Một nửa phần thưởng của giải Nobel Hóa Học được trao cho David Baker đến từ Đại học Washington, Mỹ - người sử dụng phần mềm máy tính để phát minh ra một loại protein mới. Và một nửa còn lại trao chung
cho Demis Hassabis và John Jumper, đến từ Google DeepMind, Vương quốc Anh - những người đã sử dụng A.I. để dự đoán cấu trúc của hàng triệu protein.)
Năm 2024 có thể được cho là một năm đầy sóng gió, nhưng giữa những thách thức, có một niềm an ủi lớn: nhân loại đang hiểu biết về không gian nhiều hơn bao giờ hết. Chúng ta đang ở thời điểm chưa từng có trong lịch sử, khi khoa học liên tục tiến bộ và những bí ẩn của không gian dần hé lộ.
Tuy nhiên, việc xác định đâu là những khám phá khoa học nổi bật nhất trong năm không phải dễ dàng. Một số khám phá có tác động ngay tức thì và có ý nghĩa sâu đậm đến cách chúng ta hiểu về thế giới, nhân loại hay không gian. Đây là những khoảnh khắc “sung sướng” thực sự. Cũng có những khám phá tưởng như nhỏ bé lại là bước đệm quan trọng cho những thay đổi lớn lao trong tương lai. Từ việc mở rộng hiểu biết về thế giới vi mô đến việc thay đổi cách nhìn nhận những thiên hà xa xôi, tất cả những tiến bộ này đều đáng được ghi nhận. Bất kỳ khám phá nào cũng có giá trị trong việc xây dựng nền tảng kiến thức nhân loại.
Và trong số rất nhiều khám phá đó, danh sách dưới đây là những thành tựu khoa học thú vị và gây chấn động nhất của năm 2024.
Phát hiện bên ngoài Thái dương hệ cũng có đại dương
Trước đây, người ta tin rằng đại dương là đặc trưng duy nhất của Địa cầu. Theo hiểu biết của các khoa học gia lúc bấy giờ, Hỏa tinh chỉ là một “sa mạc phóng xạ,” Kim tinh là một “địa ngục núi lửa” khô cằn, và các mặt trăng băng giá của Mộc tinh, Thổ tinh, Sao Thiên Vương, và Sao Hải Vương chỉ là những quả cầu băng khổng lồ.
Tuy nhiên, vào những năm 1980, các tín hiệu điện kỳ lạ từ mặt trăng Europa của Mộc tinh cho thấy rất có thể có một đại dương cổ xưa, ấm áp và mặn mà ẩn dưới lớp vỏ băng của nó. Phát hiện này khiến NASA tiến hành sứ mệnh Europa Clipper, được phóng vào tháng 10 năm nay, với mục tiêu nghiên cứu từ xa xem đại dương này có phù hợp cho sự sống hay không.
Hiện nay, các khoa học gia liên tục tìm thấy bằng chứng thuyết phục về sự tồn tại của các đại dương trên các hành tinh khác trong không gian. Mặt trăng Enceladus của Thổ tinh gần như chắc chắn chứa một đại dương khác, và nhiều mặt trăng khác cũng là ứng viên đầy triển vọng. Năm nay, chúng ta đã ghi nhận thêm nhiều phát hiện quan trọng.
Vào tháng 2, các nhà thiên văn học phát hiện bằng chứng về một đại dương ẩn trên mặt trăng Mimas của Thổ tinh. Đến tháng 10, dữ liệu chỉ ra rằng Miranda, mặt trăng của Thiên Vương tinh, cũng có một đại dương nằm sâu dưới bề mặt.
Việc phát hiện ra các đại dương là hiện tượng phổ biến trong Thái dương hệ có ý nghĩa quan trọng. Sự sống mà chúng ta biết đến luôn cần có nước để tồn tại. Tuy chưa thể xác định liệu các mặt trăng có nước này có chứa sự sống hay không (dù đó là các vi sinh vật nhỏ bé hay những sinh vật lớn) nhưng những phát hiện này đã mở ra nhiều nơi chốn hơn để các khoa học gia tìm kiếm sự sống trong Thái dương hệ. Điều này vượt xa những gì họ từng mơ ước.
