“Sự sống là gì?”
Thoạt nghe có vẻ giống như câu hỏi mang tính triết học, nhưng thực tế đây lại là câu hỏi mà nhiều nhà khoa học đang tiếp tục tìm kiếm vì chưa có câu trả lời. Việc cho rằng có sự sống trong mọi vật đang sống là chân lý rất hiển nhiên. Tuy nhiên, việc định nghĩa sự sống này bằng một từ không hề đơn giản như vậy. Nhiều học giả đã cố gắng định nghĩa về sự sống, nhưng họ vẫn không thể thiết lập được một lý thuyết hoàn chỉnh. Tuy nhiên, định nghĩa hiện nay về sự sống là tìm ra những đặc điểm chung về sự sống và khái quát hóa chúng.
Mọi sinh vật sống đều có những đặc điểm sau. Đó là tính ổn định, mô hữu cơ, phát triển và tăng trưởng, phản ứng với sự kích thích, sinh sản và trao đổi chất. Tất cả những đặc tính này là yếu tố chính quyết định sự sống, nhưng nếu đề cập đến nền tảng của chúng thì không thể bỏ qua sự trao đổi chất.
Sự trao đổi chất đề cập đến tất cả các biến đổi về chất, gồm sự phân hủy hoặc tổng hợp các chất xảy ra trong sinh vật sống, và mục đích chính của hoạt động này là để thu được năng lượng cần thiết cho việc duy trì sự sống. Không sinh vật sống nào có thể tồn tại nếu không có năng lượng. Nói cách khác, mọi sự sống đều không thể độc lập với năng lượng, và năng lượng là yếu tố cần thiết giúp các sinh vật tồn tại và là nền tảng của sự sống. Vậy các sinh vật sống lấy năng lượng từ đâu và bằng cách nào?
Nếu phải chọn cơ quan là trọng tâm của sự sống con người thì ai cũng sẽ chọn trái tim. Kể cả về mặt y học, nếu trái tim ngừng đập thì đó được xem như trạng thái mất sự sống, nghĩa là đã chết. Làm thế nào trái tim có thể đập liên tục trong suốt cuộc đời của con người mà không ngừng nghỉ dù chỉ một khoảnh khắc? Điều gì đã mang lại sự sống cho trái tim?
Điều này có liên quan mật thiết với ty thể (Mitochondria), là nhà máy năng lượng trong cơ thể chúng ta. Dù ty thể chỉ là một trong những cơ quan nhỏ bên trong tế bào, nhưng lại đóng vai trò sản xuất năng lượng thông qua hô hấp tế bào1. Ty thể tồn tại ở hầu hết các sinh vật tế bào nhân chuẩn2, và ở người, chúng có lượng lớn đến mức chiếm khoảng 10% trọng lượng cơ thể. Ty thể được bố trí ở mọi nơi của tế bào, để truyền năng lượng cần thiết cho tế bào một cách hiệu quả. Do đó, khác với các cơ quan khác của cơ thể, ty thể tập trung nhiều nhất ở não, tim, gan và các cơ cần hoạt động và hô hấp mạnh mẽ.
- Hô hấp tế bào: Còn được gọi là nội hô hấp, là quá trình tế bào hấp thụ oxy và phân hủy các chất hữu cơ để tạo ra năng lượng.
- Tế bào nhân chuẩn: Tế bào có nhân bao quanh bởi màng nhân. Bên trong tế bào có ty thể và bào quan của ty thể.
Ty thể sản sinh ra chất năng lượng được gọi là ATP (Adenosine triphosphate) bằng cách sử dụng oxy được cung cấp qua quá trình hô hấp. ATP có thể được so sánh như một loại tiền tệ năng lượng. Trong ATP có ba nhóm phosphat trên mỗi phân tử, và mỗi khi nhóm phosphat này bị tách ra thì một lượng năng lượng nhất định sẽ được tạo ra và năng lượng này được tế bào sử dụng. Nói cách khác, cơ thể chúng ta sử dụng ATP được sản xuất trong ty thể để có năng lượng duy trì sự sống. Vì hầu hết mọi cơ quan trong cơ thể đều phụ thuộc vào năng lượng do ty thể tạo ra, nên nếu chức năng của ty thể suy giảm hoặc xảy ra bất thường, thì có thể gây ra nhiều bệnh khác nhau như chúng ta đã biết. Do đó, những nghiên cứu gần đây trong giới sinh học và y học đang được tiến hành tích cực nhằm tìm ra nguồn gốc gây lão hóa và bệnh tật trong ty thể, cũng như cách duy trì ty thể khỏe mạnh trong thời gian dài.
