Những thách đố cho khoa học

Mục lục:

Phần 1: Nguồn gốc sự sống và thuyết tiến hóa trong sinh học

Phần 2: Các hóa thạch

(Theo Tia Sáng, Nguyễn Tiến Vởn)

Đăng bởi VnExpress.net

http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2004/02/3b9cf888/ (Phần 1)

http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2004/02/3b9cf8c2/ (Phần 2)

Phần 1

Nguồn gốc sự sống và thuyết tiến hóa trong sinh học

Theo thuyết tiến hóa của Darwin, sự sống trên trái đất bắt đầu từ “sự không sống”. Nói cách khác, vật chất sống (hữu cơ) được sinh ra từ sự tương tác ngẫu nhiên của vật chất vô cơ, là loại vật chất không sống hay vô sinh. Thoạt đầu, trên trái đất chỉ toàn chất vô cơ, không hề có mặt bất cứ vật chất hữu cơ nào, dù với cấu trúc hóa học đơn giản nhất. Các chất vô cơ ngẫu nhiên kết hợp với nhau thành những phức hợp hóa học ngày càng phức tạp, rồi đến một thời điểm (khoảng 3-4 tỷ năm trước) đại phân tử hữu cơ có chứa cả 4 nguyên tố, carbon, hydro, oxy và nitơ – phân tử protein đầu tiên, ra đời. Với cấu trúc bậc 4 (cấu trúc không gian), chất protein có một khả năng đặc biệt mà chất vô cơ không có được đó là trao đổi chất. Sự sống đầu tiên hình thành.

Với khả năng trao đổi chất, và sau hàng tỷ năm tiến hóa, chất protein trải qua một quá trình tự tổ chức đã hình thành một cơ thể hoàn chỉnh đầu tiên, gồm 1 tế bào sống, tương tự tế bào vi khuẩn mà ta biết ngày nay. Hàng tỷ năm nữa trôi qua, các cơ thể đơn bào phát triển thành đa bào, rồi cứ thế, cơ thể sống ngày càng trở nên phức tạp tinh vi cho đến khi đạt được trình độ rất cao của quá trình tiến hóa thì con người ra đời.

Từ lâu, học thuyết tiến hóa đã được coi là một mẫu mực khoa học dùng để giải thích hiện tượng khách quan và phổ biến đến mức mọi học sinh phổ thông trung học cũng hiểu được nó, chí ít ở mức sơ lược nhất: sự sống bắt nguồn từ thế giới vô cơ.

Ngược với thuyết tiến hóa, các nhà khoa học theo thuyết sáng tạo cho rằng không thể có một sự tiến hóa ở bậc vĩ mô (tức toàn sự sống). Và tất nhiên không thể có chuyện sự sống bắt đầu từ việc kết hợp ngẫu nhiên các nguyên tố trong thế giới vô cơ. Họ dựa vào các lập luận sau:

Thứ nhất, khả năng thế giới vô cơ ngẫu nhiên kết hợp với nhau để thành vật chất sống (protein) là không có, cho dù các nhà theo thuyết tiến hóa lập luận “có thể được với cả tỷ năm trời”.

Cứ ước tính (khá lỏng) rằng toàn bộ vũ trụ chứa 10⁸⁰ nguyên tử, số tương tác giữa các nguyên tử trong một giây cho một nguyên tử là 10¹² (một nghìn tỷ tương tác trong một giây) và tuổi của vũ trụ là 10¹⁸ giây (tương đương 30 tỷ năm, trong khi đa số các nhà thiên văn học cho rằng con số đó khoảng 15 tỷ năm). Vậy, tổng số các phản ứng có thể xảy ra kể từ khi vũ trụ ra đời, trong toàn bộ khoảng không là 10¹¹⁰.

Bây giờ hãy bắt đầu với một cơ thể sống đơn giản nhất, cơ thể đơn bào hay tế bào vi khuẩn. Một tế bào vi khuẩn đơn giản nhất cũng cần tối thiểu khoảng 1.000 loại protein. Để đơn giản hóa, cứ coi đã có sẵn 999 loại, chỉ cần một phân tử protein cuối cùng nữa là ta có một tế bào sống. Mặc dù trong thiên nhiên có cả trăm loại axit amin, là “viên gạch” có thể xây dựng “bức tường protein”, nhưng hãy chỉ lấy 20 loại, là số lượng mà khoa học hiện tại đã đoan chắc tìm thấy trong cơ thể sống. Cũng lại cho qua một thực tế là chỉ những axit amin “đối xứng tay trái” mới có thể dùng được để xây bức tường sống. Và cũng không tính đến một thực tế là, do các động thái hóa học rất đặc biệt, để tạo ra một chuỗi polypeptid (một mẩu nhỏ của phân tử protein) ở môi trường ngoài cơ thể sống là việc cực kỳ khó khăn. Bây giờ hãy tập trung vào khả năng kết hợp ngẫu nhiên để có được một phân tử protein cuối cùng gồm 200 axit amin, một số lượng rất khiêm tốn.

