10 nan đề thách thức thuyết Tiến Hóa

Tác giả bài gốc: Casey Luskin

Blog Lịch Sử tổng hợp và biên soạn

Trong nhiều năm qua, không ít người ủng hộ thuyết tiến hóa (đặc biệt là thuyết Darwin) đã khẳng định rằng lý thuyết này “hoàn toàn không có điểm yếu.” Họ thường đưa ra quan điểm: mọi phản biện hay nghi ngờ đối với thuyết tiến hóa đều là hành vi “đi ngược thời đại,” giống như tuyên bố Trái Đất hình vuông. Những người nêu ý kiến trái chiều thường gặp khó khăn hay bị coi thường trong giới học thuật. Tuy nhiên, liệu có đúng là thuyết tiến hóa không hề tồn tại bất kỳ lỗ hổng khoa học nào? Liệu việc nghi ngờ thuyết tiến hóa đồng nghĩa với kém hiểu biết, hay đó là biểu hiện của tinh thần phê bình khoa học chính đáng?

Bài viết này sẽ tóm lược các thách thức khoa học chủ chốt đối với thuyết tiến hóa và các học thuyết về nguồn gốc sự sống dựa trên quan điểm duy vật (thuyết “tiến hóa hóa học”). Chúng ta sẽ thấy rằng chính các công trình nghiên cứu chuyên sâu trong tài liệu khoa học cũng đã chỉ ra những vấn đề còn tồn đọng, đòi hỏi phải có lời giải thích thỏa đáng hơn.

Nan đề 1: Nồi súp nguyên thủy

Theo mô hình truyền thống của các nhà nghiên cứu nguồn gốc sự sống, cách đây khoảng 3 đến 4 tỉ năm, những phản ứng hóa học tự phát trên Trái Đất sơ khai đã tạo ra một “súp nguyên thủy” – tức là môi trường nước chứa nhiều phân tử hữu cơ đơn giản. Giả thuyết này cho rằng từ “súp nguyên thủy” đó, các cấu trúc sống đầu tiên đã hình thành. Thế nhưng, giả thuyết về “súp nguyên thủy” vấp phải không ít trở ngại khoa học.

Năm 1953, nhà nghiên cứu trẻ Stanley Miller cùng giáo sư Harold Urey tại Đại học Chicago đã thực hiện thí nghiệm nổi tiếng với mong muốn mô phỏng quá trình sét đánh vào các chất khí trong bầu khí quyển ban đầu của Trái Đất. Họ sử dụng hỗn hợp giàu khí khử như methane (CH₄), amonia (NH₃) và hydro (H₂). Sau khi cho mô hình phản ứng chạy một thời gian, Miller nhận thấy một số amino axit (thành phần cơ bản của protein) được tạo ra. Thí nghiệm Miller–Urey từ đó thường được nêu như bằng chứng ủng hộ ý tưởng rằng các “khối xây dựng” sự sống có thể hình thành trong môi trường Trái Đất nguyên thủy.

Tuy nhiên, trở ngại đầu tiên và cũng lớn nhất của mô hình này nằm ở chỗ: bầu khí quyển Trái Đất sơ khai rất có thể không hề chứa hàm lượng cao các khí khử như methane hay amonia. Hầu hết các nghiên cứu địa chất ngày nay chỉ ra rằng bầu khí quyển ban đầu của Trái Đất chủ yếu có carbon dioxide (CO₂) và nitơ (N₂), chứ không phải hỗn hợp giàu hydro và những khí khử khác. Do đó, khi quay lại xem xét thí nghiệm Miller–Urey, giới khoa học nhận thấy thiết kế đó không phản ánh đúng điều kiện Trái Đất thời kỳ sơ khai. Tạp chí Science từng nhấn mạnh “mô hình bầu khí quyển trong thí nghiệm Miller–Urey không giống gì bầu khí quyển ban đầu của Trái Đất.” Và thực tế, nhiều khảo sát địa chất đã không tìm thấy dấu vết nào của “súp nguyên thủy” tồn tại như giả định.

Đồng thời, các nghiên cứu về địa chất núi lửa chỉ ra rằng khí quyển ban đầu được hình thành từ các hoạt động phun trào núi lửa. Thành phần khí núi lửa ngày nay (như CO₂, H₂O, SO₂…) có đặc điểm hóa học không ủng hộ sự hiện diện dồi dào của methane hay amonia. Kết luận chung từ nhiều hướng nghiên cứu cho thấy thành phần hóa học của Trái Đất không có sự thay đổi quá lớn về bản chất, khiến giả thuyết “súp nguyên thủy” trở nên khó lòng đứng vững.

Chính vì vậy, vào năm 1990, Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ (National Research Council) đã đề nghị các nhà khoa học nên “tái nghiên cứu cách tổng hợp các phân tử sinh học cơ bản trong môi trường Trái Đất ban đầu,” như một cách thừa nhận rằng mô hình “súp nguyên thủy” truyền thống đang bế tắc trước những bằng chứng địa chất.

Tiến Hóa Hóa Học “Chết Chìm” Trong Nước

Giả sử, bất chấp mọi trở ngại, vẫn có cách nào đó để hình thành nên các phân tử hữu cơ đơn giản (amino axit, v.v.) trong môi trường nguyên thủy. Các giả thuyết tiếp theo cho rằng chúng sẽ liên kết thành chuỗi polime như protein (hoặc ARN) trong đại dương, hay gần các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển. Song, về mặt hóa học, việc hình thành chuỗi polime lại rất khó xảy ra trong môi trường nước. Nước không chỉ là dung môi, mà còn thúc đẩy phản ứng thủy phân, bẻ gãy các liên kết giữa amino axit. Nói cách khác, việc tạo nên chuỗi protein dài trong nước về nguyên tắc “khó hơn lên trời,” vì phản ứng tự nhiên dễ phá vỡ chuỗi hơn là tạo mới.

Chính Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ cũng thừa nhận: “Hai amino axit không tự nhiên liên kết với nhau trong môi trường nước; về mặt nhiệt động lực, phản ứng ngược (tách rời) lại được ưa chuộng hơn.” Nghĩa là, ý tưởng cho rằng các polime phức tạp tự hình thành trong “súp nguyên thủy” hoặc gần miệng phun thủy nhiệt vấp phải mâu thuẫn với nguyên tắc hóa học cơ bản.

Tất cả điều này dẫn đến kết luận: thuyết tiến hóa hóa học – bước khởi đầu mà mô hình Darwin hiện đại ngầm dựa vào để giải thích sự sống ra đời – hiện vẫn bế tắc ở ngay những giai đoạn ban đầu.

Nan đề 2: Sự xuất hiện của “mã di truyền”

Chuyển sang giai đoạn kế tiếp, giả thuyết tiến hóa hóa học cho rằng sau khi hình thành được các cấu trúc phân tử đơn giản, chúng sẽ tiến tới các chuỗi phức tạp hơn, cuối cùng xuất hiện khả năng tự sao chép, và từ đó chọn lọc tự nhiên Darwin bắt đầu vận hành. Về cơ bản, quá trình này đòi hỏi sự hình thành và hoàn thiện dần dần của một “hệ mã di truyền,” cho phép thông tin được lưu trữ và chuyển hóa thành cấu trúc sống.

Hiện nay, giả thuyết phổ biến nhất về nguồn gốc sự sống là “Thế giới ARN” (RNA World). Bởi lẽ ARN có khả năng đóng cả hai vai trò: mang thông tin di truyền (giống ADN) và xúc tác phản ứng sinh hóa (gần giống enzyme). Nhưng, mô hình “Thế giới ARN” vẫn tồn tại nhiều vấn đề.

1. Phân tử ARN đầu tiên hình thành như thế nào? Trong điều kiện tự nhiên, ARN không tự lắp ráp một cách ngẫu nhiên mà không có sự hỗ trợ của các quy trình kỹ thuật trong phòng thí nghiệm. Nhà hóa học Robert Shapiro (Đại học New York) từng chỉ ra: “Nỗ lực tổng hợp ARN trong phòng thí nghiệm luôn cần bàn tay tinh chỉnh, tối ưu hóa – điều này không thể xảy ra tự nhiên trên Trái Đất sơ khai.”
2. ARN có thể thay thế hoàn toàn protein hay không? Mặc dù ARN có thể đóng vài vai trò xúc tác, vẫn chưa có bằng chứng cho thấy nó có khả năng thực hiện mọi chức năng phức tạp như enzyme protein. Giả thuyết “Thế giới ARN” vì vậy thiếu sự hỗ trợ thực nghiệm cụ thể để chứng minh ARN đơn thuần có thể “vận hành” toàn bộ tế bào sơ khai.
3. Nguồn gốc thông tin di truyền nằm ở đâu? Các nhà khoa học ủng hộ “Thế giới ARN” ước tính phân tử ARN đầu tiên cần có độ dài khoảng 200–300 nucleotide để có thể tự sao chép. Nhưng việc sắp xếp chính xác hàng trăm nucleotide này không bị chi phối bởi quy luật hóa học bắt buộc nào, mà có vẻ chỉ dựa vào xác suất ngẫu nhiên. Xác suất để chuỗi ARN 250 nucleotide được xếp đúng trật tự để có chức năng sao chép là một con số cực kỳ nhỏ, đến mức gần bằng 0 nếu tính trong phạm vi tuổi thọ của vũ trụ.
4. Vấn đề cốt lõi: Làm sao ARN (hoặc ADN) thiết lập được “mã di truyền” để dịch thông tin thành protein? Trong tế bào hiện đại, quá trình chuyển mã (từ ADN/ARN thành ARN thông tin) và dịch mã (tạo protein) đòi hỏi hàng loạt enzyme và phức hợp phân tử phức tạp – và chính các enzyme đó lại được mã hóa bởi ADN/ARN. Đây là thế lưỡng nan “con gà và quả trứng”: Muốn có enzyme dịch mã thì phải có thông tin di truyền để tổng hợp enzyme đó, nhưng để đọc được thông tin di truyền, lại cần những enzyme và “bộ máy” sẵn có. Làm thế nào để hệ thống này tự phát sinh đồng thời mà không có hướng dẫn?

