Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong http://www.schoolnet.vn
SỰ KỲ DIỆU CỦA TỰ NHIÊN: BÍ MẬT CỦA ĐỒNG HỒ SINH VẬT
11/12/2010

Khi Anbéc Anhstanh xướng lên thuyết tương đối, khẳng định sự rút ngắn của thời gian trong những vận tốc vũ trụ, những câu chuyện huyền thoại như “Lưu Nguyễn nhập Thiên Thai” hoặc “Chiếc máy quay ngược thời gian” càng thấy tăng thêm khía cạnh thú vị của nó.


Trong truyện Lưu Nguyễn, thì chàng thư sinh có diễm phúc kia sau ba ngày dạo chơi chốn đào nguyên trở về, kinh hoàng nhận thấy cảnh vật chốn quê xưa đã hoàn toàn biến đổi. Những con người của thế hệ đương thời chỉ còn nhớ chuyện kể về một tổ tiên xa xưa nào đó, đã lạc đường trong núi. Ba ngày của thượng giới không ngờ lại tương ứng với ba trăm năm chốn trần gian!

Trong truyện “Chiếc máy quay ngược thời gian” của Oenxơ thì lại một điều tưởng tượng hoang đường một trăm phần trăm. Nhờ một thứ máy huyền kỳ, những nhân vật trong truyện đã thực hiện một chuyến du lịch về quá khứ hàng ngàn năm về trước, và những chuyện bất ngờ trong cuộc tiếp xúc giữa các con người của nhiều thế hệ đã xảy ra…

Bạn đọc chắc có nhiều người sẽ biện luận cho ý nghĩa khoa học của những câu chuyện. Vì theo thuyết tương đối của Anhstanh, chẳng phải thời gian có thể kéo hay rút ngắn đó sao? Vậy thì một cuộc du lịch về tương lai hay quá khứ không hẳn là hoang đường như người ta vẫn nghĩ.

Ở đây, chúng ta không đề cập đến tính chất hiện thực của những câu chuyện, mà chỉ nêu lên một vấn đề khác, cũng thú vị không kém. Đó là liệu những nhân vật trong truyện có “thấy” được sự rút ngắn hay kéo dài thời gian đó không? Cơ chế đồng hồ sinh học trong họ sẽ phản ứng thế nào trong sự thay đổi tương đối như thế?

Khái niệm về đồng hồ sinh học mới được biết điến từ cách đay không lâu, khi mới xuất hiện máy bay phản lực có tốc độ siêu âm thanh. Trong nhiều trường hợp của những chuyến bay theo phương vĩ tuyến, những hành khách đều nhận thấy rõ rệt những rối loại trong các chức năng sinh lý, mà phải sau một thời gian mới ổn định lại. Như giáo sư Ôdôlin, hướng dẫn viên của đoàn lực sĩ Liên xô qua tham dự Oolempic Mê-hicô năm 1967, đã nhận xét:

“Chúng tôi tới Mêhicô, mỗi người đều trẻ thêm… 9 giờ. Nhưng, cơ chế đồng hồ sinh vật trong chúng tôi đã không chịu tiếp nhận sự điều chỉnh đó. Làm quen với sinh hoạt giờ giấc mới quả là khó khăn, sau hai tuần mới bình thường được”.
Điều đó không có gì đáng lạ. Cơ chể chúng ta cấu tạo bởi khoảng 100 triệu tỉ tế bào, ví như một tổ hợp sản xuất khổng lồ. Mỗi tế bào là một công xưởng, bao gồm nhiều khâu đoạn, phối hợp với nhau theo một lịch thời gian chặt chẽ.

Có thể dẫn ra nhiều ví dụ về hoạt động đồng hồ sinh vật ấy, trong thế giới động vật cũng như thực vật. Chẳng hạn như mỗi người chúng ta, khi làm việc hay khi ngủ, khi đi trên đường hay ngồi trong rạp hát, khi tắm hay dạo chơi,v.v… đều không bỏ qua ý niệm thời gian. Rất nhiều người có khả năng vào bất cứ lúc nào, đêm cũng như ngày, tự xác định giờ giấc một cách chính xác, sai lệch với đồng hồ chỉ ít phút.