2. Vẽ bản đồ não bộ của ruồi giấm (fruit fly)
Có lẽ ít ai từng để tâm đến ruồi giấm – loài côn trùng nhỏ bé mà phiền phức. Nhưng với nhiều khoa học gia, ruồi giấm (tên khoa học Drosophila melanogaster) là một trong những đối tượng nghiên cứu quan trọng trong khoa học. Lý do là vì bộ não của chúng tuy rất nhỏ, nhưng vẫn thực hiện được nhiều chức năng thần kinh cơ bản giống như con người, chẳng hạn như tìm kiếm thức ăn hoặc “giao tiếp” với đồng loại. Điều này khiến ruồi giấm trở thành mô hình lý tưởng để nghiên cứu cách thức hoạt động của bộ não, bao gồm cả não người.
Trong tháng 10, các khoa học gia đã vẽ được bản đồ toàn diện về não bộ của một con ruồi giấm trưởng thành. Bản đồ này ghi lại 140,000 tế bào thần kinh và 50 triệu kết nối giữa chúng, được biểu diễn trên một loại bản đồ đặc biệt.
Việc vẽ bản đồ não, dù cho là não của bất kỳ sinh vật nào, đều là một nhiệm vụ vừa khó khăn vừa đầy triển vọng. Nó mở ra cơ hội để trả lời những câu hỏi lớn về cách bộ não vận hành: Một kết nối giữa các tế bào thần kinh khỏe mạnh và không khỏe mạnh có đặc điểm gì? Làm thế nào não bộ điều hướng trong không gian ba chiều? Hành vi bắt nguồn từ đâu? Suy nghĩ hay ký ức thực sự là gì?
Dù não bộ của ruồi giấm đơn giản hơn nhiều so với não bộ của người, bản đồ này sẽ cung cấp những manh mối giúp các khoa học gia thần kinh giải mã những bí ẩn về chính chúng ta: điều gì tạo nên cách chúng ta suy nghĩ, hành động, và ghi nhớ?
3. Địa cầu ấm lên gần sát nút giới hạn 1.5°C
Không có gì bất ngờ khi Địa cầu đang tiến gần đến việc vượt qua giới hạn tăng nhiệt độ 1.5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Nguyên nhân chính là các quốc gia phát thải nhiều khí nhà kính nhất thế giới không kiểm soát được lượng phát thải của họ, khiến hành tinh nóng lên nhanh chóng, theo sau đó là những hậu quả thời tiết khắc nghiệt như bão, lũ lụt và hạn hán.
Mặc dù ngưỡng 1.5°C chỉ mang tính biểu tượng, vượt qua ngưỡng này không có nghĩa là một thiên tai thảm khốc nào đó sẽ kéo tới ngay lập tức. Tuy nhiên, ngưỡng này rất quan trọng vì nó là ranh giới để hạn chế những hậu quả tồi tệ hơn của biến đổi khí hậu.
Theo Hiệp định Paris, gần 200 quốc gia đã đồng ý ngăn chặn nhiệt độ toàn cầu tăng quá 2°C so với thời kỳ tiền công nghiệp, với mục tiêu lý tưởng là giữ nhiệt độ tăng dưới 1.5°C. Nhưng thực tế, mỗi mức tăng thêm 0.1°C đều làm gia tăng nguy cơ xảy ra các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt hơn, như bão mạnh hơn, hạn hán kéo dài, và lũ lụt thảm khốc hơn.
Mốc 1.5°C là một mục tiêu đầy tham vọng, nhưng vượt qua nó là lời cảnh tỉnh rõ ràng nhất. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng hoặc không được đảo ngược, tương lai của tất cả chúng ta sẽ ngày càng bị đe dọa bởi những cơn giận của mẹ thiên nhiên.
4. Con người lão hóa theo từng đợt
Không có gì lạ khi một ngày nào đó, ta cúi xuống buộc dây giày thì bất chợt nghe đau lưng, như thể đã già đi chỉ sau một đêm.
Trước đây, chúng ta thường nghĩ rằng lão hóa là một quá trình liên tục, xảy ra từng ngày. Nhưng một nghiên cứu vào tháng 8 chỉ ra rằng cơ thể con người thực sự trải qua hai giai đoạn tuổi già ập tới nhanh bất ngờ: một lần khoảng 44 tuổi và lần thứ hai vào khoảng 60 tuổi.