Một cách ví von là: nếu coi ADN hay ARN giống như một chiếc DVD lưu trữ nội dung, thì “bộ đầu đọc DVD” – tương đương với bộ máy dịch mã trong tế bào – lại được “hướng dẫn chế tạo” nằm trên chính chiếc DVD đó. Bạn không thể chạy đĩa DVD khi chưa có đầu đọc, nhưng cũng không thể chế tạo đầu đọc nếu chưa biết nội dung hướng dẫn nằm trong đĩa DVD. Bài toán này chỉ có thể giải quyết nếu có một quy trình mục đích, giống như bàn tay của nhà thiết kế, tạo ra cả đĩa và đầu đọc đồng bộ.

Nhà sinh học Frank Salisbury từng viết trên tạp chí American Biology Teacher rằng “dường như phải có đầy đủ tất cả các thành phần này ngay từ đầu, bằng không mọi thứ đều vô giá trị.” Dù giới khoa học đã cố gắng nghiên cứu rất nhiều thập niên, vẫn chưa có mô hình nào giải quyết trọn vẹn bài toán “con gà và quả trứng” trong di truyền. Năm 2007, nhà hóa học George Whitesides (Đại học Harvard) – chủ nhân huy chương Priestley danh giá của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ – cũng thẳng thắn thừa nhận: “Về nguồn gốc sự sống, đa số các nhà hóa học (trong đó có tôi) tin rằng sự sống xuất hiện tự phát từ những hỗn hợp phân tử của Trái Đất sơ khai. Nhưng làm thế nào thì tôi không có chút ý tưởng.” Một bài báo khác trên tạp chí Cell Biology International cũng khẳng định: “Các phương pháp nghiên cứu cũ đã bộc lộ giới hạn. Có lẽ chúng ta sẽ không bao giờ hiểu nổi nguồn gốc của sự sống” – trừ khi chúng ta sẵn sàng xem xét khả năng có sự can thiệp có mục đích trong quá trình này.

Nói cách khác, việc hình thành “mã di truyền” và cơ chế hoạt động của nó là “nút thắt” khiến giả thuyết tiến hóa hóa học gặp bế tắc nghiêm trọng. Bởi nếu không giải thích được điều này, chúng ta không thể hiểu đầy đủ quá trình chuyển từ dạng vô sinh sang hữu sinh.

Nan đề 3: Thông tin di truyền

Theo cách nhìn “chuẩn” trong thuyết tiến hóa, ngay sau khi sự sống khởi phát, quá trình tiến hóa kiểu Darwin (tức biến dị ngẫu nhiên + chọn lọc tự nhiên) sẽ dần dần tạo nên mọi sự đa dạng trên Trái Đất. Tất cả những đặc điểm phức tạp của sinh vật được cho là do ADN “mã hóa.” Vậy liệu những đột biến tình cờ, xảy ra lần lượt theo kiểu “tích tiểu thành đại”, có thể thật sự sinh ra nguồn thông tin di truyền mới để xây dựng nên những đặc tính hoàn toàn mới?

Mọi người thường đồng ý rằng chọn lọc tự nhiên phát huy hiệu quả khi mỗi bước tiến hóa nhỏ đều đem lại lợi thế sinh tồn nhất định. Michael Behe, một nhà phê bình thuyết Darwin nổi tiếng, cho rằng “nếu chỉ cần đúng một đột biến để tạo ra năng lực sinh tồn mới, thì thuyết Darwin không khó tìm ra cơ hội.” Nhưng ông cũng lưu ý: nếu cần nhiều đột biến xuất hiện đồng thời để tạo ra ưu thế, khả năng đó sẽ giảm đi theo cấp số mũ.

Behe, giáo sư sinh hóa tại Đại học Lehigh, là người đã đưa ra khái niệm “cấu trúc phức tạp không thể giảm thiểu” (irreducible complexity), mô tả những hệ thống đòi hỏi nhiều bộ phận — và do đó nhiều đột biến — phải có mặt cùng lúc mới đem lại lợi thế chọn lọc. Trong trường hợp này, tiến hóa theo kiểu “tích lũy từng thay đổi nhỏ” của Darwin trở nên bất khả thi. Vì nếu thiếu bất kỳ mắt xích nào, toàn bộ hệ thống sẽ không hoạt động và không mang lại lợi thế nào. Behe lập luận rằng đột biến ngẫu nhiên và chọn lọc không định hướng sẽ không đủ khả năng tạo ra thông tin cần thiết để hình thành các cấu trúc phức tạp không thể giảm thiểu.

Đáng chú ý, vấn đề này không chỉ được nêu bởi các nhà phê bình Darwin. Một bài báo đăng trên tạp chí Proceedings of the U.S. National Academy of Science thừa nhận rằng “sự xuất hiện đồng thời của tất cả các bộ phận trong một hệ thống là điều khó có thể xảy ra.”26 Giáo sư Jerry Coyne (Đại học Chicago), người bảo vệ thuyết Darwin, cũng chấp nhận: “Chọn lọc tự nhiên không thể tạo ra bất cứ đặc điểm nào mà các giai đoạn trung gian không đem lại lợi thế ròng cho sinh vật.”

Ngay cả Darwin cũng đã nhận ra trực giác này: “Nếu có thể chứng minh rằng tồn tại một cơ quan phức tạp đến mức không thể hình thành qua vô số thay đổi nhỏ nối tiếp nhau, thì thuyết của tôi sẽ hoàn toàn sụp đổ.” Những người ủng hộ quan điểm tiến hóa chính thống thường khẳng định chưa thấy ví dụ “bế tắc” đó trong tự nhiên. Nhưng họ cũng thừa nhận một nguyên tắc cốt lõi: nếu một đặc điểm không thể được hình thành nhờ vô số bước nhỏ liên tiếp, và nếu những thay đổi trung gian không mang lại lợi thế, thì cơ chế tiến hóa kiểu Darwin sẽ “vỡ trận.”

Trên thực tế, sinh học hiện đại ngày càng khám phá thêm nhiều hệ thống sinh học có mức độ phức tạp và tính tương tác vượt xa khả năng “xây dựng” của đột biến ngẫu nhiên, đặc biệt khi đòi hỏi phải có nhiều biến đổi xuất hiện đồng thời mới sinh ra lợi thế.

Máy móc phân tử và cấu trúc phức tạp không thể giảm thiểu

Trong cuốn Darwin’s Black Box, Michael Behe đã mô tả hàng loạt “máy móc phân tử” (molecular machines) cần phải đủ tất cả các bộ phận mới thực sự hoạt động. Tiêu biểu nhất là roi vi khuẩn (bacterial flagellum) — cấu trúc tựa như một động cơ quay với đầy đủ rôto, stato, khớp nối, cánh quạt, phanh, bộ ly hợp… y hệt thiết kế cơ khí. Một bài viết trên tạp chí Cell từng nhận xét “roi vi khuẩn trông giống như một cỗ máy do con người thiết kế,” và thậm chí còn đề cập hiệu suất của nó có thể lên đến ~100%, tức là vượt xa nhiều loại động cơ do con người tạo ra.

Dù có nhiều biến thể, mọi loại roi vi khuẩn đều sử dụng một bộ lõi protein chung. Thí nghiệm “gõ gen” (gene knockout) cho thấy nếu thiếu bất kỳ trong số khoảng 35 gen cần thiết, roi không thể lắp ráp hoặc hoạt động bình thường. Với kiểu “được ăn cả ngã về không” như vậy, rất khó để đột biến ngẫu nhiên từng bước tạo ra từng bộ phận mà vẫn mang lại lợi thế. Đồng thời, cơ hội để tất cả gen liên quan hình thành cùng lúc bởi những bước nhảy đột biến khổng lồ lại càng quá nhỏ bé. Chính bài báo trên Nature Reviews Microbiology cũng thừa nhận rằng “cộng đồng nghiên cứu về roi vi khuẩn hầu như chưa bắt đầu giải thích được cách những hệ thống này tiến hóa.”

Không chỉ roi vi khuẩn: y học và sinh học phân tử đã phát hiện vô số máy móc phân tử khác. Một dự án nghiên cứu duy nhất về men bia (yeast) từng phát hiện hơn 250 máy móc phân tử mới. Bruce Alberts, cựu chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ, viết trên tạp chí Cell rằng các phức hợp protein này có sự “phối hợp nhịp nhàng,” “tinh vi,” “sắp xếp tổ chức cao,” khiến ông gọi chúng là “những cỗ máy đáng kinh ngạc.”

