Một trò đùa vũ trụ có các nhà khoa học lăn trên lối đi
There is a “thing” I refer to as vũ trụ hài hước, others may refer to it as a Cosmic Joke. There have been times in all of our lives when we thought we knew exactly how some event or incident was going to turn out. We could be so convinced that we “knew” what was going to happen, that we would have bet the family farm and the kitchen sink on the outcome of the event. It is at moments like this, when the Universe surprises us by taking a left turn instead of a right.
While in most cases such a turn of events may evoke anger, disappointment or disillusion, I usually respond by shaking my head in profound awe of the perverse nature of Universe Humor. Here I thought I knew exactly how things would turn out and then find myself surprised, the wind knocked out of me. In wonder, I must rethink and reconsider the beliefs I held that led me to my faulty conclusion.
Thời Gian vũ trụ hài hước hits an individual, recognition of their astonishing lack of awareness may provoke a profound change in their life. On an individual level, each must reconsider their own beliefs in order to accommodate the surprising observations.
In contrast, the course of human history is radically altered when vũ trụ hài hước undermines a “core belief” that is part of the fabric of the entire society. Consider how the course of human history changed when the belief that the world was flat was challenged by the circumnavigation of the globe?
Năm 1893, chủ tịch khoa vật lý của Đại học Harvard cảnh báo sinh viên rằng không cần phải có thêm bằng tiến sĩ trong lĩnh vực vật lý nữa. Ông khoe khoang rằng khoa học đã chứng minh được thực tế rằng vũ trụ là một cỗ máy vật chất, bao gồm các nguyên tử vật chất, không thể phân chia và tuân thủ đầy đủ các định luật Cơ học Newton. Vì tất cả các định luật mô tả của vật lý đều “đã được biết”, nên tương lai của vật lý sẽ phụ thuộc vào việc thực hiện các phép đo ngày càng tinh vi hơn.
Hai năm sau, khái niệm của Newton về vũ trụ chỉ có vật chất bị lật đổ khi phát hiện ra các hạt hạ nguyên tử, tia X và chất phóng xạ. Trong vòng mười năm, các nhà vật lý đã phải loại bỏ niềm tin cơ bản của họ vào vũ trụ vật chất vì người ta thừa nhận rằng vũ trụ thực sự được tạo thành từ năng lượng mà cơ chế của nó tuân theo các định luật Vật lý Lượng tử. Đoạn hài hước nhỏ bé đó của Vũ trụ đã thay đổi sâu sắc tiến trình của nền văn minh, đưa chúng ta từ động cơ hơi nước đến tàu tên lửa, từ điện báo đến máy tính.
Chà…kẻ chơi khăm vũ trụ lại xuất hiện!
Như đã từng làm vài lần trước đây, biểu hiện này của vũ trụ hài hước đảo ngược niềm tin cơ bản nền tảng của khoa học thông thường. Trò đùa được thể hiện trong kết quả của Dự án Bộ gen Người. Trong tất cả những ồn ào về việc giải trình tự mã di truyền của con người và bị cuốn vào thành tựu công nghệ rực rỡ, chúng tôi đã không tập trung vào “ý nghĩa” thực sự của các kết quả.
Một trong những niềm tin cốt lõi và quan trọng nhất trong sinh học thông thường là các đặc điểm và đặc tính của sinh vật được “kiểm soát” bởi gen của chúng. Niềm tin này được thể hiện trong khái niệm về tính quyết định di truyền, giáo điều thông thường được cung cấp trong hầu hết mọi sách giáo khoa và khóa học sinh học. Làm thế nào gen có thể “kiểm soát” sự sống? Nó dựa trên khái niệm rằng gen có khả năng tự xuất hiện, nghĩa là chúng có thể “tự bật và tắt”. Các gen tự thực hiện sẽ cung cấp các chương trình giống như máy tính để kiểm soát cấu trúc và chức năng của sinh vật. Theo đó, niềm tin của chúng ta vào tính quyết định di truyền ngụ ý rằng “độ phức tạp” (tầm vóc tiến hóa) của một sinh vật sẽ tỷ lệ thuận với số lượng gen mà nó sở hữu.
