1-07-2023 | KHOA HỌC

DNA, Đặc Tính Sự Sống và Sinh Vật

  HOÀNG DUNG

Mấy chục năm trước đây, Nguyễn Bắc Sơn đã có những câu thơ:

Bậc thánh triết là những tay biếng nhác

Sống khề khà quanh bữa tiệc nhân sinh

Kết bạn bè cùng cây cỏ vô minh.

Rất chán ghét những trò chơi thế sự.

Thấy anh để cho các bậc thánh triết kết bạn cùng cây cỏ, tôi nghĩ đó chỉ là cường điệu của thơ, diễn tả xúc động mãnh liệt của người nghệ sĩ. Tôi cứ quen nghĩ chỉ có động vật mới là những sinh vật, còn các loài thực vật như cỏ cây chỉ là vật chất vô tri giống như cát đá.

Thật ra, cây cỏ cũng như mọi động vật đã hội đủ điều kiện tương đối về sinh lý học mà con người đặt ra để thành sinh vật là có thể tự tăng trưởng và sinh sản, đồng thời, trên bình diện triết lý, nếu sinh, lão, bệnh, tử là điều kiện và kiếp số của sự sống thì tất cả cỏ, cây, hoa, lá, rong rêu… cũng qua kiếp số đó.

Vì thế, khi cô thiếu nữ đi trong gió thu “trên bước chân em âm thầm lá đổ” cô không chỉ bước đi trên lá thu xào xạc mà đã bước trên muôn vàn sinh vật. Những bậc thánh triết của Nguyễn Bắc Sơn quả là sáng suốt khi coi đám cây cỏ vô minh như những sinh vật ngang hàng để mà kết bạn.

TẾ BÀO – ĐƠN VỊ CẤU TẠO CĂN BẢN CỦA MỌI SINH VẬT

Nhìn bề ngoài, sự sống của các bậc thánh triết hay của Nguyễn Bắc Sơn, một “vĩ nhân” như anh từng tự nhận — Và vĩ nhân là những tay lếu láo. Như ta đây chờ sung rụng ngoài hiên — đã rất khác sự sống của những “bạn bè” cây cỏ của họ.

Nhưng nếu cạo một tí da của bậc thánh triết hay vĩ nhân lẫn một miếng vỏ cây, một cọng cỏ, hay miếng da của “bước chân em” cùng một cuống của những chiếc lá đổ âm thầm, đặt lên kính hiển vi, ta sẽ thấy tất cả đều được cấu tạo bằng những tế bào.

Tế bào là đơn vị cấu tạo căn bản của mọi sinh vật dù là cỏ, cây, hoa, lá, côn trùng, súc vật, hay con người. Tế bào cũng có đời sống, cũng sinh sản ra những tế bào mới, cũng có những nhiệm vụ riêng biệt để đóng góp cho sự sống của sinh vật.

Trong các loài sinh vật, chỉ có các vi trùng hay siêu vi (siêu vi gan A, B, siêu vi bệnh liệt kháng...) là sinh vật đơn bào (có 1 tế bào), còn tất cả sinh vật khác đều là đa bào (có từ hàng trăm đến hàng tỷ tỷ...tế bào).

Tế bào của thánh triết, vĩ nhân, cây cỏ đều có cấu tạo tương tự như trên, chỉ khác nhau về độ dài ngắn và sự sắp xếp các bậc thang trên chuỗi DNA nằm nơi các hạt chromosome ở trong nhân tế bào.

Tế bào của thánh triết, vĩ nhân, cây cỏ

đều có cấu tạo tương tự như trên, chỉ khác nhau về độ dài ngắn

và sự sắp xếp các bậc thang trên chuỗi DNA

nằm nơi các hạt chromosome ở trong nhân tế bào.

20 LOẠI AMINO ACIDS – ĐƠN VỊ CẤU TẠO CĂN BẢN VỀ HÓA HỌC

Khi có 20 loại gạch kích thước màu sắc khác nhau, ta có thể xây nên hàng triệu, hàng tỷ ngôi nhà, đền đài dinh thự, bức tường, con đường... có hình dạng và màu sắc khác nhau. Khi có 24 mẫu tự a, b, c, d.., ta có hàng tỷ tỷ sắp xếp để viết nên những chữ, những câu, từ đó có thể có hàng tỷ tỷ cuốn sách viết bằng tiếng Việt, tiếng Anh, tiếng Đức, tiếng Pháp... hay dở khác nhau.

