Những đột phá khoa học năm 2007

Biến đổi gen người

Được trang bị với những kỹ thuật rẻ hơn và nhanh hơn trong phân tích DNA và đánh giá biến đổi gen, các nhà khoa học đã khám phá ra nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt của con người. Các công nghệ mới có thể giảm chi phí phân tích gien, và giúp cho việc truy tìm các gien có liên hệ đến bệnh tật dễ dàng hơn. Cách đây vài năm, việc phân tích các mảng DNA ngắn (còn gọi là single nucleotide polymorphism hay SNP) chỉ được tiến hành ở qui mô nhỏ (vài SNP) và chi phí rất đắt, nhưng nay với các công nghệ mới có thể phân tích hàng triệu SNP một lượt và chi phí rất thấp (chỉ 0,2 đến 0,5 USD mỗi SNP).  Các công nghệ mới đã cho ra đời một loạt nghiên cứu truy tìm gien gây bệnh mà trước đây không thể nào thực hiện được. Trong tương lai gần, các nhà khoa học có thể phân tích nhiều triệu SNP cho mỗi cá nhân, và có thể xác định “căn cước” gien cho mỗi cá nhân một cách dễ dàng.

Những tia vũ trụ ngoài Ngân Hà

Không chỉ nằm trong top 10 sự kiện vật lý nổi bật 2007 của Viện vật lý Mỹ, khám phá những tia vũ trụ năng lượng cao đến từ các thiên hà hoạt động cũng đã được Science bình chọn là sự kiện khoa học đột phá của năm. Khám phá này được thực hiện bởi tập thể các nhà khoa học làm việc tại Đài thiên văn Pierre -Auger ở Argentina . Các tia vũ trụ được gia tốc bởi từ trường mạnh xung quanh những lỗ đen khổng lồ ở trung tâm các thiên hà lớn trong vũ trụ. Tuy nhiên, phát hiện về mối đồng liên hệ giữa những tia vũ trụ năng lượng đặc biệt cao với các thiên hà hoạt động vẫn còn nhiều tranh cãi, trong đó, nhóm nghiên cứu Hi-Res lại không tìm thấy bất cứ mối liên hệ nào giữa hai sự kiện.

Spin mới của điện tử

Các nhà vật lý lý thuyết ở California đã tiên đoán rằng, những lớp mỏng HgTe giữa các lớp bán dẫn có thể tiết lộ những hành xử bất thường của các điện tử, được gọi là hiệu ứng spin-Hall lượng tử (QSHE). Đây là hiệu ứng cuối cùng trong một loạt những hành xử dị thường của điện tử khi đặt chúng trong từ trường và điện trường ngoài. Trong sự hợp tác chặt chẽ với các nhà vật lý thực nghiệm Đức, họ đã chứng minh được tiên đoán trên. Ngoài ra, các nhà lý thuyết cũng đã tiên đoán rằng vật liệu với cấu trúc điện tử hợp lí sẽ tương tác với điện trường để tạo nên hiệu ứng QSHE và hiện tượng gần siêu dẫn do tác động của spin. Những vật liệu đó không đòi hỏi từ trường lớn hoặc nhiệt độ siêu thấp để đạt được hiệu ứng gần siêu dẫn. Năm nay, các nhà khoa học đã phát hiện được ở các lớp xen kẽ HgTe biểu hiện của hiệu ứng đó ở nhiệt độ gần 10K. Nếu điều này được thực hiện ở nhiệt độ phòng, nó sẽ mở ra hướng đi mới cho các linh kiện "spintronic" công suất thấp dựa trên sự điều khiển cả spin lẫn điện tích của điện tử.

Chia để trị 

Một thế hệ vắcxin mới có thể sẽ được phát triển từ thành quả của các nghiên cứu chỉ ra rằng các tế bào T (T cells) có khả năng chống trả lại siêu vi khuẩn, và các u bướu có khả năng phòng chống bệnh tật. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng khi họ tách một tế bào T ngay sau khi nó được phân chia, có hai loại protein được phát sinh ở hai cực của tế bào T. Ở một cực có một “phân tử lính”, và ở một cực khác là các tế bào trí nhớ có khả năng chờ trong vài năm để chống trả lại những siêu vi khuẩn.

Biến tế bào da thành tế bào gốc

Năm 2007 đánh dấu bước ngoặt trong lĩnh vực y sinh khi các nhà khoa học Mỹ và Nhật đã thành công trong việc biến các tế bào da người thành tế bào gốc mà không cần sử dụng phôi hay trứng, thay vào đó chỉ cấy ghép các tế bào chức năng đặc biệt vào các tế bào da để thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể. Các nhà khoa học gọi những tế bào này là iPS (induced pluripotent stem cells-tạm dịch là tế bào gốc nhân tạo đa năng). Sự kiện khoa học này đã chấm dứt cuộc tranh cãi đạo đức và chính trị xung quanh những nghiên cứu về tế bào gốc. Tế bào gốc là một loại tế bào quan trọng nhất vì có thể biến thành 220 dạng tế bào khác của cơ thể. Trước đây, để tạo ra những tế bào gốc, các nhà khoa học phải sử dụng phôi hay trứng. Thành tựu này sẽ mở ra một hướng mới trong nghiên cứu và điều trị những căn bệnh ung thư mà từ trước tới nay y học còn bó tay, tạo ra những bộ phận thay thế của cơ thể.

Tầm nhìn về thụ thể

Các nhà nghiên cứu xác định cấu trúc của thụ thể gien beta2 được xem là có liên quan đến bệnh béo phì (Beta2-adrenergic receptor). Đây là một thụ thể quan trọng trong nhóm thụ thể song protein (G protein-coupled receptor). Thụ thể beta2 có chức năng vụ kiểm soát hệ thống nội tiết trong cơ thể con người bằng cách phát tín hiệu từ các kích thích tố (hormones), serotonin và các phân tử khác. Các loại thuốc như kháng histamines và beta-blockers (thuốc điều trị cao huyết áp) thường được bào chế nhằm can thiệp vào các thụ thể này. Do đó, biết được cấu trúc của thụ thể có thể cải tiến hiệu quả của thuốc. 

Bước tiến mới trong khoa học bán dẫn

Những nghiên cứu trong lĩnh vực bán dẫn đã tạo nên ngành công nghiệp bán dẫn với việc phát triển các linh kiện transistor, diode, vi xử lý, và mở ra một kỷ nguyên của điện tử. Khám phá gây sửng sốt năm 2007 trong nghiên cứu về lớp tiếp xúc của các oxit kim loại chuyển tiếp dự báo có thể tạo ra một cuộc cách mạng tiếp theo đối với lĩnh vực khoa học vật liệu. Khi các tinh thể oxit được tạo thành từng lớp mỏng với mặt phân cách lí tưởng , ảnh hưởng của một tinh thể lên các lớp tinh thể khác có thể dịch chuyển vị trí của nguyên tử ở lớp phân cách, đảo lộn mật độ điện tử, thậm chí thay đổi cả sự phân bố điện tích xung quanh nguyên tử. Nhiều nhóm đã tiến hành tạo 2 màng oxit để tạo lớp phân cách có thể dẫn điện giống kim loại, hoặc thậm chí siêu dẫn. Nhiều cặp oxit khác lại thể hiện tính chất từ giống kim loại, ví dụ như thể hiện hiệu ứng Hall lượng tử, với sự lượng tử hóa của độ dẫn điện dưới tác dụng của từ trường. Các nhà khoa học rất lạc quan về khả năng tổng hợp các lớp oxit có tính chất mạnh hơn hẳn các chất bán dẫn thông thường. Với những biến đổi không giới hạn trong các oxit hỗn hợp, các nhà khoa học có thể nhận được nhiều tính chất mới ngoài mong đợi.

Ngược về tương lai

Các nghiên cứu ở con người và chuột cho thấy trí nhớ và trí tưởng tượng xuất phát từ vùng não có hình dạng giống chân hải mã (hippocampus), đây là một trung tâm quan trọng kiểm soát trí nhớ trong não. Các nhà nghiên cứu Anh suy luận rằng, trí nhớ của não có thể sắp xếp các kinh nghiệm trong quá khứ để tạo nên những tình huống cho tương lai. Ý tưởng này sẽ cần một khoảng thời gian dài thêm nữa để chứng thực. Nhưng nếu các thí nghiệm tương lai xác thực điều này đúng thì trí nhớ sẽ trở thành “người mẹ” của trí tưởng tượng.

Trái đất nóng hơn bao giờ hết

Năm 2007, cuộc tranh cãi xung quanh sự thật của quá trình ấm lên toàn cầu đã kết thúc, chí ít cũng đạt được tiến bộ trong giới chính trị và cộng đồng Mỹ. Sau 6 năm im lặng, Ủy ban liên chính phủ về thay đổi khí hậu (IPCC) đã đưa ra một cảnh báo: Trái đất đang ấm lên, quá trình này.

diễn ra ngày một nhanh và các hoạt động của con người đứng đằng sau sự thay đổi đó. Nhưng IPCC cũng cho rằng, loài người có thể tránh được phần lớn thảm họa nếu nhân loại có những biện pháp kiên quyết và hiệu quả. Tại Hội nghị về biến đổi khí hậu diễn ra ở Bali, những đàm phán viên châu Âu và các  nước đang phát triển đã cố gắng thuyết phục Mỹ xem xét những cắt giảm bắt buộc cho 2012. Và các chuyên gia khí hậu đang kêu gọi tiến hành những nghiên cứu để có thể đảo ngược quá trình ấm lên này. Nhờ những nỗ lực trong việc giáo dục cộng đồng trước thảm họa Trái đất đang nóng lên, cựu phó tổng thống Mỹ Al Gore đã được trao giải Nobel hòa bình 2007.

Trò chơi đã kết thúc 

Trong một chương trình ngoạn mục về trí tuệ nhân tạo, trò chơi checkers trở thành một trò chơi phức tạp nhất mà máy tính phải giải. Sau 18 năm cố gắng, cuối cùng các nhà nghiên cứu Canada đã chỉ ra rằng, trò chơi sẽ kết thúc với kết quả hòa nếu cả hai người chơi đều không phạm một sai lầm nào. Những suy nghĩ của con người dựa trên một “lượng” trí nhớ vừa phải và khả năng xử lý thông tin lớn hơn. Ngược lại, các chương trình của trò chơi checkers lại chiếm lượng bước xử lý ít hơn và một cơ sở dữ liệu gồm 39 tỷ lệnh. Các thuật toán mà nhóm nghiên cứu phát triển sẽ mang lại một tiềm năng ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là giải mã các thông tin được mã hóa trong DNA.

Công nghiệp gen 

Cùng với những khám phá về gen người, năm 2007 được xem là điểm mốc của một ngành công nghiệp mới: công nghiệp gen người. Tùy thuộc vào “ngân sách”, bạn có thể mua một bản phác thảo về bộ gen của chính bạn. Các công ty cho rằng, những thông tin này sẽ giúp khách hàng hiểu rõ hơn về chính bản thân họ và dự liệu sức khỏe của chính mình. Việc xác định căn cước gien của một cá nhân có ý nghĩa cực kì quan trọng, vì nó không chỉ tiết lộ đặc điểm sinh học độc đáo của một cá nhân, giúp cho các bác sĩ xác định thuốc và liều lượng thuốc thích hợp cho từng cá nhân, mà còn giúp cho chúng ta tiên đoán nguy cơ bệnh chính xác hơn. Tuy nhiên, việc xác định căn cước gien cũng đặt ra nhiều vấn đề y đức và đạo đức xã hội. Chẳng hạn như các công ty bảo hiểm có thể sử dụng các thông tin này để điều chỉnh giá cả bảo hiểm, hay quyết định nên bán bảo hiểm cho ai.  Đó là một vấn đề đang xảy ra ở Mỹ khi các công ty bảo hiểm đòi các thông tin về gien của một cá nhân trước khi bán hay không bán bảo hiểm.

Hoàng Văn Thụ

P. Đào tạo và Hợp tác quốc tế

(Nguồn: Tạp chí Tia Sáng)