Theo Behe và nhiều nhà sinh hóa khác, chính bởi tất cả các bộ phận này phải kết hợp chính xác, nhiều máy móc phân tử không thể hình thành qua các bước biến đổi dần dần. Thêm vào đó, các “linh kiện” protein cấu thành máy móc cũng đòi hỏi nhiều đột biến đồng thời để có thể xuất hiện với cấu trúc và chức năng phù hợp.

Nghiên cứu thách thức cơ chế Darwin

Từ năm 2000 đến 2004, nhà khoa học protein Douglas Axe đã công bố loạt nghiên cứu trên Journal of Molecular Biology về sự nhạy cảm của enzyme đối với đột biến. Các enzyme này là những chuỗi amino axit dài, có khả năng gấp nếp thành cấu trúc ba chiều đặc thù để thực hiện chức năng sinh hóa. Kết quả cho thấy các chuỗi amino axit có thể gấp nếp ổn định, hoạt động được rất hiếm — tỷ lệ có thể chỉ khoảng 1 trên 10^74. Nói cách khác, phần lớn sắp xếp amino axit ngẫu nhiên sẽ không tạo ra protein gấp nếp vững, và do đó không có chức năng trong tế bào.

Với mức độ hiếm hoi như vậy, để biến đổi một loại protein có cấu trúc gấp (fold) này thành một loại protein fold khác qua nhiều bước ngẫu nhiên, ắt sẽ phải trải qua nhiều giai đoạn “không hoạt động” (maladaptive) hoặc không mang lại lợi thế. Tức là cần một loạt đột biến đồng thời để nhảy từ chuỗi amino axit này sang chuỗi hữu ích khác. Axe so sánh xác suất “bắn mù” mà vẫn trúng được một chuỗi protein chức năng còn khó hơn “nhắm mắt bắn mũi tên vào Ngân Hà, trúng đúng một nguyên tử đã chọn sẵn.”

Protein thường tương tác với các phân tử khác theo dạng “chìa khóa – ổ khóa,” đòi hỏi nhiều vị trí amino axit phải chuẩn xác. Năm 2004, Behe và nhà vật lý David Snoke (Đại học Pittsburgh) đã mô phỏng sự tiến hóa của tương tác protein – protein đòi hỏi ít nhất hai đột biến trở lên mới hình thành chức năng. Họ kết luận rằng với các loài đa bào (tức có kích thước quần thể nhỏ, thời gian thế hệ dài), chưa chắc toàn bộ lịch sử Trái Đất đã đủ dài để sự kiện đó xảy ra. “Cơ chế nhân đôi gen và đột biến điểm dường như không hiệu quả,” theo tính toán của họ.

Bốn năm sau, hai nhà sinh học Rick Durrett và Deena Schmidt (Đại học Cornell) cố gắng phản biện Behe. Thế nhưng, chính họ cũng xác nhận tính đúng đắn về cơ bản. Họ ước tính khả năng hai đột biến cần xuất hiện đồng thời ở người (dân số và thời gian thế hệ khá hạn chế) “sẽ mất hơn 100 triệu năm,” trong khi loài người được cho là chỉ tách ra khỏi tổ tiên chung với tinh tinh khoảng 6 triệu năm trước. Họ thừa nhận đây là sự kiện “rất khó xảy ra trong một quy mô thời gian hợp lý.”

Dĩ nhiên, một người bênh vực thuyết Darwin có thể phản biện rằng tính toán trên chỉ đúng với các loài đa bào (vì quần thể nhỏ, tốc độ sinh sản chậm), còn với vi khuẩn, chọn lọc tự nhiên được cho là mạnh hơn nhiều (do số lượng quần thể lớn, chu kỳ sinh sản ngắn). Tuy vậy, các nghiên cứu khác cũng cho thấy ngay cả với vi khuẩn, cơ chế Darwin vẫn có giới hạn khó vượt qua.

Năm 2010, Axe công bố bằng chứng rằng dù giả định đột biến xảy ra với tần suất cao và nhiều điều kiện ưu ái, bất kỳ sự thích nghi phân tử nào đòi hỏi hơn sáu đột biến trước khi mang lại lợi thế chọn lọc đều gần như không thể hình thành trong lịch sử Trái Đất.

Năm 2011, Axe và nhà sinh học phát triển Ann Gauger đã thử chuyển đổi một enzyme vi khuẩn thành enzyme khác “gần gũi” hơn — quy trình được cho là “dễ dàng” nếu theo thuyết Darwin. Kết quả cho thấy cần ít nhất bảy thay đổi đồng thời, vượt trên mức sáu đột biến “giới hạn” mà Axe đã tính ra. Đây vốn là “bài toán chuyển đổi đơn giản,” vậy những đặc điểm sinh học phức tạp hơn chắc chắn sẽ yêu cầu nhiều đột biến vượt mức này.

Trong các thí nghiệm khác do Gauger cùng nhà sinh học Ralph Seelke (Đại học Wisconsin, Superior) thực hiện, nhóm nghiên cứu cố ý “phá hỏng” một gen ở vi khuẩn E. coli vốn cần cho quá trình tổng hợp amino axit tryptophan. Khi chỉ hỏng một vị trí, vi khuẩn vẫn có thể “sửa chữa” nhờ đột biến ngẫu nhiên. Nhưng nếu cần sửa hai đột biến để phục hồi chức năng, hệ tiến hóa dường như bị “kẹt,” không thể lấy lại khả năng ban đầu.

Tất cả những thí nghiệm này đều hướng về một kết luận: lượng thông tin cần để các protein và enzyme hoạt động vượt quá khả năng “tìm kiếm” của quá trình đột biến ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên, ít nhất là trong khung thời gian tiến hóa thường được giả định.

Quan điểm hoài nghi Darwin từ nhiều nhà khoa học

Axe, Gauger, Seelke không phải là những người duy nhất nhận thấy mức độ hiếm hoi của các chuỗi amino axit có thể gấp nếp và hoạt động bình thường. Một giáo trình sinh học đại học phổ biến cũng viết: “Chỉ một thay đổi nhỏ trong cấu trúc sơ cấp có thể ảnh hưởng đến hình dạng không gian và khả năng hoạt động của protein.” Nhà sinh học tiến hóa David S. Goodsell cũng khẳng định: “Chỉ một phần rất nhỏ các tổ hợp amino axit ngẫu nhiên có thể tự gấp thành cấu trúc bền. Nếu bạn tạo protein với chuỗi amino axit tùy ý, nhiều khả năng nó sẽ chỉ trở thành một khối rối khi đặt vào nước.”

Goodsell cho rằng “các tế bào đã tối ưu dần các chuỗi amino axit qua nhiều năm chọn lọc tiến hóa.” Song, nếu các chuỗi hữu ích quá hiếm, chọn lọc tự nhiên khó mà chuyển tiếp từ một protein chức năng này sang protein khác mà không mắc kẹt ở giai đoạn trung gian vô ích.

Nhà sinh học danh tiếng Lynn Margulis (Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ) từng phát biểu: “Các đột biến mới không tạo ra loài mới; chúng chỉ tạo ra thế hệ con cháu bị suy yếu.” Và bà chia sẻ trong một phỏng vấn năm 2011: “Tôi được dạy đi dạy lại rằng việc tích lũy đột biến ngẫu nhiên dẫn đến thay đổi tiến hóa, dẫn đến loài mới. Tôi tin điều đó cho đến khi tôi tìm kiếm bằng chứng.”

Cựu chủ tịch Viện hàn lâm Khoa học Pháp, Pierre-Paul Grasse, cũng lập luận: “Đột biến có năng lực ‘xây dựng’ rất hạn chế… Dù có nhiều đến đâu, chúng cũng không tạo ra bất kỳ dạng tiến hóa nào.” Rất nhiều nhà khoa học khác chia sẻ góc nhìn này. Hơn 800 tiến sĩ đã ký tên bày tỏ “hoài nghi về khả năng của đột biến ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên trong việc giải thích tính phức tạp của sự sống.” Thật vậy, hai nhà sinh học viết trên Annual Review of Genomics and Human Genetics từng thừa nhận: “Vẫn là bí ẩn lớn làm sao quá trình đột biến vô định cùng chọn lọc tự nhiên có thể tạo ra hàng ngàn protein mới, với chức năng hết sức đa dạng và tinh chỉnh. Đặc biệt với các hệ thống phân tử phức tạp, gắn kết bởi nhiều phần tương tác…”

Phải chăng, bí ẩn này sẽ được giải quyết nếu chúng ta mở rộng giới hạn giả thuyết, không chỉ bó hẹp trong “đột biến ngẫu nhiên + chọn lọc tự nhiên,” mà cân nhắc cả những cơ chế, hoặc thậm chí các phương án có chủ đích (như thuyết thiết kế thông minh)? Câu hỏi này đã và đang thách thức các nhà nghiên cứu trên hành trình tìm hiểu cội nguồn của sự sống và sự đa dạng sinh học.

Nan đề 4: Chọn lọc tự nhiên

Năm 2008, 16 nhà sinh học từ nhiều nơi trên thế giới đã tổ chức một hội nghị tại Altenberg (Áo) để thảo luận về những bất cập của mô hình tân-Darwin. Nhiều ý kiến được nêu ra, chẳng hạn:

“Sự xuất hiện của cánh hay sự xâm chiếm môi trường cạn… là những điều lý thuyết tiến hóa hiện tại vẫn giải thích rất ít.”