Ty thể – yếu tố cần thiết không thể thiếu đối với sự sống của chúng ta như thế, có những đặc điểm độc đáo. Đó là tất cả ty thể trong tế bào của chúng ta đều được thừa hưởng từ mẹ. Điều này được gọi là di truyền mẫu hệ, trái ngược với di truyền phụ hệ mà trong đó “nhiễm sắc thể Y” được nhận từ cha.
Không giống như hầu hết các gen trong tế bào, gen của ty thể có đặc tính tồn tại độc lập. Trong khi hầu hết các gen của tế bào tập trung trong không gian gọi là nhân tế bào, gen của ty thể tồn tại trong không gian độc lập bên trong ty thể chứ không phải trong nhân tế bào. Như đã đề cập trước đó, ty thể tồn tại trong hầu hết các tế bào, vì vậy khi tế bào phân chia, không chỉ nhân tế bào phân chia mà ty thể cũng phân chia và đi vào từng tế bào.
Nguyên lý này cũng không phải là ngoại lệ khi tế bào sinh sản, tinh trùng và trứng phân chia. Ty thể rõ ràng tồn tại trong tinh trùng có nguồn gốc từ cha và trong trứng có nguồn gốc từ mẹ. Tuy nhiên, khi tinh trùng và trứng được thụ tinh, đuôi của tinh trùng bị ngắt đi và ty thể của tinh trùng không thể xâm nhập vào trứng. Điều này là do hầu hết ty thể của tinh trùng đều tập trung ở phần đuôi của tinh trùng. Ngay cả khi một vài ty thể đi vào trong trứng chăng nữa, thì cũng sẽ bị phân hủy bởi trứng và biến mất. Kết quả là, ADN trong nhân của trứng đã thụ tinh được thừa hưởng một nửa từ cha và một nửa từ mẹ, nhưng ADN ty thể được truyền cho con cái duy chỉ có trong trứng của mẹ mà thôi.
Đặc tính di truyền của ty thể từ mẹ như thế này cũng trở thành công cụ hữu ích trong công nghệ sinh học. Trong tế bào chỉ có duy nhất một nhân, nhưng ADN ty thể thì chứa nhiều gen như số lượng ty thể. Nói cách khác, có hàng ngàn ADN ty thể giống hệt nhau trong một tế bào, và có khả năng ADN vẫn còn nguyên vẹn sau thời gian dài do kích thước nhỏ bé của chúng. Do đó, nếu khó phân tích nhân ADN, chẳng hạn như trong xương cũ, thì cũng có thể xác minh thân thế thông qua kiểm tra ADN ty thể. Đặc biệt, vì chỉ được di truyền thông qua mẹ nên ADN ty thể được sử dụng chủ yếu để xác định xem có cùng chung mẫu hệ hay không. Trên thực tế, được cho biết rằng phương pháp biệt hóa di truyền ty thể đã được sử dụng để xác định thi thể của những người đã chết trong vụ tấn công khủng bố 11/9 ở Mỹ.
Điểm khởi đầu của sự sống, nguồn của sức mạnh khiến trứng đã thụ tinh nở hoa của sự sống để hình thành nên tay và chân của em bé, được bắt đầu từ ty thể mà mẹ để lại. Và cho đến bây giờ, tình yêu thương của mẹ được in dấu khắp nơi trên cơ thể chúng ta và tạo ra năng lượng của sự sống.
Nguồn gốc chính xác và lý do việc di truyền ty thể chỉ có thể được thực hiện thông qua mẹ vẫn chưa được biết đến. Ngày hôm nay, chúng ta vẫn đang hít thở và hoạt động nhờ ty thể, di sản năng lượng sống chỉ có thể nhận được từ mẹ.
- Tham khảo
- Ban biên tập Newton, “Ty thể – Cơ quan quan trọng nhất trong tế bào hiện đang được sáng tỏ”, Newton (Số tháng 12/2012)
- “Dự án ty thể” (Tác giả Masato Hiki)
