SINH VẬT BIẾN-ĐỔI-GEN: Phần I. Sự tuyển chọn của thiên nhiên
Trần-Đăng Hồng, PhD
Trong năm qua, trên mạng tiếng Việt xuất hiện nhiều bài viết có liên quan tới sinh vật biến-đổi-gen (Genetic modified organism, GMO). Trong số này có bài quan ngại về những tiềm năng nguy hại, có bài đả kích kịch liệt công ty ứng dụng kỷ thuật biến-đổi-gen (1), chẳng hạn có bài mang tiêu đề dao to búa lớn “Một hiện tượng kỳ quái của Hoa Kỳ” (2).
Trong thế giới tự do, quyền phát biểu tư tưởng của cá nhân được tôn trọng, “ủng hộ” hay “chống đối” một biện pháp nào đó đều được hoan nghênh, thường được xử dụng để làm cân bằng mọi suy luận, tránh độc đoán trong suy tư và hành động. Đối với kỹ nghệ biến-đổi-gen cũng không thoát quy luật này, bên cạnh các nhà khoa học nghiên cứu biện minh cho nghiên cứu phát minh của mình, vẫn có các nhà khoa học khác chống đối bằng lý luận, kéo theo báo chí, dư luận, đoàn thể hoặc ủng hộ, hoặc phản đối. Đó là sự lành mạnh trong thế giới tự do.
Tuy nhiên, trong một vấn đề mới lạ, nhất là khoa học kỹ thuật, không phải ai cũng có kiến thức thâm sâu để hiểu biết vấn đề, phân biệt cái đúng và cái sai. Ngay ở các nước phương tây, dư luận cũng thường bị báo chí hướng đi theo chiều hướng sai sự thật, theo mục đích chính trị hay thương mại.
Trong loạt bài này, tác giả cố gắng trình bày theo quan điểm khoa học về vấn đề “sinh vật biến-đổi-gen”, không có ý định bênh vực hay chống đối một công ty nào hay nhóm chống đối nào. Chỉ là thuần túy khoa học. Phán xét lập luận của phản biện là quyền của bạn đọc.
Để hiểu vấn đề sinh vật biến-đổi-gen, tác giả trước nhất trình bày ít kiến thức căn bản về di-truyền-học.
PHẦN 1. TUYỂN CHỌN BỞI THIÊN NHIÊN VÀ LUẬT TIẾN-HÓA
Địa cầu được tạo thành cách đây 4,6 tỉ năm, và sự sống khởi đầu cách đây 3,5 tỉ năm. Bắt đầu từ một tế bào (đơn-bào) của thời khởi thủy, sinh vật tiến hóa theo thời gian thành vô số động thực vật, đa dạng và phong phú trong thế giới hoang dại thấy hiện nay, cùng với hàng trăm ngàn giống, loài cây hoa màu và thú do con người nuôi trồng và cải thiện. Giống thú nuôi cũng như cây trồng đã phải trải qua nhiều giai đoạn diễn biến: Tiến hóa đến đa dạng, thích ứng với môi trường sống, qua tuyển chọn bởi thiên nhiên, và bởi con người.
TIẾN-HÓA VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC
Sự-sống xuất hiện đầu tiên trên địa cầu là những sinh-vật đơn-bào, vi-khuẩn (bacteria) là chánh, cách đây 3,5 tỉ năm. Đó là một tiền-tế-bào (prokaryote), chỉ gồm màng tế-bào bên trong chứa ribosomes, chưa có nhân (nucleus), ty-lạp (mitochondria) hay lục-lạp (chloroplast, chlorophyll). Chúng có khả năng sinh sản nhanh chóng. Về sau, cách đây 3 tỉ năm, vi-khuẩn tiến hóa biến thành sinh vật nhóm chlorophyta, có chứa lục-lạp, tự sản xuất được chất đường nhờ hiện tượng quang-tổng-hợp (photosynthesis).
