Đầu
thế kỷ 21 :
Tin
học và Sinh họchội tụ
Hàn Thuỷ
Kỳ trước đã điểm qua một số tiến bộ khoa học mà người ta hy vọng có thể đạt được trong tương lai gần, nhờ ở sự hội tụ giữa Sinh học và Tin học. Sự hội tụ này nhờ ở khả năng mô hình hoá của Tin học ngày càng cao, tấn công được vào những hiện tượng vô cùng phức tạp mà những nghiên cứu về sinh học càng đi sâu càng đặt ra nhiều. Những tiến bộ ấy nằm trong hai phạm trù nghiên cứu : khoa học về bộ não và di truyền học, với những thành công hiện đã manh nha, như mạng nơron, đọc và giải mã gien. ở đây chỉ bàn về những vấn đề liên hệ đến khoa học luận, vì báo chí đã nói quá nhiều trên những ứng dụng của tin học và sinh học. Những ứng dụng này có ảnh hưởng xã hội và kinh tế rất lớn, và không phải hoàn toàn chắc chắn là sẽ theo chiều hướng tốt. Chính vì thế lại càng cần thiết nắm bắt nội dung của các ngành nghiên cứu này.
Nhưng, để tiếp tục trình bày về những viễn tưởng xa, mênh mông... và manh mong... hơn, xin được phép nhìn chung cảnh quan từ điểm khởi đầu, theo người viết bài hiểu được. Cái nhìn khởi đầu đó là nhận thức rằng đối tượng của tư duy con người nằm trong ba thế giới : thế giới vật chất, thế giới của sự sống, và thế giới tư tưởng. Về quan điểm này nguời viết hoàn toàn đồng ý với Phan Huy Đường, trong cuốn Penser librement (xem giới thiệu trong Diễn Đàn số 99, 9.2000).
Nhưng nếu lối tiếp cận của tác giả, theo triết học duy vật biện chứng, là chất vấn những quan hệ của tư duy với ba thế giới đó một cách tổng thể, thì lối tiếp cận của các người nghiên cứu khoa học vẫn là tách bạch bản thân mình, chủ thể tư duy khoa học, và đối tượng tư duy, mặc dù phạm vi của đối tượng đó ngày càng rộng lớn và sâu xa. Mặc dù đối tượng tư duy khoa học có thể bao gồm sự sống và tư tưởng. Và phương pháp luận vẫn là chia nhỏ, khu biệt các vấn đề, đi từng bước, phân tích và tổng hợp, tìm kiếm sự đồng thuận tối đa qua lý thuyết và thực nghiệm.
Từ những thành công cục bộ và cụ thể như đã nói kỳ trước, con người ngày nay đã trở lại những tham vọng cướp quyền tạp hoá đã có từ muôn thuả, với phần nào tự tin hơn, và với phương pháp chặt chẽ hơn. Vì những câu hỏi tại sao ? như thế nào ? không dấu được cái tham vọng làm thế nào ? nằm trong. Trong viễn cảnh nói tới ở đây, công việc là đi tìm cái cầu nối giữa thế giới vật chất và thế giới của sự sống, và tìm cách bắc cầu từ thế giới sự sống đến thế giới tư duy. Nói cách khác, như thế là đã đặt được hai câu hỏi cụ thể hơn : từ vật chất nảy ra sự sống như thế nào ? và từ sự sống nảy ra tư duy như thế nào ? Tuy về mặt thực nghiệm các câu hỏi này vẫn nằm trong hai phạm trù nghiên cứu : khoa học về bộ não, và sinh học phân tử, trong tương lai dĩ nhiên người ta sẽ dùng bất cứ phương pháp, lý thuyết, kết quả cụ thể nào của các ngành khoa học khác khi cần thiết.
Vậy sau khi xem xét về phương pháp luận của sự bắc cầu, sẽ xin điểm lại một vài dự phóng về hai khoa học trên. Rồi cuối cùng cũng không thể không nhắc tới những phê phán (gồm cả sự tự phê phán của các nhà khoa học) về bản thân việc áp dụng phương pháp khoa học trên những đối tượng như sự sống và tư duy.