Loài vật cũng thế. Những con dơi bay ra kiếm ăn rất đúng giờ. Ong mật xác định rất đúng giờ nào hoa nở để bay tới hút nhụy.

Nhà sinh vật học Anh Uyliam Bit đã nêu một trường hợp thú vị về đồng hồ sinh vật: trong trại thí nghiệm của ông, sử dụng hơn 100 con lừa để kéo xe. Bao giờ cũng thế, cứ đúng 12 giờ trưa không sai một phút, những con lừa không cần chờ hiệu lệnh, tự ý buông cỗ xe để nghỉ. Cho đến 18 giờ đúng, chúng mới làm việc trở lại.

Con mèo của nhà sinh học Êchtanh cũng là một mẫu mực về giờ giấc. Ngày nào cũng thế, cứ 8 giờ 10 phút sáng, nó mới trở về nhà sau cuộc du ngoạn trong đêm. Tuần nào cũng thế, cứ chiều thứ hai vào 19 giờ 45 phút nó lại có mặt ở bệnh xá gần nhà, để “xem” các nhân viên hòa nhạc. Không bao giờ có sự nhầm lẫn về ngày, giờ.

Trường hợp cây cỏ, thì người ta đã biết nhiều giống hoa chỉ nở hay tỏa hương vào đũng những giờ nhất định trong ngày. Có những loài rêu biển bắt đầu phát sáng khi mặt trời lặn. Hoa Kim Anh, Tầm Xuân nở ddungs 4 – 5 giờ sáng, hoa Diếp, nở vào 7 giờ, và hoa khoản đông, vào 9 – 10 giờ, v.v…

Những người trồng hoa có kinh nghiệm đã từng kết tạo được những đồng hồ hoa rất đặc sắc và đẹp mắt, chỉ giờ giấc rất chính xác cả đêm lẫn ngày.

Tất cả những hiện tượng như vậy đã chứng tỏ sự tồn tại của cơ chế đồng hồ sinh vật, trong tất cả mọi cơ thể sống. Không có gì khó hiểu, nếu như do trải qua hàng bao nhiêu thế kỷ tiến hóa trong những điều kiện biến đổi chu kỳ của mặt đất (sự thay đổi ngày đêm, sự tiếp diễn các mùa, sự lên xuỗng của thủy triều…), những nhịp điệu tự nhiên đã tạo nên sự trùng hợp của các quá trình sinh học. Sử dụng cơ chế đồng hồ sinh học, những loài cây tự điều khiển quá trình trổ hoa, kết quả loài thú rừng bắt đầu giấc ngủ đông, v.v…

Theo ý kiến của một số nhà chuyên môn, loài vật cũng như cây cỏ đã thừa hưởng những cơ chế đồng hồ từ tổ tiên xa xưa truyền lại. Cho nên cùng một giống loài, cơ chế đồng hồ sinh vật cũng giống nhau, không thay đổi theo hoàn cảnh sống.

Người ta đã thử làm một thí nghiệm như sau. Nhốt những con chuột bạch riêng rẽ, trong bóng tối hoàn toàn và trong phòng điều hòa nhiệt độ, và theo dõi hoạt động của nó bằng một hệ thống tự nhiên. Kết quả, thấy rõ nhịp hoạt động của nó rất đều đặn theo chu kỳ 24 giờ, với độ chính xác đếm từng phút, mặc dù trong hoàn cảnh sống của chúng không có dấu hiệu gì nhắc nhở đến sự biến chuyển ngày đêm.

Một nhận xét quan trọng là nhịp điệu ngày đêm (tức là lớn hơn hay nhỏ hơn 24 giờ một chút) rất phổ biến trong thiên nhiên. Chẳng hạn ở cây cỏ, các chu kỳ sinh học thường là 23 – 28 giờ ở động vật, khoảng 23 – 25 giờ. Đặc biệt có những chu kỳ đúng bằng 23 giờ, 54 phút, 4 giấy.