Các bằng chứng lý thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, để protein có được cấu trúc ba chiều (là điều kiện tiên quyết để nó thực hiện chức năng sống), ít nhất một nửa trong tổng số các điểm nối giữa các axit amin phải được xác định theo một trình tự nhất định. Như vậy phân tử protein cuối cùng cần ít nhất 100 “điểm kết nối xác định”. Tổ hợp các kết hợp giữa 20 axit amin với 100 điểm kết nối xác định đạt đến con số 20¹⁰⁰ hay 10¹³⁰, các phản ứng ngẫu nhiên. Chưa nói đến thời gian và số lượng phản ứng cần thiết cho việc tạo ra các axit amin, thì tổng số các phản ứng ngẫu nhiên này đã lớn hơn 100 tỷ tỷ (10²⁰) lần tổng số các phản ứng có thể có giữa các nguyên tử trong toàn bộ vũ trụ, kể từ khi nó ra đời đến nay (10¹¹⁰).

Đấy mới chỉ là 1 trong số hàng nghìn protein cần thiết cho cơ thể sống ban đầu.

Thứ hai, còn hắc búa hơn nữa cho các nhà theo thuyết tiến hóa là cấu trúc ADN, được coi là phần tinh túy nhất của sự sống.

Bỏ qua chuyện tuổi vũ trụ có tương đương với thời gian cần thiết tối thiểu để tạo ra ADN đầu tiên hay không (mà chắc chắn theo bài toán xác suất trên, quả là không thể xảy ra được). Ta tập trung vào một khía cạnh khác khi nói đến cấu trúc sống này. Mỗi một chuỗi đơn ADN là một đại polymer gồm hơn 1 tỷ phân tử. Khoảng một phần ba (333 triệu) trong số đó được chương trình hóa bằng 1 trong 4 bazơ nitơ. Theo luật kết hợp ngẫu nhiên của thuyết tiến hóa, sẽ có khoảng 122 x 10³² cấu trúc ADN có thể có. Lại giả thuyết chỉ cứ 1 tỷ cấu trúc như vậy mới có một là có khả năng tạo ra sự sống, số còn lại sẽ là 122 x 10²³. Giả thiết tiếp là tỷ lệ sống sót của ADN qua một tỷ năm tiến hóa chỉ là một phần tỷ, vậy hiện lúc này phải còn 122 x 10¹⁴, tức 12.200.000.000.000.000 ADN trong tự nhiên.

Có vấn đề gì với con số này? Vấn đề là ở chỗ, theo logic của thuyết tiến hóa, mỗi loài cần có một cấu trúc ADN riêng (vì thế loài này khác loài kia), vậy với 122 x 10¹⁴ dạng cấu trúc ADN còn tồn tại đến ngày nay, tổng số loài sinh vật hiện có cũng phải tương đương là 122 x 10¹⁴ . Song theo ước tính của các nhà tiến hóa luận, tổng số loài trên trái đất kể từ khi sự sống xuất hiện đến nay chỉ đạt con số khiêm tốn từ 2 đến 3 triệu loài, cả mấy tỷ lần nhỏ hơn số loài cần có. “Vậy – những người ủng hộ thuyết sáng tạo đặt câu hỏi – ADN là sản phẩm của quá trình kết hợp ngẫu nhiên các nguyên tố trong thiên nhiên hay do “Ai đó” sáng tạo nên theo một thiết kế định sẵn?”.

Phần 2:

Các hóa thạch

Theo luật tiến hóa, giữa các loài phải có rất nhiều dạng hình trung gian từng tồn tại, và vì thế phải có hóa thạch của chúng. Nhưng tại sao không có một tầng địa chất nào chứa đầy đủ các gạch nối trung gian này?…

Sau chuyện khó lý giải về khả năng kết hợp ngẫu nhiên các vật chất vô cơ để thành vật chất sống và cấu trúc ADN, chuyện đau đầu thứ ba cho các nhà tiến hóa luận là sự thiếu vắng các hóa thạch sinh vật.

Các nhà tiến hóa luận cho rằng nhìn vào sưu tập các mẫu hóa thạch, ta có thể hình dung ra con đường tiến hóa của sinh giới, từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp. Căn cứ vào những đặc trưng cấu trúc tương tự, họ có thể phân loại các sinh vật hóa thạch thành từng nhóm khác nhau, gọi là loài, và xếp từng loài vào vị trí thích hợp trong cây tiến hóa. Vấn đề đặt ra là: theo luật tiến hóa giữa các loài phải có rất nhiều dạng hình trung gian từng tồn tại, và vì thế phải có hóa thạch của chúng. Ngay Darwin, trong cuốn Nguồn gốc các loài cũng phải thừa nhận điểm yếu nhất này trong học thuyết của ông. Ông viết trong phần mở đầu của chương 10: “… Số lượng các dạng trung gian giữa các loài, là các dạng đã tồn tại một cách chính thức, sẽ là rất lớn. Nhưng tại sao không có một kiến tạo hoặc một giải tầng địa chất nào chứa đầy đủ các gạch nối trung gian này? Rõ ràng là ngành địa lý đã không tìm ra được bất cứ một chuỗi hữu cơ biến đổi từ từ nào, và đó có lẽ là một khách quan hiển nhiên và nghiêm trọng nhất chống lại lý thuyết này“.