1. Giảm thiểu
Hình 1 đi kèm dưới đây tượng trưng một cách giản lược hệ thống hiểu biết khoa học hiện nay. Hiểu biết được chia thành nhiều bình diện có trật tự trên dưới, tuy không phải là một trật tự tuyến tính. Càng ở phía dưới thì càng đơn giản và càng đi sâu vào những cấu tạo và cấu trúc cơ bản nhất của thế giới vật chất.
Hình 1 : Các tầng lớp của hiểu biết khoa học
chính xác, tầng trên cùng là viễn cảnh.
Ởû mỗi bình diện người ta nhận diện được những thực thể (entités) và nghiên cứu để nắm bắt được những quan hệ (relations) giữa những thực thể ấy. Trong hình vẽ, thực thể là các hình khối và quan hệ giữa chúng là những đường nối các hình khối. Như ta thấy ở đây, một thực thể ở bình diện trên có thể được giải thích như là một tập hợp những thực thể và quan hệ ở bình diện dưới. Thí dụ như thực thể nguyên tử của hoá học (và những tính chất của nó) có thể được giải thích bởi những hạt lượng tử đã kết cấu với nhau theo những quy luật nhất định của cơ học lượng tử. Các quan hệ ở bình diện trên cũng có thể được giải thích bởi những quan hệ ở bình diện dưới.
Nói như trên sợ bị hiểu nhầm là khoa học chính xác chỉ có một cái nhìn hoàn toàn tĩnh lặng về hiện thực. Dĩ nhiên không phải như vậy, khoa học chính xác cũng nghiên cứu sự thay đổi trong tính chất của các thực thể và trong quan hệ của chúng. Và chính sự thay đổi và các quy luật thay đổi này mới là những điều đáng chú ý. Sau đây xin gọi chung những sự vật, quan hệ, biến đổi... mà khoa học khảo sát ở mỗi bình diện là những hiện tượng. Và phương pháp luận đi tìm những giải thích của một hiện tượng ở bình diện cao bằng những hiện tượng ở bình diện thấp hơn được gọi là phương pháp "giảm thiểu" (reductionisme).
Giảm thiểu là gì : khi một hiện tượng hay quy luật ở một bình diện cao được phát hiện (thường là trong quá khứ), người ta có khuynh hướng cho rằng đó là một quy luật " trời cho ", nó là như thế, không có gì để giải thích cả. Nhưng như thế thì tích tụ lại càng ngày trời cho càng nhiều, khó nhớ ; và vì chúng có vẻ như độc lập với nhau, khó áp dụng linh hoạt. Vì thế nghiên cứu khoa học là tìm ra trong các quy luật đó một số ít quy luật ở bình diện cơ bản hơn, để có thể từ đó suy ra nhiều quy luật thực nghiệm ở bình diện đời thường, đưa tới sự thống nhất và nhất quán của khoa học tự nhiên qua tác động hai chiều, phân tích từ trên xuống và tổng hợp từ dưới lên.
Thí dụ quy luật nổi tiếng mà Archimède (thế kỷ thứ ba trước tây lịch) trong một phút xuất thần đã phát hiện : mọi vật khi nhúng xuống chất lỏng thì bị đẩy lên bằng một sức đẩy ngang với số chất lỏng được chứa trong thể tích mà nó chiếm chỗ. Cho tới thời khoa học cổ điển của thế kỷ 17 không ai tìm cách giải thích định luật ấy cả, nó là như thế, và nó bao giờ cũng đúng. Hoặc giả nếu ta đặt lại mình vào thời cổ đại chắc cũng có thể nghĩ như sau : chiếm chỗ của nó thì bị nó đẩy là tự nhiên, càng chiếm nhiều chỗ thì càng bị đẩy mạnh. Nhưng tại sao lại đẩy lên, mà không đẩy ra, hay đẩy xuống ?
