Nếu sống đến 80 tuổi, chúng ta sẽ trải qua khoảng ba tỷ tỷ (3 × 1018) nano giây quá trình trao đổi chất. Không có gì ngạc nhiên khi chúng ta suy kiệt. Chúng ta thực sự không thể nhìn thấy bất kỳ điều gì trong số này dù chúng xảy ra trước mắt, ngay cả bây giờ, nhưng chúng ta có thể suy ra điều gì đang diễn ra từ một số phương pháp khéo léo mà tôi sẽ kể cho bạn, những phương pháp sẽ đưa bạn quay lại với những nhà thám hiểm dũng cảm của vũ trụ nano, như Hopkins cách đây một thế kỷ, người đầu tiên hiểu được rằng bí mật của sự sống nằm ở dòng chảy và sự biến đổi nhanh chóng của nhiều phân tử đơn giản.

Đó là trước khi có chuỗi xoắn kép DNA, trước cuộc cách mạng thông tin trong sinh học, trước khi chúng ta biết nhiều về cách thức hoạt động của tế bào. Trên thực tế, đó là một giả thuyết tuyệt vời, dựa trên một số phát hiện vào thế kỷ 19 - đáng chú ý là một số phân tử sự sống, chẳng hạn như urea, có thể được các nhà hóa học tổng hợp từ đầu và không hề có phép thuật, bác bỏ thuyết sinh lực; đây chỉ là hóa học sinh học “đơn thuần”, với các hóa chất thông thường hoạt động theo những quy luật hóa học thông thường.

Bí mật của sự sống nằm ở dòng chảy biến động. Ảnh: magazinescience

Hóa sinh đã trở thành lĩnh vực nghiên cứu về cách các phân tử đơn giản này được chuyển đổi qua lại lẫn nhau. Bạn vừa vấp phải từ “đơn giản” phải không? Không có gì trong số này là đơn giản, nhưng có nhiều mức độ phức tạp. Các phân tử mà tôi đang nói đến rất nhỏ, chứa từ một hoặc hai đến khoảng hai mươi nguyên tử carbon, nhưng hầu hết chúng ít hơn mười nguyên tử carbon.

Hãy coi chúng như những “bộ xương” carbon, trong đó carbon liên kết với chính nó cộng với các nguyên tử hydrogen và oxygen - với, ít phổ biến hơn là nitrogen, sulfur hoặc phosphorus - tạo cho mỗi loại những đặc tính và xu hướng phản ứng riêng biệt.

Đây là những viên gạch tạo nên các tế bào, tổng cộng có khoảng vài trăm loại phân tử. Các “đại phân tử” khổng lồ hình thành nên kết cấu của tế bào, đặc biệt là DNA và protein, thực chất là những chuỗi dài, gồm các viên gạch liên kết với nhau theo những hướng dẫn di truyền vẫn còn hết sức bí ẩn.

Giả thuyết tuyệt vời rằng các tế bào có sức sống là nhờ dòng chảy liên tục có định hướng của các vật liệu đơn giản và năng lượng hóa ra lại đúng cho mọi vật sống. Các thí nghiệm cẩn thận cho thấy cách vi khuẩn hô hấp bằng oxygen hoặc phát triển khi không có oxygen rất giống với cách tế bào tim của chúng ta hoạt động trong những hoàn cảnh tương tự.

Vào những năm 1920, một nhà tiên phong vĩ đại khác của vi sinh học, Albert Kluyver, người Hà Lan, đã đưa ra bằng chứng mới về sự đơn nhất của hóa sinh. Câu nói hơi điên rồ của ông ấy “Từ con voi đến vi khuẩn butyric acid - tất cả đều giống nhau!” (tôi nghe thấy nó kèm một tràng cười cuồng loạn) sau đó đã được diễn giải một cách nổi tiếng là “Bất cứ điều gì được cho là đúng với E. coli cũng phải đúng với loài voi.”

Mặc dù chủ ý tinh quái, nhưng có nhiều phần sự thật trong khẳng định táo bạo này - các con đường sinh hóa tạo ra những viên gạch cơ bản của sự sống thực sự được bảo tồn ở hầu hết các tế bào.

Vài thập kỷ sau, vào buổi bình minh của sinh học phân tử, ý tưởng cho rằng mã di truyền có tính phổ quát, mã hóa cùng 20 loại amino acid (các viên gạch tạo nên protein) trong mọi dạng sống, phần lớn xuất phát từ quan niệm hấp dẫn này về sự đơn nhất của hóa sinh. “Mã di truyền phổ quát” hiện nay là một cụm từ lỗi thời, nhưng vào thời điểm đó ý tưởng này chưa được thiết lập một cách chặt chẽ. Tôi cảm thấy nó đúng, chính xác là vì nó cộng hưởng với sự đơn nhất của hóa sinh.