Trước khi Dự án bộ gen người được tiến hành, các nhà khoa học đã ước tính rằng sự phức tạp của con người sẽ cần một bộ gen vượt quá 100,000 gen. Các gen chủ yếu là bản thiết kế mã hóa cấu trúc hóa học của protein, các “bộ phận” phân tử tạo nên tế bào. Người ta cho rằng chỉ có một gen mã hóa cho mỗi loại trong số 70,000 đến 90,000 protein tạo nên cơ thể chúng ta.
Ngoài các gen mã hóa protein, tế bào còn chứa các gen quy định đặc tính của sinh vật bằng cách “điều khiển” hoạt động của các gen khác. Các gen “lập trình” sự biểu hiện của các gen khác được gọi là gen điều hòa. Các gen điều hòa mã hóa thông tin về các mô hình vật lý phức tạp cung cấp các giải phẫu cụ thể, đại diện cho các cấu trúc đặc trưng cho từng loại tế bào (cơ so với xương) hoặc sinh vật (tinh tinh từ con người). Ngoài ra, một tập hợp con các gen điều hòa có liên quan đến việc “kiểm soát” các kiểu hành vi cụ thể. Các gen điều hòa điều phối hoạt động của một số lượng lớn các gen mà các hoạt động của chúng góp phần biểu hiện các đặc điểm như nhận thức, cảm xúc và trí thông minh. Người ta ước tính có hơn 30,000 gen điều hòa trong bộ gen của con người.
Khi xem xét số lượng gen tối thiểu cần thiết để tạo nên một con người: chúng ta sẽ bắt đầu với số lượng cơ bản hơn 70,000 gen, mỗi gen đại diện cho một trong số hơn 70,000 protein được tìm thấy ở con người. Sau đó, chúng tôi đưa vào số lượng gen điều hòa cần thiết để tạo nên sự phức tạp của các mẫu biểu hiện trong giải phẫu, sinh lý và hành vi của chúng ta. Hãy làm tròn số lượng gen của con người lên tổng số chẵn là 100,000, bằng cách đưa vào số lượng tối thiểu là 30,000 gen điều hòa.
Ready for the Cosmic Joke? The results of the Genome project reveal that there are only about 34,000 genes in the human genome. Two thirds of the anticipated genes do not exist! How can we account for the complexity of a genetically-controlled human when there are not even enough genes to code just for the proteins?
Điều nhục nhã hơn đối với giáo điều về niềm tin của chúng ta vào tính quyết định di truyền là thực tế là không có nhiều khác biệt trong tổng số gen được tìm thấy ở người và tổng số gen được tìm thấy ở các sinh vật nguyên thủy cư trú trên hành tinh. Gần đây, các nhà sinh học đã hoàn thành việc lập bản đồ bộ gen của hai trong số các mô hình động vật được nghiên cứu nhiều nhất trong nghiên cứu di truyền là ruồi giấm và giun tròn cực nhỏ (Caenorhabditis elegans).
Giun Caenorhabditis nguyên thủy đóng vai trò là mô hình hoàn hảo để nghiên cứu vai trò của gen trong sự phát triển và hành vi. Sinh vật nguyên thủy sinh sản và phát triển nhanh chóng này có cơ thể được tạo hình chính xác bao gồm chính xác 969 tế bào, một bộ não đơn giản gồm khoảng 302 tế bào có trật tự, nó thể hiện một loạt hành vi độc đáo và quan trọng nhất là nó có thể tuân theo thí nghiệm di truyền. Bộ gen của Caenorhabditis bao gồm hơn 18,000 gen. Cơ thể con người có hơn 50 nghìn tỷ tế bào có bộ gen chỉ nhiều hơn 15,000 gen so với loài giun tròn siêu nhỏ, không có xương sống.
