VI. Severo Ochoa
CHƯƠNG V: NGUỒN GỐC CỦA SỰ SỐNG
Trái Đất được hình thành cùng với Hệ Mặt Trời từ khi Hệ Mặt Trời ban đầu tồn tại như một đám mây bụi và khí lớn, quay tròn, gọi là tinh vân Mặt Trời. Tinh vân này gồm hydro vàm heli được tạo ra từ vụ nổ lớn, và những nguyên tố hóa học nặng hơn khác được tạo ra từ các ngôi sao đã chết. Sau đó, vào khoảng 4,6 tỷ năm trước (mười lăm đến ba mươi phút trước khi chiếc đồng hồ tưởng tượng của chúng ta bắt đầu chạy), có thể một ngôi sao ở gần đó bắt đầu trở thành một siêu tân tinh. Vụ nổ gây sóng chấn động về hướng tinh vân Mặt Trời và làm nó bị nén vào. Vì đám mây tiếp tục quay, lực hấp dẫn và quán tính làm đám mây trở nên phẳng như hình dạng một cái đĩa, vuông góc so với trục quay của nó. Đa phần khối lượng tập trung ở giữa và bắt đầu nóng lên. Lúc ấy, khi trọng lực làm cho vật chất cô đặc lại xung quanh các hạt bụi vật chất, phần còn lại của đĩa bắt đầu tan rã thành những vành đai. Các mảnh nhỏ va chạm vào nhau và tạo thành những mảnh lớn hơn. Những mảnh nằm trong tập hợp nằm cách trung tâm khoảng 150 triệu kilômét tạo thành Trái Đất. Khi Mặt Trời ngày càng đặc lại, nó nóng lên,phản ứng hạt nhân bùng nổ và tạo nê gió Mặt Trời thổi bay đa phần những vật chất ở trong đĩa vẫn còn chưa bị cô đặc vào những tập hợp vật chất
lớn hơn.
Nghiên cứu về nguồn gốc sự sống là một trong những lĩnh vực được biết đến rất hạn chế mặc dầu hầu hết những hiểu biết của con người về bộ môn sinh học và thế giới tự nhiên là dựa trên nó. Mặc dù công việc nghiên cứu về lĩnh vực này rất chậm nhưng nó luôn luôn thu hút sự chú ý của nhiều người bởi vì đây là một câu hỏi rầt lớn và rất khó. Một số những sự kiện đã cho chúng ta biết một phần điều kiện tạo nên sự sống, nhưng cơ chế bên trong tạo nên sự sống vẫn là một điều bí ẩn.
Những tư tưởng về sự sống đầu tiên: Aristotle, Pasteur, Darwin, Oparin
Vào thế kỉ thứ 4 trước Công nguyên, Aristotle đã trình bày dựa trên những điều mà con người thời đó biết được, ít nhất là ở châu Âu, rằng những vật thể sống phát sinh từ những vật thể không sống. Ví dụ như bọ chét và chuột phát sinh từ những đống rác cũ hay bột mì, những con giòi và ruồi trong thịt thối, rệp trong sương. Cuộc sống, nói ngắn gọn hơn, là bắt nguồn từ sự phát triển tự nhiên. Những nhà khoa học đầu thế kỉ 18 đã lật đổ những học thuyết của Aristotle, nhưng phải đến những thí nghiệm của
Louis Pasteur vào năm 1862 người ta mới chắc chắn rằng một nơi đã được vô trùng thì sẽ vĩnh viễn không có bất cứ sinh vật nào phát sinh trong nó được nữa. Ngoài ra ông cũng cho rằng sự sống chỉ có thể phát sinh từ những cơ thể sống phức tạp khác. Những công trình của Pasteur có thể được tóm tắt trong một định luật mà ngày nay chính là nền tảng của thuyết tiến hóa hiện đại: Định luật phát sinh sinh vật: "Mọi cuộc sống đều bắt đầu từ trứng" (nguyên bản tiếng Latinh omne vivum ex ovo).