Nhưng ông cũng hy vọng “lời giải thích có lẽ nằm trong sự thiếu hoàn hảo thái quá trong dữ liệu địa lý”. Tất nhiên ông tin là khoa học địa lý thời sau có thể lấp lỗ hổng về sự hiện hữu của các dạng sống trung gian giữa các loài. Oái oăm thay, gần 150 năm qua, hàng nghìn các nhà cổ sinh học khắp thế giới ra công đào bới, tìm kiếm các mẫu hóa thạch này để mong lấp đầy khoảng trống đó, nhưng nó vẫn nguyên vẹn như thời Darwin còn sống. David Kitts, từng thừa nhận trên tạp chí Tiến hóa: “Mặc dù với sự hứa hẹn sáng sủa rằng Cổ sinh học sẽ đem đến cho chúng ta một phương tiện để có thể nhìn thấy sự tiến hóa, nhưng ngược lại nó đã đem đến cho các nhà tiến hóa luận những khó khăn bề bộn hơn, bởi vì nó (ngành Cổ sinh học) càng làm hiện rõ hơn “khoảng trống giữa các loài”. Thuyết tiến hóa cần những hóa thạch sinh vật trung gian, nhưng Cổ sinh học lại không thể cung cấp được“. Càng tìm kiếm, càng thấy nhiều hóa thạch các loài chứ không hề thấy hóa thạch các sinh vật trung gian! Vậy có quá trình tiến hóa không, để từ một loài này một (hoặc vài) loài mới xuất hiện?

Một điểm vênh khác giữa lý thuyết tiến hóa và các bằng chứng ủng hộ nó là tính không chắc chắn của phương pháp định tuổi bằng Carbon-14.

Trong tự nhiên, carbon phóng xạ được hình thành bởi sự va đập của tia vũ trụ vào nguyên tử nitơ. Tỷ lệ giữa carbon thông thường và carbon phóng xạ là 1 nghìn tỷ trên 1. Thực vật hấp thu carbon phóng xạ từ không khí, đất, nước, rồi đến lượt động vật ăn thực vật, cho nên trong cơ thể sinh vật tồn tại một lượng carbon phóng xạ, có tỷ lệ tương đương trong tự nhiên. Khi sinh vật chết đi, quá trình tan rã (để biến lại thành nitơ) của carbon phóng xạ bắt đầu. Bằng các phương pháp khác nhau nếu xác định được lượng carbon phóng xạ trong một mẫu hóa thạch, ta có thể suy ra tuổi của hóa thạch đó (hàm lượng tỷ lệ nghịch với tuổi hóa thạch, nghĩa là thời điểm chết của sinh vật càng xa hiện tại, lượng carbon phóng xạ còn lại càng ít).

Tuy nhiên, tại hội thảo quốc tế của những người theo phái sáng tạo lần 5, tổ chức tại Pittsburgh, PA, Mỹ năm 2003, tiến sĩ Baumgardner đã trình bày một báo cáo thú vị về C14. Khi tập hợp, phân tích kết quả hơn 20 năm nghiên cứu về carbon phóng xạ bằng máy đo quang phổ gia tốc có độ nhạy cao của nhiều phòng thí nghiệm ở nhiều nước khác nhau, ông nhận thấy các mẫu hữu cơ đại diện cho tất cả các thời kỳ của kỷ Phanerozoic (khoảng 500 triệu năm trở lại đây) đều chứa một lượng carbon phóng xạ có thể định lượng được và tập trung vào khoảng từ 0,1 đến 0,5 pmc (phần trăm carbon hiện đại). Ông kết luận ngay: các mẫu hóa thạch này không thể có tuổi lớn hơn 250.000 năm. Đó là bởi trong 1 gam mẫu hóa thạch, từ chỗ có 6×10¹⁰  nguyên tử C14, thì sau 250.000 năm, chỉ còn một phần vạn nguyên tử. Hàm lượng này không thể xác định được bằng kỹ thuật hiện có. Vậy khi còn đo được C14, tức là tuổi của mẫu vật phải nhỏ hơn 250.000 năm, không thể nào có cả triệu năm tuổi như cách tính của học thuyết tiến hóa.

Giả thuyết nào có thể giải thích được vấn đề carbon phóng xạ này. Tiến sĩ Baumgadner dựa vào nghiên cứu của chính ông kết luận rằng một trận đại hồng thủy đã gần như xóa sạch mọi thứ trước đó trên mặt đất. Những gì ta thấy qua các mẫu hóa thạch ngày nay phần lớn đều xuất hiện sau trận đại hồng thủy ấy. Nếu có bằng chứng khoa học xác đáng về một trận đại hồng thủy, vậy không thể không tin những gì đã được ghi trong Kinh thánh.