Rõ ràng, sự phức tạp của sinh vật không được phản ánh qua sự phức tạp của gen của nó. Ví dụ, bộ gen của ruồi giấm gần đây được xác định bao gồm 13,000 gen. Mắt của ruồi giấm có số lượng tế bào nhiều hơn số lượng tế bào được tìm thấy ở toàn bộ loài giun Caenorhabditis. Cấu trúc và hành vi phức tạp hơn nhiều so với giun tròn cực nhỏ, ruồi giấm có ít hơn 5000 gen!!
Dự án Bộ gen Người là một nỗ lực toàn cầu nhằm giải mã mã di truyền của con người. Người ta cho rằng bản thiết kế hoàn chỉnh của con người sẽ cung cấp cho khoa học tất cả thông tin cần thiết để “chữa khỏi” mọi bệnh tật của nhân loại. Người ta còn giả định thêm rằng nhận thức về cơ chế mã di truyền của con người sẽ cho phép các nhà khoa học tạo ra Mozart hoặc một Einstein khác.
Việc kết quả bộ gen “không phù hợp với kỳ vọng của chúng ta” cho thấy kỳ vọng của chúng ta về cách “hoạt động” sinh học rõ ràng dựa trên những giả định hoặc thông tin không chính xác. “Niềm tin” của chúng ta vào khái niệm quyết định di truyền về cơ bản là…thiếu sót! Chúng ta không thể thực sự cho rằng đặc điểm cuộc sống của mình là hậu quả của “lập trình” di truyền. Kết quả về bộ gen buộc chúng ta phải xem xét lại câu hỏi: “Từ đâu mà chúng ta có được sự phức tạp sinh học của mình?”
Trong một bài bình luận về kết quả đáng ngạc nhiên của nghiên cứu về bộ gen người, David Baltimore, một trong những nhà di truyền học nổi tiếng nhất thế giới và là người đoạt giải Nobel, đã đề cập đến vấn đề phức tạp này:
“Nhưng trừ khi bộ gen của con người chứa nhiều gen không rõ ràng đối với máy tính của chúng ta, thì rõ ràng là chúng ta không đạt được sự phức tạp chắc chắn so với sâu và thực vật bằng cách sử dụng nhiều gen hơn. Hiểu được điều gì mang lại cho chúng ta sự phức tạp - kho hành vi khổng lồ, khả năng tạo ra hành động có ý thức, sự phối hợp thể chất vượt trội, những thay đổi được điều chỉnh chính xác để đáp ứng với những biến đổi bên ngoài của môi trường, học tập, trí nhớ... tôi có cần tiếp tục không? - vẫn là một thách thức đối với chúng ta. tương lai." (Thiên nhiên 409:816, 2001)
Các nhà khoa học đã liên tục quảng cáo rằng số phận sinh học của chúng ta được viết trong gen của chúng ta. Trước niềm tin đó, Vũ trụ đang trêu đùa chúng ta bằng một câu đùa vũ trụ: “Quyền kiểm soát” sự sống không nằm ở gen. Tất nhiên, hệ quả thú vị nhất của kết quả dự án là giờ đây chúng ta phải đối mặt với “thách thức cho tương lai” mà Baltimore đã ám chỉ. Điều gì “kiểm soát” sinh học của chúng ta, nếu không phải là gen?
Trong nhiều năm qua, sự nhấn mạnh của khoa học và báo chí về “sức mạnh” của gen đã làm lu mờ công trình xuất sắc của nhiều nhà sinh học tiết lộ một cách hiểu hoàn toàn khác về biểu hiện của sinh vật. Nổi lên ở đỉnh cao của khoa học tế bào là sự thừa nhận rằng môi trường, và cụ thể hơn là nhận thức của chúng ta về môi trường, trực tiếp kiểm soát hành vi và hoạt động gen của chúng ta.