Với những hiểu biết cơ học và hoá học hiện nay, thì một em học sinh tú tài có thể giải thích được định luật Archimède theo phương pháp giảm thiểu : Lực đẩy là do tác dụng tổng hợp của các phân tử trong chất lỏng khi va chạm vào vật thể (A) bị nhấn chìm mà thành. Làm sao tính toán được tác dụng ấy ? nếu đi vào phân tích thì sẽ bị khó khăn, nhưng em học sinh có thể lý luận khôn khéo như sau : thí dụ ta cũng nhận chìm một vật thể khác (B) giống hệt vật thể ấy (A), nhưng có một vỏ bọc rất mỏng, tác dụng không đáng kể, và chứa cùng chất lỏng của môi trường bên ngoài. Hiển nhiên là (B) chịu một lực tổng hợp bằng không, vì nếu không chất lỏng trong bình sẽ phải lưu chuyển theo một chiều hướng nhất định. Vậy thì (B) chịu một sức đẩy bằng trọng lượng của nó và ngược chiều (tức là đẩy lên). Và vì (B) giống hệt (A) nên (A) cũng chịu sức đẩy đó. Vậy thì, thưa thầy, em đã chứng minh được định luật Archimède. Cũng cùng điểm khởi đầu đó, rằng vật chất ở thể khí và thể lỏng được tập hợp bởi các phân tử luôn luôn va chạm vào nhau trong khoảng không, người ta có thể giải thích tại sao trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp xuất thì số phân tử của các khí khác nhau lại bằng nhau (số Avogrado), hay là tại sao khi trộn lẫn hai chất lỏng khác nhau thì thể tích dung dịch lại có thể nhỏ hơn hai thể tích khi tách rời cộng lại. Ba chuyện đời thường tưởng như chẳng ăn nhập gì với nhau.
2. Tân xuất và giảm thiểu
Nhưng cũng có những người cho rằng có những hiện tượng không thể được giải thích sâu hơn mà là những quy luật riêng của bình diện trên, "tổng thể lớn hơn các thành phần cộng lại". Đó là hiện tượng "emergence": có một cái gì mới mẻ xuất hiện ở bình diện cao hơn mà ta không thể giải thích bằng những khái niệm dùng ở bình diện thấp hơn. ở đây xin tạm dịch hai chữ "phénomène émergent" trong nghĩa này là "hiện tượng tân xuất". Trên thực tế, trước kia người ta công nhận : nước có những đặc tính mà khinh khí và dưỡng khí đứng riêng là không có, bởi vậy phải nghiên cứu, thực nghiệm và suy luận ngay trên đối tượng là nước chứ không phải chỉ nghiên cứu dưỡng khí và khinh khí là có thể suy ra những đặc tính của nước. Nhưng hiện nay, với cơ học lượng tử, người ta tin rằng có thể làm việc này, tuy rằng những phương trình cần giải quyết là hết sức phức tạp, và trên thực tế người ta vẫn cần đến khái niệm nước và những đặc tính của nó, dù chỉ để nói chuyện với nhau cho ngắn gọn. Tuy nhiên phải nói thêm là trong công việc suy ra nói trên không phải chỉ có tính toán, người ta có thể đi một con đường thô thiển hơn nhưng cũng có hiệu quả trước mắt hơn, đó là sử dụng những phương tiện rất mạnh của tin học để mô hình hoá và mô phỏng một cách gần đúng phân tử nước.
Như vậy quan niệm về các hiện tượng tân xuất vẫn rất cần thiết, không những thế một hiện tượng tân xuất còn đặt ra thêm công việc cho công tác khoa học : áp dụng tiến trình giảm thiểu vào hiện tượng này để hiểu rõ nó sâu sắc hơn, và biết đâu, có thể đi đến phủ định hay hoàn chỉnh một khía cạnh nào đó của các quy luật cơ bản.