Hay:

“Cơ chế tiến hóa hiện tại rất giỏi mô hình hóa sự ‘sống sót của kẻ thích nghi nhất’ nhưng lại không giỏi mô hình hóa sự ‘xuất hiện của kẻ thích nghi nhất.’”

Điều này dẫn đến câu hỏi: Nếu đột biến ngẫu nhiên tạo ra đặc tính mang lợi thế, thì liệu chọn lọc tự nhiên có thật sự “đảm bảo” đặc tính đó lan truyền (tức được “cố định”) trong quần thể?

Sức mạnh của “Sự Ngẫu Nhiên”

Theo mô hình Darwin đơn giản, nếu một cá thể bất ngờ có đặc tính có lợi, nó sẽ sống sót, sinh sản, để đặc tính ấy dần trở nên phổ biến. Ví dụ, trong một quần thể cáo lông nâu sống trên vùng tuyết trắng, đột nhiên xuất hiện một con cáo lông trắng. Cá thể này ngụy trang tốt hơn, săn mồi giỏi hơn, truyền gen cho thế hệ sau. Dần dần, cả quần thể cáo đều lông trắng.

Song, đời thực không đơn giản vậy. Giả sử con cáo trắng kia xui xẻo bị gãy chân và chết, thì “lợi thế tiến hóa” cũng chấm dứt. Các yếu tố ngẫu nhiên (hay “trôi dạt di truyền” – genetic drift) có thể làm biến mất đặc tính có lợi, trước cả khi nó kịp lan rộng. Khi giới khoa học chạy mô phỏng, họ phát hiện rằng nếu lợi thế này không đủ lớn, trôi dạt di truyền dễ dàng lấn át chọn lọc, và biến dị hữu ích sẽ không “bám rễ” trong quần thể.

Nhà sinh học tiến hóa Michael Lynch (Đại học Indiana) nhấn mạnh: “Sự trôi dạt di truyền có thể áp đặt rào cản mạnh mẽ đối với tiến trình hoàn thiện phân tử nhờ chọn lọc thích nghi.” Ông lưu ý hiện tượng này “khuyến khích sự cố định của đột biến có hại nhẹ và cản trở sự thúc đẩy đột biến có lợi.” Một chuyên gia khác, Eugene Koonin (Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ), nhận xét rằng trôi dạt di truyền có thể gây ra “sự cố định ngẫu nhiên của thay đổi trung tính hoặc thậm chí có hại.”

Các cơ chế “dự phòng” quá phức tạp

Lynch cũng đưa ra một quan sát đáng chú ý: nhiều hệ thống phân tử trong tế bào hoạt động như “cơ chế dự phòng,” chỉ được kích hoạt khi cơ chế chính (hiệu quả hơn) bị lỗi. Những cơ chế này rất phức tạp, song lại ít khi được “đem ra thử thách” bởi môi trường, vì hầu hết thời gian chúng “ngủ yên.” Như vậy, “bộ lọc” chọn lọc tự nhiên hiếm khi tác động để tinh chỉnh các cơ chế dự phòng này lên mức hoàn thiện cao. Vậy làm thế nào mà chúng vẫn có thể trở nên tinh vi đến vậy?

Lynch cho rằng chọn lọc không đủ sức giải thích. Trong bài nghiên cứu “The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity” (2007), ông nêu nghi ngờ về việc chọn lọc tự nhiên có thật sự “cần thiết hay đủ sức” để tạo nên các tính chất phức tạp của sinh vật đa bào. Thực tế, không ít nghiên cứu chung quan điểm: “cần đánh giá thực tế hơn về những gì chọn lọc có thể hoặc không thể làm được trong nhiều bối cảnh.”

Dùng trôi dạt di truyền để giải thích?

Đối lập với chọn lọc, một số nhà tiến hóa (trong đó có Lynch) đề xuất trôi dạt di truyền có thể đứng sau nhiều đặc tính phức tạp. Nhưng trôi dạt về bản chất là hoàn toàn ngẫu nhiên, không có lý do gì để “ưu đãi” các đặc tính có lợi. Nhà sinh học Ann Gauger nhận xét: Lynch “không giải thích được làm thế nào các lực phi thích nghi này (tức trôi dạt) lại có thể tạo ra những tính năng phức tạp, tối ưu về mặt chức năng.”

Jerry Coyne cũng nhất trí rằng trôi dạt chỉ tạo ra hoặc duy trì đặc tính “không lợi cũng không hại,” chứ không “xây dựng một đôi cánh hay con mắt.” Đồng thời, Coyne thừa nhận nếu quần thể nhỏ hoặc biến động lớn, trôi dạt di truyền có thể “lấn át” cả chọn lọc.

Nói cách khác, tiến hóa hiện đại rơi vào thế “tiến thoái lưỡng nan”:

1. Chọn lọc tự nhiên có vẻ quá yếu để vượt qua trôi dạt và cố định những đột biến hữu ích hiếm hoi.
2. Trôi dạt lại càng vô hướng, không giải thích được vì sao nhiều đặc tính phức tạp, hữu ích lại hình thành.

Kết quả là vẫn chưa có lời giải duy vật nào “trọn vẹn” để lý giải sự xuất hiện của những đặc điểm sinh học tinh vi, phức tạp.

Nan đề 5: Hồ sơ hóa thạch

Một khó khăn lâu đời của thuyết Darwin là sự thiếu hụt các hóa thạch trung gian. Chính Darwin cũng thừa nhận: “Đây có lẽ là trở ngại rõ rệt nhất và nghiêm trọng nhất mà người ta có thể nêu ra chống lại thuyết của tôi.” Ông hy vọng rằng hồ sơ địa chất còn “quá bất toàn” nên chưa tìm được những hóa thạch trung gian ấy. Thế nhưng, sau hơn 150 năm, số lượng hóa thạch đã tăng đáng kể; các nhà cổ sinh học kết luận: nhiều nhóm sinh vật quan trọng xuất hiện đột ngột, không có chuỗi trung gian rõ ràng.

Sự “bùng nổ” thay vì tiến hóa từng bước

Giờ đây, các nhà khoa học nhận ra rằng hóa thạch không hề “quá kém” đến mức bỏ sót hoàn toàn mọi mắt xích. Một nghiên cứu trên tạp chí Nature khẳng định “nếu xem xét ở cấp bậc họ (family), 540 triệu năm lịch sử hóa thạch cho thấy chúng ta có sự ghi nhận khá tốt về sự sống quá khứ.” Điều này dẫn đến việc giới cổ sinh “buộc phải” chấp nhận nhiều “cú nhảy” giữa các dạng sống, chứ không phải quá trình chuyển tiếp mượt mà.

Thí Dụ: Bùng Nổ Tiền Cambri Và Hàng Loạt “Bùng Nổ” Khác

Nổi tiếng nhất là “Bùng nổ kỷ Cambri”: khoảng hơn nửa tỉ năm trước, hầu hết ngành động vật (phyla) xuất hiện đột ngột và đa dạng về hình thái trong một khung thời gian ngắn. Nhiều tài liệu sinh học viết: “Hóa thạch không giúp ích gì cho việc truy tìm tổ tiên hay giai đoạn đầu của các ngành động vật.” Một nhà cổ sinh (Robert Carroll) cho rằng tốc độ thay đổi lúc ấy “quá nhanh,” không thể giải thích bằng các quá trình vi tiến hóa.

Nhưng “bùng nổ kỷ Cambri” chỉ là một ví dụ trong nhiều hiện tượng bùng nổ khác:

• Nguồn gốc cá và các nhóm cá chính cũng có sự xuất hiện đột ngột, khiến một số nhà khoa học từng thừa nhận phải “bất lực” (nolo contendere) trước lập luận từ phía hoài nghi.
• Sự xuất hiện của thực vật trên cạn được so sánh như “bùng nổ kỷ Cambri” trên đất liền.
• Thực vật có hoa (angiosperms) cũng có “sự bùng nổ” (big bloom), không tìm được tổ tiên rõ ràng trước đó trong khoảng 80–90 triệu năm.
• Ở động vật có vú, trật tự (order) của nhiều nhóm cũng xuất hiện nhanh chóng trong hồ sơ hóa thạch, tương tự chim.
• Tóm lại, thay vì quan sát “tiến hóa dần dần,” các nhà nghiên cứu thấy nhiều “thời điểm bùng nổ” nơi đa dạng sinh học tăng vọt, thiếu những nấc thang trung gian.

Khi “Câu chuyện cá voi” cũng không thuyết phục

Đôi lúc, các nhà tiến hóa dẫn chứng về sự chuyển hóa cá voi như một ví dụ “tiến hóa bậc lớn” (macroevolution) điển hình: từ động vật có vú trên cạn thành động vật biển. Khoảng 55 triệu năm trước, một số loài thú dần mất chân sau, tiến hóa phần trước thành vây bơi, và có thêm lỗ phun nước (blowhole)…

Ngay cả khi hóa thạch có vẻ “gợi ý” một số dạng chuyển tiếp, ta vẫn phải giải quyết bài toán thời gian và số biến đổi di truyền cần thiết. Để “tái cấu trúc” hoàn toàn một động vật sống trên cạn thành cá voi, phải biến đổi rất nhiều: từ hệ xương (chân, đuôi, cột sống), cơ chế hô hấp, hệ bài tiết nước biển, khả năng nuôi con dưới nước, lớp mỡ cách nhiệt, v.v. Những thay đổi ấy đòi hỏi vô số đột biến, và như đã thảo luận, khả năng xuất hiện đồng thời rất thấp. Hơn nữa, theo hóa thạch, quá trình này phải diễn ra chưa tới 10 triệu năm — khung thời gian bị xem là quá ngắn cho một loạt đổi thay lớn, đặc biệt khi quần thể động vật có vú vốn nhỏ và sinh sản chậm. Nhà sinh học Richard Sternberg nhận xét: “quá nhiều lập trình lại gen, quá ít thời gian.”

