Sự Đa Dạng – Tinh Vi Của Tự Nhiên

101

1. Hành tinh độc nhất

Chẳng dễ gì bạn có được sự sống của ngày hôm nay. Trong toàn vũ trụ này, theo những gì chúng ta biết, chỉ có một nơi duy nhất, một nơi xa xôi và kín đáo của ngân hà được gọi là Trái đất, chỉ nơi này có thể duy trì sự sống của bạn. Khoảng cách từ đáy đại dương sâu nhất cho đến đỉnh núi cao nhất, phạm vi nuôi dưỡng gần như mọi sự sống, chỉ hơn một chục dặm – không nhiều khi đem so với sự bao la của vũ trụ này.

Chỉ một phần nhỏ bề mặt của hành tinh này đủ khô ráo để chúng ta có thể sống trên đó, phần rất lớn còn lại luôn quá nóng hoặc quá lạnh, quá khô, quá trũng hoặc quá cao nên chúng ta không thể tận dụng được. Diện tích bề mặt trái đất mà chúng ta có thể sống rất khiêm tốn: chỉ 12% so với toàn bộ diện tích đất liền, và chỉ 4% so với toàn bộ bề mặt trái đất kể cả các đại dương. 

Tuy nhiên nếu quan sát ở góc độ rộng lớn hơn vào hệ mặt trời, bạn sẽ nhận thấy rằng không nơi nào khác có thể thuận lợi cho sự sống của con người hơn hành tinh này. Đến nay các nhà khoa học không gian đã khám phá được khoảng 70 hành tinh bên ngoài hệ mặt trời, trong số khoảng 10 tỷ triệu hành tinh trong vũ trụ này, thế nên chúng ta không thể khẳng định rằng chỉ có trái đất mới có khả năng dung dưỡng sự sống. Nhưng dường như nếu muốn có được một hành tinh có sự sống thì có lẽ bạn phải là người rất may mắn mới có thể tìm kiếm được. Sau đây là 4 điều may mắn chính đối với Trái Đất:

1.1. Vị trí tuyệt vời

Thật huyền bí, trái đất của chúng ta xuất hiện tại một khoảng cách hợp lý từ một ngôi sao có kích cỡ đủ lớn để tỏa ra nhiều năng lượng nhưng lại không quá lớn để không tự hủy quá nhanh. Có một điều kỳ lạ trong vật lý học là: một ngôi sao càng lớn thì nó càng nhanh tàn lụi. Nếu mặt trời của chúng ta có kích cỡ lớn hơn gấp 10 lần thì nó đã tự hủy sau 10 triệu năm tồn tại thay vì là 10 tỷ năm, và nếu thế thì loài người đã biến mất từ rất lâu. 

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Vị trí tuyệt vời của Trái đất

Quỹ đạo của trái đất cũng khá hoàn hảo. Nếu quỹ đạo của trái đất gần mặt trời hơn thì mọi thứ trên trái đất đều nóng chảy và biến mất. Nếu quỹ đạo của trái đất xa mặt trời hơn thì mọi thứ trên trái đất đã bị đóng băng. 

Năm 1978, một nhà vật lý học thiên thể tên là Michael Hart đã thực hiện một số tính toán và kết luận rằng nếu quỹ đạo của trái đất xa mặt trời hơn 1% hoặc gần mặt trời hơn 5% thì nó đã trở thành nơi không có sự sống, về sau người ta tính toán lại con số này là “xa mặt trời hơn 15% và gần mặt trời hơn 5%” – dù gì đó vẫn là khoảng cách hẹp. 

Để đánh giá đúng độ hẹp này, bạn chỉ cần quan sát sao Kim. Khoảng cách từ sao Kim đến mặt trời chỉ ngắn hơn khoảng cách từ trái đất đến mặt trời 25 triệu dặm. Hơi ấm của mặt trời đến sao Kim sớm hơn khi đến trái đất chỉ 2 phút, về kích cỡ và kết cấu thì sao Kim rất giống với trái đất, nhưng chính sự khác biệt nhỏ về khoảng cách quỹ đạo đã tạo ra những khác biệt to lớn. 

Người ta xác định rằng khi hệ mặt trời mới hình thành thì nhiệt độ ở sao Kim chỉ lớn hơn nhiệt độ ở trái đất đôi chút và có lẽ khi ấy tại sao Kim cũng có các đại dương. Nhưng chính sự khác biệt đôi chút về nhiệt độ đó khiến sao Kim không thể giữ được lượng nước trên bề mặt của nó, hậu quả là khí hậu tại sao Kim vô cùng thảm khốc. Khi nước tại sao Kim bốc hơi, các nguyên tử hydro lan tỏa vào không gian, và các nguyên tử oxy kết hợp với cacbon để hình thành nên một bầu khí quyển dày đặc khí CO2. Không khí tại sao Kim trở nên vô cùng ngột ngạt. Dù trước đây người ta hy vọng rằng sao Kim có thể nuôi dưỡng được sự sống bên dưới những đám mây dày đặc của nó, nhưng ngày nay chúng ta biết rằng đó là một môi trường quá khắc nghiệt nên không thể nuôi dưỡng bất kỳ sự sống nào chúng ta có thể nghĩ ra. Nhiệt độ bề mặt sao Kim lên đến 470 độ C, nhiệt độ này có thể nung chảy chì, áp suất không khí tại sao Kim lớn gấp 90 lần so với áp suất tại trái đất, không ai có thể tồn tại ở áp suất này. 

Chúng ta thiếu kỹ thuật để tạo ra các trang phục hoặc các tàu không gian có thể giúp chúng ta đến thăm bề mặt sao Kim. Hiểu biết của chúng ta về bề mặt sao Kim là nhờ bởi những hình ảnh và dữ liệu do hệ thống radar từ tàu thăm dò vũ trụ của Liên Xô cũ được phóng thẳng đến sao Kim, xuyên qua các đám mây dày đặc vào năm 1972 và chỉ tồn tại một giờ đồng hồ trước khi hư hỏng hoàn toàn. 

Đó là những gì sẽ xảy ra nếu quỹ đạo của trái đất gần mặt trời hơn 2 phút. Nếu quỹ đạo của trái đất cách xa mặt trời hơn thì nhiệt độ trên trái đất sẽ trở nên quá lạnh, chẳng hạn như nhiệt độ tại bề mặt sao Hỏa. Sao Hỏa cũng từng có lúc là nơi thích hợp để dung dưỡng sự sống, nhưng cuối cùng vẫn không thể duy trì được bầu khí quyển thích hợp và trở nên quá lạnh.

1.2. Một hành tinh thích hợp

Nhiều nhà địa vật lý khi được yêu cầu trình bày những ưu điểm của trái đất có thể dung dưỡng được sự sống thường khẳng định rằng nếu không có lớp macma sùng sục trong lòng đất thì loài người chúng ta đã không thể tồn tại trên hành tinh này. 

Macma trong lòng đất tạo ra khí thải có thể giúp hình thành bầu khí quyển và giúp chúng ta có được từ trường bảo vệ ta tránh được sự bức xạ của các tia vũ trụ. Nó cũng giúp chúng ta có được kiến tạo địa tầng liên tục tái tạo bề mặt trái đất. Nếu bề mặt trái đất hoàn toàn phẳng, thì có lẽ toàn bộ bề mặt này đã chìm sâu bốn kilômét dưới nước. 

Ngoài việc có được cấu tạo bên trong lòng đất hợp lý chúng ta cũng có được các nguyên tố thích hợp với tỷ lệ cân xứng. Cụ thể là, chúng ta được cấu thành bởi các chất liệu hoàn toàn hợp lý.

Các nguyên tố phù hợp

Có 92 nguyên tố tự nhiên xuất hiện trên trái đất, cộng với khoảng 20 nguyên tố khác được tạo ra trong các phòng thí nghiệm. Chỉ vài nguyên tố trong số này được xếp vào loại xa lạ với hầu hết mọi người. Ví dụ, astatine (nguyên tố phóng xạ nhân tạo) không được nghiên cứu thực tế. Nó có tên gọi và vị trí nhất định trong bảng tuần hoàn hóa học (kế bên poloni của Marie Curie), nhưng nó chỉ dừng lại ở đó. Vấn đề ở đây không phải là do người ta không quan tâm đến nó, mà là do nó quá hiếm hoi. Chúng ta không có nhiều astatine. Tuy nhiên nguyên tố hiếm hoi nhất dường như là franxi, nó hiếm đến mức mà người ta cho rằng trên toàn hành tinh này, tại một thời điểm nào đó, chỉ có hơn 20 nguyên tử franxi. 