Ngành khoa học sinh vật hiện đại đang phải đương đầu với một câu hỏi cao hơn: sự sống bắt nguồn "đầu tiên" ở đâu? Pasteur đã chứng minh rằng những sinh vật bậc cao không thể phát sinh một cách tự nhiên. Lý thuyết về tiến hóa của Charles Darwin đã đưa ra một cơ chế để giải thích điều này: sinh vật phải mất hàng ngàn năm để tiến hóa từ những dạng cơ bản, nhưng nó sẽ không mang những đặc điểm như lúc trước nữa, nhưng những sinh vật cơ bản ấy sẽ từ đâu ra? Darwin rất quan tâm đến vấn đề này. Trong một là thư gửi cho Joseph Dalton Hooker ngày 1 tháng 2 năm 1871, Darwin đã cho rằng sự sống bắt nguồn từ "một cái hồ nước ấm áp có chứa đầy các loại muối ammonia và phosphate, ánh sáng, nhiệt độ, điện,... để các hợp chất protein có thể hình thành và trải qua những biến đổi phức tạp". Tiếp theo đó, Darwin tìm cách lí giải luận điểm của mình "vào bây giờ, những điều kiện như thế nếu tồn tại sẽ bị biến mất ngay lập tức, ngoại trừ trước khi tất cả các sinh vật sống được sinh ra". Nói một cách khác, sự khai sinh các dạng sống phức tạp có thể một phần nào ngăn cản sự tạo thành những hợp chất hữu cơ cơ bản trên Trái Đất, một điều kiện khiến cho việc đi tìm câu trả lời cho câu hỏi trên nằm trong phòng thí nghiệm.
Câu trả lời cho câu hỏi của Darwin vẫn nằm ngoải tầm hiểu biết của khoa học hiện
đại, và hầu như không có một tiến bộ nào trong lĩnh vực này vào thế kỉ 19. Năm 1936,
Aleksandr Ivanovich Oparin, trong cuốn sách nổi tiếng của mình "The Origin of Life on Earth" (Nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất), đã cho thấy rằng sự hiện diện của không khí chứa ôxy và những hình thái sống phức tạp đã ngăn cản những chuỗi phản ứng có thể tạo nên sự sống. Oparin còn cho rằng, một "món súp nguyên thủy" với những hợp chất hữu cơ chỉ có thể tạo thành ở những nơi thiếu ôxy, qua ánh sáng Mặt Trời. Sau đó, ông cho rằng chính những hợp chất hữu cơ cao phân từ hòa tan trong nước thành các dung dịch keo, các dung dịch keo này có thể hòa tan vào nhau tạo thanh những giọt rất nhỏ gọi là coacervate. Những giọt này có thể lớn lên nhờ hấp thụ các giọt khác, có thể sinh sản khi có những tác động cơ giới chia nó ra làm các hạt nhỏ hơn, do đó nó có các tính chất cơ bản của một tế bào nguyên thủy. Tất cả những học thuyết hiện đại đều khởi đầu từ những luận điểm của Oparin.
Như vậy những thành tựu của sinh học phân tử ở giữa thế kỷ XX đã cũng những quan điểm duy vật một cách hết sức vững chắc. Có thể giải thích toàn bộ di truyền học xuất phát từ quan điểm của hóa học, phù hợp với những quy luật đúng đắn đối với giới hữu sinh lẫn giới vô sinh. Thậm chí ngay cả bộ óc cũng chịu sự tác động mãnh liệt đó. Quá trình học tập và ghi nhớ hoàn toàn chẳng những có thể là các quá trình xuất hiện và củng cố những đường liên hệ thần kinh mà còn là sự tổng hợp và bảo vệ những phân tử ARN chuyên hóa. Chỉ còn một vấn đề sinh học của thế kỷ XX chưa đề cập đến , trong đó quan điểm sinh lực luận vẫn thống trị-đó là sự kiện hiện tượng tự sinh chưa được chứng minh. Nếu những dạng sống quả thực không thể không phát triển được từ vật chất không sống thì lúc đó sự sống xuất hiện như thế nào? Dễ dàng nhất là giả thiết rằng sự sống được những lực siêu tự nhiên sáng tạo ra. Năm 1908, nhà hóa học người Thụy điển là Xvante Augustus (1859-1927) đưa ra giả thiết về nguồn gốc sự sống không có sự tham gia của các lực siêu tự nhiên. Ông nảy ra ý nghĩ cho rằng sự sống trên trái đất bắt đầu khi những cái phôi của sự sống từ Vũ trụ bay đến hành tinh chúng ta. Những <<hạt sống>> được đưa tới ở trong khoảng không Vũ trụ vô tận, được di chuyển bởi áp lực của ánh sáng từ các ngôi sao, đã rơi xuống chỗ này hoặc
chỗ khác, khi sinh sôi nảy nở ở hành tinh này hoặc hành tinh khác. Giả thiết Arenius chỉ làm lệch hướng giải quyết vấn đề. Nếu sự sống từ bên ngoài được đưa đến hành tinh của chúng ta thì nó xuất hiện tại đó như thế nào và từ đâu nó rơi xuống hành tinh của chúng ta?
Ι. Xvante Augustus
Xvante Augustus (19/2/1859 - 2 /10 /1927) là một người Thụy Điển, nhà khoa học, ban đầu là mộtnhà vật lý, nhưng thường được gọi là một nhà hóa học, và một trong những người sáng lập khoa học về hóa học vật lý. Ông đã nhận được giải Nobel hóa học vào năm 1903. Phương trình Arrhenius, âm miệng núi lử Arrhenius và các phòng thí nghiệm tại Đại học StockholmArrhenius được mang tên ông.