Nói cách khác, nếu “cá voi” được xem như ví dụ tốt nhất về chuyển hóa tiến hóa cấp độ lớn, mà vẫn vướng trở ngại về tốc độ và các đòi hỏi di truyền, thì những trường hợp khác “ít hóa thạch trung gian” càng khó thuyết phục.

Từ các cuộc bùng nổ kỷ Cambri, “bùng nổ” cá, “bùng nổ” thực vật, “bùng nổ” chim và thú, đến câu chuyện cá voi, chúng ta thấy mô hình “tiến hóa dần dần” gặp rất nhiều điểm mâu thuẫn:

1. Không tìm thấy chuỗi trung gian nối tiếp đầy đủ giữa nhiều nhóm lớn.
2. Thời gian “quá ngắn” để vô vàn biến đổi phức tạp có thể tích lũy qua đột biến ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên.
3. Nếu gọi đến trôi dạt di truyền (ngẫu nhiên) thì lại càng không giải thích được tính thích nghi tối ưu của nhiều đặc tính.

Nhiều nhà cổ sinh học, như Niles Eldredge, khẳng định: “Các khoảng trống hóa thạch phản ánh thực tế lịch sử sự sống chứ không phải do hồ sơ kém.” Jeffrey Schwartz viết: “Chúng ta vẫn mù mờ về nguồn gốc hầu hết nhóm chính của sinh giới. Chúng xuất hiện trong kỷ lục hóa thạch như Athena từ đầu Zeus — hoàn chỉnh và sẵn sàng hoạt động, mâu thuẫn với mô tả của Darwin về sự tích lũy dần dần.”

Trường hợp “tiến hóa con người” từ vượn nhân hình cũng thường được quảng bá. Thế nhưng, nếu nghiên cứu kỹ hồ sơ hóa thạch, ta thấy chúng thường phân vào hai nhóm: hoặc giống vượn (Australopithecus) hoặc giống người (Homo). Vùng chuyển tiếp ở giữa rất thiếu thốn.

Năm 2004, Ernst Mayr (nhà sinh học tiến hóa lừng danh) thừa nhận rằng Homo rudolfensis và Homo erectus tách biệt rõ với Australopithecus, tạo ra “khoảng trống lớn chưa thể bắc cầu.” Harvard paleoanthropologists Daniel Lieberman, David Pilbeam và Richard Wrangham đồng tình: “Chi tiết về quá trình chuyển tiếp từ Australopithecus lên Homo vẫn mơ hồ vì sự thiếu hụt hóa thạch và dấu tích khảo cổ học.”

Hóa thạch “trước” (vượn) và “sau” (người) hiện diện; nhưng không có dải nối tiếp đầy đủ chứng minh quá trình “từ vượn thành người.” Không ít nhà khoa học đành suy luận dựa trên “một loạt giả định” về tiến hóa, hoặc giả thuyết “vụ nổ Big Bang” của chi Homo. Rõ ràng, đây không phải là bằng chứng vững chắc cho tiến hóa dần dần kiểu Darwin

Nan đề 6: Cây sự sống

Ngay từ thập niên 1960, khi mã di truyền vừa mới được giải mã, hai nhà sinh hóa Émile Zuckerkandl và Linus Pauling đã đề xuất rằng nếu có thể sử dụng trình tự ADN để thiết lập nên cây tiến hóa tương đồng với cây dựa trên hình thái học, thì đây sẽ là “bằng chứng tốt nhất” cho sự hiện hữu của tiến hóa ở quy mô lớn (macro-evolution).

Trên cơ sở đó, giới khoa học bắt đầu tập trung giải trình tự gien của nhiều sinh vật khác nhau, từ đó dựng nên các cây phát sinh loài (cây tiến hóa) dựa trên dữ liệu phân tử. Trong quan điểm cổ điển, cây “tổng quát” này phải thể hiện được cách tất cả loài sinh vật liên kết với nhau qua chuỗi tổ tiên chung.

Giả định cốt lõi khi xây dựng các cây phân tử là: mức độ giống nhau về trình tự gien phản ánh mức độ gần gũi về quan hệ họ hàng. Tức là, nếu hai loài có ADN giống nhau nhiều hơn, ta tạm suy ra rằng chúng có chung tổ tiên ở những nhánh cận kề hơn.

Về lý thuyết, khi chấp nhận mô hình Darwin, những giả định này dường như hợp logic: tiến hóa dần dần và liên tục qua nhiều thế hệ sẽ để lại dấu ấn trong ADN, và dấu ấn đó sẽ thể hiện rõ rệt ở mức độ tương đồng giữa các trình tự gien. Như vậy, nếu giả thuyết tiến hóa Darwin là đúng, việc dùng dữ liệu di truyền để dựng cây phải cho ra một mô hình tương đối nhất quán giữa các gien hoặc bộ gien khác nhau.

Tuy nhiên, thực tế cho thấy điều đó lại không diễn ra suôn sẻ. Khi phân tích nhiều gien khác nhau, người ta phát hiện rằng mỗi gien có thể cho ra một dạng “cây” khác, đôi khi mâu thuẫn sâu sắc với nhau. Ví dụ, trong phân loại động vật có vú, phân tích thường cho thấy người có quan hệ họ hàng gần gũi với chuột hơn so với voi, nhưng khi nghiên cứu dựa trên gien microRNA lại chỉ ra hướng ngược lại: dường như con người gần voi hơn so với chuột. Tình trạng “mỗi gien, một câu chuyện” xuất hiện ở rất nhiều nhóm sinh vật, đặt ra nghi vấn về tính đúng đắn của giả thuyết tổ tiên chung.

Xung đột dữ liệu di truyền

Khi các nhà sinh học tiến hành phân tích trình tự ADN ở ba “lãnh giới” (domain) sinh vật chính là vi khuẩn (bacteria), cổ khuẩn (archaea) và sinh vật nhân thực (eukarya), họ kỳ vọng xác định được mối quan hệ nhánh – nhánh một cách rõ ràng. Thế nhưng, dữ liệu thực tế lại tỏ ra không tuân theo một mô hình cây nhất quán.

Tạp chí New Scientist năm 2009 từng đăng bài xã luận với tựa đề “Why Darwin was wrong about the tree of life” (Vì sao Darwin sai về cây sự sống), phản ánh rõ những vấn đề này. Họ chỉ ra rằng từ những năm 1990, khi người ta bắt đầu giải trình tự gien vi khuẩn và cổ khuẩn, nhiều dữ liệu về chuỗi ADN không phù hợp với cây tiến hóa từng dựa trên RNA ribosome (rRNA) trước đó. Việc hoán chuyển gen ngang (horizontal gene transfer) trong thế giới vi khuẩn gây “nhiễu loạn” lớn, khiến việc dựng cây trở nên rối rắm.

Tuy nhiên, việc xung đột dữ liệu không chỉ giới hạn ở vi khuẩn. Carl Woese, một trong những cha đẻ của lĩnh vực phân loại phân tử, khẳng định rằng “sự không tương thích về mặt phát sinh loài có mặt ở khắp nơi, từ gốc rễ cho đến các nhánh lớn của cây”. New Scientist cũng dẫn lời Michael Syvanen, người đã cố gắng dựng cây dựa trên 2.000 gien của nhiều loài động vật, để rồi thất bại vì dữ liệu cho “nhiều tín hiệu hỗn hợp”. Từ đây, Syvanen phải thốt lên: “Chúng tôi đã xóa sạch hình ảnh về cây sự sống.”

Những bằng chứng khó xử ở cấp độ cơ bản của Cây Sự Sống

Dữ liệu về trình tự gien vi khuẩn, cổ khuẩn và sinh vật nhân thực lẽ ra phải giúp phân loại rõ ràng ba “nhánh” này. Thế nhưng, nhiều kết quả so sánh lại mâu thuẫn nhau đến nỗi biochemist W. Ford Doolittle từng phát biểu: “Chính lịch sử sự sống không thể được thể hiện chuẩn chỉ dưới dạng cây”.

Không ít nhà tiến hóa cho rằng vấn đề chủ yếu là vì ở vi khuẩn và các sinh vật đơn bào có sự chuyển gen ngang. Song, khi nhìn sang các loài cao hơn, từ thực vật đến động vật, mâu thuẫn vẫn xuất hiện, dù ở mức độ khác nhau. Có những nghiên cứu so sánh hàng nghìn gien ở động vật, kết quả thường xung đột, khiến nhiều vị trí trên “cây” không thể sắp xếp thuyết phục.

Lý do cốt lõi là nếu giả định tổ tiên chung, ta mong chờ các gien khác nhau đều nhất quán về mặt cấu trúc “cây”. Thế nhưng, hết lần này đến lần khác, dữ liệu gien lại vẽ nên nhiều mô hình khác nhau, thậm chí “đối nghịch” về cách sắp xếp các loài. Điều này buộc các nhà khoa học phải đưa ra hàng loạt diễn giải phức tạp: chuyển gen ngang, tiến hóa quá nhanh ở một số dòng, hiện tượng long branch attraction (các nhánh tiến hóa xa về mặt thời gian bị “hút” lại gần nhau khi phân tích), tốc độ tiến hóa khác nhau, tiến hóa hội tụ… Tất cả đều nhằm giải thích cho những quan sát “không vừa vặn” với cây sự sống.