Tổng cộng chỉ có khoảng 30 nguyên tố tự nhiên xuất hiện phổ biến trên trái đất, và chỉ nửa tá nguyên tố đóng vai trò quan trọng hàng đầu với sự sống. Như bạn có thể nghĩ đến, oxy là nguyên tố quan trọng nhất với chúng ta, chiếm dưới 50% lớp vỏ của trái đất, nhưng chúng ta sẽ phải ngạc nhiên với các nguyên tố còn lại. Ví dụ, ai có thể nghĩ rằng silic là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxy hoặc ai có thể nghĩ rằng titan là nguyên tố có số lượng nhiều thứ 10 trên trái đất? 

Số lượng các nguyên tố dường như không liên quan gì đến ứng dụng của chúng trong đời sống con người. Số lượng các nguyên tố cũng không liên hệ gì đến tầm quan trọng của nó. Cacbon chỉ đứng ở hàng thứ 15, chiếm 0,048% lớp vỏ của trái đất, nhưng chúng ta sẽ không tồn tại nếu không có nó. 

Theo những gì Paul Davies đã viết: “Nếu không có cacbon, đời sống của chúng ta không thể xuất hiện. Có lẽ bất kỳ đời sống nào cũng không thể hình thành”. 

Tuy nhiên cacbon không có nhiều ngay cả trong con người, dù con người là động vật cần có nó nhất. Trong số 200 nguyên tử cấu thành cơ thể bạn, trong đó có 126 nguyên tử hydro, 51 oxy, và chỉ có 19 cacbon. 

Các nguyên tố khác không đóng vai trò cấu thành sự sống nhưng lại quan trọng trong việc duy trì sự sống. Chúng ta cần có sắt để tạo ra hemoglobin, nếu không có sắt chúng ta sẽ chết. Coban cần thiết cho việc tạo ra vitamin B12. Kali và một ít natri sẽ tốt cho hệ thần kinh. Molypden, mangan, và vanadi giúp các enzym của bạn vận hành đều đặn. Kẽm giúp oxy hóa cồn. Chúng ta đã tiến hóa để có thể tận dụng hoặc chịu đựng được những thứ này – chúng ta không thể tồn tại nếu không có chúng. Nhưng ngay cả khi đã tiến hóa chúng ta vẫn sống trong sự chấp nhận hạn hẹp. Selen cần thiết cho mọi chúng ta, nhưng nếu bạn hấp thụ lượng selen nhiều hơn so với cần thiết thì đó sẽ là việc cuối cùng bạn thực hiện trong cuộc đời này. Không ai biết liệu một lượng nhỏ asen (thạch tín) có cần thiết cho sự sống của chúng ta hay không. Một số nhà khoa học nói rằng có, một số khác lại nói rằng không. Chúng ta chỉ có thể chắc chắn rằng một lượng lớn asen sẽ giết chết chúng ta. 

Các tính chất của các nguyên tố này còn có thể khiến chúng ta phải ngạc nhiên khi chúng được kết hợp với nhau. Oxy và hydro là hai nguyên tố nổi tiếng dễ cháy, nhưng khi được kết hợp với nhau thì chúng tạo thành nước với đặc tính khó cháy. (Bản thân oxy là chất không dễ cháy; nó chỉ khuyến khích sự cháy của các chất khác). 

Kỳ quặc hơn nữa là sự kết hợp giữa natri, một trong số những nguyên tố ít bền vững nhất, với clo, một trong số những nguyên tố độc hại nhất. Bạn hãy bỏ một mảnh nhỏ natri nguyên chất vào nước bình thường và nó sẽ phát nổ với sức mạnh có thể giết chết người. Clo thậm chí còn nguy hiểm hơn thế. Dù hữu ích với lượng nhỏ trong việc giết chết các vi sinh vật (bạn ngửi thấy mùi clo trong các loại chất tẩy), với lượng lớn hơn nó có thể giết chết người. Clo là một trong những khí độc hại được dùng trong cuộc Chiến tranh Thế giới I. Và, như những ai đã từng bơi lội thường bị đỏ mắt tại các hồ bơi công cộng đã biết, ngay cả khi với lượng clo cực loãng thì cơ thể con người vẫn không hoan nghênh. Tuy nhiên khi bạn kết hợp hai nguyên tố nguy hại này lại với nhau bạn sẽ có được Natri Clorua – một loại muối bột thông dụng. 

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Clo được sử dụng trong trận chiến Ypres lần thứ hai diễn ra trên mặt trận phía Tây từ tháng 4 – 5/1915 giữa quân đội Đế quốc Đức và liên quân Anh, Pháp, Canada

Nhìn chung, nếu một nguyên tố không tìm được phương cách tự nhiên để thẩm thấu vào cơ thể bạn, thì chúng ta có xu hướng không chịu được nó. Chì khiến chúng ta bị ngộ độc vì chúng ta không tiếp xúc với nó mãi đến khi chúng ta đưa nó vào các loại thức ăn đóng hộp. Khi các nguyên tố không xuất hiện tự nhiên trên trái đất, chúng ta không có khả năng chịu đựng được chúng, và thế nên chúng trở nên cực kỳ độc hại với chúng ta, chẳng hạn pluton. Chúng ta hoàn toàn không thể chịu đựng được pluton.

1.3. Mặt trăng

Hầu hết các mặt trăng của các hành tinh khác đều có kích cỡ khá nhỏ so với hành tinh kiểm soát nó. Ví dụ, các mặt trăng Phobos và Deimos của sao Hỏa chỉ có đường kính khoảng 10 kilômét. Tuy nhiên, mặt trăng của chúng ta có đường kính lớn hơn 1/4 đường kính trái đất, điều này khiến trái đất của chúng ta trở thành hành tinh duy nhất có mặt trăng với kích cỡ khá lớn so với nó (ngoại trừ sao Diêm Vương, vì sao Diêm Vương có kích cỡ quá nhỏ), và chính sự khác biệt này giúp chúng ta tồn tại. 

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Mặt trăng của Trái đất

Nếu không có ảnh hưởng đều đặn của mặt trăng, trái đất sẽ chao đảo như con gụ, không ai biết khi ấy khí hậu và thời tiết ở trái đất sẽ thay đổi ra sao. Lực hấp dẫn liên tục của mặt trăng giúp trái đất luôn xoay tròn với vận tốc và góc độ ổn định, điều này tạo ra sự bền vững cần thiết cho sự sống lâu dài trên trái đất. 

Nhưng điều này sẽ không diễn ra mãi mãi. Mặt trăng đang di chuyển cách xa chúng ta với tốc độ 1,5 inch mỗi năm. Trong hai tỷ năm sắp tới, mặt trăng sẽ tách xa chúng ta đến mức nó không thể giúp trái đất có được sự bình ổn như ngày nay và khi ấy chúng ta sẽ phải đối mặt với một số hậu quả nhất định. 

Một điều thú vị là cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, một vật thể có kích cỡ bằng sao Hỏa đã đâm sầm vào trái đất, để rồi các mảnh vỡ bắn ra từ trái đất đã hội tụ và cấu thành mặt trăng. Đây rõ ràng là điều rất tốt cho chúng ta!

1.4. Thời gian

Vũ trụ không ngừng thay đổi, và sự tồn tại của chúng ta trong vũ trụ là một kỳ công. 

Nếu bạn hình dung 4,5 tỷ năm tuổi của trái đất được nén lại thành một ngày trên trái đất, khi ấy sự sống sẽ bắt đầu xuất hiện rất sớm, khoảng 4 giờ sáng, với sự xuất hiện của loài đơn giản nhất, các sinh vật đơn bào, nhưng rồi lại ngừng phát triển trong suốt 16 tiếng đồng hồ sau. Mãi đến gần 8:30 tối, khi 5/6 thời gian trong ngày đã trôi qua, sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất cũng chỉ là các vi khuẩn. Sau đó, cuối cùng, thực vật biển đầu tiên xuất hiện, 20 phút sau là sự xuất hiện của loài sứa và quần thể động vật bí ẩn được khám phá tại Ediacaran bởi Reginald Sprigg tại Australia. Lúc 9:04 tối, bọ ba thùy xuất hiện, tiếp theo là các sinh vật trong bộ sưu tập Burgess Shale (một mỏ hóa thạch).

Trước 10 giờ đêm, thực vật bắt đầu di cư lên đất liền. Sau đó, khi chỉ còn lại 2 giờ đồng hồ trong ngày, là sự xuất hiện của các sinh vật đầu tiên trên đất liền. Lúc 10:24 trái đất được bao phủ bởi các khu rừng thuộc kỷ Cacbon giúp chúng ta có than đá và các côn trùng có cánh đầu tiên xuất hiện. Khủng long ló dạng trước 11:00 đêm và thống trị suốt ¾ tiếng đồng hồ. Chúng biến mất lúc 11:39 đêm và động vật có vú bắt đầu xuất hiện. Con người xuất hiện khi chỉ còn 1 phút 17 giây nữa là đến nửa đêm. 