Tương tự, về phương diện hóa học, tất cả tế bào của mọi loài như triết gia, cây cỏ, chim muông…bề ngoài tuy rất khác nhau nhưng phần lớn đều do những chất đạm (proteins) tạo ra.

Dĩ nhiên, chất đạm của người khác chất đạm của chim muông, cây cỏ, nhưng khi phân tích kỹ, trong chất đạm của thánh triết, của chim trên trời, của cá dưới nước, của thông trên ngàn, của cỏ hoa ngoài đồng nội.., chất đạm nào cũng chỉ là những sắp xếp khác nhau của hàng ngàn phân tử amino acids và những amino acids này cũng chỉ có khoảng 20 loại.

Hai mươi loại amino acids do sắp xếp khác nhau đã tạo ra hàng chục ngàn chất đạm khác nhau, và từ hàng chục ngàn chất đạm khác nhau này đã tạo ra muôn triệu loài sinh vật khác nhau. Việc giám sát sự sinh sản cũng như sự hoàn thành trách vụ của mỗi tế bào là do một bộ chỉ huy nằm trong nhân tế bào điều khiển.

Bộ chỉ huy này là những chuỗi DNA.

DNA – BỘ CHỈ HUY SỰ HÌNH THÀNH VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA TẾ BÀO.

Nếu theo thuyết tiến hóa, tất cả sinh vật sống trên trái đất trong mấy tỷ năm nay đều có một tổ tiên duy nhất, do một cơ duyên nào đó đã ra đời cách nay gần bốn tỷ năm. Đó chỉ là một chuỗi DNA thật ngắn, thật đơn giản.

Cấu tạo căn bản của chuỗi DNA này — gồm bốn loại bậc thang Adenine, Thymine, Guanine và Cytosin — đã được tổ tiên đó truyền lại cho mọi loài sinh vật về sau.

Theo dòng thời gian hàng tỷ năm, những chuỗi DNA ngày càng tiến hóa và trở nên phức tạp hơn, nhưng căn bản cấu tạo của DNA luôn luôn giống nhau.

Trong nhân tế bào của mọi loài sinh vật đều có một chuỗi DNA đặc thù của sinh vật đó, kể cả vi trùng vốn là một tế bào không nhân nhưng cũng có một chuỗi DNA. Mỗi tế bào của thánh triết có DNA, tế bào của vĩ nhân chờ sung rụng có DNA, tế bào của khủng long, của cỏ cây hoa lá đều có DNA…

Chuỗi DNA nằm trong nhân của mỗi tế bào của mọi sinh vật đã chỉ huy và giám sát sự sản xuất và sắp xếp của vô vàn viên gạch amino acids để tạo thành những chất đạm khác nhau, ngõ hầu tạo ra những tế bào khác nhau.

Những tế bào khác nhau này sẽ kết hợp với nhau thành những cơ quan khác nhau của những loài sinh vật khác nhau.

CĂN BẢN CẤU TẠO DNA CỦA MỌI SINH VẬT ĐỀU GIỐNG NHAU

Vì mỗi sinh vật là một thực thể “siêu việt và duy nhất”, mỗi sinh vật có một chuỗi DNA đặc thù, riêng biệt, không giống ai. Tuy nhiên, do cấu tạo hóa học của hết thẩy tế bào mọi loài sinh vật căn bản đều là những chất đạm nên cách mà bộ chỉ huy DNA điều hành để chỉ huy việc chế tạo ra những chất đạm cần thiết cho sinh vật về căn bản cũng tương tự nhau.

Tất cả những chuỗi DNA của mọi loài sinh vật đều giống như những thang dây có hàng triệu, hàng tỷ bậc thang. Nhưng bậc thang thì chỉ có bốn loại là AT, TA, CG, GC.

A là viết tắt của phân tử Alanine, T là Thymine, C là Cytosine, G là Guanine.

A và T nối với nhau thành bậc thang AT hay TA, C và G nối với nhau thành CG hay GC, sắp xếp theo những thứ tự khác nhau (như thứ tự một bên dây thang là CGAATTTCCG…)

Những thứ tự này là đặc thù cho mỗi sinh vật.