Xung đột các nhánh của “Cây Sự Sống”

Không chỉ dừng lại ở gốc cây, xung đột còn lan lên cả phần “nhánh cao” của cây (tức những nhóm sinh vật phức tạp như động vật hay thực vật bậc cao).

Một nghiên cứu được công bố trên Trends in Ecology and Evolution (2009) chỉ rõ rằng khi phân tích một lượng lớn dữ liệu di truyền, luôn tồn tại những xung đột giữa các gien: “Thách thức lớn nhất là nhiều gien trong bộ gien lại kể những câu chuyện phát sinh loài khác nhau”. Tương tự, một nghiên cứu đăng trên Genome Research cũng nhận định “những protein khác nhau sinh ra những cây phát sinh loài khác nhau”.

Bài báo trên tạp chí Nature vào năm 2012 đề cập cụ thể về nghiên cứu microRNA ở động vật có vú. Kết quả cho thấy những chuỗi microRNA này thách thức kịch liệt mô hình truyền thống, khẳng định con người có thể gần voi hơn chuột, ngược hoàn toàn với quan điểm trước đây. Nhà sinh học Kevin Peterson kết luận rằng dữ liệu microRNA “cho ra một cây hoàn toàn khác” so với mong muốn của số đông.

Phân tích hình thái và phân tích phân tử

Không phải mọi cây tiến hóa đều dựa trên ADN. Từ trước đến nay, nhiều cây được dựng bằng cách so sánh đặc điểm hình thái (cấu trúc giải phẫu, cơ quan, bộ xương, v.v.). Song, khi so sánh với cây dựa trên dữ liệu gien, ta lại thấy vô vàn mâu thuẫn.

Chẳng hạn, một nghiên cứu năm 2012 về quan hệ họ hàng ở dơi (bats) khẳng định rằng việc bất nhất giữa phân tích hình thái và phân tích phân tử đã trở nên tràn lan khi dữ liệu ngày càng mở rộng. Nhìn chung, rất nhiều nhóm sinh vật, khi “soi” dưới góc hình thái sẽ ra một kiểu cây, còn “soi” dưới góc phân tử lại ra một kiểu khác.

Sách giáo khoa thường lấy ví dụ về enzyme cytochrome c để minh họa tính nhất quán giữa “cây di truyền” và “cây hình thái” của động vật. Tuy nhiên, thường bỏ qua một sự thật là khi nhìn vào enzyme khác, chẳng hạn cytochrome b, ta lại có một “cây” đi ngược với cây tiêu chuẩn. Một bài báo trên Trends in Ecology and Evolution đã gọi đó là “một cây tiến hóa absurb” (phi lý) khi mèo và cá voi lại rơi vào nhóm linh trưởng gần hơn chính tarsier (một loài gần với khỉ và vượn).

Hơn nữa, một công trình khác trên Trends in Ecology and Evolution kết luận rằng nếu tổng hợp lại mọi đề xuất về quan hệ giữa các bộ thú (mammalian orders) từ cả phân tử lẫn hình thái, thì cây thú trở thành một “bụi rậm” chứ không phải một cây phân nhánh rõ ràng. Thậm chí, có lẽ điểm chắc chắn duy nhất là voi và bò biển (sea cows) có sự gần gũi nào đó.

Năm 2005, một nghiên cứu đăng trên tạp chí Science đã cố gắng thiết lập quan hệ giữa các ngành động vật (animal phyla) dựa trên vô số gien, nhưng cuối cùng vẫn không thể giải quyết được quan hệ của đa số ngành. Năm tiếp theo, nhóm nghiên cứu này tiếp tục xuất bản bài “Bushes in the Tree of Life” (Những “bụi rậm” trong Cây Sự Sống), nhấn mạnh thực tế có quá nhiều gien tạo ra những cây nghèo nàn về độ tin cậy. Họ thừa nhận rằng nhiều gien còn mâu thuẫn với “tri thức truyền thống” đến mức phải loại bỏ khỏi phân tích. Kết luận bất ngờ là có những phần quan trọng trong cây sự sống có thể sẽ không bao giờ được giải quyết, cho dù dữ liệu ngày một phong phú.

Tuy vậy, điều mà các nhà tiến hóa không muốn xem xét lại chính là giả định tổ tiên chung. Thay vào đó, họ viện dẫn một loạt lý do “ad hoc” (mang tính tùy biến) để lý giải dữ liệu khó xử: chuyển gen ngang, hiện tượng tiến hóa quá nhanh, tốc độ thay đổi khác nhau, sai số phương pháp, tiến hóa hội tụ, v.v… Vấn đề nằm ở chỗ: càng có nhiều lý do ad hoc được đưa ra thì tính dự đoán ban đầu của thuyết tổ tiên chung lại càng suy giảm.

Nan đề 7: Tiến hóa hội tụ và thuyết tổ tiên chung

Tiến hóa hội tụ (convergent evolution) được các nhà sinh học tiến hóa sử dụng để giải thích những trường hợp mà hai loài sinh ra cùng một đặc điểm tương đồng, nhưng không phải do thừa hưởng từ tổ tiên chung. Điều này minh chứng rằng: cứ cho là phần lớn tương đồng đến từ tổ tiên chung, thì cũng có rất nhiều ngoại lệ buộc người ta phải “xếp” những tương đồng ấy vào dạng “hội tụ”.

Trong lĩnh vực sinh học phân tử, tình trạng “hội tụ ở cấp độ di truyền” không phải là chuyện hiếm. Một bài nghiên cứu trên Journal of Molecular Evolution tìm thấy cây tiến hóa dựa trên dữ liệu di truyền của một số nhóm thú lại mâu thuẫn hoàn toàn với cây dựa trên hình thái; họ cho rằng đây là do “tiến hóa hội tụ hoặc tiến hóa song song”.

Hay nghiên cứu trên Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences cũng chỉ ra trình tự ADN ti thể (mtDNA) của nhiều loài chim tương đồng bất ngờ với mtDNA của rắn, thằn lằn ở một số đoạn, buộc phải giải thích bằng kịch bản “tiến hóa hội tụ” hoặc “nguồn gốc độc lập nhiều lần”.

Một ví dụ khác thường được nhắc đến là khả năng định vị bằng sóng âm (echolocation) ở dơi và cá voi có răng. Vốn từ lâu, người ta nghĩ đây chỉ là hiện tượng hội tụ về mặt chức năng (morphology), nhưng sau đó lại phát hiện cả gien Prestin (liên quan đến thính giác) cũng tiến hóa một cách tương đồng ở dơi và cá heo. Nhiều nhà nghiên cứu gọi đây là “một trong những ví dụ hay nhất về tiến hóa hội tụ ở cấp độ phân tử” từng được ghi nhận.

Một tổng quan năm 2010 trên tạp chí Trends in Genetics điểm qua hàng loạt ví dụ về hội tụ ở nhiều tính trạng thích nghi khác nhau: mắt, khả năng định vị âm, sự biến đổi sắc tố ở động vật, tiến hóa tương đồng ở cánh hoa, v.v. Tất cả đều phản ánh cùng một thực tế: sự giống nhau xuất hiện rất nhiều lần ở các nhánh tiến hóa khác nhau, mà không qua chung một tổ tiên trực tiếp.

Biochemist Fazale Rana đã tổng hợp trên 100 trường hợp được công bố về “tiến hóa hội tụ ở cấp gien” – một con số không hề nhỏ. Vấn đề là: một khi có quá nhiều ngoại lệ cho nguyên tắc “tương đồng = chung tổ tiên”, thì người ta phải tự hỏi: nguyên tắc gốc này còn giá trị bao nhiêu?

Nan đề 8: Phôi thai học

Một luận điểm quen thuộc ủng hộ tiến hóa cho rằng các phôi của nhóm động vật có xương sống (điển hình là cá, lưỡng cư, bò sát, chim, thú) thể hiện sự tương đồng rất lớn ở giai đoạn đầu. Từ đó, nhiều tài liệu suy luận rằng mọi loài xương sống đều kế thừa một tổ tiên chung xa xưa, nên phôi của chúng buộc phải khởi đầu gần như giống nhau.

Tuy nhiên, nhiều công trình nghiên cứu thực địa về phôi thai học lại phủ nhận sự giống nhau “đến mức gần như đồng nhất” ở các giai đoạn sớm. Chẳng hạn, một bài trên tạp chí Nature chỉ rõ: “Trái với kỳ vọng về tính bảo tồn phôi sớm, nhiều nghiên cứu cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các loài, cả ở giai đoạn sớm lẫn giai đoạn muộn.”131 Thêm vào đó, một bài viết trên Trends in Ecology and Evolution khẳng định “bất chấp vô số tuyên bố về sự đồng nhất giai đoạn đầu ở một ngành (phylum) nào đó, phát triển phôi trước ‘giai đoạn phylotypic’ lại rất đa dạng.”132

Nhiều nhà phôi thai học đã thừa nhận: các phôi xương sống ban đầu không giống nhau mấy, nhưng họ vẫn giữ quan điểm rằng có một “giai đoạn phylotypic” (còn gọi là “pharyngula”) ở giữa quá trình, khi đó phôi được cho là tương đồng rõ nhất. Người ủng hộ gọi đây là “mô hình đồng hồ cát,” tức khởi đầu phôi khác nhau, rồi “thắt lại” tương đồng ở giữa, cuối cùng mới phân hóa dần.