Toàn bộ lịch sử của loài người, theo tỷ lệ này, chỉ kéo dài vài giây, tuổi thọ của một đời người chỉ là khoảnh khắc. Trong suốt khoảng thời gian này các lục địa không ngừng trôi dạt và va đập vào nhau. Các dãy núi mọc lên rồi biến mất, cùng với sự xuất hiện và biến mất của các vịnh và băng tuyết. Và suốt quá trình này, khoảng 3 lần/phút, tại một nơi nào đó trên hành tinh này xuất hiện tiếng nổ do sự va chạm giữa trái đất và các thiên thạch và các sao băng. Thật kỳ diệu khi các sinh vật có thể sống sót trong hoàn cảnh như thế và thực ra thì không loài nào có thể sống sót được quá lâu. Để tự bảo vệ chính mình, các chủng loài thường biến mất rồi lại xuất hiện. Chúng càng có cơ cấu phức tạp thì chúng càng nhanh tuyệt chủng.

Nếu hàng loạt những sự kiện và biến cố trong suốt 4,6 tỷ năm qua không xảy ra đúng cách và đúng lúc – ví dụ, nếu loài khủng long không bị tẩy sạch bởi một thiên thạch nọ – thì có lẽ hiện giờ bạn chỉ là một sinh vật dài sáu inch, với râu tóc bờm xờm và có đuôi, và đang đọc điều này trong một hang động.  Chúng ta không thể khẳng định vì chúng ta không có gì để so sánh với sự tồn tại của chính mình nhưng, như những gì chúng ta đã rất may mắn khi xuất hiện trên trái đất này. 

Tóm lại

Phần lớn lý do tại sao trái đất lại trở thành nơi lý tưởng, tinh vi đến vậy cho sự sống là do chúng ta đã tiến hóa để hòa hợp với các điều kiện của nó. Điều khiến chúng ta ngạc nhiên không phải là do nó thích hợp cho sự sống mà là do nó thích hợp cho sự sống của chúng ta. Những thứ vô cùng thích hợp với chúng ta – mặt trời, mặt trăng, cacbon, macma – có vẻ quý giá chỉ đơn giản vì chúng ta nhờ có chúng thì chúng ta mới có thể tồn tại.

Các thế giới khác có thể nuôi dưỡng sự sống nhờ bởi các hồ thủy ngân và các đám mây amoniac của chúng. Những người đến từ các hành tinh khác có thể phải ngạc nhiên khi nhận thấy rằng chúng ta đang sống trong bầu khí quyển có quá nhiều nitơ, oxy, hoặc bất kỳ thứ gì khác. Chúng ta thậm chí còn không thể chiêu đãi họ bữa ăn trưa vì mọi loại thực phẩm của chúng ta đều chứa mangan, selen, đồng, và các nguyên tố khác – và tất cả những thứ này có thể khiến họ bị ngộ độc. Trong ánh mắt họ thì trái đất là một nơi chẳng hề lý tưởng chút nào. Thế nên dường như những sự kiện và điều kiện dẫn đến sự sống trên trái đất có thể không quá phi thường như chúng ta nghĩ. Tuy nhiên, chúng vẫn có đủ phi thường, và có một điều chắc chắn là: chúng sẽ luôn phi thường mãi đến khi chúng ta tìm được một hành tinh khác tốt hơn.

2. Đại dương

Nước xuất hiện mọi nơi. Một củ khoai tây chứa 80% nước, một con bò chứa 74% nước, một con vi khuẩn chứa 75%. Một quả cà chua 95%, gần như hoàn toàn là nước. Ngay cả cơ thể con người cũng chứa 65% nước, khiến chúng ta trở thành một sinh vật lỏng hơn là rắn. Nếu không có nước, cơ thể con người nhanh chóng phân rã. Nước là thứ thiết yếu trong đời sống chúng ta và chúng ta dễ dàng quên đi rằng có một phần nước trên trái đất rất độc hại với chúng ta bởi độ mặn của nó.

Chúng ta cần có muối để sống, nhưng chỉ một lượng rất nhỏ, và nước biển chứa lượng muối nhiều hơn so với nhu cầu của chúng ta – khoảng 70 lần. Một lít nước biển chứa khoảng 2,5 muỗng nhỏ muối NaCl – loại muối thông thường mà chúng ta thường cho vào thực phẩm – nhưng lại chứa một lượng lớn các nguyên tố khác. Thành phần của các loại muối và khoáng chất này trong các mô của chúng ta rất giống với nước biển – chúng ta đổ mồ hôi và khóc ra nước biển, theo lời Margulis và Sagan – nhưng thật lạ là chúng ta không thể uống nước biển.

2.1. Phân bố

Trên trái đất có 320 triệu dặm vuông nước biển và lượng nước biển này sẽ không thay đổi. Hệ thống này là hệ thống khép kín. Nước mà bạn uống ngày nay là loại nước đã vận hành theo sự tuần hoàn nước kể từ khi trái đất còn rất trẻ. Cách đây khoảng 3,8 tỷ năm, đại dương có lượng nước không khác lượng nước ngày nay.

Thế giới nước được gọi là thủy quyển và bị áp đảo bởi đại dương. 97% lượng nước trên trái đất là nước biển, phần lớn thuộc Thái Bình Dương, Thái Bình Dương bao phủ một nửa hành tinh này và rộng lớn hơn đất liền trên trái đất. Thái Bình Dương chứa một nửa lượng nước biển trên trái đất (chính xác là 51,6%); Đại Tây Dương chứa 23,6% và Ấn Độ Dương chứa 21,2%; 3,6% còn lại thuộc về các biển nhỏ khác. Tổng cộng 60% bề mặt trái đất là đại dương có độ sâu hơn một dặm. Theo lời Philip Ball, chúng ta nên gọi hành tinh của chúng ta là Nước chứ không phải Đất.

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Trái đất phần lớn là đại dương

Trong số 3% lượng nước còn lại của trái đất, hầu hết tồn tại ở dạng băng tuyết. Chỉ một phần rất nhỏ – 0, 036% – tồn tại ở các hồ, sông, hồ nhân tạo, và một phần cực nhỏ – 0,001% – tồn tại ở hình thức là các đám mây hoặc hơi nước. Gần 90% băng tuyết trên trái đất tồn tại ở Nam cực, và hầu hết thuộc Đảo băng. 

2.2. Khám phá dưới đáy biển

Mãi đến thế kỷ 19, hầu hết kiến thức của chúng ta về đại dương được đặt trên nền tảng là những gì trôi dạt vào bờ biển hoặc bị mắc kẹt trong lưới đánh cá, và hầu hết sách vở viết về đề tài này đều dựa vào các giai thoại, các giả thiết hơn là dựa vào các bằng chứng khoa học. 

2.2.1. Những nghiên cứu ban đầu

Vào những năm 1830, nhà tự nhiên học người Anh tên gọi Edward Forbes tiến hành nghiên cứu đáy biển tại Đại Tây Dương và Địa Trung Hải và xác định rằng hoàn toàn không có sự sống ở độ sâu hơn 2.000 foot (609,6 mét). Dường như đó là một kết luận rất hợp lý. Ở độ sâu đó không có ánh sáng, không có đời sống thực vật và áp suất nước ở độ sâu đó cực lớn. Thế nên người ta vô cùng ngạc nhiên khi, vào năm 1860, một trong số các sợi cáp vượt Đại Tây Dương ở độ sâu hơn hai dặm (3,22 kilomet) được kéo lên để sửa chữa, và người ta nhận thấy rằng nó bị bao phủ bởi lớp san hô, trai sò và các sinh vật vỏ cứng khác.

Cuộc điều nghiên thực sự có tổ chức đầu tiên được tiến hành vào năm 1872, một đoàn thám hiểm đến từ Viện bảo tàng Anh, Hội hoàng gia Anh, và Chính phủ Anh lên boong chiếc tàu chiến HMS Challenger. Suốt 3,5 năm sau đó, họ di chuyển khắp thế giới, thu thập các mẫu nước, đánh bắt các loại cá, kéo lưới vét để thu gom trầm tích. Họ đã vượt qua gần 70.000 dặm biển, thu thập hơn 4.700 chủng loài sinh vật biển mới và có được đủ thông tin để viết ra một bản báo cáo gồm 50 tập (họ mất 19 năm để hoàn tất bản báo cáo này), và giúp thế giới có được một môn khoa học mới: hải dương học. Qua việc đo lường độ sâu, họ cũng khám phá được rằng dường như giữa Đại Tây Dương có các dãy núi chìm sâu dưới đáy, điều này khiến một vài nhà nghiên cứu nghĩ rằng họ đã tìm thấy lục địa Atlantis chìm sâu dưới biển.

