Sự sống là gì từ một cách tiếp cận mới

Năm 1943, nhà vật lý vĩ đại Erwin Schrödinger, người nổi tiếng với ví dụ “con mèo vừa sống vừa chết”, đã có một loạt các bài giảng tại Trinity College Dublin và năm sau đó được tổng hợp xuất bản dưới dạng sách mang tên “What is Life?” (tạm dịch: Sự sống là gì?)

Schrödinger cho rằng các gene phải có hình dạng của một “phân tử khổng lồ”, có chứa một “mã thu nhỏ” để điều khiển sự phát triển tiếp theo của cơ thể sinh vật.

Được truyền cảm hứng từ công việc của Schrödinger, hai nhà khoa học Francis Crick và James Watson, cùng với Rosalind Franklin và Maurice Wilkins đã chứng minh ý tưởng trên là đúng khi họ phát hiện ra cấu trúc của DNA .

Nhưng câu hỏi chính của Schrödinger vẫn chưa được trả lời. Chúng ta vẫn chưa có một định nghĩa đồng thuận về việc sự sống là gì, chứ đừng nói đến việc nó bắt đầu như thế nào. Một số người cho rằng có thể có những quy luật đặc thù sinh học của tự nhiên mà chúng ta chưa xác định được.

Chính Schrödinger đã lập luận rằng mặc dù “vật chất sống” không tránh khỏi phải chịu ảnh hưởng của các định luật vật lý mà chúng ta biết đến nay, nhưng rất có khả năng chúng còn liên quan đến 'các định luật vật lý khác' chưa được biết đến.

Một cách tiếp cận thời thượng hiện nay trong sinh học là giả thiết rằng những định luật này có liên quan đến “thông tin”.

Trong thời đại của các phát minh cơ học, người ta nghĩ rằng cơ thể động vật giống như những máy đồng hồ kỳ diệu, và toàn bộ vũ trụ là một bộ lắp ráp mô hình kỹ thuật Meccano tuyệt vời được Chúa thiết kế.

Bây giờ, chúng ta đang ở thời đại thông tin. Nên rõ ràng với chúng ta thì bộ não con người và thậm chí toàn bộ vũ trũ phải là một chiếc máy tính, trong đó thông tin theo một cách nào đó trở thành nền tảng cho thực tại.

Vấn đề thuộc về quan niệm ở đây là ý tưởng "thông tin" chỉ có ý nghĩa trong ngữ cảnh của người quan sát - mà với người đó, ở ngoài kia, trong mớ bòng bong của thế giới, có một cái gì đó được tính là thông tin. Trước khi sự sống tồn tại, không thể có thứ gì như thông tin cả.

Trong cuốn sách “Con Quỷ trong Cỗ máy”, nhà vật lý Paul Davies đã thận trọng lưu ý người đọc rằng các cách sử dụng từ “thông tin” phải được đặt trong ngoặc đơn với các điều kiện kèm theo, ngay cả khi ông chỉ ra những gì ta làm được với chúng.

Chúng ta không ngừng nói rằng các tế bào đã “ra tín hiệu” cho nhau về mặt hóa học, hoặc việc các đàn chim, đàn cá trao đổi “thông tin” với đàn khác về tốc độ và hướng đi. Nhưng mọi thứ trở nên lạ lùng hơn khi Davies áp dụng nhiệt động lực học và lý thuyết toán học về thông tin cho các ý tưởng về sinh học.

“Con quỷ” trong tiêu đề cuốn sách của Davis chính là con quỷ của Maxwell, được đặt theo tên một thí nghiệm tư duy của nhà vật lý người Scotland thế kỷ 19 James Clerk Maxwell. Hãy tưởng tượng một hộp khí có vách ngăn, trên đó có một cánh cửa nhỏ xíu. Một sinh vật thông minh siêu nhiên có thể mở cửa để cho các hạt chuyển động nhanh đi theo một chiều và các hạt chuyển động chậm đi theo chiều ngược lại. Cuối cùng, điều này dẫn đến việc có hai khoang nhiệt độ khí khác nhau ở hai bên vách ngăn, đảo ngược được entropy và việc này diễn ra mà không cần thực hiện công cơ học vào hệ thống.

Ý tưởng lớn ở đây là bản thân tự nhiên có thể đã tận dụng sự tối ưu của cách tiếp cận quỷ quái kia đối với thông tin, và việc hiểu được luồng thông tin trong cơ thể sinh vật có thể là mảnh ghép còn thiếu trong câu đố khoa học của chúng ta.

Davies tiếp tục giải thích các phép toán về sự tự chủ của tế bào, việc tế bào có những bộ máy tinh chỉnh đến mức kỳ diệu và các thức hoạt động theo “tâm trí tụ hợp” (hive mind) của những côn trùng có tập tính xã hội.

Luồng thông tin trong di truyền cũng phức tạp hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Minh họa rõ ràng cho điều này đến từ một vài nhà nghiên cứu chuyên đi "chọc phá" giun. Họ phát hiện ra rằng khi cắt đầu và đuôi của một con giun rồi dùng điện làm gián đoạn dòng thông tin trong quá trình tái sinh của nó, họ thu được con giun mọc đầu ở cả hai phía. Nếu cắt ngang thân một con giun, họ thu được hai con giun hai đầu mới có DNA giống hệt như con giun một đầu gốc.

Dưới sự trình bày tao nhã và rõ ràng của Davies, dường như cách tiếp cận của ông là vô cùng hứa hẹn. Tuy vậy nó vẫn mang tính suy đoán cao, như bản thân ông nhấn mạnh, khi đưa ra các suy nghĩ của riêng mình về ý thức (như “thông tin tích hợp”) và về khả năng “các quy luật của tự nhiên” tự tiến hóa theo thời gian. Ông còn nói thêm, có lẽ, những quy luật chưa được hiểu hết này vốn dĩ “thân thiện với sinh học”.

Ý tưởng của Davies táo bạo, nhưng không phải mới mẻ. Cách đây vài năm, triết gia Thomas Nagel đã từng bị các nhà khoa học chế giễu khi trong cuốn sách “Mind and Cosmos” (Tạm dịch: Tâm trí và Vũ trụ, 2012) của mình, ông cho rằng tồn tại một thứ định luật mang tính "mục đích" đảm bảo sự nảy sinh của ý thức trong vũ trụ.

Mục đích luận (Teleology) là một tư tưởng cổ xưa cho rằng mọi thứ tồn tại đều hướng tới một mục đích. Hiện nay thuyết này không còn được coi trọng. Bản thân Davies đã gọi nó là một “vấn đề” cần phải tránh.

Tuy nhiên, ngay phần cuối cuốn sách của mình, Davies gợi ý rằng “sự xuất hiện của sự sống, và có lẽ là cả tâm trí, đã được khắc sâu vào quy luật của tự nhiên”. Ý tưởng này là gì nếu không phải mục đích luận cơ chứ, nhưng ta cũng không có lý do chính đáng nào để cho rằng nó không đúng.