Nhịp điệu ngày đêm còn thấy cả ở những cơ thể đơn bào nữa, và thậm chí, ở các mảnh tế bào đã cắt rời từ một cơ thể sống.

Người ta đã tìm thấy được trong cơ thể con người hơn 40 nhịp điệu sinh học, có chu kỳ ngày đêm. Đầu tiên là chu kỳ trao đổi chất. Rồi đến chu kỳ nhịp thở, chu kỳ thân nhiệt cũng là sự phản ánh chu kỳ trao đổi vật chất. Chẳng hạn, người ta nhận thấy thân nhiệt cao nhất vào lúc 18 giờ, và thấp nhất vào lúc 1 – 5 giờ, với biên độ dao động từ 0,6 đến 1.30.Chu kỳ nhịp tim chậm nhất vào lúc ngủ và nhanh nhất vào lúc 18 giờ. Cũng vào những giờ đó, ghi được những cực đại và cực tiểu của huyết áp.

Những hoạt động sinh hóa cũng có nhịp điệu ngày đêm như thế. Chẳng hạn, số lượng tiểu cầu lớn nhất vào những giờ sáng. Nồng độ hồng cầu trong máu cao nhất lúc 11 – 13 giờ và thấp nhất lúc 16 – 18 giờ. Lượng đường huyết cũng cực đại vào sàng và cực tiểu vào đêm, v.v…

Ngoài những nhịp điệu ngày – đêm, ta còn gặp thấy những nhịp điệu dài hơn, ví dụ nhịp điệu tháng, nhịp điệu nùa, nhịp điệu hàng năm, v.v… Tất cả những hiện tượng nhịp điệu này đều khá ổn định. Chẳng hạn, trong một thí nghiệm, người ta đặt những tổ ong trong điều kiện ánh sáng nhân tạo, rồi chuyển bằng máy bay từ Pải sang Nui Yoóc. Tới Nui Yoóc, bầy ong vẫn giữ nguyên các giờ giấc hoạt động, nhưng theo giờ Pari. Nghĩa là bầy ông có sẵn trong nó một cơ chế thống nhất điều khiển mọi hoạt động giờ giấc, không phụ thuộc vào mặt trời… Trường hợp người cũng vậy. Khi đi bằng máy bay phản lực theo phương vĩ tuyến, thời gian trong ngày bị ngắn lại nếu đi theo hướng tây, và dài thêm nếu đi về hướng đông. Nhưng mọi nhịp độ hoạt động trong cơ thể vẫn duy trì theo giờ giấc ở nơi xuất phát. Đó là lý do cảm thấy những rối loạn nội tại.

Để cắt nghĩa nguồi gốc của đồng hồ sinh vật, ta có thể xét trường hợp của một giống cua ở bờ biển Bắc Mỹ. Giống cua này có đặc tính thay đổi màu sắc, từ màu ngà voi rất sáng ban đêm, đến màu xám sẫm ban ngày. Ngoài nhịp điêu theo mặt trời, sự thay đổi màu sắc còn phụ thuộc vào quy luật thủy triều: lúc triều lên, màu sắc của chúng sáng rõ hơn khi triều xuống. Sự thay đổi đó cần thiết để con vật dễ hòa với màu đất khi ấy, khiến cho chúng khó bị phát hiện. Thành thử, bản thân con vật trở thành một thứ đồng hồ chỉ rất đúng giờ giấc thủy triều hằng ngày. Thế mà thủy triều là hiện tượng phức hợp vừa mặt trăng, vừa mặt trời, vừa cả những điều kiện địa lý nữa. Giờ giấc thủy triều lên xuống có thể dễ dàng tính được bằng các bảng thủy triều, nhưng rất khó tạo ra một thứ đồng hồ thủy triều. Nhưng loài cua Bắc Mỹ kia lại có sẵn thứ đồng hồ kỳ diệu ấy, không cần đến một thứ thiết bị máy tính nào hết.