2.2.2. Nghiên cứu của tàu Alvin

Năm 1977, một trong số những khám phá về sinh vật học quan trọng nhất của thế kỷ 20. Vào năm đó, tàu lặn Alvin của Mỹ tìm được rất nhiều sinh vật lớn sống quanh các miệng núi lửa dưới biển sâu tại quần đảo Galápagos – loài trùn ống dài hơn 3m, những con trai có bề ngang 30 cm, rất nhiều tôm và sò lớn. Chúng tồn tại nhờ bởi các vi khuẩn có được nguồn năng lượng từ hydro sunfua – đây là hợp chất nổi tiếng độc hại đối với các sinh vật sống trên bề mặt – liên tục chảy ra từ các miệng núi lửa này. Đó là một thế giới không có ánh mặt trời, oxy, hay bất kỳ thứ gì có liên hệ đến đời sống. Đây là một quần thể sống không phụ thuộc vào sự quang hợp mà chỉ phụ thuộc vào sự hóa tổng hợp, đây là một chỉnh hợp mà các nhà sinh vật học cho rằng hoàn toàn phi lý và không thể tin được.

Một lượng nhiệt và năng lượng rất lớn tuôn ra từ các miệng núi lửa này. Tổng cộng 20 miệng núi lửa như thế này tạo ra năng lượng ngang bằng với một trạm năng lượng loại lớn và sự chênh lệch nhiệt độ ở đây rất lớn. Nhiệt độ tại dòng chảy ra có thể lên đến hơn 400 độ C, trong khi cách đó vài mét, nhiệt độ nước có thể chỉ lớn hơn nhiệt độ đóng băng một vài độ. Một loại trùn được gọi là alvinellid sống ngay tại miệng núi lửa, với sự chênh lệch nhiệt độ nước là 140 độ (so giữa dòng nước trên đầu và dòng nước ở đuôi của nó). Trước khám phá này, người ta nghĩ rằng không một sinh vật nào có thể tồn tại với sự chênh lệch nhiệt độ quá 130 độ. Khám phá này đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về sự sống. 

Nó cũng giải thích được một trong những băn khoăn lớn nhất của chúng ta về hải dương học: tại sao nước ở các đại dương không mặn hơn theo thời gian. Các đại dương có đủ muối để chôn vùi toàn bộ đất liền dưới độ sâu 500 foot (152,4m). Mỗi ngày có hàng triệu lít nước bốc hơi từ đại dương, thế nên theo đúng nguyên lý thì lẽ ra độ mặn của các đại dương phải tăng lên theo thời gian, nhưng thực tế lại không phải thế. Suốt một khoảng thời gian dài, không ai có thể hiểu được tại sao. Nhưng khám phá của Alvin về các miệng núi lửa dưới lòng biển giúp chúng ta có được câu trả lời. Các nhà địa vật lý xác định rằng các miệng núi lửa này hoạt động giống như các thiết bị lọc trên tàu đánh cá. Khi nước thấm vào lớp vỏ cứng của trái đất, muối được gạn lọc lại, và cuối cùng nước được đẩy ngược trở lại qua các miệng núi lửa này. Quá trình này diễn ra khá chậm – có thể mất 10 triệu năm để lọc sạch một đại dương.

2.2.3. Các sinh vật

Chúng ta hiểu rất ít về thế giới dưới lòng biển. Ngay cả những sinh vật biển lớn nhất cũng trở nên xa lạ với chúng ta – kể cả loài mạnh mẽ nhất, cá voi xanh, một sinh vật có kích cỡ khổng lồ xứng đáng được gọi là “thủy quái” với “chiếc lưỡi có trọng lượng bằng một con voi, quả tim có kích cỡ bằng một chiếc xe hơi và các mạch máu lớn đến mức bạn có thể bơi trong đó”. Đó là loài vật to lớn nhất trên trái đất, lớn hơn cả loài khủng long to lớn nhất. Tuy thế đời sống của cá voi xanh vẫn còn nhiều bí ẩn với chúng ta. Chúng ta không biết được chúng sống ở đâu, sinh sản ở đâu,… dù chúng nhất định phải ngoi lên bề mặt để hô hấp.

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Cá voi xanh

Đối với những động vật không cần ngoi lên bề mặt, sự hiểu biết của chúng ta về chúng thậm chí còn mơ hồ hơn, chẳng hạn loài mực ống khổng lồ. Dù không thể so với cá voi xanh, chúng vẫn được xem là loài sinh vật lớn, với đôi mắt có kích cỡ bằng quả bóng đá và các xúc tu có thể vươn dài 60 foot (18,29m). Với trọng lượng 1 tấn, chúng là loài không xương lớn nhất trên trái đất. Tuy nhiên chưa có nhà khoa học nào đã từng trông thấy một con mực loại này còn sống. Các nhà động vật học đã dành cả đời để bắt lấy một con, hoặc chỉ cần trông thấy chúng khi chúng còn sống, nhưng tất cả đều thất bại. Chúng ta chỉ trông thấy chúng khi chúng bị sóng đánh dạt vào bờ – đặc biệt tại các bờ biển của hòn đảo phía nam New Zealand (không biết vì lý do nào). Chúng phải tồn tại với số lượng lớn vì chúng là khẩu phần ăn chính của cá voi. (Phần không thể tiêu hóa được của loài mực khổng lồ này, đặc biệt là những chiếc vòi của chúng, được tích lũy lại trong dạ dày của cá voi xanh cùng một loại chất được gọi là “long diên hương’’, chất này được sử dụng làm thuốc hãm trong các loại nước hoa. Nếu bạn dùng loại nước hoa Channel No. 5, bạn có thể hình dung rằng bạn đang tưới lên người mình tinh chất của loài “thủy quái” này).

Theo ước đoán nọ, có thể có đến 30 triệu chủng loài động vật sống trong lòng biển, hầu hết vẫn chưa được chúng ta khám phá. Đầu những năm 1960, trong một lần giăng lưới vét dọc theo thềm lục địa ở độ sâu dưới 1 dặm, Woods Hole, Howard Sandler và Robert Hessler đã đánh bắt được hơn 25.000 sinh vật – trùn, sao biển,… – đại diện cho 365 loài, ở độ sâu 3 dặm, họ tìm thấy 3.700 sinh vật đại diện cho gần 200 loài. Nhưng lưới vét chỉ bắt được các loài di chuyển chậm. Cuối những năm 1960, một nhà sinh vật học tên là John Isaacs có ý tưởng đưa máy chụp ảnh xuống đáy cùng với bả mồi, ý tưởng này giúp ông có được hình ảnh một đàn cá mút đá myxin dày đặc, đây là một sinh vật cổ có hình dáng giống con lươn, cùng 390 loài sinh vật biển lượn lờ quanh đó. Thật thú vị, đại đa số các sinh vật này chính là loài được tìm thấy tại các miệng núi lửa cách đó hàng nghìn dặm. Trong đó có các loài trai và sò, chúng ta không thể biết được làm cách nào chúng có thể vượt qua được một chặng đường dài như thế. Ngày nay chúng ta cho rằng các ấu trùng của một số sinh vật có thể trôi dạt theo dòng nước mãi đến khi chúng tìm được nguồn thức ăn thích hợp. 

3. Nguồn gốc sự sống

3.1. Thí nghiệm khởi đầu

Năm 1953, Stanley Miller, một sinh viên tốt nghiệp Đại học Chicago và người thầy của ông – Harold Urey, dùng hai chiếc chậu – một chứa một ít nước tượng trưng cho đại dương nguyên sinh, chiếc còn lại chứa hỗn hợp metan, amoniac, và khí hydro sunfua tượng trưng cho bầu khí quyển nguyên sinh của trái đất – nối chúng với nhau bằng các ống cao su, và đưa vào đó vài tia lửa điện tượng trưng cho sấm sét. Vài ngày sau, nước trong hai chiếc chậu này chuyển sang màu xanh lá và vàng và trở thành hỗn hợp axit amin, axit béo, các loại đường và các hỗn hợp hữu cơ khác. 