DNA giống như một thang dây dài, có 4 loại bậc thang AT, TA, CG hay GC.

Mỗi chuỗi DNA của con người có 3.1 tỷ bậc thang. Sinh vật này khác sinh vật kia,

người này khác người kia tùy theo thang dài hay ngắn và thứ tự sắp xếp những bậc thang.

DNA của con người có 3.1 tỷ bậc thang AT, TA, CG, GC như thế và DNA của mỗi người, dù là Nguyễn Bắc Sơn hay thánh triết, Bùi Giáng hay Einstein.., người này chỉ khác người kia có 1 phần ngàn. Điều này có nghĩa DNA của người này khác người kia ở thứ tự của 3.1 triệu bậc thang trong chiều dài 3.1 tỷ bậc thang.

GENES HAY MẦM DI TRUYỀN TRÊN CHUỖI DNA

Trong mỗi chúng ta, có các đặc điểm di truyền của con người như màu da, màu mắt, mũi cao hay thấp, mắt xếch như người Tàu, một mí như người Nhật…

Các đặc điểm này được di truyền do sự chỉ huy của những genes.

Con người có khoảng trên dưới 50 ngàn genes. Mỗi genes là một đoạn DNA có từ vài ngàn đến vài trăm ngàn bậc thang. Như thế, những đoạn DNA hữu dụng chứa genes chỉ chiếm khoảng 2% chuỗi DNA, 98% còn lại không quan trọng lắm.

Ngoài những genes chế tạo ra amino acids, còn có những genes chỉ huy để cho phép genes nào làm việc, làm việc đến mức độ nào, khi nào thì nghỉ. Vì thế trong mỗi chúng ta, DNA của tế bào máu giống hệt DNA của tế bào óc, đều có tất cả các genes, nhưng mỗi tế bào chỉ làm việc trong phần vụ của mình mà thôi.

Vài ngàn năm trước đây, thế giới chúng ta đã có hai thánh triết sống cùng thời ở “hai phương trời cách biệt” là Khổng Tử và Socrate.

Tuy theo Nguyễn Bắc Sơn, cả hai “bậc thánh triết là những tay biếng nhác, Sống khề khà quanh bữa tiệc nhân sinh” nhưng hai ông có hình dạng khác nhau, cách sống khác nhau, tư tưởng triết lý khác nhau.

Chúng ta không thể giải thích nổi tại sao lại có các sai biệt về tư tưởng hay triết lý như vậy, nhưng chúng ta có thể hiểu nguyên nhân sự khác nhau của hình dạng hai ông. Đó là vì hai người đã có những genes hay mầm di truyền khác nhau trên chuỗi DNA của họ.

Cũng như mọi con người, mỗi tế bào của Khổng Tử hay Socrate đều có một chuỗi DNA dài 3.1 tỷ bậc thang, và DNA của hai ông đã khác nhau ở 3.1 triệu vị trí thứ tự bậc thang. Một số sai biệt thứ tự này tìm thấy trên những genes di truyền. Vì thế, mũi của Socrate cao hơn mũi của Khổng Tử đôi chút vì gene chỉ huy sự phát triển xương mũi của Socrate có một số bậc thang khác với gene Khổng Tử. Da của Khổng Tử đen hơn của Socrate vì những genes chế tạo ra sắc tố Melanine của Khổng Tử phải làm việc nhiều hơn. Vì tạo hóa sinh ra mỗi sinh vật là một “thực thể siêu việt và duy nhất” cho nên đối với hai cô Kiều cũng thế, tuy cả hai cùng “mỗi người mỗi vẻ mười phân vẹn mười” nhưng DNA của họ vẫn khác nhau một phần ngàn.

Hai cây cỏ dại ngoài vườn cũng khác nhau. Như thế, mỗi sinh vật có một chuỗi DNA đặc thù của chính sinh vật đó.

Chuỗi DNA của hai bậc thánh triết Khổng Tử và Socrate sẽ khác với chuỗi DNA của loài vượn ở khoảng 62 triệu bậc thang và khác những sinh vật khác nhiều lần nhiều hơn, nhưng chỉ khác ở chỗ cái dây thang dài ngắn khác nhau thí dụ hành tây có 18 tỷ bậc thang, vi trùng chỉ có vài trăm và sự sắp xếp 4 loại bậc thang AT, TA, CG và GC theo thứ tự khác nhau mà thôi.

PHƯƠNG CÁCH CHỈ HUY CỦA DNA: MẬT HIỆU TRUYỀN TIN CỦA THƯỢNG ĐẾ

Để hiểu tương quan giữa thứ tự bậc thang của gene và sự khác biệt về đặc tính của sinh vật, ta có thể coi DNA như viên tư lệnh ở bộ chỉ huy, đưa mật lệnh truyền tin cho binh sĩ ở ngoài.

Mật hiệu truyền tin này là các “bộ ba” của genes, nghĩa là thứ tự ba bậc thang. Liên lạc viên RNA từ trong nhân sẽ đưa mật lệnh này ra ngoài, tế bào đọc và sẽ thi hành. Chẳng hạn thứ tự mang ra là TA/AT/CG có nghĩa tế bào phải sản xuất loại amino acid có tên methionine.

Sinh vật nào cũng phải tuân thủ đặc lệnh truyền tin này. Khi các nhà khoa học ghép đoạn gene chỉ huy việc sản xuất Insulin dùng trong bệnh tiểu đường vào DNA của một con vi trùng, con vi trùng này sẽ sản xuất ra Insulin giống như con người.

Vì thế, mật hiệu truyền tin “bộ ba” được coi là “mật hiệu truyền tin của thượng đế” với mọi sinh vật.

SỰ HÌNH THÀNH CÁC DNA ĐẶC THÙ CỦA MỖI SINH VẬT

Chúng ta đều biết về hai chị em cô Kiều:

Vân xem trang trọng khác vời

Khuôn trăng đầy đặn nét ngài nở nang

....................................

Kiều càng sắc sảo mặn mà

So bề tài sắc lại là phần hơn

Hai cô đều do Vương Ông và Vương Bà sinh ra.

Ở những tế bào bình thường của con người như hai ông bà, khi sắp tách làm hai, DNA được sắp xếp thành 46 đoạn nằm trong 46 hạt nhiễm sắc thể của nhân tế bào.

Chỉ duy nhất những tế bào trứng (ở đàn bà) hay tinh trùng (ở đàn ông), mới chỉ có một nửa số đó, tức là 23 nhiễm sắc thể.

Nhờ vậy, khi trứng thụ thai (tinh trùng nhập vào trứng), hai tế bào này nhập lại để thành 46 nhiễm sắc thể, hợp thành một chuỗi DNA đặc biệt của cô Kiều, mang mầm mống di truyền từ cả Vương Ông lẫn Vương Bà, giám sát sự phát triển của bào thai Thúy Kiều.

Tế bào trứng thụ tinh nguyên thủy này sẽ sinh sản nhanh chóng bằng cách tự tách làm hai thành 2 tế bào giống hệt (với chuỗi DNA của mỗi tế bào cũng giống hệt), từ đó 2 thành 4, 4 thành 8, 8 thành 16, 16 thành 32… Đó là những tế bào gốc (stem cells).

Từ những tế bào gốc này, dưới sự chỉ huy của DNA, chúng tự động phân chia công việc, có những tế bào gốc tạo ra da thịt, có những tế bào tạo ra tim, gan… rồi bào thai lớn lên.

Thường thường, những genes điều hành cơ thể chúng ta thừa hưởng từ cha và mẹ giống nhau, nhưng nếu có khác nhau, gene mạnh hơn sẽ lấn lướt, chẳng hạn như màu da, màu tóc, màu mắt, nét mặt ... của những người con lai.

Tuy nhiên, không phải đặc tính (hay những genes di truyền) của mỗi con người là tổng hợp những đặc tính (genes) của cha và mẹ. Thúy Kiều và Thúy Vân đều là con của vợ chồng Vương Ông, nhưng cả hai đã không giống nhau. Thúy Vân có lẽ mập và mặt tròn hơn, lông mày lông mi đậm hơn như Nguyễn Du mô tả:

Khuôn trăng đầy đặn nét ngài nở nang

Hai cô có những nét khác nhau là vì khi tế bào gốc từ buồng trứng của Vương Bà tách ra thành hai tế bào trứng, thì Thượng Đế trớ trêu, coi con người như một canh bạc, đã tạo ra hiện tượng “xóc bài”, một số bậc thang từ bên này lại nhảy sang bên kia và ngược lại, khiến cho thứ tự những bậc thang của DNA hai tế bào trứng trở nên xáo trộn, khác nhau.