Các sinh vật đơn-bào này sinh sản rất nhanh, sống thành tập đoàn to lớn. Để sinh tồn, chúng cạnh tranh với nhau, mạnh được yếu thua, nên sản sinh nhiều chủng-loại mới đưa đến đa-dạng-hóa (diversity) trong thế giới vi-khuẩn. Tiến-hóa tiếp tục, sinh vật đơn-bào càng về sau càng phức tạp hơn, hoặc tiếp tục sống tự-dưỡng (autotrophic) hay sống dị-dưỡng (heterotrophic), ký sinh (parasitic) hay cộng sinh (symbiosis).
Đa-dạng-hóa, cạnh tranh giữa đồng loại hay với chủng-loại khác để sinh tồn, tiến-hóa tiếp tục tiến tới việc xuất hiện các sinh-vật đơn-bào to lớn hơn. Đó là các protists. Ở loại sinh vật này, tế-bào phát triển hơn, chứa nhân, ở đó có các thông tin di-truyền được tồn trữ (tiền thân của gen). Cách đây 1 tỉ năm tảo-xanh (green algae) xuất hiện, làm tổ tiên của giới thực-vật (Plantae, Plants), và bọt-biển (sponges) làm tổ tiên của giới động vật (Animalia, animals). Các sinh vật này sống trong nước, nước biển là chính, và tiếp tục tiến hóa theo thời gian, nảy sinh ra loài ốc, tôm, cá, v.v.
Rồi với thời gian, các sinh vật này leo lên bờ, tạo thành cây cối, rừng và động vật trên cạn, lần lượt gồm côn trùng, động vật lưỡng-thể (sống được trong nước và trên cạn, như rùa, loài bò-sát), chim, khủng long, rồi động vật-có-vú. Tiếp tục tiến hóa, loài nhân-hầu (primates) xuất hiện cách đây 63 triệu năm, rồi giả-nhân (đười ươi, ape) cách đây 6 triệu năm. Khoảng 2 triệu năm trước, một nhánh giã-nhơn phát triển có khả năng đi đứng thẳng người, với khối óc phát triển lớn, tạo thành loài Homo (Người). Khoảng 790.000 năm trước, loài Homo erectus tạo được lửa. Homo sapiens biết nói, là tổ tiên của loài người hiện tại, xuất hiện ở Phi châu, cách nay khoảng 200.000 năm (chi tiết mời đọc 3).
LÀM SAO SINH-VẬT THÍCH ỨNG ĐƯỢC MÔI TRƯỜNG MỚI ?
Như vậy, phải mất 3,5 tỉ năm để tiến hóa từ một sinh-vật-đơn-bào thành con người và các chủng loại động thực vật đa dạng phong phú ngày nay. Trái đất từ ngày được thành lập cách đây 4,6 tỉ năm cho đến nay đã trải qua không biết bao nhiêu lần biến đổi địa chất, khí hậu, tang điền thương hải, biển sâu hóa thành núi, v.v. Mỗi lần biến đỗi toàn cầu như vậy, một số sinh vật bị chết, một số sống sót. Để sinh tồn (survival), sinh vật sống sót phải có khả năng tiến-hóa (evolution) để thích nghi (adaptation) với môi trường mới, và phải có khả năng di truyền lại thế hệ sau những khả năng thích ứng này.
Tương tự như vậy, trong bình diện biến đổi nhỏ về môi trường do thay đổi địa lý, chẳng hạn sinh vật bị di chuyển đến một nơi khác, như cuốn bay theo gió, theo dòng nước trôi đến một nơi khác lạ, chúng phải có khả năng thích ứng để sống được trong môi trường mới. Để thích ứng, sinh vật phải tự-diễn-biến trong cơ thể, hoặc bằng cách tạo được đặc tính mới cho phù hợp, hoặc làm mất đi đặc tính cũ vốn không phù hợp với môi trường mới.