Các bài báo khi ấy đã hợp lý hóa mọi việc cứ như thể chỉ cần có một nhân vật nào đó có thể tạo ra đời sống này. Nhưng theo thời gian, chúng ta nhận thấy rằng mọi việc không đơn giản như thế. Dù trải qua nửa thế kỷ nghiên cứu, chúng ta vẫn chẳng bước thêm được bước nào kể từ năm 1953. Ngày nay các nhà khoa học tin rằng bầu khí quyển ban sơ không giống với những khám phá của Miller, thay vì vậy nó là hỗn hợp ít phản ứng hơn giữa nitơ và cacbon đioxit. Lặp lại những thử nghiệm của Miller với các dữ liệu mới, họ nhận thấy kết quả chỉ cho ra axit amin. Trong mọi tình huống, việc tạo ra axit amin không phải là vấn đề quan trọng. Điều quan trọng ở đây chính là protein (chất đạm).

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Biểu đồ cuộc thí nghiệm

3.2. Protein

Protein là thứ bạn có được khi tổng hợp các loại axit amin cùng nhau, và chúng ta cần có nhiều protein. Không ai thực sự biết rõ nhưng có lẽ có khoảng 1 triệu loại protein trong cơ thể con người và mỗi loại là một phép màu khác nhau. Theo mọi quy luật xác suất có thể xảy ra thì các loại protein là thứ không thể tồn tại. Để có được protein bạn cần phải tập hợp axit amin theo một trật tự nhất định, giống cách bạn lắp ghép các chữ cái để thành lập một từ ngữ. Vấn đề ở đây là: các từ ngữ trong bảng chữ cái axit amin thường quá dài. 

Để có được collagen – một loại protein phổ biến, bạn cần phải lắp ghép 1.055 loại axit amin theo một chuỗi hoàn toàn chính xác. Nhưng – và đây là điểm cốt lõi – bạn không tạo ra nó. Nó tự hình thành, rất tự nhiên, không gò ép, và đây chính là khả năng khó xảy ra. Khả năng để một chuỗi gồm 1.055 phân tử có thể tự sắp xếp để hình thành collagen, nói thực, là bằng không. Điều đó không thể xảy ra.

Tóm lại, protein là các thực thể phức hợp. Hemoglobin chỉ gồm có 146 axit amin, đây là loại protein đơn giản nhất, tuy thế nó vẫn có thể được cấu thành từ chuỗi kết hợp giữa 10^190 loại axit amin. Đây là lý do tại sao nhà hóa học Max Perutz của Đại học Cambridge phải mất 25 năm sự nghiệp mới có thể hiểu rõ về nó. 

Để có được sự ngẫu nhiên để hình thành chỉ một loại protein cũng đã là việc hầu như không thể xảy ra – có thể ví như việc một cơn lốc xoáy xuất hiện giữa đống phụ tùng phơi trên sân, khi bỏ đi, nó để lại một chiếc phi cơ được lắp ráp hoàn chỉnh, theo cách ví von của nhà thiên văn Fred Hoyle, rõ ràng đây là điều không thể. Song chúng ta lại đang nói đến vài trăm nghìn loại protein khác nhau, thậm chí con số này có thể là hàng triệu, cấu thành sự sống của bạn. 

3.3. DNA

Protein chỉ có tác dụng khi nó không những phải lắp ghép các axit amin theo một chuỗi hợp lý mà còn phải sắp xếp các chất hóa học theo trình tự hợp lý và tự hình thành với hình dạng nhất định. Ngay cả khi đã có được cấu trúc phức hợp như thế, protein vẫn không giúp ích được gì cho bạn nếu nó không thể tự tái tạo và quả thực là protein không thể tự tái tạo. Để có thể tái tạo protein thì bạn phải cần đến DNA. Thế nên chúng ta có một tình huống nghịch lý. Protein không thể tồn tại nếu không có DNA, và DNA trở thành vô nghĩa nếu không có protein. Vậy thì chúng ta có thể nói rằng chúng xuất hiện cùng một lúc để hỗ trợ lẫn nhau? Nếu thế thì: thật ấn tượng!

Và còn hơn thế nữa. DNA, protein và các yếu tố khác cấu thành sự sống không thể phát triển mà không có một loại màng bao bọc chúng. Không một nguyên tử hay phân tử nào có thể tồn tại độc lập. Bạn hãy lấy đi bất kỳ loại nguyên tử nào khỏi cơ thể mình, lập tức cơ thể của bạn sẽ không hơn gì một hạt cát. Chỉ khi chúng kết hợp cùng nhau trong một tế bào thì chúng mới cấu thành sự sống. Nếu không có tế bào này, chúng chỉ là các loại hóa chất. Nhưng nếu không có các hóa chất này thì tế bào cũng trở thành vô nghĩa. 

Theo lời nhà vật lý học Paul Davies thì, “Nếu mọi thứ đều tương thuộc lẫn nhau, vậy làm sao phân tử đầu tiên có thể xuất hiện được?”. Việc này có thể ví với việc các chất liệu trong nhà bếp của bạn tự kết hợp với nhau và tự nướng chúng thành một chiếc bánh – nhưng là một chiếc bánh có thể tự nhân đôi số lượng để tạo ra nhiều bánh hơn khi cần thiết. Đây là những gì chúng ta gọi đó là điều kỳ diệu của sự sống. Và chúng ta cũng chỉ mới bắt đầu hiểu đôi chút về điều kỳ diệu này.

3.4. Vi khuẩn Thái cổ

Nếu bạn bước ra từ chiếc máy quay ngược thời gian để đến với thế giới thời Thái cổ, bạn sẽ phải lập tức quay ngược lại, vì khi ấy trên trái đất không có nhiều oxy để hô hấp, lượng oxy ở trái đất khi ấy còn ít hơn cả lượng oxy trên sao Hỏa ngày nay. Chỉ có các loại khí độc từ axit clohiđric và axit sunfuric đủ mạnh để có thể làm mục quần áo và làm giộp da bạn. Đó là trái đất, nhưng không phải trái đất như ngày nay. 

Suốt hai tỷ năm từ thời Thái cổ, vi khuẩn là vật sống duy nhất trên trái đất này. Chúng đã sống, sinh sản, tụ họp thành đàn, nhưng chúng không thể hiện sự tiến hóa. 

Tại một thời điểm nào đó trong 1 tỷ năm đầu tiên của sự sống, các vi khuẩn xyano, hay còn gọi là tảo xanh tím, đã học được cách tìm đến những nơi có nguồn dinh dưỡng dồi dào – hydro tồn tại nhiều trong nước. Chúng hút các phân tử nước, hút hydro và thải oxy và từ đó chúng tạo ra sự quang hợp. Theo lời Margulis và Sagan thì “sự quang hợp rõ ràng là sự tiến hóa quan trọng nhất đối với quá trình trao đổi chất trong lịch sử sự sống trên hành tinh này” – và nó được tạo ra bởi các loại vi khuẩn chứ không phải bởi thực vật.

Vi khuẩn xyano sinh sôi nảy nở và thế giới này có nhiều oxy đến mức chúng nhận thấy rằng oxy là thứ vô cùng độc hại. Trong thế giới kỵ khí (không sử dụng oxy), oxy là thứ cực kỳ độc hại. Thực ra bạch cầu của chúng ta sử dụng oxy để giết chết các vi khuẩn trong cơ thể. Sở dĩ chúng ta thích hợp với oxy là vì chúng ta đã tiến hóa để chung sống và tận dụng nó. Đối với mọi đối tượng khác thì oxy là nỗi khiếp sợ. Chính oxy làm cho bơ bị ôi và làm sắt bị gỉ. Ngay cả chúng ta cũng chỉ chịu đựng được oxy ở mức độ nào đó. Lượng oxy trong các tế bào của chúng ta chỉ bằng một phần mười so với mật độ oxy trong khí quyển. 

Các sinh vật mới sử dụng oxy có 2 thuận lợi: oxy là thứ có thể tạo năng lượng hiệu quả và nó có thể chế ngự được các sinh vật kỵ khí. Một số sinh vật kỵ khí cố gắng trốn tránh oxy bằng cách lui về sống dưới lớp sình lầy hoặc đáy hồ. Một số khác cũng trốn tránh tương tự nhưng về sau (rất lâu sau đó) tiến hóa thành các sinh vật có hệ tiêu hóa. Ngay lúc này đây có nhiều sinh vật Thái cổ vẫn còn tồn tại trong cơ thể bạn, giúp bạn tiêu hóa thức ăn, nhưng chúng không thể chịu được oxy dù với lượng rất nhỏ. Số còn lại không có khả năng thích nghi sau đó biến mất.

Vi khuẩn xyano cũng trốn chạy thành công. Trước tiên, lượng oxy mà chúng thải ra không tích lũy trong khí quyển, nhưng lại kết hợp với sắt để hình thành oxit sắt, oxit sắt chìm vào đáy biển. Suốt hàng triệu năm, thế giới này tràn ngập sắt. Nếu bạn quay trở về thời Đại nguyên sinh bạn sẽ chẳng tìm thấy bất kỳ dấu hiệu nào hứa hẹn sự sống về sau.