Trong một thí nghiệm khác, theo dõi các nhịp điệu sinh vật trong trường hợp những trẻ sơ sinh, ta thấy sự diễn biến nhịp điệu chỉ thiết lập dần dần một thời gian sau khi những đứa trẻ ra đời. Và điều đó không phụ thuộc vào đối tượng hay thời gian trong năm. Chẳng hạn, ở bất cứ trẻ sơ sinh nào, vào tuần từ 1 đến 3, nhịp độ thân nhiệt cũng rất mờ yếu. Từ tuần 4 đến 9, bắt đầu có dạng hai cực đại, hai cực tiểu. Từ tuần 10 đến 16, chuyển sang dạng bình thường, một cực đại lúc 6 giờ và một cực tiểu lúc 22 giờ.

Tóm lại, hiện tượng đồng hồ sinh vật là bẩm sinh, nhưng những tác nhân bên ngoài cũng phát huy ảnh hưởng có ý nghĩa điều chỉnh trong một chừng mực nào đó. Từ đó, một vấn đề đặt ra, là liệu có thể bằng một tác động nhân tạo làm thay đổi cơ chế đồng hồ sinh vật nhằm những mục đích định sẵn? Vấn đề có một ý nghĩa thực tiễn rất lơn. Chẳng hạn, người ta biết rằng một số cây trổ bông, kết trái theo đúng những mùa vụ nhất định. Chỉ bằng cách tác động tới cơ chế đồng hồ sinh vật của chúng mới có thể rút ngắn thời vụ, hoặc tạo ra mùa màng trái vụ.

Các nhà bác học ở trường đại học Caliphooni đã tiến hành thí nghiệm thử thay đổi nhịp điệu ngày đêm ở một số đối tượng bằng cách thay đổi chu kỳ sáng – tối. Mới đầu, với chế độ “đêm” 16 giờ và “ngày” 8 giờ, thấy cây cỏ thí nghiệm vẫn phát triển như bình thường. Nhưng khi kéo dài “đêm” tới 24 giờ và độ dài “ngày” vẫn giữ như cũ, thì quá trình trổ bông ngưng lại. Tiếp tục tăng độ dài “đêm” tới 64 giờ, với “ngày” 8 giờ, cây lại trổ bông bình thường.

Trong thí nghiệm với gà đẻ trứng, nhà bác học Liên Xô I. Lôbasép cũng nhận thấy khi thay đổi chế độ chiếu sáng ngày và đêm tỉ lệ 8/4 (8 giờ sáng và 4 giờ tối) mọi hoạt động sinh học của gà cùng thay đổi theo nhịp điệu đỏ. Trong khi đó, nhóm gà đối chứng vẫn duy trì sinh hoạt bình thường. Từ các thí nghiệm, rút ra kết luận rằng sự thay đổi nhịp điệu đồng hồ sinh vật chỉ xảy ra với trường hợp là bội số hay ước số của nhịp điệu nguyên thủy.

Trong một thí nghiệm khác, người ta đem làm lạnh môi trường tới nhiệt độ 00C và giữ ở điều kiện không đổi, cơ chế đồng hồ sinh vật trong mọi đối tượng thử nghiệm đều dừng lại. Song chỉ cần trả lại nhiệt độ bình thương, là mọi hoạt động lại khôi phục như cũ. Người ta cũng thấy đồng hồ sinh vật có thể hoạt động bình thường trong những giới hạn nhiệt độ khá rộng rãi. Chẳng hạn, khi thời tiết thay đổi, hoạt động của những loài vật như ong, bướm, cá, rắn… là những vật mà thân nhiệt thay đổi rất rõ theo nhiệt độ môi trường, cũng không hề có sự xáo trôn.