Arrhenius sinh ngày 19 tháng 2 1859 tại Vik (cũng được đánh vần Wik hoặc Wijk), gần Uppsala, Thụy Điển,con trai của Svante Gustav và Carolina Thunberg Arrhenius. Cha ông đã là một trắc đất cho Đại học Uppsala, di chuyển đến một vị trí giám sát. Ở tuổi ba, Arrhenius đã tự học để đọc mà không có sự khuyến khích của cha mẹ, và bằng cách quan sát của cha mình Ngoài ra các con số trong sổ sách tài khoản của mình, trở thành một số học thần đồng.Trong cuộc sống sau này, Arrhenius rất thích sử dụng khối lượng của dữ liệu để khám phá các mối quan
hệ toán học và pháp luật. 8 tuổi, ông vào trường học nhà thờ địa phương, bắt đầu từ năm lớp năm, phân biệt mình trong vật lý và toán học, và tốt nghiệp là sinh viên trẻ nhất và có khả năng nhất vào năm 1876.
Tại Đại học Uppsala, ông không hài lòng với huấn luyện viên trưởng của vật lý và giảng viên các thành viên chỉ có thể giám sát ông trong hóa học, Per Teodor Cleve, vì vậy ông rời để
nghiên cứu tại Viện vật lý của Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển tại Stockholmdưới nhà vật lý Erik Edlund vào năm 1881. Công việc của ông tập trung vào độ dẫn của điện. Vào năm 1884, dựa trên tác phẩm này, ông đã gửi một luận án 150-page dẫn điện Uppsala cho các tiến sĩ. Nó không gây ấn tượng với các giáo sư, trong đó có Anh
44
Per Teodor Cleve, và ông đã nhận được một mức độ lớp học thứ tư, nhưng khi bào chữa của mình, nó đã được phân loại lại như là lớp thứ ba. Sau đó, các phần mở rộng của công việc này rất sẽ kiếm được anh ta giải Nobel Hóa học.
Có 56 đề tài đưa ra trong luận án 1884, và hầu hết vẫn sẽ được chấp nhận ngày hôm nay không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ. Ý tưởng quan trọng nhất trong luận án là lời giải thích của ông về thực tế là không phải muối tinh khiết cũng không phải nước tinh khiết là một dây dẫn , nhưng các giải pháp của các muối trong nước.
Giải thích của Arrhenius là trong việc hình thành một giải pháp, tách ra muối vào các hạt tích điện (Michael Faraday đã được đặt tên là ion từ nhiều năm trước đó). Niềm tin của Faraday đã được rằng các ion được sản xuất trong quá trình điện phân, Arrhenius đề xuất rằng, ngay cả trong trường hợp không có một dòng điện, các giải pháp của các muối chứa ion. Do đó ông đề xuất rằng các phản ứng hóa học trong dung dịch phản ứng giữa các ion.
Các luận án không phải là rất ấn tượng với các giáo sư tại Uppsala, nhưng Arrhenius đã gửi nó cho một số nhà khoa học ở châu Âu đang phát triển khoa học mới về hóa học vật lý, chẳng hạn như Rudolf Clausius, Wilhelm Ostwald, và JH van 't Hoff. Họ gây ấn tượng hơn rất nhiều, và Ostwald thậm chí đến Uppsala để thuyết phục Arrhenius để tham gia nhóm nghiên cứu của ông.Arrhenius từ chối, tuy nhiên, như ông ưa thích để ở Thụy Điển trong một thời gian (cha ông là rất ốm yếu và sẽ chết vào năm 1885) và đã nhận được một cuộc hẹn tại Uppsala.
Trong một phần mở rộng của lý thuyết ion Arrhenius đề xuất các định nghĩa cho axit và bazơ , vào năm 1884. Ông tin rằng Axit chất sản xuất hydrogen ion trong dung dịch và cơ sở chất tạo ra ion hydroxit trong dung dịch.
Arrhenius sau nhận được một khoản trợ cấp đi từ Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển, trong đó cho phép ông nghiên cứu với Ostwald ở Riga (bây giờ trong Latvia), với Friedrich Kohlraush tạiWürzburg, Đức, Ludwig Boltzmann ở Graz, Áo , và với van 't Hoff ở Amsterdam.
Năm 1889, Arrhenius giải thích thực tế là hầu hết các phản ứng yêu cầu năng lượng nhiệt bổ sung để tiến hành xây dựng các khái niệm về năng lượng kích hoạt, một hàng rào năng lượng phải được khắc phục trước khi hai phân tử sẽ phản ứng. Phương trình Arrhenius cung cấp cho các cơ sở định lượng của mối quan hệ giữa năng lượng kích hoạt và tốc độ mà một tiền thu được phản ứng.