3.5. Thạch tầng

Nhưng cách đây khoảng 3,5 tỷ năm, một điều gì đó rất đặc biệt đã xảy ra. Tại những nơi nước biển cạn, các cấu trúc hữu hình bắt đầu xuất hiện. Qua các phản ứng hóa học, vi khuẩn xyano trở thành các sinh vật được bao bọc bởi lớp bụi và cát – đây là các thạch tầng. Các thạch tầng xuất hiện ở nhiều hình thức và kích cỡ khác nhau. Đôi khi chúng trông giống những bông cải súp lơ khổng lồ, đôi khi xuất hiện hình cột, cao hàng chục mét nhô lên khỏi mặt nước – thậm chí cao hàng trăm mét. 

Với sự xuất hiện của chúng, chúng là một loại đá có sự sống và chúng tiêu biểu cho các loài sống trên cạn lẫn các loài sống dưới nước. Thế giới đã có được hệ sinh thái đầu tiên của nó. 

Suốt nhiều năm, các nhà khoa học chỉ biết đến các thạch tầng từ các cấu trúc hóa thạch, nhưng năm 1961 họ thực sự ngạc nhiên khi khám phá quần hợp các thạch tầng sống tại vịnh Shark phía tây bắc bờ biển Australia. Ngày nay vịnh Shark là nơi thu hút khách du lịch hàng đầu thế giới. Người ta xây dựng các lối đi bằng ván để du khách có thể tản bộ và ngắm nhìn các thạch tầng tại đây rõ hơn, các thạnh tầng có màu xám, thực ra trông chúng giống phân bò hơn. Thật thú vị khi bạn có thể ngắm nhìn tàn dư còn sót lại cách đây 3,5 tỷ năm. Có khoảng 3 tỷ sinh vật sống trong mỗi mét vuông đá này. Đôi khi nếu quan sát kỹ, bạn có thể trông thấy nhiều bọt tăm nổi lên mặt nước khi chúng thải oxy ra. 

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Những cấu trúc cổ được xây dựng bởi vi khuẩn tại vịnh Shark

Trong 2 tỷ năm qua, các sinh vật nhỏ bé này đã nâng lượng oxy trong khí quyển lên 20%, sẵn sàng mở ra một chương mới trong lịch sử sự sống. Người ta cho rằng vi khuẩn xyano tại vịnh Shark có lẽ là loài chậm tiến hóa nhất trên trái đất, và rõ ràng ngày nay chúng là chủng loài hiếm hoi nhất trên trái đất. Sở dĩ chúng xuất hiện tại vịnh Shark là vì nước ở đây quá mặn nên không thích hợp cho các chủng loài khác thường chọn chúng làm khẩu phần. 

3.6. Tế bào có nhân và các hạt cơ quan

Một lý do khiến sự sống tinh vi trên trái đất chậm xuất hiện như thế là vì thế giới đã phải chờ đợi mãi đến khi các sinh vật đơn giản đã oxy hóa bầu khí quyển đến độ thích hợp. Phải mất khoảng 2 tỷ năm, xấp xỉ 40% lịch sử trái đất, để mức độ oxy đạt đến mức độ dày đặc như hiện nay. Nhưng một khi độ oxy đã đáp ứng đủ thì lập tức một loại tế bào mới xuất hiện – tế bào có nhân và các hạt cơ quan. Người ta cho rằng quá trình này đã xuất hiện khi một số loài vi khuẩn hay di chuyển hoặc đã tấn công hoặc đã bị bắt giữ bởi một số loài vi khuẩn khác và kết quả là hai loài này hòa hợp với nhau, vi khuẩn bị bắt giữ được gọi là loài ký sinh (các nhà sinh học thường gọi là sự cộng sinh). 

Sự ký sinh này tạo ra đời sống có cơ cấu phức tạp hơn. (Nơi thực vật thì sự cộng sinh này tạo ra các lạp lục giúp chúng quang hợp). Loài ký sinh tạo ra oxy và oxy giải phóng năng lượng từ các loại thực phẩm. Nếu không có sự ký sinh thì sự sống trên trái đất ngày nay vẫn chỉ là các loài vi khuẩn. Loài ký sinh này rất nhỏ bé – khoảng không gian chỉ bằng hạt cát cũng có thể chứa hàng tỷ vi khuẩn ký sinh – và rất đói. Gần như mọi chất dinh dưỡng bạn hấp thụ đều trở thành thức ăn của chúng. Chúng ta không thể sống trong 2 phút nếu không có chúng, tuy thế suốt một tỷ năm qua các loài ký sinh vẫn chưa bao giờ rời bỏ chúng ta. Có thể ví rằng có người lạ trong nhà bạn, nhưng là người lạ đã ở đó suốt hàng tỷ năm qua. 

Một loại tế bào mới được gọi là thuộc nhân có đặc tính trái ngược với loại tế bào thuộc nhân cũ. Loại tế bào thuộc sinh cổ xưa nhất được gọi là Grypania đã được khám phá nơi lớp trầm tích sắt tại Michigan vào năm 1992. Các tế bào thuộc nhân cũ chẳng khác nào những chiếc “túi hóa chất”, theo lời nhà địa chất Stephen Drury. Các tế bào thuộc nhân mới lớn hơn – khoảng 10.000 lần – và chứa lượng DNA nhiều hơn gấp 1.000 lần so với các tế bào thuộc nhân cũ đơn giản. 

Theo thời gian, sự sống tiến hóa thành hai hình thức khác nhau: các sinh vật thải oxy và các sinh vật hấp thụ oxy. Các đơn bào thuộc nhân đã từng được gọi là sinh vật nguyên sinh (“tiền động vật”), nhưng về sau người ta bác bỏ từ ngữ này. Ngày nay người ta thường gọi chúng là sinh vật đơn bào. 

So với loại vi khuẩn đã biến mất trước đó, các sinh vật đơn bào này có cấu trúc tinh vi hơn. Loài amip đơn giản nhất, chỉ lớn bằng một tế bào, có DNA chứa 400 triệu phần tử – đủ để lấp đầy 80 cuốn sách dày 100  trang. Cuối cùng các tế bào thuộc nhân này tiến hóa theo thời gian – khoảng 1 tỷ năm. Chúng học được cách kết hợp cùng nhau để hình thành sinh vật đa bào. Nhờ bởi sự đổi mới này, các thực thể hữu hình, to lớn, tinh vi như chúng ta đã xuất hiện. Trái đất đã sẵn sàng cho một thời kỳ thịnh vượng hơn.

4. Sự sống muôn màu

Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên ở London chứa khoảng 70 triệu mẫu vật từ mọi lĩnh vực đời sống và từ mọi ngóc ngách trên hành tinh này, cùng hàng trăm nghìn bộ sưu tập được bổ sung qua mỗi năm. Những chiếc tủ và ngăn kéo đặt dọc theo các căn phòng chứa hàng chục nghìn các con vật được ngâm rượu trong các lọ thủy tinh. Ngoài ra còn có hàng triệu côn trùng, động vật thân mềm, xương sọ khủng long, vô số các loại thực vật được ép ngay ngắn. Chỉ riêng đại sảnh cũng chứa 15 nghìn chiếc kệ, trên những chiếc kệ này là những chiếc lọ thủy tinh chứa các động vật được bảo tồn trong cồn pha metanol.

Tại đây có các mẫu vật được thu thập bởi nhà tự nhiên Joseph Banks tại Australia, Alexander von Humboldt tại Amazonia, Darwin trong cuộc hành trình Beagle, và các mẫu vật khác hoặc quý hiếm hoặc có ý nghĩa quan trọng hoặc cả hai.

4.1. Hệ thống phân loại

Thực ra có rất nhiều loại thực vật, quần thể động vật – chuột túi, chim cánh cụt, gấu trúc, linh miêu, muỗi, và vô số các loài động vật khác ngoài sức tưởng tượng của chúng ta. Thế giới cần có một hệ thống phân loại thực tế. Rất may là chúng ta đã có một người Thụy Điển sẵn sàng cung cấp cho chúng ta hệ thống này.

