta còn dài để có thể hiểu được thế nào là trí nhớ.

Hệ thống phức tạp thứ 3 là hệ sinh thái, mối tương tác của hàng nghìn sinh vật, từ các cây khổng lồ cho đến các vi khuẩn bé nhất trong biota (khu sinh vật – ND) của một vùng và cái gì khống chế sự tồn tại, tần số và tương tác giữa chúng. Một tương lai rộng lớn đang ở phía trước để nghiên cứu ba hệ thống này.

Còn khả năng mà các thành tựu mới về kỹ thuật gen và công nghệ sinh học hiện đại giúp cho chính cuộc sống của mỗi chúng ta thì sao? Những nghiên cứu sinh học đang được tiến hành có thể đưa lại cho chúng ta những cơ hội gì và chúng ta phải đối mặt với những cái hoàn toàn mới và không mong muốn như thế nào? Đáng tiếc, quá nhiều người đã dùng khoa học viễn tưởng một cách nghiêm túc và tin vào các tính toán buồn cười về sự phát triển của tương lai. Họ sợ rằng các công nghệ gen sẽ tạo ra các quái thai và những cái không mong muốn khác. Tôi tin rằng không có cơ hội cho các điều đó xảy ra. Rõ ràng là các kỹ thuật hiện nay là để thay thế các gen khiếm khuyết, kể cả ngay trong dòng tế bào sinh. Tôi nói về các gen khiếm khuyết. Tuy nhiên hiện nay chúng ta vừa không có kiến thức, vừa không có phương pháp để làm cho con người thông minh hoặc vị tha hơn, và cả đần độn hơn hoặc độc ác hơn.

Trong những năm gần đây không có chủ đề nào được đề cập phi lý hơn là cloning. Nói về cả một quần thể của các bảng nhân (clon) Einstein là điều ngớ ngẩn. Một clon đơn độc trong một gia đình thỉnh thoảng có thể xảy ra nhưng clon này không sai khác đáng kể với hiện tượng sinh đôi cùng trứng trong một gia đình.

Khi suy nghĩ về tương lai của sinh học chúng ta hãy nghĩ đến lợi ích to lớn mà sinh học đã đưa lại cho loài người trong thời gian qua. Thực tế trong tương lai sinh học sẽ tiếp tục mang đến cho chúng ta các lợi ích bất ngờ tương tự, đặc biệt trong y học và nông nghiệp. Thành tựu của sinh học trong một trăm năm qua đã làm giảm mạnh tỷ lệ tử vong của trẻ sơ sinh và tăng gần gấp đôi tuổi thọ của con người.

Cho phép tôi kết luận. Sinh học đang sung sức và chắc chắn sẽ cho các thành tựu to lớn trong tương lai. Hơn thế, và đây có thể mới là kết luận quan trọng nhất của tôi, được là nhà sinh học thì hứng thú đến nhường nào!