Điều này cũng xảy ra tương tự đối với tinh trùng của Vương Ông. Vì thế, cùng thừa hưởng hai nguồn genes di truyền, nhưng DNA của Thúy Kiều hơi khác DNA của Thúy Vân và cũng không giống một ai khác. Sự đặc thù của chuỗi DNA của mỗi người sau này đã được gọi là “dấu tay DNA”, áp dụng trong các vụ án hình sự, khiến cho cựu tổng thống Clinton hết chối cãi khi ông ta biết có dấu tinh trùng của ông trên quần áo Lewinski.

TẾ BÀO SINH SẢN BẰNG CÁCH TÁCH MỘT THÀNH HAI NHƯ ĐƯỢC SAO CHÉP

Mỗi giây đồng hồ, trong cơ thể chúng ta có hàng triệu tế bào cũ chết đi, hàng triệu tế bào mới được sinh ra, chẳng hạn hồng huyết cầu chỉ sống được 40 ngày.

Sự sinh sản tế bào mới ở những cơ quan được thực hiện bằng cách tế bào mẹ tự tách làm hai tế bào con, có đầy đủ đặc tính của tế bào mẹ và có chuỗi DNA giống hệt. Sự sinh sản ra chuỗi DNA giống hệt nhau của mỗi người được gọi là sự sao chép (replication).

Sự sao chép giống như khi ta làm photocopy.

Nhưng với hàng triệu hay hàng tỷ bậc thang, sự sao chép nhiều lần thế nào cũng có lần xảy ra sai sót. Vì genes chỉ chiếm chừng 2% chiều dài của DNA nên thường thì sai sót không gây ra tác hại gì, nhưng đôi khi, sai sót này có thể ảnh hưởng đến những tế bào của sinh vật.

Nếu những sai sót sao chép này xảy ra trong tiến trình sinh sản, hậu quả là sinh vật sinh ra sẽ không sống được hay nếu có sống, sẽ sống khác với đồng loại. Ở con người là đưa đến hư thai hay sinh ra những đứa trẻ mắc phải các dị tật bẩm sinh.

Tuy nhiên, trong một khoảng thời gian dài hàng ngàn, hàng vạn, hay hàng triệu năm, những sai sót sao chép chồng chất trên một số genes quan trọng có thể đưa đến sự tuyệt tích của một dòng sinh vật hay nảy sinh ra một dòng sinh vật khác. Nói cách khác, sai sót sao chép của DNA đã là căn bản cho tiến trình diễn hóa của sự sống trong vòng mấy tỷ năm qua..

Trên đây là những ý niệm căn bản về DNA và di truyền học. Phát kiến về DNA đã giúp con người hiểu rõ hơn về những nguyên lý điều hành sự sống và sự tiến hóa của những sinh vật trên trái đất. Nó cũng đưa đến những ứng dụng để cải thiện cuộc sống con người, thí dụ như việc ghép các genes cần thiết vào gia súc để những thú vật to lớn hơn, nhiều thịt hơn, ghép gene vào cây cối để chống lại sâu rầy, ghép gene vào vi trùng để chúng chế tạo dược phẩm... Nó cũng được áp dụng trong đời sống hàng ngày, như giúp điều tra liên hệ phụ mẫu, họ hàng, giúp giải quyết những vụ án hình sự...

Tuy nhiên, nó cũng đã đưa tới nhiều tranh luận vì từ nay, con người đã mon men tiến gần tới cái quyền uy của Thượng Đế, là có thể điều chỉnh lại sinh vật và sự sống, và điều này, nếu không được nghiên cứu kỹ, có thể đưa đến những hậu quả khó lường.

CHÚ THÍCH:

– Dấu tay DNA: DNA của con người có những đoạn lập lại nhiều lần, trên đó những bases sẽ sắp xếp theo một thứ tự đặc thù của mỗi người. Vì tế bào nào cũng có chuỗi DNA nên chỉ cần vài giọt máu, vài cọng tóc, vài giọt tinh dịch hay một mẩu da mỏng trên móng tay nạn nhân khi chống lại hung thủ cũng đủ xác nhận lý lịch của hung thủ hay của ai đó.