Tên ông là Carl Linné (về sau đổi thành một cái tên khác nghe có vẻ quý phái hơn von Linné), nhưng ngày nay người ta thường nhớ đến ông với tên gọi Carolus Linnaeus. Trước phát minh của ông, thực vật thường được đặt tên dựa vào nhiều yếu tố khác nhau. Hoa anh đào thường được gọi là Physalis amno ramosissime ramis angulosis glabris foliis dentoserratis. Linnaeus sửa tên này lại thành Physalis angulata, hiện nay người ta vẫn dùng tên gọi này. Tên các loài thực vật cũng bị nhầm lẫn với nhau. Một chuyên gia thực vật vẫn không thể chắc chắn liệu Rosa sylvestris alba cum ruboreFolio glabro có phải là tên của cùng một loài thực vật mà người ta thường gọi là Rosa sylvestris inodora seu canina hay không. Linnaeus giải quyết vấn đề bằng cách đặt lại một tên mới đơn giản hơn: Rosa canina. Để có được những cái tên ngắn gọn súc tích như thế này đòi hỏi Linnaeus phải xác định được những phẩm chất nổi bật của từng chủng loài.

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Carolus Linnaeus

Hệ thống đặt tên và phân loại của Linnaeus được xây dựng hợp lý đến mức chúng ta khó có thể hình dung một hệ thống khác có thể thay thế, các hệ thống phân loại trước đó thường hay thay đổi nhưng từ khi hệ thống phân loại này ra đời thì nó tồn tại vững chắc mãi đến nay. Động vật được phân chia thành loại hoang dã và loại được thuần hóa, loại sống trên cạn và loại sống dưới nước, loại lớn và loại nhỏ. Linnaeus sắp xếp lại dựa vào đặc điểm thể chất của chúng.

Việc này mất rất nhiều thời gian, dĩ nhiên. Ấn bản hệ thống phân loại đầu tiên của ông, Systema Naturae, phát hành năm 1735, chỉ dày mười bốn trang. Nhưng nó ngày một phát triển mãi đến ấn bản lần thứ mười hai – ấn bản cuối cùng trước khi Linnaeus qua đời – dày 2.300 trang được chia thành ba tập. Tổng cộng ông ghi nhận và đặt tên khoảng 13.000 loài thực vật và động vật.

Ngoài ra Linnaeus còn xác định được rằng cá voi thuộc loài có vú giống như bò, chuột, và nhiều loài sống trên cạn khác, đây là điều trước đó không ai làm được. 

Nguyên tắc phân loại đôi khi được xem là một môn khoa học đôi khi được xem là một môn nghệ thuật, nhưng thực ra nó là một chiến trường. Thậm chí ngày nay, sự mất trật tự trong hệ thống phân loại này còn lớn hơn trước. 

Hãy lấy ví dụ về một số loài chúng ta thường biết đến, chẳng hạn loài thân mềm (trai và ốc sên), động vật chân đốt (côn trùng và tôm cua), và động vật có cột sống (con người và mọi động vật có cột sống khác). Ngoài ra người ta còn phân chia chúng thành những nhánh nhỏ chẳng hạn Gnathostomulida (sâu bọ ở biển), Cnidaria (sứa và san hô), và Priapulida (loài sâu bọ có dương vật). Dù bạn có quen thuộc với cách phân loại này hay không thì đây vẫn là các phân nhánh cơ bản của chúng. Tuy nhiên vẫn có nhiều bất đồng trong việc phân nhánh như thế này. Hầu hết các nhà sinh vật học đồng ý rằng tổng cộng gồm có hơn 30 phân nhánh, một số khác lại cho rằng con số này chỉ độ trên dưới 20, trong khi Edward O. Wilson trong cuốn The Diversity of Life lại xác định con số này lên đến 89. 

Việc phân loại chủng loài thậm chí còn có nhiều sự bất đồng hơn. Việc một loài cỏ nọ nên được gọi là Aegilops incurva, Aegilops incurvata, hay Aegilops ovata có thể là việc vô nghĩa đối với một người không quan tâm đến thực vật học, nhưng lại là nguồn tạo ra sự tranh cãi quyết liệt giữa các nhà thực vật học. Vấn đề ở đây là, có đến 5000 loài cỏ và đa số chúng trông rất giống nhau ngay cả khi bạn là người rất sành sỏi về các loại cỏ. Kết quả là, một số loài được khám phá và được đặt tên ít nhất 20 lần.

Hai tập sách Manual of the Grasses of the United States dành 200 trang để nói về các từ đồng nghĩa mà các nhà thực vật học vô tình tạo ra. Và đó mới chỉ là các loài của 1 quốc gia duy nhất. Các cuộc tranh luận và bổ sung dường như xuất hiện ở mọi bộ phận khác liên quan đến sự sống, thế nên việc kiểm tra tổng quát không phải là việc dễ dàng như bạn nghĩ. Kết quả là, chúng ta gần như không biết con số các loài vật sống trên hành tinh này. Người ta chỉ có thể ước đoán con số này từ 3 triệu đến 200 triệu. Đặc biệt hơn, theo bản báo cáo trong tạp chí Economist, khoảng 97% các loài động vật và thực vật vẫn đang chờ chúng ta khám phá.

Trong số các sinh vật chúng ta thực sự biết về chúng, hơn 99 phần trăm chỉ được mô tả sơ sài – tên khoa học, các mẫu vật tại bảo tàng, vài mô tả hời hợt. Trong cuốn The Diversity of Life của Edward O. Wilson, ông ước đoán tổng số các chủng loài chúng ta biết đến – thực vật, côn trùng, vi khuẩn, tảo, mọi loài – là 1,4 triệu, nhưng ông lưu ý rằng đó chỉ là sự ước đoán. Các tác giả khác cho rằng con số này là 1,5 triệu đến 1,8 triệu. Tóm lại, chúng ta không thực sự biết những gì mình nghĩ rằng mình thực sự biết. 

Nhìn chung bạn cần phải tìm đến từng chuyên gia về từng lĩnh vực, bạn hỏi xem có bao nhiêu chủng loài trong lĩnh vực kiểm soát của họ, sau đó bạn cộng tất cả những con số này lại. Nhiều người đã làm thế. Vấn đề ở đây là các dữ liệu họ thu thập được thường mâu thuẫn. Một số nguồn cho rằng số loài nấm là 70.000, một số nguồn khác cho ra con số 100.000. Bạn có thể nhận thấy một số chuyên gia khẳng định rằng số loài giun đất là 4.000 và đồng thời một số chuyên gia khác cũng cam đoan rằng số loài giun đất là 12.000. Đối với côn trùng, con số này dao động từ 750.000 đến 950.000. Đối với thực vật, con số này là từ 248.000 đến 265.000. 

4.2. Vì sao ta chưa đếm được số chủng loài?

Vậy thì tại sao kiến thức của chúng ta về các chủng loài lại nghèo nàn đến thế? Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến việc chúng ta không thể tính đếm được số chủng loài động vật và thực vật tồn tại trên hành tinh này, nhưng sau đây là vài nguyên nhân chính:

4.2.1. Hầu hết các vật sống đều có kích cỡ nhỏ và dễ dàng bị bỏ sót

Trong thực tế, đây không phải lúc nào cũng là điều xấu. Bạn có thể mất ngủ nếu bạn biết rằng chiếc nệm của bạn là nơi cư trú của khoảng 2 triệu con bét cực nhỏ, chúng ở đó để hút lấy dầu bã nhờn được thải ra từ cơ thể bạn và ăn các vảy da bong ra từ cơ thể bạn. Chỉ riêng chiếc gối của bạn cũng chứa 40.000 con bét như thế này. (Với chúng thì đầu bạn là một chiếc kẹo dầu nhờn khổng lồ). Và bạn đừng bao giờ nghĩ rằng một chiếc gối sạch có thể tạo ra sự khác biệt. 

Thật thế, nếu chiếc gối của bạn đã được dùng suốt 6 năm – đây là tuổi thọ trung bình của một chiếc gối – người ta ước đoán rằng 1/10 trọng lượng của nó là trọng lượng của “vảy da, bét sống, bét chết, và phân bét”, theo lời Tiến sĩ John Mauder của Trung tâm Y tế Anh, chính ông đã thực hiện những đo lường như thế này. (Nhưng ít ra thì đó cũng là những con bét của bạn, đó là chưa nói đến những khi bạn dùng chăn gối của khách sạn). 

Những con bét này đã tồn tại cùng chúng ta từ ngàn xưa, nhưng mãi đến năm 1965 người ta mới phát hiện ra nó. Nếu mãi đến khi chúng ta phát minh ra truyền hình màu, chúng ta mới nhận ra được sự tồn tại của các sinh vật có liên hệ gần gũi với con người, thật hẳng có gì phải ngạc nhiên khi biết rằng chúng ta chỉ hiểu biết rất ít về thế giới của các vi sinh vật. 

