TIẾN HÓA HẤP DẪN TRONG SINH HỌC PHÂN TỬ - PHẦN KẾT LUẬN

1. Tiến hóa sinh học có xu hướng tạo nên những hình thái tiếp xúc tối đa với môi trường - xu hướng S_max. Nhưng vật chất sống lại có xu hướng tăng độ ngưng tụ - xu hướng S_min. Sinh hệ luôn luôn “cân nhắc” hai xu hướng này để tổ chức lại vật chất, tạo ra hệ nhiệt động tối ưu cho từng hoàn cảnh.

Xu hướng S_max có thể do cơ chế chọn lọc tự nhiên tạo nên. Nó là hệ quả tương tác giữa môi trường và cơ thể. Thế nhưng, xu hướng S_min diễn ra dưới áp lực nào?

2. Trong vũ trụ, từ kỷ nguyên Planck đến khi hình thành môi trường nước trên Trái đất, tồn tại hai xu thế ngưng tụ vật chất: Xu hướng ngưng tụ suy biến, dẫn tới hình thành các thiên thể có mật độ vật chất siêu cao và xu hướng ngưng tụ nguyên tố, dẫn đến hình thành trên 100 nguyên tố hóa học và các hợp chất đơn giản.

Sự tổng hợp các nguyên tố được duy trì nhờ phản ứng hạt nhân. Lực hấp dẫn có xu hướng đẩy vật chất tiến tới sụp đổ. Phản ứng hạt nhân chỉ là hệ quả của lực hấp dẫn khi nén vật chất đến nhiệt độ quá cao, nhưng lại trở thành lực chống hấp dẫn. Tiến hóa vũ trụ đã xảy ra nơi tranh chấp giữa hai thế lực. Lực hấp dẫn là động lực tiến hóa vũ trụ, hình thành thiên hà, hình thành sao, hình thành nên môi trường nước trên Trái đất.

3. Môi trường nước tạo nên ba điều kiện cần thiết để có quá trình ngưng tụ amphiphilic và sự sống ra đời: Ổn định nhiệt độ bề mặt Trái đất ở miền 300K, hòa tan các chất làm cho chúng có cơ hội tiếp xúc nhau, chống lại lực hút Trái đất, là môi trường để các chất amphiphilic tiến hóa ngưng tụ dẫn tới hình thành sự sống.

        4. Ngưng tụ amphiphilic cũng diễn ra nơi tranh chấp giữa hai xu thế: Hòa tan do có nhóm phân cực và ngưng tụ do có nhóm hydrophobic. Do hiệu ứng hydrophobic, hay nói rộng hơn, do tuân thủ định luật II, mà vật chất đã ngưng tụ lại để hình thành sự sống. Tiếp đó sự sống đã vận dụng định luật II một cách khá tinh vi để tổ chức lại vật chất, có cấu trúc linh động, có khả năng vận chuyển và bảo toàn năng lượng với hiệu suất rất cao. Điều đó chỉ có thể xảy ra đối với các phân tử amphiphilic trong môi trường nước và ở miền 300K.

5. Hấp dẫn là bản chất của vật chất, nó xuyên suốt lịch sử tiến hóa vũ trụ và là động lực ngưng tụ phân tử trong quá trình tiến hóa sinh học. Tiến hóa vật chất nói riêng, và các quá trình tiến hóa nói chung, luôn luôn diễn ra nơi ranh giới giữa hai hoặc nhiều chiều hướng khác nhau, đó là trạng thái gần cân bằng. Ở đó tốc độ mọi quá trình chậm lại nên tạo điều kiện cho tiến hóa lựa chọn trạng thái có lợi nhất, đồng thời cũng sẵn sàng đập vỡ cái cấu trúc không tối ưu vừa hình thành.

6. Tiến hóa sinh hệ là quá trình ngưng tụ hydrophobic, hướng về miền có lợi nhiệt động, miền 300K. Trong khi đó Trái đất đang nóng lên. Vì thế, một tai họa “Chết nhiệt phi Clasius” có thể xảy ra đối với sinh hệ, nếu không có biện pháp ngăn ngừa.

7. Tiến hóa và ý thức hệ: Từ cách nhìn của tiến hóa tự nhiên: Sự tự tổ chức hay là sự hoàn thiện cấu trúc là bản chất của tiến hóa, nhằm hướng tới một trạng thái bền vững và chuyển hóa năng lượng có hiệu quả hơn. Có thể xem xã hội loài người như một hệ nhiệt động. Mỗi cá nhân hay mỗi gia đình là những cấu tử trong đó. Mỗi cấu tử là một “phân tử amphiphilic”. Nó mang hai đặc tính trái chiều: Tư hữu và Nhân văn. Tiến hóa xã hội là quá trình tự tổ chức lại các cấu trúc hài hòa hai đặc tính đó của mỗi thành viên trong xã hội.

NƯỚC PHÈN - NƯỚC MƯA

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC PHÈN

http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/ky-thuat-moi/bien-nuoc-phen-chua-thanh-nuoc-ngot-bang-ds-3-1999031.html

http://vst.vista.gov.vn/home/database/an_pham_dien_tu/MagazineName.2004-06-01.4343/2004/2004_00004/MItem.2004-06-08.4449/MArticle.2004-06-08.5047/view

http://www.moitruongnhaty.com/xu-ly-nuoc-nhiem-phen/

http://caybatmoi.vn/showthread.php?t=2290

http://s220.photobucket.com/user/lqhung69/media/txlTT-TT-LA.jpg.html

http://thuysinh.org/forum/archive/index.php?t-21134.html

http://www.namdulichvietnam.com/xu-ly-nuoc-phen-dung-trong-sinh-hoat/

TRỮ NƯỚC MƯA TRÊN CÁT

http://www.khoahocphothong.com.vn/newspaper/detail/2075/ky-thuat-moi:-tru-nuoc-mua-tren-cat.html

http://khoahocphothong.com.vn/search.html/?do_search=1&keyword=tr%E1%BB%AF+n%C6%B0%E1%BB%9Bc+m%C6%B0a+tr%C3%AAn+c%C3%A1t&x=20&y=14

http://www.qdnd.vn/qdndsite/vi-vn/61/43/quan-su-nuoc-ngoai/ky-thuat-moi-tru-nuoc-mua-tren-cat/14866.html

http://giadinh.net.vn/xa-hoi/hang-trieu-ho-dan-se-tru-nuoc-mua-tren-cat-9083.htm?mobile=true

http://www.gso-media.com/raovat/RaovatNews.asp?ID=16490

http://chatthainguyhai.net/index.asp?newsid=1092&PageNum=2

http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-nuoc-mua-va-chung-ta-9653/

RƯỢU NƯỚC CỐNG

Một hôm, vợ Tám bảo Tám đi lên Chương Mỹ, mua con lợn về nuôi. Tám đạp xe lên thì người ta bảo hôm nay không có ai giao lợn, lại lủi thủi đạp xe về. Khi Tám đến gần Ba La thì có mấy đứa bé vẫy. Tám dừng lại. Chúng nó bảo có bịch rượu lậu ngon lắm, của bọn buôn trên xe, sợ công an khám nên ném xuống, chúng cháu nhặt được. Trước đây Tám cũng đã có ý định mua một ít rượu ngon để ngâm thuốc. Hôm nay gặp chuyện này, mới nghe đã thấy muốn mua. Sau đó chúng nó bảo chú nếm mà xem. Tám nếm, đúng là rượu cực kỳ ngon. Tám hỏi giá, rồi mặc cả, cuối cùng chúng nó bán với gía cũng rẻ. Mua xong, Tám buộc bịch rượu  sau xe đạp, đạp về nhà.

Quá ngã ba Ba La khoảng năm trăm mét thì đột nhiên nghe tiếng còi bên tai, rồi một cái xe ba bánh của công an đổ xịch trước mặt Tám. Trên xe có hai chú công an. Một ngồi trong thùng, một cầm lái. Chú ngồi trong thùng xe nhảy xuống, bảo ngay với Tám: “Anh buôn rượu lậu, về đồn làm việc”. Vừa nói chú ta vừa túm chặt lấy xe đạp Tám. Tám chẳng hiểu mô tê gì cả, nhưng đành phải theo.

Về đến đồn, có hai chú công an nữa ra hợp sức. Họ hối hả cởi bịch rượu trên xe đạp Tám ra, đặt vào một cái nồi nhôm to rồi mở túi rượu. Vừa mở ra thì có mùi khó chịu. Họ đổ ra, toàn nước cống. Họ thất vọng bảo Tám: “Anh dọn hết rồi mà đi đi”. Tám chẳng thèm nhìn lại cái túi ni lông đựng “rượu” nữa, lên xe đạp đi luôn. Thế là Tám bị lừa. Bọn trẻ con buộc một cái túi rất nhỏ rượu ngon vào bên trong túi nước cống, rồi buộc một cái ống nhỏ vào túi con để nếm được. Lúc nếm là nếm rượu trong túi con này. Tám bị trẻ con lừa. Công an cũng bị lây.

CHẾT NHIỆT PHI CLAUSIUS

CHẾT NHIỆT CLAUSIUS

Trước đây, dưới quan niệm nhiệt động học, Clausius và trường phái của ông đưa ra giả thuyết cho rằng: Vũ trụ là một hệ kín, do đó các quá trình trong tự nhiên đang hướng tới trạng thái cân bằng. Lúc đó sẽ không có sự chuyển năng lượng lượng nhiệt thành năng lượng khác, không có quá trình sinh công, mọi quá trình bị đình chỉ, vũ trụ rơi vào cõi chết. Họ viết: Các xu thế tự nhiên liên tục dừng lại, sự sống của chúng đang tắt lụi. Trong cái vô tận đã và đang hiện rõ dấu hiệu chết chóc của thế giới (Sukarep 1912). Cũng quan điểm đó, một tác giả khác viết: Thế giới sẽ chết trong sự phân bố đồng đều năng lượng nhiệt vũ trụ. Năng lượng sáng tạo hình thành đa dạng vũ trụ đang bị triệt tiêu ( Berjarev,  Petrusenko 1971).

Mặc dầu đương thời thuyết này được tôn giáo lợi dụng triệt để, nhưng cũng có nhiều nhà khoa học phản bác. Boltzmann cho rằng giả sử cân bằng nhiệt có thể xảy ra,  nhưng vì vũ trụ vô cùng rộng lớn nên luôn luôn có những thăng giáng, từ thăng gián nhỏ ở mức phân tử sẽ trở thành thăng giáng ở mức lớn hơn, cuối cùng dẫn đến sự phá vỡ trạng thái cân bằng nhiệt.

Về sau khoa học đã khẳng định “Chết nhiệt Clausius” không thể xảy ra, vì vũ trụ không thể là hệ kín, lại càng không thể là hệ cô lập, tự nhiên là một hệ hở ( Petrusenco 1971, Blumeneld 1977 ). Một triết gia đã viết: Không thể có sự triệt tiêu vật chất về định lượng cũng như định tính, tức là không có sự triệt tiêu khả năng vật chất chuyển từ dạng này sang dạng khác. Bản thân vật chất và các tính chất cơ bản của chúng bao gồm cả khả năng chống lại chống lại sự chết nhiệt do các quá trình độc lập (Kozưrev 1963). Chết nhiệt Clausius chắc chắn không xảy ra, nhưng hiện tại, vật chất sống – trạng thái tiến hóa cao nhất của vật chất – đang phải đương đầu với một nguy cơ: Môi trường sống đang nóng lên và rồi hậu quả sự sống sẽ ra sao?

VẬT CHẤT SỐNG VÀ MIỀN 300K

Như đã biết, sự sống chỉ tồn tại và phát triển ở miền 25 – 30⁰C. Những loài sinh vật có trình độ tiến hóa cao có thân nhiệt trong khoảng 42⁰C – 37⁰C. Rõ ràng sinh vật có thể thích nghi với môi trường để tồn tại, nhưng khả năng đó không phải là vô hạn. Có một miền tối ưu cho sự sống. Snoll (1979) cho rằng yếu tố quyết định hướng sự tiến hóa sinh vật tới dạng máu nóng là nhằm bảo đảm tốc độ lan truyền kích thích thân kinh chứ không phải theo nhu cầu tốc độ phản ứng enzym, tiến hóa sinh sọc là quá trình hoàn thiện về mặt động học (kinetic). Máu nóng là nhằm ổn định trạng thái gel-sol của màng sinh học, tính mềm mại của trạng thái này là một thuận lợi đối với sự lan truyền tín hiệu kích thích. Điều chúng ta chưa rõ là tại sao màng tế bào lại có thành phần photpholipid sao cho điểm chuyển tướng (gel-sol) nằm trong khoảng 36 – 40⁰C, tại sao ngay trong nhánh động vật máu nóng thân nhiệt cũng biến đổi theo hướng giảm từ chim (42⁰C), đến động vật có vũ bậc thấp (39⁰C) đến người (37⁰C). Có thể cho rằng “máu nóng” có liên quan đến hàng loạt vấn đề như: Thành phần acid béo của màng tế bào, chiều dài mạch hydrocarbon của acid béo trong lipid màng, số nguyên tử trong amino acid của protein trong cơ thể, hoạt tính enzym...

NHIỆT ĐỘ VÀ HOẠT TÍNH ENZYM

Qua một số kết quả nghiên cứu, chúng ta có thể tóm tắt một số điển đáng chú ý về mối liên hệ mật thiết giữa enzym và nhiệt độ như sau:

- Hầu hết các enzym đều có hoạt tính tối ưu ở khoảng nhiệt độ  30⁰C – 40⁰C.

- Năng lượng ổn định enzym có giá trị lớn nhất ở miền 30⁰C (Privalov 1974).

- Dưới tác động của ure, protein sẽ biến tính, nhưng ở khoảng 20⁰C – 25⁰C tốc độ biến tính rất chậm so với khi xét ở nhiệt độ khác (Simpson, Kauzman 1953).

- Etanol làm giảm rõ tính bền nhiệt của protein chỉ khi nồng độ đạt trên 5% và nhiệt độ trên 25⁰C. ở nhiệt độ thấp hơn và nồng độ etanol dưới 5% protein lại tỏ ra bền vững hơn. Rất có thể, có một điểm nhiệt độ, ở đó tương tác hydrophobic giữa protein và dung môi có một sự thay đổi đột biến (Privalov 1987).

- Trên cơ sở dữ liệu của Privalov (1987) có thể xây dựng được mối quan hệ giữa nhiệt độ và năng lượng biến tính của protein:

∆G = ∆H(T0) - T∆S(T0) – 1/2∆Cp [(T0 – T)]/T.

Khảo sát phương trình này cho thấy năng lượng biến tính ∆G biến thiên rất rõ ở miền 30⁰C -45⁰C.

Nhiệt chuyển tướng (Tk) của protein thường nằm trong khoảng 26⁰-32⁰C, phù hợp với nhiệt chuyển tướng của một số hydrocarbon đã khảo sát (Wetlaufer 1964). Điều đó chứng tỏ các gốc hydrocarbon, thuộc các gốc trong các amino acid của protein, có một vai trò quyết định đối với sự chuyển tướng của protein. Tại nhiệt độ chuyển tướng năng lượng cấu hình và năng lượng liên kết trong protein gần như chuyển hóa hoàn toàn cho nhau, vì tại đó ta có:

Tk = ∆H/∆S, suy ra:

∆H (năng lượng liên kết)  =

∆S.Tk (năng lượng cấu hình).

Vì thế, ở nhiệt độ này (Tk) cấu trúc phân tử protein rất linh động, chúng có khản năng chuyển qua một số trạng thái khác nhau dưới tác động các kích thích nhỏ, vì thế chúng có khả năng sử dụng rất hiệu quả năng nượng trong các phản ứng xúc tác. Theo Blumenfeld (1987) hiện tượng dao động cấu hình protein xảy ra do chuyển động tương hỗ giữa các domain cấu trúc, chúng bao hàm cả các gốc hydrophobic trong mạch phân tử.

Protein thuộc dạng cấu trúc không cân bằng, hay còn gọi là cấu trúc linh động. Chúng có khả năng dao động cấu hình, người ta vẫn ví enzym như “trái tim phân tử”. Nhờ đó năng lượng kích thích, do tác động của phân tử bé hay do kích thích của một tín hiệu điện..., được lan truyền khắp phân tử và tập hợp phân tử. Đó là một cơ chế tự điều chỉnh của protein, nó tạo cho protein khả năng tự ổn định cấu trúc đối với các tác động bên ngoài. Tuy nhiên, khả năng này của protein chỉ có thể thực hiện được khi chúng tồn tại ở miền nhiệt độ Tk . Như đã xét ở trên, đó là miền 300K (25⁰C – 35⁰C).

Từ các dữ liệu trên có thể kết luận rằng: Tiến hóa sinh học, hướng tới động vật máu nóng với thân nhiệt 37⁰C – 42⁰C, chính là hướng tới trạng thái bền vững linh động của protein nói riêng và của cấu trúc tế bào nói chung.

CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN NĂNG LƯỢNG

Theo Karacev (1989), trong phản ứng xúc tác enzym, năng lượng tương tác giữa chất nền và enzym được vận chuyển theo hệ liên kết hydrogen liên hợp (LKHLH). Một trong những yếu tố cơ bản đảm bảo sự kéo dài thời gian lưu của năng lượng tương tác chất nền – enzym là chúng phải ít bị tiêu tốn khi vận chuyển trong hệ LKHLH.

Các nguyên tử tham gia trong hệ LKHLH chủ yếu là O và N. Khi năng lượng vận chuyển trong hệ LKHLH (có thể là sự chuyển dịch electron) mật độ electron của các nguyên tử này thay đổi. Do đó proton (H+) trong liên kết hydrogen có thể dịch chuyển qua lại giữa hai nguyên tử tham gia liên kết hydrogen, vì thế góc hóa trị của hai nguyên tử này thay đổi. Điều đó sẽ dẫn đến sự dịch chuyển của các gốc (thuộc các amino acid trong protein). Như vậy là sự chuyển dịch năng lượng trong hệ LKHLH liên quan chặt chẽ với năng lượng chuyển cấu hình các gốc phân tử. Sự dịch chuyển các gốc phân tử do vận chuyển năng lượng sẽ tạo nên một làn sóng cấu trúc trong phân tử enzym. Chính sóng cấu trúc đó đã hỗ trợ cho sự dịch chuyển năng lượng. Như vậy năng lượng vận chuyển trong phân tử enzym gắn liền với sóng cấu trúc dao động cấu hình. Đavưđov (1979) gọi đó là cơ chế soliton.

Sóng cấu trúc trong phân tử enzym tạo ra do sự dich chuyển các gốc, sự dịch chuyển của các gốc lại liên quan với nhiệt độ. Do đó sự vận chuyểnnăng lượng liên quan đến nhiệt độ. Các gốc phân tử trong protein không ở trạng thái tự do, mà luôn luôn tham gia các liên kết, như liên kết hydrogen, liên kết (tương tác) hydrophobic... Để sóng cấu trúc được tồn tại, các gốc phân tử trong hệ LKHLH phải có độ linh động nhất định, có nghĩa là chúng chỉ tham gia những liên kết có độ bền thích hợp. Khi xét độ bền liên kết, chúng ta thấy năng lượng liên kết ion và năng lượng liên kết hydrogen khá lớn. Ngươc lại, liên kết hydrophobic chỉ nằm trong khoảng 0,7 kcal/mol gốc -CH2, tương đương với năng lượng dao động nhiệt ở miền 300K (0,6 – 0,7 kcal/mol). Như vậy protein chỉ linh động cấu hình và vận chuyển năng lượng tốt khi chúng tồn tại ở miền 300K.

Nghiên cứu màng tế bào cũng cho thấy màng luôn luôn được cấu tạo bởi các thành phân phopholipid sao cho nhiệt chuyển tướng nằm ở miền 20 – 400C, tức là miền 300K. Điều này cho thấy giữa protein và màng tế bào có quan hệ khăng khít nhau trong việc vận chuyển năng lượng.

CHẾT NHIỆT PHI CLAUSIUS

Như đã xét ở trên, enzym có một miền nhiệt độ tối ưu, miền 300K. Ở miền này cấu trúc protein linh động bền vững, năng lượng chuyển tướng bé, hoạt tính cao. Cấu trúc màng tế bào cũng bao gồm các thành phần sao cho điểm chuyển tướng nằm ở miền nhiệt độ này. Ở các công trình nghiên cứu khác (Nguyễn bá Trinh 1994), chúng tôi cũng đã chứng minh rằng ADN tiến hóa theo hướng giảm dần tính bền nhiệt do tăng cường sớ liên kết hydrophobic trong phân tử. Thân nhiệt ở loài chim là khoảng 420C, ở động vật có vũ bậc thấp là 390C  và ở người là 370C. Như vậy, theo trình độ tiến háo tăng dần, thân nhiệt có xu hướng chuyển về gần miền 300K hơn. Xu hướng đó phù hợp với xu thế tiến hóa của các phân tử quan trọng trong cơ thể.

Xét lịch sử biến đổi nhiệt độ bề mặt trái đất cho thấy, chúng giảm dần, nghĩa là phù hợp với xu hướng tiến hóa sinh học. Rõ ràng xu hướng tiến hóa sinh học được hỗ trợ bơi xu hướng biến đổi nhiệt độ của bề mặt Trái đất. Thế nhưng từ khi loài bước vào kỷ nguyên công nghiệp, cùng với sự gia tăng dân số là sự gia tăng sử dụng nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến tình trạng mặt đất đang nóng lên. Xu hướng đó ngược với xu hướng tiến hóa sinh học, không có lợi cho quá trình tiến hóa sinh học. Đến một thời kỳ nào đó, chắc chắn nhiệt độ bề mặt Trái đất sẽ vượt quá miền tối ưu của sự sống. Khi đó sự sống sẽ rơi vào trạng thái không có tiến hóa tiến bộ. Trạng thái này xảy ra ngay trong hệ sống – hệ hở có trao đổi chất và năng lượng với môi trường. Có thể gọi đó là trạng thái “Chết nhiệt phi Clausius”

Gần đây, vấn đề nóng lên toàn cầu đã được nhiều hội nghị quóc tế bàn đến. Nhiều đề án chống biến đổi khí hậu đẫ được triển khai. Chúng ta hy vọng rằng với sự nổ lực đó của mọi quốc gia trong mái nhà chung Trái đất, thảm họa nhiệt sẽ không diễn ra.

g y � n � o �pF � nổ lực đó của mọi quốc gia trong mái nhà chung Trái đất, thảm họa nhiệt sẽ không diễn ra.