Những bàn cãi về sự đối lập giữa tân xuất và giảm thiểu là rất lý thú, và có liên hệ mật thiết đến những vấn đề trong khoa học luận về sự phức tạp nói chung, và sinh học nói riêng.
Trở lạiHình 1ở trên, ta thấy ở tầng cơ bản nhất là hai lý thuyết về bản thể của vũ trụ : thuyết tương đối và thuyết lượng tử, hai thuyết này hiện nay coi như giải thích được tất cả các hiện tượng của đời thường. Nhưng có phải vì thế mà có thể bỏ qua hai ngành khoa học là hoá học và vật lý học cổ điển như chúng ta vẫn học ? Dĩ nhiên là không, để mô tả và khảo sát các thực thể của đời thường thì hai ngành học này vẫn có những giá trị không thể bỏ qua. Người làm sinh học phân tử có thể không cần biết đến cơ học lượng tử nhưng không thể không nắm vững hoá học. Tương tự như vậy, người làm công nghệ nói chung cũng có thể chỉ cần nắm vững hoá học và vật lý học cổ điển.
Vậy đặc điểm nào cho phép một bình diện trung gian là cần thiết ? Dĩ nhiên là những thực thể và quan hệ nằm trong bình diện đó phải đủ bền vững trong phạm vi nghiên cứu thích hợp. Thứ hai là những quy luật tự nhiên trong bình diện ấy cũng phải được phát biểu bằng những khái niệm của chính nó. Bởi thế trong quá khứ chúng đã là những ngành học gần như độc lập. Và có trước các ngành vật lý học cơ bản mà hiện nay làm nền tảng cho nó.
Điều ngày có ý nghĩa gì ? Trước hết là vì trong quá khứ các ngành khoa học cổ điển đã có một hệ thống khái niệm và ngôn ngữ riêng, nhất quán và tự đầy đủ trong phạm vi nghiên cứu của nó. Nhưng với thời gian các hiện tượng mới được phát hiện, và những khái niệm, quy luật, ngôn ngữ riêng của bình diện đó đã trở nên không đủ để giải thích hết mọi hiện tượng. Vì nếu chúng là đầy đủ thì có lẽ chẳng bao giờ người ta lại cần tìm hiểu sâu hơn. Đó là giai đoạn sau. Nhưng như thế không phải là loại bỏ nền tảng cũ mà là làm cho nó giàu hơn lên. Chẳng hạn, khi cơ học lượng tử đi sâu hơn để thành lập nền tảng vững chắc và đầy đủ hơn cho hoá học, thì không phải là loại bỏ bình diện hoá học, mà chính lại làm cho nó giàu có hơn bằng những vật chất và hiện tượng mới, phát biểu được bằng ngôn ngữ của hoá học cổ điển được sửa chữa để trở nên tinh tế hơn.
Quan hệ qua lại giữa hai bình diện hoá học và sinh học phân tử cũng tương tự.
Nhưng vấn đề lý thú đặt ra ở đây là quan hệ giữa ba bình diện : Những dấu chấm hỏi trong các mũi tên phía trái của Hình 1 muốn nêu lên vấn đề sau : vậy hoá học, với những khái niệm, thực thể, quan hệ của nó... có thể làm nền tảng để giải thích toàn bộ toàn bộ sinh học phân tử không ? ở đây dùng chữ giải thích chứ không dùng chữ hiểu, vì muốn hiểu cũng cần ngắn gọn, tức là không chỉ cần dùng ngôn ngữ, khái niệm riêng của sinh học mà còn nghiên cứu và thực nghiệm trên những thực thể sinh học. Vấn đề ở đây phức tạp hơn nhưng tương tự như bài toán với nước, dưỡng khí và khinh khí ; trên nguyên tắc có thể quan niệm là khi muốn phân tích sâu hơn thì mỗi hiện tượng sinh học có thể được giải thích bằng hoá học, nếu hoá học là một tầng lớp trung gian đầy đủ. Trừ phi là không, nghĩalà có các hiện tượng lượng tử tác động một cách ma quái nào đó lên các hiện tượng quan sát được ở mức độ sinh học phân tử, mà không thông qua những hiện tượng trung gian của hoá học như nguyên tử và phân tử.
Tại sao không như thế ? Và nếu lấy thí dụ ở các ngành khác thì có những hiện tượng đời thường trong cõi vô sinh là không thể giải thích được bằng cơ học cổ điển, dù cho chấp nhận chỉ gần đúng thôi ; hơn thế nữa, người ta không thể chế tạo được nhiều vật liệu hiện nay nếu không trực tiếp ứng dụng cơ học lượng tử, không chỉ thông qua những quy luật của hoá học và cơ học cổ điển. Câu hỏi càng trở nên thích thú khi ta đặt vấn đề tương tự cho bình diện tư duy.
3. Từ vô sinh đến hữu sinh và công nghệ sinh học
Thế nào là sự sống ? Ngoại trừ thi sĩ : "ngày sau sỏi đá cũng cần có nhau" chắc ai cũng có thể nói được là sỏi đá là vô sinh, yên nhiên tự tại, chẳng cần ai cả. Nhưng sỏi đá khác một sinh vật ở chỗ nào ? nói chung những bài học vỡ lòng về sinh vật học bảo rằng có thể gọi một thực thế là sinh vật khi chúng có ít nhất ba đặc tính : 1) có tiêu thụ (và sa thải) vật chất và năng lượng ; 2) có tăng trưởng ; và 3) có sinh sản ; và tự thực hiện những đặc tính đó trong một môi trường thích hợp ; có lẽ trong đó tự sinh sảnlà đặc điểm chủ yếu nhất. Chẳng thế mà chữ "sinh" được dùng để phân chia hai thế giới.
Nhưng tự sinh sản là một cái vòng luẩn quẩn : quả trứng và con gà. Và chúng ta đã biết, để phá vỡ cái vòng luẩn quẩn đó là cả mấy nghìn năm suy luận, quan sát và thực nghiệm.
Aristote cho rằng trong mọi vật đều hàm chứa một nguyên lý tĩnh, principe passif, đó là vật chất (matière), khi gặp một nguyên lý động, principe actif, tức là hình thể (forme) trong điều kiện thích hợp thì nảy sinh sự sống. Nguyên lý động là cái gì rất trừu tượng, một khả năng làm cho vật chất nảy sinh. Con người phương Tây bằng lòng với cách giải thích đó cho tới thời hiện đại từ nửa sau thế kỷ 16. Nhưng từ đó cũng còn cãi nhau chán chê mới bỏ được cái tên đổi mới của principe actif tức là principe vital, nguyên lý sự sống, cũng chẳng khác gì. Vì tựu trung như thế vẫn bảo vệ quan niệm : sự sống (của một sinh vật) là tự nhiên xuất hiện. Cho tới những thí nghiệm của Pasteur thì nói chung mọi người mới công nhận : sự sống là do sự sống mà ra, còn trước đó ? thì do đấng tối cao sáng tạo muôn loài. Từ một quan niệm vô thần và siêu hình sang tới một quan niệm cũng vẫn siêu hình, nhưng hữu thần, tuy nhiên phù hợp hơn với quan sát và thực nghiệm khoa học trong một khoảng thời gian ngắn.