Bạn hãy vào rừng – bất kỳ khu rừng nào – cúi xuống và moi lên một nhúm đất, trong nhúm đất này có chứa ít nhất 10 tỷ vi khuẩn, hầu hết chúng đều rất xa lạ với khoa học hiện đại. Trong nhúm đất này cũng chứa khoảng 1 triệu men, 200.000 nấm (còn gọi là mốc), 10.000 sinh vật đơn bào (trong số này thì amip là loài chúng ta hiểu rõ nhất), trùng bẹt, trùng tròn và các vi sinh vật khác được xếp vào loại ẩn.

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Các loại vi khuẩn

Cuốn sách toàn diện nhất nói về vi sinh vật, cuốn Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, trình bày khoảng 4.000 loài vi khuẩn. Vào thập niên 1980, hai nhà khoa học Na Uy là Jostein Goksoyr và Vigdis Torsvik đã thu gom một gam đất từ một rừng sồi gần phòng thí nghiệm của họ tại Bergen và cẩn thận phân tích các loại vi khuẩn trong mẩu đất này. Họ xác định rằng trong mẩu đất này chứa khoảng 4.000 đến 5.000 chủng loài vi khuẩn khác nhau, nhiều hơn số loài vi khuẩn được trình bày trong cuốn Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Sau đó họ tìm đến khu vực ven biển cách đó vài dặm, thu gom một gam đất tại đó, và xác định rằng trong mẩu đất mới này có chứa 4.000 đến 5.000 chủng loài vi khuẩn khác. Theo lời Edward O. Wilson thì: “Nếu có hơn 9.000 loài vi khuẩn tồn tại trong hai mẩu đất tại hai khu vực của Na Uy, vậy thì có bao nhiêu loài vi khuẩn tại những nơi khác đang chờ chúng ta khám phá?”. Theo một ước đoán nọ thì con số này có thể lên đến 400 triệu.

4.2.2. Chúng ta không tìm đúng nơi

Trong cuốn The Diversity of Life, Wilson mô tả hình ảnh các nhà thực vật học trải qua vài ngày lang thang trong khu rừng nhiệt đới rộng 10 hecta tại Borneo và khám phá hàng nghìn chủng loài hoa mới – nhiều hơn con số được tìm thấy tại toàn vùng Bắc Mỹ. 

Không khó để tìm kiếm các loài hoa này, chỉ có điều là trước đó chưa ai tìm đến đây. Koen Maes của Bảo tàng Quốc gia Kenya nói ông đã đến một khu rừng phủ đầy mây trắng, một khu rừng trên đỉnh núi tại Kenya, và chỉ trong nửa giờ đồng hồ ông đã tìm thấy 4 chủng loài động vật nhiều chân mới. Các khu rừng phủ mây thường xuất hiện tại các cao nguyên và đôi khi bị bỏ hoang suốt hàng triệu năm. “Chúng cung cấp môi trường sống lý tưởng cho các sinh vật và hầu như chưa được nghiên cứu”, ông nói. 

Rừng nhiệt đới chiếm chỉ khoảng 6% bề mặt trái đất, nhưng lại là nơi ở của hơn một nửa số động vật trên trái đất và khoảng 2/3 các loài hoa, và chúng ta gần như chẳng biết gì về đời sống sinh vật ở đây. Rõ ràng đại đa số các sinh vật tồn tại ở đây có giá trị cao. Ít nhất 99% các loài hoa tại đây chưa bao giờ được nghiên cứu về tiềm năng chữa bệnh của chúng. Vì các loài hoa không có khả năng trốn chạy khỏi sự tấn công của động vật nên chúng phải phát triển khả năng tự vệ bằng các chất hóa học. Ngay cả ngày nay gần 1/4 các loại thuốc men chữa bệnh được chế biến từ 40 loài thực vật, 16% khác được chế biến từ các loài động vật và vi sinh vật. 

Tuy nhiên việc khám phá những điều chưa biết không phải là việc đơn giản. Trong cuốn Life: An Unauthorised Biography, tác giả Richard Fortey nói đến việc một loại vi khuẩn cổ đã được tìm thấy trên một bức tường của một quán rượu tại một vùng quê “nơi mà các bợm nhậu đã tiểu tiện suốt nhiều năm trời”. 

4.2.3. Không có đủ chuyên gia

Con số những sinh vật cần phải được khám phá, tìm hiểu và ghi nhận vượt xa con số các nhà khoa học sẵn sàng làm việc đó. 

Hãy lấy ví dụ về vi sinh vật Bdelloid Rotifer. Chúng có thể sống sót qua mọi điều kiện. Khi điều kiện sống khó khăn, chúng cuộn mình lại thành hình đĩa, ngưng mọi hoạt động trao đổi chất, và chờ đợi thời điểm tốt hơn. Trong trạng thái này bạn có thể vứt chúng vào nước sôi hoặc đông lạnh chúng ở mức dưới 0 độ C – đây là nhiệt độ mà ngay cả các nguyên tử cũng khó tồn tại – và sau đó, khi mọi khó khăn qua đi, chúng lại duỗi thẳng người ra và tiếp tục sống cứ như thể chẳng có gì xảy ra. Đến nay đã có khoảng 500 loài (một số nguồn cho rằng 360 loài) vi sinh vật như thế này được khám phá, nhưng không ai biết tổng cộng có bao nhiêu loài như thế. 

Suốt nhiều năm trời, hiểu biết của chúng ta về vi sinh vật này là nhờ bởi một người tên là David Bryce, ông nghiên cứu chúng mỗi khi nhàn rỗi. 

Ngay cả loài nấm vốn là loài có ý nghĩa quan trọng và xuất hiện khắp nơi cũng chỉ thu hút được rất ít sự chú ý từ các chuyên gia. Nấm xuất hiện mọi nơi và xuất hiện ở mọi hình thức – nấm bẹt, nấm tròn, men, mốc,… – và chúng xuất hiện với số lượng lớn. Nếu bạn thu gom tất cả nấm tại một đồng cỏ rộng 1 hecta, bạn sẽ có được khoảng 1.135 kg nấm. Đây không phải loài sinh vật được trồng trọt. Nếu không có nấm thì khoai tây không bị nhiễm bệnh, không có các bệnh da liễu, nhưng đồng thời chúng ta cũng không có sữa chua, bia, hoặc pho mát. Tổng cộng có khoảng 70.000 loài nấm đã được xác định, nhưng người ta ước đoán rằng con số thật của nó có thể lên đến 1,8 triệu.

4.2.4. Thế giới thực sự là một nơi rộng lớn

Với sự phát triển của ngành hàng không và các hình thức liên lạc hiện đại, chúng ta có ảo giác rằng thế giới là một nơi không quá lớn, nhưng thực ra thế giới này là một nơi rất rộng lớn – đủ lớn để chứa đựng nhiều điều bất ngờ. 

Loài hươu đùi vằn, họ hàng với loài hươu cao cổ, ngày nay chúng ta biết rằng chúng sống tại nhiều khu rừng nhiệt đới ở Zaire – tổng số lượng lên đến 30.000 – tuy nhiên mãi đến đầu thế kỷ 20 chúng ta mới xác định được sự tồn tại của chúng. 

Loài chim không biết bay tại New Zealand được gọi là Takahe được xác định là đã tuyệt chủng 200 năm trước khi chúng được khám phá là vẫn còn tồn tại ở South Island. 

Sự đa dạng tinh vi của tự nhiên
Chim Takahe

Năm 1995 một nhóm các nhà khoa học Anh và Pháp tại Tây Tạng, họ lạc đường trong một trận bão tuyết tại một thung lũng xa xôi, tình cờ bắt gặp một loài ngựa được gọi là Riwoche, trước đó người ta xác định rằng chúng chỉ tồn tại qua các bức họa lưu lại từ thời tiền sử. Cư dân tại thung lũng này tỏ ra ngạc nhiên khi biết rằng loài ngựa này được xem là loài quý hiếm trong thế giới hoang dã. 

Nhưng ngay cả khi chúng ta tập hợp hàng nghìn chuyên gia và phái họ đến từng ngóc ngách xa xôi trên toàn thế giới thì điều đó vẫn chưa đủ, vì sự sống xuất hiện tại bất kỳ nơi nào có khả năng nuôi dưỡng nó. Để nghiên cứu được toàn sự sống trên hành tinh này, bạn phải xới tung mọi ngóc ngách trên hành tinh này. Dù có làm thế bạn cũng vẫn không thể xác định được mọi loài tồn tại trên hành tinh này. 

Vào thập niên 1980, các chuyên gia khảo sát hang động bước vào một hang động sâu tại Romanian, hang động này đã bị cách ly khỏi thế giới suốt một khoảng thời gian dài, tại đó họ tìm thấy 33 loài côn trùng và các sinh vật nhỏ khác – nhện, rết, rận – tất cả đều đui mù, xanh xao, và mới mẻ đối với khoa học.

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây