Tiếp tục "giải mã" con người và Trái Đất

Giải mã cơ chế đồng hồ sinh học

Nếu năm ngoái, Nobel Y học được trao cho nghiên cứu khám phá các cơ chế phân tách và tái tạo tế bào, thì năm nay giải thưởng danh giá này được trao cho công trình nghiên cứu cơ chế phân tử trong việc kiểm soát nhịp sinh học, hay còn gọi là đồng hồ sinh học của cơ thể. Chủ nhân của giải Nobel Y học năm nay là bộ ba khoa học người Mỹ, gồm: Jeffrey C.Hall, 72 tuổi, Michael Rosbash, 73 tuổi và Michael W.Young, 68 tuổi.

Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã nhận thức được rằng mỗi cá thể sống, bao gồm cả con người, có một chiếc "đồng hồ" ngay bên trong cơ thể mình, giúp các cá thể có thể dự đoán và thích nghi với nhịp điệu của một ngày. Đồng hồ sinh học ảnh hưởng đến những chức năng quan trọng của cơ thể như mức độ hormone, giấc ngủ, nhiệt độ cơ thể và sự trao đổi chất. Khi xuất hiện một sự "lệch pha" giữa đồng hồ sinh học nội tại và môi trường bên ngoài, sức khỏe của cá thể đó có thể bị ảnh hưởng.

Bằng cách sử dụng ruồi giấm làm mô hình cá thể để nghiên cứu, ba nhà khoa học Mỹ nói trên đã tách biệt được một loại gen kiểm soát nhịp sinh học hằng ngày. Gen này mã hóa một loại protein sản sinh trong tế bào vào ban đêm, song lại bị phân hủy vào ban ngày. Sau đó, họ xác định được các thành phần protein bổ sung của "bộ máy" này, từ đó cho thấy cơ chế kiểm soát sự vận hành của đồng hồ sinh học ngay bên trong tế bào. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đồng hồ sinh học vận hành theo cùng một nguyên tắc trong tế bào của các sinh vật đa bào, bao gồm con người. "Những phát hiện trong công trình nghiên cứu của 3 nhà khoa học trên đã giúp giải thích cách thức các loài động, thực vật và con người có thể thích nghi nhịp sinh học của mình, từ đó phù hợp với sự tiến hóa của Trái Đất", Ủy ban Nobel Y học của Thụy Điển đánh giá.

Công trình “siêu máy dò phát hiện sóng hấp dẫn”

Chủ nhân của giải Nobel vật lý năm nay là 3 nhà khoa học Mỹ gồm Rainer Weiss, Bary C.Barish và Kip S.Thorne, những người đã phát hiện sự tồn tại của sóng hấp dẫn, một lý thuyết đã được nhà vật lý thiên tài Albert Einstein tiên đoán cách đây một thế kỷ.

 Sóng hấp dẫn là các gợn sóng trong không-thời gian, lan tỏa trong vũ trụ với tốc độ ánh sáng, được nhà bác học Einstein tiên đoán 100 năm trước. Các nhà thiên văn học đã khổ công “săn lùng” sóng hấp dẫn trong nhiều thập kỷ qua. Bởi sóng hấp dẫn là vấn đề cuối cùng của thuyết tương đối rộng chưa được kiểm chứng.

Tháng 8-2015, các nhà khoa học đã bắt được sóng hấp dẫn nhờ LIGO (Trạm quan trắc sóng hấp dẫn bằng tia laser giao thoa) sau khi quan sát được hiện tượng hai hố đen va chạm vào nhau. Hai lỗ đen này có khối lượng lớn gấp 30 lần Mặt Trời, nằm ở vị trí cách Trái Đất khoảng 1,3 tỷ năm ánh sáng. Quá trình va đập này làm sinh ra các sóng hấp dẫn, vết gợn không-thời gian như nhà khoa học Albert Einstein tiên đoán vào năm 1916. Sóng này sẽ lan truyền từ nguồn phát với vận tốc ánh sách trong không gian và tới Trái Đất. 

"Điều kỳ diệu nhất là âm thanh đó đã di chuyển và tồn tại trong suốt 1,3 tỷ năm kể từ khi hai hố đen đó va chạm lẫn nhau. Ở cái thời đó, làm gì có con người tồn tại, nhưng đến giờ chúng ta đã bắt được tín hiệu đó", đại diện Ủy ban Nobel Vật lý chia sẻ.

Công trình phát triển kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh

Trước đây, các kính hiển vi điện tử thường chỉ quan sát và ghi lại được hình ảnh các mẫu vật tĩnh, bởi các tia điện trường mạnh của kính phá hủy vật chất sinh học. Năm 1990, nhà khoa học người Anh Richard Henderson đã sử dụng một kính hiển vi điện tử tạo ra hình ảnh 3 chiều cấp độ phân tử của một protein. Thành công mang tính đột phá này đặt nền tảng cho công trình phát triển kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh.

Trong khi đó, giai đoạn 1975-1986, nhà khoa học người Mỹ Joachim Frank đã phát triển một phương pháp xử lý hình ảnh giúp phân tích và tổng hợp các hình ảnh 2 chiều chất lượng kém quan sát được qua kính hiển vi điện tử thành cấu trúc 3 chiều rõ nét. Đầu những năm 80, Jacques Dubochet, nhà khoa học người Thụy Sĩ, đã thành công làm đông lạnh mẫu vật sinh học, cho phép các phân tử sinh học giữ nguyên hình dạng tự nhiên ngay cả trong môi trường chân không của kính hiển vi.

Dù lý thuyết về việc tạo ra kính hiển vi điện tử có khả năng chụp các sinh vật ở cấp độ phân tử đã có từ lâu, song phải nhờ những nghiên cứu của 3 nhà khoa học trên thì những rào cản kỹ thuật cuối cùng mới được phá bỏ vào năm 2013 khi kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh được đưa vào sử dụng.

Năm 2016, kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh đã giúp các nhà khoa học lần đầu tiên quan sát cấu trúc chi tiết bên ngoài của vi-rút Zika dưới cấp độ phân tử. Theo AP, loại kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh hoạt động bằng cách đóng băng nhanh các phân tử vi-rút. Sau đó, các nhà khoa học bắn một chùm electron năng lượng cao vào mẫu vật để tạo nên hàng chục nghìn hình ảnh dưới kính hiển vi điện tử. Kết hợp tất cả lại với nhau, các nhà khoa học đã tạo nên một hình ảnh vi-rút Zika duy nhất với độ phân giải cao về cấu trúc 3 chiều của nó. Với việc có thể quan sát cấu trúc vi-rút một cách chính xác hơn, các nhà khoa học có thể tạo ra những loại vaccine ngăn chặn dịch bệnh tốt hơn, ít có nguy cơ tai biến hơn. “Với công trình này, Richard Henderson, Joachim Frank và Jacques Dubochet đã mở ra thời đại mới cho ngành hóa sinh”, Viện Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ca ngợi.

Điểm mới nhất của mùa giải Nobel năm nay đó chính là việc giá trị tiền thưởng được tăng thêm 1 triệu krona (khoảng 120.000USD), nâng tổng giá trị tiền thưởng cho một giải là 9 triệu krona (khoảng 1,1 triệu USD). Đây là lần điều chỉnh giá trị tiền thưởng đầu tiên của Quỹ Nobel kể từ năm 2012.

TÙNG LÂM