Đến giữa thế kỷ 19 với Darwin người ta mới thực sự chấp nhận đông đảo rằng sự sống có thể từ vô sinh mà ra, rồi tiến hoá trong một thời gian dài hàng tỷ năm mới thành ra muôn loài như hiện nay. Như thế đặt ra hai khẳng định : trong những điều kiện thích hợp các chất hữu cơ dần dần trở nên phức tạp, và đến một lúc nào đó có thể tân xuấtmột thực thể hữu cơ có khả năng tự sinh sản, sinh vật ; và đến lúc nào đó thì trong quần thể sinh vật đó lại tân xuất một quần thể sinh vật khác phức tạp hơn. Người ta có thể tự bằng lòng với một lý thuyết chung chung như vậy, vì giải thích một cách khoa học những bước nhảy vọt là rất khó. Không tránh được phải đưa vào những yếu tố ngẫu nhiên, nhưng sự ngẫu nhiên có thể được mô phỏng bằng tin học. Ngoài ra tính toán những đặc tính của các phân tử hữu cơ phức tạp hơn hàng nghìn lần phân tử nước là một điều không thể giải bằng những phương trình chính xác được. Người ta lại vẫn phải dùng phương pháp mô hình hoá và mô phỏng bằng tin học. Trên thực tế hiện nay trong các phòng bào chế dược phẩm lớn người ta đã dùng máy tính và phương pháp mô phỏng để tiên đoán đặc tính của những phân tử hữu cơ mới mà họ muốn tổng hợp.
Nói chung hiện nay lý thuyết tân Darwin, trong đó sự phân hoá dựa trên đột biến của các gien, và sau đó thì mới tới sự tồn tại của các sinh vật mới thích hợp nhất với môi trường, gần như được đồng thuận trong các nhà sinh vật học. Và đúng là sự đột biến đó là ngẫu nhiên do các gien bị biến đổi bởi tác động của các hạt lượng tử. Thế thì sự tân xuất cũng có thể được giải thích bởi phương pháp giảm thiểu với điều kiện sử dụng những khái niệm ở tầng cơ bản nhất. Và bản thân những khái niệm của cơ học lượng tử lại hàm chứa hiện tượng ngẫu nhiên như một thuộc tính cơ bản của thế giới vật chất.
Vậy phải chăng có nghĩa là con người không có khả năng tác động lên các sinh vật hay sáng tạo ra các sinh vật mới ?
Câu trả lời tuỳ thuộc thế nào là tác động, và thế nào là sáng tạo. Đúng là làm lại như tạo hoá bằng một quá trình hàng tỷ năm thì con người không có điều kiện, nhưng còn biến chế, tổ hợp lại trên cơ sở những chất liệu đã có sẵn, thì tại sao không ? Và thực chất là công nghệ sinh học đang làm chuyện đó. Hiện nay còn ở mức thủ công mò mẫm vì người ta còn chưa hiểu hết tác động tổng hợp của các gien, cũng như tác động của môi trường chung quanh lên trên sự phát triển phôi, vì vấn đề còn rất phức tạp. Ngăn chặn một con virút như virút SIDA còn chưa xong, huống hồ. Nhưng có thể nói là những nghiên cứu về vi sinh vật sẽ có những tiến bộ rất lớn, với tiềm năng nguy hiểm cũng rất lớn. Những thực vật và sinh vật với gien được cải tạo thì đã có rồi, tiềm năng hứa hẹn cũng như nguy hiểm tiềm tàng đã thành vấn đề thời sự.
Còn liệu trong vài thập kỷ hay vài thế kỷ tới liệu người ta có thể sản xuất ra được những Frankeinstein ? chưa thể nói. Vấn đề đặt ra một cách ngông cuồng là như sau : liệu có thể tác động lên gien để từ đó làm thành các siêu nhân hay siêu quái vật, như ý muốn. Như thế có nghĩa là đã nắm vững được toàn bộ quá trình phát triển từ đặc thái di truyền (génotype)tới đặc thái hiện tượng (phénotype)trong một môi trường tăng trưởng nhất định. Dĩ nhiên người ta sẽ bắt đầu bằng các sinh vật rất giản dị, chỉ có một số rất ít nơron, còn với những sinh vật phức tạp hơn thì hoạt động của bộ não còn chưa hiểu, nói chi đến điều khiển gien để cuối cùng có được bộ não như ý muốn. Có lẽ trong nhiều thập kỷ nữa nghiên cứu về bộ não, kết hợp với nghiên cứu về trí năng nhân tạo còn là một ngành độc lập với sinh học phân tử và di truyền.
Hàn Thuỷ[ Trở Về ]