Năm 1891, ông trở thành một giảng viên tại Đại học Stockholm College (Stockholms Högskola, tại Đại học Stockholm), được thăng chức giáo sư vật lý (với nhiều phản đối) vào năm 1895, vàhiệu trưởng vào năm 1896.
Ông đã kết hôn hai lần, lần đầu tiên cựu học sinh Sofia Rudbeck (1894-1896), người mà ông đã có một con trai, và sau đó với Maria Johansson (1905-1927), người mà ông đã có hai con gái và một con trai.
Khoảng 1900, Arrhenius đã tham gia trong việc thiết lập Viện Nobel vàGiải thưởng Nobel. Ông được bầu là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển vào năm 1901. Đối với phần còn lại của cuộc sống của mình, anh ấy sẽ là một thành viên của Ủy ban Nobel về Vật lý và là thành viên chính thức của Ủy ban Nobel về Hóa học. Ông đã sử dụng vị trí của mình để sắp xếp giải thưởng cho các bạn bè của mình (Jacobus Van't Hoff, Wilhelm Ostwald, Theodore Richards) và cố gắng để từ chối chúng cho kẻ thù của mình (Paul Ehrlich, Walther Nernst, Dmitri Mendeleev). Năm 1901 Arrhenius được bầu vào Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển, chống lại sự phản đối mạnh mẽ. Năm 1903, ông trở thành người Thụy Điển đầu tiên được trao giải Nobel về hóa học.Năm 1905, khi thành lập của Viện Nghiên cứu Vật lý tại Stockholm Nobel, ông được bổ nhiệm làm hiệu trưởng của học viện, vị trí nơi ông ở lại cho đến khi nghỉ hưu vào năm 1927.Ông trở thành một Uỷ viên của Hội Hoàng gia vào năm 1910. Năm 1912, ông được bầu làm thành viên nước ngoài danh dự củaHọc viện Mỹ thuật và Khoa học
Cuối cùng, lý thuyết đã trở thành 'Arrhenius thường được chấp nhận và ông đã chuyển sang chủ đề khác khoa học. Năm 1902, ông bắt đầu điều tra vấn đề sinh lý về lý thuyết hóa học. Ông xác định rằng các phản ứng trong các sinh vật sống và trong
ống nghiệm theo cùng các định luật. Năm 1904, ông đưa ra tại Đại học California một khóa học các bài giảng, các đối tượng trong số đó là để minh họa cho việc áp dụng các phương pháp hóa lý nghiên cứu của lý thuyết của các độc tố và kháng độc tố, và đã được xuất bản vào năm 1907 dưới tiêu đề Immunochemistry. Ông cũng chuyển sự chú ý của mình đến địa chất (nguồn gốc của kỷ băng hà), thiên văn học, vật lý vũ trụ học và vật lý thiên văn, chiếm cho sự ra đời của hệ thống năng lượng mặt trời va chạm giữa các sao.
Ông được coi là áp suất bức xạ như kế toán cho các sao chổi, năng lượng mặt trời corona, bắc cực quang, và ánh sáng hoàng đạo.
Ông nghĩ rằng cuộc sống có thể đã được thực hiện từ hành tinh này đến hành tinh khác bằng việc vận chuyển các bào tử, lý thuyết hiện nay được biết đến nhưpanspermia. Ông nghĩ về ý tưởng của một ngôn ngữ phổ quát, đề xuất sửa đổi của ngôn ngữ tiếng Anh.
Trên quan điểm tôn giáo của Arrhenius, ông là một người vô thần tuyên bố.
Trong những năm cuối đời, ông đã viết cả sách giáo khoa và sách phổ biến, cố gắng nhấn mạnh sự cần thiết phải tiếp tục làm việc về các chủ đề ông đã thảo luận.
Vào tháng Chín năm 1927, ông đến với một cuộc tấn công của đường ruột cấp tính catarrh, qua đời vào ngày 2 tháng 10, và được chôn cất ở Uppsala. Arrhenius nghiên cứu về bản chất của chất điện ly và đưa ra một số luận điểm cơ bản của thuyết điện ly:
Các chất điện phân trong dung dịch gồm những phân tử bị phân ly từng phần tạo thành các ion. Số lượng các phân tử bị phân ly tăng lên khi pha loãng dung dịch. * Các ion tạo thành có đặc tính vật lý và hóahọc của dung dịch chất điện phân. * Các phân tử trong dung dịch vô cùng loãng chỉ tồn tại dươí dạng ion. * Các hợp chất trong dung dịch càng có hoạt tính cao thì càng phân ly nhiều thành ion