– Áp dụng ngôn ngữ chung của DNA: Nhiều người bị bệnh tiểu đường vì những tế bào pancreas không sản xuất đủ chất Insulin. Các hãng bào chế thuốc lấy khúc gene chế tạo Insulin trên chuỗi DNA của người gắn vào DNA của con vi trùng E.coli. Dù vi trùng này rất nhỏ, nhưng 1 con vi trùng sẽ sinh sản ra hàng triệu hay hàng tỷ con khác trong vài ngày. Do sự sao chép DNA, những vi trùng con cháu đều có gene chế Insulin. Chúng cong lưng cùng nhau lao động để chế tạo ra Insulin cho những hãng bào chế bán ra cho người bệnh.

– Cloning: Không do sinh sản bình thường. Cách đây mấy năm, các nhà khoa học bên Anh đã lấy nhân từ một tế bào trong vú một con cừu A — trong đó có chuỗi DNA với những genes đặc biệt của cừu A — thay vào nhân một tế bào trứng của con cừu cái B. Sau đó họ đem cấy rồi đặt trở lại vào bụng cừu cái B. Ít lâu sau, cừu cái B đẻ ra một cừu con, mang những đặc tính di truyền của cừu A do DNA trong nhân tế bào vú truyền lại. Đó là con cừu Dolly, con cừu “cloning” đầu tiên. Sinh vật sinh ra do cloning có lẽ không khỏe mạnh lắm vì con cừu Dolly tuy còn trẻ đã mắc bệnh thấp khớp và vừa mới qua đời.

– Sự quyết định phái tính: Sự quyết định phái tính của con người tùy thuộc vào những genes trên cặp nhiễm sắc thể thứ 23. Ở phái nữ như Vương Bà, cặp này có hình dạng hai chữ X — XX. Khi tế bào sinh dục của Vương Bà tách làm hai trứng, mỗi trứng có một nhiễm sắc thể thứ 23 là hình chữ X. Trái lại, ở phái nam như Vương Ông, cặp thứ 23 có hình dạng chữ X đứng cạnh chữ Y — XY. Khi tế bào sinh dục tách làm hai để thành hai tinh trùng, một tinh trùng có nhiễm sắc thể 23 là X, tinh trùng kia là Y.

Khi hai ông bà gần nhau, trong hàng triệu tinh trùng của ông, một nửa là X, nửa kia là Y. Do đó, tiến trình của vấn đề sinh trai hay gái là một tiến trình may rủi, tình cờ với xác suất là 50%. Trong hai lần đầu, Vương Bà thụ thai, do tình cờ mà hai tinh trùng chứa nhiễm sắc thể X của Vương Ông chui vào tế bào trứng của Vương Bà và kết hợp thành hai tế bào gốc nguyên thủy XX, sinh ra Thúy Vân và Thúy Kiều. Cho đến lần thứ ba, cũng do tình cờ mà tinh trùng thụ thai là Y kết hợp thành hai tế bào gốc nguyên thủy XY để sinh ra Vương Quan, phái nam.

Hoàng Dung

Nguồn: Cõi Trời Cõi Ta

Nxb Tiếng Quê Hương, Virginia 2011

Cùng Tác Giả:

- Hòa Thượng Thích Tuệ Sỹ Và Nhân Quyền Hoàng Dung Chuyển ngữ

- Vài Liên Tưởng Phân Tâm Học Qua Thơ Bùi Giáng Hoàng Dung Nhận định

- Nguyễn Tất Nhiên Và Vấn Đề Tự Tử Hoàng Dung Nhận định

- Có Và Không Của Thế Gian Hoàng Dung Khảo cứu

- DNA, Đặc Tính Sự Sống và Sinh Vật Hoàng Dung Khảo cứu

- Vài Mạn Đàm Về Sao Trời Hoàng Dung Khảo cứu

- Vật Lý Lượng Tử Và Ý Nghĩa Thiền Học Của Vật Chất Hoàng Dung Khảo cứu

- Thời Gian Hoàng Dung Khảo cứu