Một số nhà bác học đừng đầu là Braonơ đặt vấn đề nghi ngờ những điều kiện cách ly được tạo ra trong phòng thí nghiệm có thật cách ly được với các biến động tự nhiên điều khiển cơ chế đồng hồ sinh vật hay không. Ví dụ, với sự thay đổi áp suất khí quyển và sự thay đổi trọng lực. Theo Braonơ, thì chính những tác động có ý nghĩa vũ trụ này đã chi phối hoạt động của cơ chế đồng hồ sinh vật; hay nói một cách khác, mọi quan hệ biểu kiến với nhiệt độ, ánh sáng, v.v… chỉ là những biểu hiện thứ cấp của nguồn gốc sâu xa là những tác động vũ trụ.

Giả thuyết vũ trụ của Braonơ đã cho phép cắt nghĩa nguyên nhân và cơ chế của hàng loạt hiện tượng chu kỳ khác trong sự sống. Chẳng hạn, chu kỳ rụng trứng ở phụ nữ có liên quan mật thiết với tuần trăng. Hoặc hoạt động theo con nước của một số loài rươi biển, cua, tôm… có thể đã được điều khiển bởi một cơ chế đồng hồ vũ trụ… Sự thống nhất giữa con người và vũ trụ cũng đã chẳng từng được xem là cơ sở của triết học phương Đông cổ đó sao?

Để kiểm tra giả thuyết vũ trụ của cơ chế đồng hồ sinh vật người ta đã thực hiện nhiều cuộc thí nghiệm hết sức độc đáo. Những mẫu sinh vật đã được đặt trong các tên lửa vũ trụ phóng vào quỹ đạo mặt trời, và ra ngoài hệ mặt trời. Thời gian sẽ đem lại lời giải đáp cho câu hỏi, trong những điều kiện tác động vũ trụ khác, những cơ chế đồng hồ sinh vật có đổi khác hay không.

Trở lại câu chuyện Lưu Nguyễn nhập Thiên Thai…Nếu như cơ chế đồng hồ sinh vật là nội sinh và bất di bất dịch trong mọi hoàn cảnh, thì nhà du hành vũ trụ của thời huyền thoại kia đâu có sống được hết một ngày vũ trụ - bằng một trăm năm hạ giới – để trở về với lũ cháu chắt của mình ở mặt đất? Do cơ chế đồng hồ sinh vật vẫn hoạt động bình thường trong chuyến đi vượt thời gian, sự già nua đã tới qua từng phút, từng giờ, để chàng lưu chỉ mới nửa đường đi tới Đào Nguyên, đã đầu bạc răng long mất rồi… Còn khi cơ chế đồng hồ cũng thay đổi theo nhịp điệu vũ trụ, thì đó lại là chuyện khác…

Nhưng, hãy để điều ấy hạ hồi phân giải. Để kết luận câu chuyện về bí mật của đồng hồ sinh vật, có thể nêu lên những ứng dụng rộng rãi, một khi con người có thể điều khiển chủ động được cơ chế đó. Trước hết tuổi thọ con người có thể kéo dài vô tận, vì cuộc đời chính là một quá trình đồng hồ sinh vật. Rồi mọi tật bệnh sẽ được diệt trừ tận gốc, bằng sự tác động vào những cơ chế phát sinh. Trong nông nghiệp, chăn nuôi, triển vọng sẽ huy hoàng biết bao, nếu như những giới hạn về thời gian, không gian không còn hiệu lực nữa. Bằng tác động đến cơ chế đồng hồ sinh vật, người ta sẽ thực sự biến đồng ruộng, cây cỏ, súc vật thành những “xí nghiệp”, sản xuất ra cơm gạo, sữa thịt với nhiệt độ và số lượng tùy ý… Đó mới là điều kỳ diệu nhất của những cuộc thử nghiệm vũ trụ đang được tiến hành.
URL của bài viết này::http://www.schoolnet.vn/modules.php?name=News&file=article&sid=4945
© Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong contact: sales@schoolnet.vn