Gần đây, các cơ chế phân tử mà động vật, từ tế bào đơn lẻ đến con người, phản ứng với các kích thích của môi trường và kích hoạt các phản ứng sinh lý và hành vi thích hợp đã được xác định. Các tế bào sử dụng các cơ chế này để “thích ứng” linh hoạt cấu trúc và chức năng của chúng nhằm đáp ứng nhu cầu môi trường luôn thay đổi. Quá trình thích ứng được thực hiện qua trung gian màng tế bào (da tế bào), đóng vai trò tương đương với “bộ não” của tế bào. Màng tế bào nhận biết “tín hiệu” môi trường thông qua hoạt động của các protein thụ thể. Các thụ thể nhận biết cả tín hiệu vật lý (ví dụ: hóa chất, ion) và tín hiệu năng lượng (ví dụ: điện từ, lực vô hướng).
Environmental signals “activate” receptor proteins causing them to bind with complementary effector proteins. Effector proteins are “switches” that control the cell’s behavior. Receptor-effector proteins provide the cell with awareness through physical sensation. By strict definition, these membrane protein complexes represent molecular units of perception. These membrane perception molecules also control gene transcription (the turning on and off of gene programs) and have recently been linked to adaptive mutations (genetic alterations that rewrite the DNAcode in response to stress).
Màng tế bào là một cấu trúc tương đồng về cấu trúc và chức năng (tương đương) của một con chip máy tính, trong khi nhân đại diện cho một đĩa cứng đọc-ghi chứa các chương trình di truyền. Sự tiến hóa của sinh vật, xuất phát từ việc tăng số lượng đơn vị nhận biết màng, sẽ được mô hình hóa bằng hình học fractal. Các mô hình fractal được lặp lại cho phép tham chiếu chéo về cấu trúc và chức năng giữa ba cấp độ tổ chức sinh học: tế bào, sinh vật đa bào và tiến hóa xã hội. Thông qua toán học fractal, chúng ta được cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về quá khứ và tương lai của quá trình tiến hóa.
Môi trường, thông qua hành động nhận thức, kiểm soát hành vi, hoạt động của gen và thậm chí cả việc viết lại mã di truyền. Các tế bào “học hỏi” (tiến hóa) bằng cách tạo ra các protein nhận thức mới để đáp ứng với những trải nghiệm mới lạ về môi trường. Nhận thức “học được”, đặc biệt là những nhận thức bắt nguồn từ kinh nghiệm gián tiếp (ví dụ: giáo dục của cha mẹ, bạn bè và học thuật), có thể dựa trên thông tin không chính xác hoặc giải thích sai lầm. Vì chúng có thể “đúng” hoặc không nên nhận thức nằm trong niềm tin thực tế!
Kiến thức khoa học mới của chúng ta đang quay trở lại nhận thức cổ xưa về sức mạnh của niềm tin. Niềm tin thực sự rất mạnh mẽ…dù chúng đúng hay sai. Mặc dù chúng ta luôn nghe nói về “sức mạnh của suy nghĩ tích cực”, nhưng vấn đề là suy nghĩ tiêu cực cũng mạnh mẽ không kém, mặc dù theo hướng “ngược lại”. Các vấn đề gặp phải về sức khỏe và trong quá trình phát triển cuộc sống của chúng ta thường có liên quan đến “những nhận thức sai lầm” mắc phải trong quá trình học tập của chúng ta. Phần tuyệt vời của câu chuyện là nhận thức có thể được học lại! Chúng ta có thể định hình lại cuộc sống của mình bằng cách rèn luyện lại ý thức của mình. Đây là sự phản ánh trí tuệ lâu đời đã được truyền lại cho chúng ta và hiện đang được công nhận trong sinh học tế bào.
Sự hiểu biết về các cơ chế kiểm soát tế bào mới được mô tả sẽ gây ra sự thay đổi sâu sắc trong niềm tin sinh học giống như cuộc cách mạng lượng tử gây ra trong vật lý. Điểm mạnh của mô hình sinh học mới đang nổi lên là nó thống nhất các triết lý cơ bản của y học thông thường, y học bổ sung và chữa bệnh tâm linh.