Thế nhưng, khi đi tìm minh chứng cho giai đoạn phylotypic, không ít nghiên cứu lại thấy dữ liệu đi ngược. Một công trình đăng trên tạp chí Anatomy and Embryology khảo sát nhiều đặc điểm của phôi loài có xương sống trong chính giai đoạn “được cho là” tương đồng ấy, và phát hiện vẫn có sự khác biệt đáng kể về kích thước cơ thể, cách thức phát triển, và tốc độ tăng trưởng.134 Nhóm tác giả kết luận kết quả này “đi ngược mô hình đồng hồ cát” và “khó mà dung hòa” với ý tưởng pharyngula thống nhất.135 Tương tự, một công bố trên Proceedings of the Royal Society of London nhận định “mức độ đa dạng của phôi ở giữa quá trình phát triển là cao nhất,” “mâu thuẫn với dự đoán về giai đoạn phylotypic.”136

Đứng trước những bằng chứng ấy, nhiều nhà tiến hóa vẫn nỗ lực “bắt” dữ liệu đi theo định kiến tiến hóa sẵn có. Nhưng mọi quy tắc dường như đều có ngoại lệ đáng kể. Một tiếp cận không đặt nặng khuôn khổ thuyết tiến hóa có thể dễ dàng thừa nhận rằng phôi thai xương sống vừa có nét tương đồng vừa có khác biệt xuyên suốt các giai đoạn, thay vì phải ép chúng tuân thủ khuôn mẫu “giống nhau nhất ở giữa.”

Nan đề 9: Sinh địa lý và phân bố loài

Sinh địa lý (biogeography) nghiên cứu sự phân bố của sinh vật trong không gian và thời gian. Các tài liệu ủng hộ tiến hóa khẳng định sự nhất quán giữa biogeography và tiến hóa chính là bằng chứng cho tổ tiên chung. Tuy nhiên, luận điểm này bỏ qua nhiều trường hợp phân bố “phi lý” mà thuyết tiến hóa khó giải quyết.

Chẳng hạn, nếu hai quần thể thuộc cùng một họ hàng tiến hóa, chúng ta cho rằng nếu quay ngược thời gian đủ xa, hai quần thể đó phải gặp nhau ở một tổ tiên chung. Nhưng có rất nhiều ví dụ về loài (chủ yếu sống trên cạn hoặc nước ngọt) tồn tại ở những vị trí địa lý cách biệt bởi đại dương, không có lối cầu nối di cư.

Câu chuyện “hóc búa” nhất là nguồn gốc khỉ Nam Mỹ (platyrrhines). Phân tích hình thái và di truyền cho thấy khỉ Tân Thế Giới (New World monkeys) ở Nam Mỹ liên quan chặt chẽ với khỉ Cựu Thế Giới (Old World monkeys) ở châu Phi. Hóa thạch tiết lộ khỉ xuất hiện ở Nam Mỹ từ khoảng 30 triệu năm trước.137 Tuy nhiên, Châu Phi và Nam Mỹ đã tách nhau 100–120 triệu năm trước, và Nam Mỹ trở thành lục địa “đảo” bị cô lập từ ~80 đến 3.5 triệu năm trước.138 Vậy làm cách nào khỉ châu Phi “vượt” hàng ngàn km đại dương để đến Nam Mỹ sau thời điểm hai châu lục đã chia cắt?

Các chuyên gia đều thừa nhận câu hỏi này. Một sách giáo trình của Harper Collins viết: “Nguồn gốc khỉ Tân Thế Giới khiến các nhà cổ sinh bối rối suốt nhiều thập kỷ… Khi nào và bằng cách nào khỉ đến được Nam Mỹ?”139 John G. Fleagle và Christopher C. Gilbert thì gọi đó là “khía cạnh thách thức nhất về mặt địa lý,” do Nam Mỹ tách biệt hầu hết kỷ Đệ Tam.140 Nhà nghiên cứu Walter Carl Hartwig cũng hỏi thẳng: “Khỉ đã sang Nam Mỹ thế nào?”141

Để giải quyết “ẩn số”, các nhà tiến hóa bất đắc dĩ phải viện đến “giả thuyết trôi dạt bằng bè gỗ” (rafting hypothesis) – tức khỉ Cựu Thế Giới đã một lần (hoặc vài lần) “trôi” sang Nam Mỹ trên những mảng bè gỗ tự nhiên.142 Dĩ nhiên, phải có ít nhất hai con (hoặc một con cái mang thai) thì mới sinh sôi được.

Các chuyên gia đều công nhận đây là kịch bản “thiếu khả thi,” do khoảng cách tối thiểu từ châu Phi đến Nam Mỹ lên đến 2.600 km, chưa kể nhu cầu dinh dưỡng của khỉ (loài thú có chuyển hóa cao), đòi hỏi rất nhiều thức ăn và nước.145 Như chính Fleagle và Gilbert phải thốt lên: “Sự kiện trôi dạt trong quá trình tiến hóa bộ Linh Trưởng thật đáng kinh ngạc.”146 Bên cạnh đó, nếu khỉ trôi dạt được, tại sao những loài linh trưởng nhỏ hơn (như loris, galago) không thực hiện chuyến vượt đại dương ấy? Câu trả lời quen thuộc là… “chỉ là ngẫu nhiên.”

Tình cảnh “chữa cháy” bằng cách suy diễn trôi dạt ngẫu nhiên hay các cơ chế “phân tán đại dương” mơ hồ cũng xuất hiện ở nhiều nhóm loài khác, từ thằn lằn, gặm nhấm lớn, đến ong, vượn cáo, voi, ếch…153 Thậm chí cả hóa thạch thời cổ xưa bị chia cách hai bờ Thái Bình Dương cũng gây tranh cãi.154 Một bài trên Trends in Ecology and Evolution (2005) tóm gọn “vấn đề kinh điển” của sinh địa lý: vì sao có loài phân bố ở nhiều châu lục cách nhau bởi đại dương?155 Câu trả lời đầy cường điệu: “Với đủ thời gian, rất nhiều thứ dù khó tin vẫn có thể xảy ra.”156

Từ đó, những trường hợp không ăn khớp này cho thấy không hề có “dải liên tục” (continuity) như NCSE (National Center for Science Education) ca ngợi. Thuyết tiến hóa có thể không “bị bác bỏ hoàn toàn,” nhưng rõ ràng việc phân bố các loài “lạc” ở những nơi xa xôi không thể giải thích bằng các con đường di cư hợp lý. Luận cứ rằng “mọi quần thể đều có tổ tiên chung và di cư nhất quán theo bản đồ tiến hóa” bị nghi vấn nghiêm trọng.

Nan đề 10: “Cơ quan tàn dư” và “ADN rác”

Trong quá khứ, nhiều nhà tiến hóa lập luận rằng cơ thể và bộ gen chúng ta đầy rẫy “cơ quan/ADN vô dụng,” chỉ có thể là di sản thừa thãi của sự tiến hóa mù quáng. Năm 1925, tại phiên tòa Scopes, Horatio Hackett Newman (một nhà sinh học tiến hóa) cho rằng ở người có hơn 180 cơ quan và cấu trúc “thừa,” đủ biến con người thành “bảo tàng di vật sống.”157

Thế nhưng, thời gian trôi qua, nghiên cứu y học và sinh học dần phát hiện chức năng quan trọng của những thứ tưởng chừng “vô dụng.” Ví dụ:

• Amiđan (tonsils): Từng bị cắt bỏ tùy tiện, giờ biết rằng chúng tham gia hệ bạch huyết, hỗ trợ miễn dịch.159
• Xương cụt (coccyx): Bị cho là “đuôi” còn sót từ tổ tiên linh trưởng. Thực tế, nó là điểm bám quan trọng cho cơ, gân, dây chằng, giúp nâng đỡ khung chậu.
• Tuyến giáp (thyroid): Từng bị coi “không mục đích,” nay hiểu rằng nó kiểm soát chuyển hóa, vô cùng thiết yếu.
• Ruột thừa (appendix): Darwin và nhiều người khác xem nó là tàn dư của chế độ ăn thực vật; nhưng nay đã biết ruột thừa chứa nhiều mô bạch huyết, góp phần bảo vệ hệ vi sinh đường ruột, sản sinh bạch cầu, và có vai trò nhất định ở giai đoạn bào thai.162

Mặc cho hàng loạt “cú lật kèo,” một số người vẫn tiếp tục mang tư duy này áp dụng vào bộ gen, cho rằng “98% ADN không mã hóa protein” là “ADN rác” (junk DNA). Kenneth Miller (Đại học Brown) viết rằng bộ gen người “ngập trong các pseudogene, gene vô chủ, DNA lặp lại vô nghĩa,” gợi ý không thể là thiết kế thông minh.164 Richard Dawkins cũng đặt câu hỏi châm chọc tại sao “Đấng Sáng Tạo” lại để sót đống “DNA vô nghĩa.”165

Tuy nhiên, khi khoa học tiến triển, chúng ta bắt đầu tìm thấy hàng loạt chức năng ở vùng ADN không mã hóa:

• Chuỗi lặp (repetitive DNA) liên quan cấu trúc nhiễm sắc thể, tâm động, đầu mút, điều hòa phiên mã, quá trình sửa chữa, thậm chí phản ứng stress.168
• Nghiên cứu cho thấy nhiều đoạn SINE, LINE, Alu… từng bị coi “rác” lại có vai trò cao cấp, có thể liên quan “phát triển chức năng não bậc cao” ở người.173
• ADN không mã hóa giúp sao chép, bảo trì cấu trúc nhiễm sắc thể, kiểm soát quá trình phiên mã, dịch mã; hoặc làm trung gian trong chỉnh sửa RNA, chống bệnh tật…179

Câu chuyện “pseudogene” cũng hấp dẫn không kém. Pseudogene bị coi như bản sao gene gốc đã đột biến mất chức năng, chỉ nằm đó vô tích sự. Nhưng các nghiên cứu mới cho thấy nhiều pseudogene có thể được phiên mã (tạo RNA) hoặc thậm chí dịch thành protein, đảm nhiệm vai trò điều hòa biểu hiện gene.190–191, 197

Dự án ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) ra mắt năm 2012, với sự tham gia của hàng trăm nhà khoa học quốc tế, công bố khoảng “80% bộ gen” có hoạt tính sinh hóa đáng kể, chủ yếu ở vùng không mã hóa.182 Ewan Birney, trưởng nhóm phân tích, còn dự đoán con số này “có thể tiệm cận 100%.”183 Đây là cú “giáng” mạnh vào quan niệm “ADN rác.”

Sở dĩ tư duy “junk DNA” lan rộng một thời gian dài, chính là do thuyết tiến hóa kiểu Darwin thường giả định bộ gen hình thành từ đột biến ngẫu nhiên qua hàng triệu năm, nên chắc hẳn “thừa mứa rác.” Nhưng chính điều này đã kìm hãm nghiên cứu, như một bài viết trên Science (2003) thừa nhận: “Thuật ngữ ‘junk DNA’ trong nhiều năm đã ngăn cản cộng đồng nghiên cứu tìm hiểu ADN không mã hóa.”187

Giờ đây, càng nghiên cứu, chúng ta càng thấy chức năng hiện diện khắp bộ gen, kể cả vùng lặp, vùng pseudogene. Trong Annual Review of Genetics, hai nhà khoa học kết luận: “Pseudogene khi được nghiên cứu kỹ thì thường cho thấy vai trò chức năng.”198 Rõ ràng, dựa trên dữ liệu khoa học mới, quan điểm coi phần lớn ADN là ‘rác’ không còn đứng vững.

Các thách thức khác

Trong những năm gần đây, các nhà sinh học tiến hóa đã nỗ lực giải thích nguồn gốc khả năng đạo đức, trí tuệ và tôn giáo của con người dựa trên thuyết tiến hóa kiểu Darwin. Marc Hauser, nhà tâm lý học tiến hóa tại Đại học Harvard, đã cổ xúy một giả thuyết ngày càng phổ biến rằng “con người sinh ra với một ‘ngữ pháp đạo đức’ được lập trình sẵn trong não bộ thông qua quá trình tiến hóa.”200

Con người quả có vẻ được “lập trình” cho đạo đức, nhưng liệu chúng ta có thực sự được lập trình bởi các quá trình tiến hóa vô định hướng hay không? Chọn lọc tự nhiên không thể giải thích những hành động vị tha vô cùng to lớn của con người. Bất chấp hoàn cảnh hay niềm tin, khi thấy một người lạ bị kẹt trong xe đang bốc cháy, nhiều người sẵn sàng mạo hiểm tính mạng để cứu họ — dù hành động đó không mang lại “lợi ích tiến hóa” nào. Chẳng hạn, nhà sinh học tiến hóa Jeffrey Schloss chỉ ra rằng những người đã giải cứu nạn nhân trong thảm họa Holocaust chấp nhận rủi ro khôn lường mà không có bất kỳ lợi ích cá nhân nào:

Gia đình, họ hàng và bạn bè của người cứu hộ đều bị đặt vào tình thế nguy hiểm, và bản thân người cứu hộ ý thức rõ điều đó. Hơn nữa, cho dù gia đình họ có thoát chết, họ thường phải chịu cảnh thiếu lương thực, không gian sống chật chội, hạn chế giao tiếp; tinh thần căng thẳng tột độ; và mất đi sự quan tâm trực tiếp của người cứu hộ.201

Francis Collins đưa ra ví dụ về Oskar Schindler, doanh nhân người Đức mạo hiểm sinh mạng “để cứu hơn một nghìn người Do Thái khỏi các lò hơi ngạt.”202 Như Collins nhận xét, “Đó là hành động hoàn toàn ngược với việc ‘duy trì gene của anh ta’.”203 Schloss còn nêu những ví dụ khác về hành vi “hy sinh tột bậc” — làm giảm khả năng sinh sản và không mang lại lợi ích tiến hóa nào — như tự nguyện sống nghèo, sống độc thân, hoặc tử vì đạo.204

Bất chấp những khẳng định của các nhà tâm lý học tiến hóa, nhiều khả năng đáng kinh ngạc về lòng nhân ái, nghệ thuật và trí tuệ của con người vượt xa yêu cầu “duy trì nòi giống” của chọn lọc tự nhiên. Nếu sự sống chỉ xoay quanh sinh tồn và sinh sản, tại sao loài người lại sáng tác giao hưởng, nghiên cứu cơ học lượng tử hay xây dựng những thánh đường nguy nga?

Thành viên Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ, Philip Skell, giải thích vì sao tâm lý học tiến hóa không dự đoán chính xác được hành vi con người:

Lập luận Darwin cho những hiện tượng như vậy thường quá linh hoạt: Chọn lọc tự nhiên khiến con người vị kỷ và hung hãn — ngoại trừ khi nó khiến họ vị tha và hiền hòa. Hoặc chọn lọc tự nhiên tạo ra những người đàn ông đầy sinh lực, hăm hở “gieo giống” — ngoại trừ khi nó ưu ái những ông chồng chung thủy, biết bảo vệ và chu cấp. Khi một cách giải thích linh hoạt đến mức nó có thể lý giải bất kỳ hành vi nào, sẽ rất khó kiểm nghiệm nó bằng thực nghiệm, chứ đừng nói dùng nó làm chất xúc tác cho khám phá khoa học.205

Trái với quan điểm Darwin, bằng chứng cho thấy cuộc sống của con người không chỉ đơn giản nằm ở việc sinh tồn và truyền giống. Ngoài nét độc đáo về đạo đức, chúng ta còn được phân biệt bởi khả năng ngôn ngữ phức tạp. Giáo sư ngôn ngữ học Noam Chomsky (MIT) nhận định:

Ngôn ngữ của con người dường như là một hiện tượng độc nhất vô nhị, không có tương đồng đáng kể trong giới động vật. Nếu quả đúng như vậy, thật vô nghĩa khi cố giải thích sự tiến hóa của ngôn ngữ loài người từ những hệ thống giao tiếp sơ khai hơn ở mức độ trí tuệ thấp hơn… Không có lý do nào để nghĩ rằng những “khoảng trống” này có thể được bắc cầu.206

Cuối cùng, con người cũng là loài duy nhất tìm cách khám phá thế giới tự nhiên bằng khoa học. Thực tế, lần sau nếu ai đó cố phân tích sự khác biệt giữa người và tinh tinh, hãy nhắc họ rằng chính con người mới viết bài báo khoa học nghiên cứu tinh tinh, chứ không phải chiều ngược lại.

Khoa học và tôn giáo?

Chương này đã trích dẫn hàng chục công trình khoa học chuyên sâu, được thực hiện bởi các nhà khoa học đáng tin cậy. Xâu chuỗi lại, chúng cho thấy nhiều thách thức khoa học nghiêm trọng đối với thuyết tiến hóa hiện đại. Thế nhưng, những người bảo vệ học thuyết tân-Darwin thường khẳng định rằng không có phản biện khoa học chính đáng nào, và mọi chỉ trích còn lại đều dựa trên tôn giáo. Rõ ràng, điều này không đúng. Thực tế, việc gán nhãn “tôn giáo” cho các phê bình về thuyết tiến hóa tân-Darwin thường chỉ là chiến thuật né tránh, nhằm loại bỏ các phản biện khoa học mà không cần giải quyết chúng.

Dĩ nhiên, phần còn lại của cuốn sách này có nêu cả quan điểm tôn giáo lẫn khoa học để ủng hộ góc nhìn “sáng tạo dần dần” — rằng Thượng Đế đã tạo ra sự sống trên Trái Đất qua hàng triệu năm. Cách nhìn nhận này mang cả chiều kích tôn giáo lẫn khoa học, và vì lý do đó, nó khác với cách tiếp cận hoàn toàn khoa học trong chương vừa rồi.

Việc một số lập luận trong sách dựa trên đức tin tôn giáo không làm thay đổi sự thật rằng đã có những thách thức khoa học mạnh mẽ đối với thuyết tân-Darwin. Tương tự, việc cuộc tranh luận này bao gồm yếu tố tôn giáo không cho phép các nhà duy vật phớt lờ nhược điểm khoa học trong chính luận điểm của họ. Cho đến khi các vấn đề khoa học ấy được giải quyết, sẽ ngày càng có nhiều nhà khoa học hoài nghi thuyết tiến hóa.