Thí dụ điển hình là vi trùng, chúng có khả năng quen dần với thuốc trụ-sinh, tự biến đổi bộ máy di truyền tạo chúng trở nên kháng thuốc. Việc xử dụng thuốc diệt sâu tổng hợp Pentachlorophenol lâu ngày làm vi trùng Sphingobium trong đất tự-diễn-biến tạo khả năng hủy hoại thuốc diệt sâu và vô hiệu hóa thuốc này. Vi khuẩn gây bệnh sốt rét ngày nay đã đề kháng các loại thuốc hữu hiệu trị bịnh trước đây. Một số cỏ dại ngày nay trở thành siêu-cỏ-dại vì đã quen lờn với thuốc diệt cỏ.
Hiện tượng thích nghi xảy ra nhờ qua sự biến đổi từ từ của bộ phận cơ thể, như làm quen dần với khí hậu. Chẳng hạn, khi đến cư trú ở một cao nguyên thật cao, ban đầu chúng ta gặp khó khăn trong hô hấp và vận động cơ thể (vì ít oxy, áp xuất thấp và lạnh lẽo hơn). Nhưng sau một thời gian, thân thể ta quen dần với các điều kiện ở cao độ; thân thể tự-diễn-biến cho thích nghi với áp xuất thấp bằng cách tự gia tăng lượng hồng-huyết-cầu. Tính thích ứng cũng khác nhau ở mỗi người. Người thích ứng giỏi sớm có cuộc sống bình thường, đặc biệt việc thụ tinh không thay đổi; ngược lại kẻ kém khả năng thích ứng giảm khả năng thụ tinh. Trong thời gian dài, ai thích ứng mạnh sanh con đẻ cháu nhiều hơn, con cháu mang theo đặc tính di truyền tốt này, và sau nhiều thế hệ tạo được chủng tộc hoàn toàn thích ứng với môi trường mới này.
Như vậy, hiện tượng thích nghi là một tiến trình biểu hiện một số đặc tính mới để sinh vật tồn tại, không bị môi trường mới hủy diệt. Do tuyển chọn bởi thiên nhiên (natural selection) qua thời gian dài, trải qua nhiều thế hệ, bộ máy di truyền của tập đoàn chủng loại được cải thiện hoàn hảo hơn để thích ứng môi trường mới (4).
Biến đổi môi trường sống, như biến đổi khí hậu, là động cơ tiến hóa để sinh vật thích nghi. Khi môi trường sống bị thay đỗi, sinh vật hoặc:
(i) tự động trốn thoát môi trường tai hại này (di tản như bay, lội, chạy), hay thụ động phân tán (bởi gió, nước chảy, sinh vật lớn hơn mang theo) tản mát đến vùng chung quanh có môi trường dễ sống hơn. Bởi vì không có môi trường nào giống như nguyên thủy, nên sinh vật biến hóa thích ứng theo môi trường mới, tạo ra đa dạng loài sinh vật;
(ii) hoặc sinh vật phải tự-diễn-biến sinh học cơ thể, làm thay đổi bộ máy gen qua hiện tượng đột-biến-di-truyền (ngẫu biến, mutation).
Tương tự như vậy, khi một sinh vật (như côn trùng, cỏ) đến xâm chiếm (invasive) một môi trường mới, những sinh vật vốn sống trên môi trường này cũng phải biến đổi, hoặc phải chạy trốn, hoặc phải tự-diễn-biến để thích ứng với láng giềng mới để cùng sống chung, hoặc bị hủy diệt (diệt chủng).
Tóm lại, theo như thuyết Darwin (5), mọi sinh vật phải tranh đấu để sinh tồn (struggle for survival), sinh vật nào kém thích nghi với môi trường thì ít có khả năng tồn tại, sinh vật nào thích ứng tốt với môi trường thì có khả năng sống còn, có khả năng sinh sản mạnh và truyền lại thế hệ sau các đặc tính di truyền tốt này. Với thời gian,các thế hệ sau tiếp tục được sàng sẩy cho thích ứng hơn – sự tuyển chọn của thiên nhiên – hậu quả đưa đến các loài mới (new species).
Lamark (1744–1829) (6) cũng giải thích thuyết tiến hóa dựa trên 4 ý tưởng:
(1) Nội lực tiến hóa. Sinh vật đơn giản có khuynh hướng tiến hóa thành sinh vật phức tạp hơn. Chẳng hạn cây cối và thú vật đều có khuynh hướng gia tăng kích thước thể xác. Các bộ phận trong cơ thể chúng cũng gia tăng thể tích hay kích thước. Đó là do bản chất nội lực của sinh vật.
(2) Môi trường biến đổi tạo nhu cầu mới. Môi trường thay đổi theo không gian và thời gian, làm biến đổi môi-trường-sống (habitat), gây ảnh hưởng tới cơ thể sinh vật, làm biến đổi sinh lý cũng như hình hài của chúng. Hậu quả là môi-trường-sống mới tạo sinh vật có nhu cầu mới, và để sinh tồn chúng phải biến đổi bản chất và cấu trúc cơ thể để thích nghi với môi-trường-sống mới.
(3). Cơ quan hữu dụng và vô dụng. Bộ phận hay cơ quan nào trong cơ thể được xử dụng thường xuyên có khuynh hướng sinh trưởng và phát triển hữu hiệu, còn bộ phận nào không xử dụng có khuynh hướng thoái hóa, biến mất hay chỉ còn dấu vết. Vài ví dụ điển hình. Hưu-cao-cổ (giraffe) có cổ dài và chân trước cao để thích nghi việc ăn lá ở ngọn cây cao trong môi trường khô hạn Phi châu thiếu cỏ; ngược lại các loài cá trong hang động tối đen, chuột chũi sống trong hang tối có mắt bị đui chột vì không xử dụng mắt. Các loài chim tìm mồi trong nước, như vịt, chim biển có chân màng để dễ dàng lặn lội trong nước.
(4). Các đặc tính thích nghi do môi-trường-sống mới tạo nên được truyền lại thế hệ sau.
Nói tóm lại, mọi sinh vật trên địa cầu vẫn đang tiếp tục tiến hóa. Biến đổi môi trường càng nhanh, một số loài bị diệt chủng vì không có khả năng sinh tồn trong điều kiện môi trường mới. Một số sống sót, tiến hóa, tiếp tục đa dạng và phong phú sinh vật trong môi trường mới.
Con người cũng sẽ tiến hóa, có thể thành một chủng loại khác, siêu việt hơn. Từ loài nhân-hầu xuất hiện cách đây 63 triệu năm, tiến hóa thành giả-nhân (đười ươi, ape) cách đây 6 triệu năm, rồi cách đây 2 triệu năm tiến hóa thành loài Homo (Người) có khối óc lớn. Khoảng 790.000 năm trước, loài Homo erectus tạo được lửa. Homo sapiens biết nói, là tổ tiên của loài người hiện tại, xuất hiện ở Phi châu, cách nay khoảng 200.000 năm.
Sau Homo sapiens là Homo gì đó sẽ xuất hiện trong vài ba trăm ngàn năm tới?
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÁNH:
5. Wikipedia. On the origin of species
6. Atul Vijaykant. Brief Essay on the Lamarck’s Theory of Evolution.
Mời đọc tiếp:
Phần I. Tuyển chọn bởi thiên nhiên
Phần II.Đại cương di-truyền học
Phần III. Tuyển chọn bởi con người
Phần IV. Lai-tạo DNA hay Kỹ Thuật Chuyển Gen
Phần V. Cây hoa màu biến-đổi-gen
Phần VI. Chống đối sinh-vật biến-đổi-gen
Phần VII. Tranh luận sinh-vật biến-đổi-gen
Bài này đăng trên Khoa Học Net ngày 20/2/2013.