Nghiên cứu này dựa trên các mẫu sinh học được thu thập từ 108 tình nguyện viên. Các khoa học gia theo dõi sự thay đổi của các sinh hóa chất và vi trùng, vi khuẩn trong cơ thể qua các độ tuổi khác nhau. Kết quả cho thấy cả nam và nữ đều trải qua một thay đổi lớn ở độ tuổi 40: cách cơ thể ứng phó với bệnh tim mạch và chuyển hóa các chất như rượu, chất béo và caffeine bắt đầu khác đi. Sau đó, khi bước vào tuổi 60, cơ thể lại trải qua một sự thay đổi lớn khác, đặc biệt liên quan đến việc điều chỉnh hệ thống miễn dịch và chuyển hóa carbohydrate.
Mặc dù chưa rõ bao nhiêu trong số những thay đổi này là do lối sống (chẳng hạn như do chè chén nhiều hơn khi bước vào những năm 40 đầy căng thẳng) và bao nhiêu là do yếu tố sinh học tự nhiên. Tuy nhiên, việc phát hiện rằng con người không lão hóa liên tục mà trải qua các giai đoạn lão hóa đột ngột vẫn là một điều bất ngờ và đầy thú vị.
5. Các khoa học gia mở “rương báu vật” của không gian
Nhà thiên văn học lỗi lạc Carl Sagan từng nói: “Chúng ta được tạo ra từ bụi của những vì sao.” Câu nói này hoàn toàn chính xác: mọi nguyên tố cấu thành nên sự sống, các hành tinh và mọi thứ khác đều bắt nguồn từ cái chết của vô số ngôi sao cổ đại. Giờ đây, nhờ sứ mệnh OSIRIS-REx của NASA, chúng ta đang tiến gần hơn đến việc hiểu rõ nguồn gốc của những “bụi sao” này.
Năm 2020, phi thuyền OSIRIS-Rex hạ cánh xuống tiểu hành tinh Bennu trong chốc lát, thu thập một lượng vật liệu nguyên sơ và mang về Địa cầu vào tháng 9 năm 2023. Mặc dù không phải lần đầu tiên vật liệu từ tiểu hành tinh được mang về Địa cầu (Nhật Bản đã thực hiện thành công hai lần), nhưng OSIRIS-REx đã thu thập được mẫu vật lớn nhất từ trước đến nay, nặng 121.6 gram.
Các tiểu hành tinh là tàn dư từ quá trình hình thành Thái dương hệ, chứa các khoáng chất tạo nên các hành tinh – bao gồm Địa cầu – và cả các hợp chất có thể là tiền thân của sự sống (prebiotic compounds).
Năm nay, các khoa học gia lần đầu tiên nghiên cứu mẫu vật từ Bennu và vô cùng kinh ngạc với những phát hiện mới:
Mặt Trời được hình thành từ cái chết của nhiều ngôi sao, từ những ngôi sao nhỏ đến các sao lớn đủ để tạo ra vụ nổ siêu tân tinh. Những phân tử kỳ lạ trong mẫu vật cho thấy nó có nguồn gốc từ một thế giới từng hoạt động địa chất mạnh mẽ. Đáng chú ý hơn, hàng loạt hợp chất tiền sinh học, bao gồm nhiều loại axit amin, cũng được tìm thấy trong mẫu vật đem về từ tiểu hành tinh nguyên thủy này.
Chỉ mới 1% mẫu vật được nghiên cứu, mà những phát hiện mới đã làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc Thái dương hệ. Ai biết được còn những điều bất ngờ nào khác đang chờ đợi trong phần còn lại của mẫu vật?
6. Trí tuệ nhân tạo giải mã bí ẩn của protein
Khi trí tuệ nhân tạo (AI) ngày càng xuất hiện ở khắp mọi nơi trong đời sống, nhiều người vẫn còn hoài nghi về công nghệ này. Tuy nhiên, năm nay, AI đã chứng minh rằng nó có thể giúp con người khám phá những bí mật sâu xa nhất của sự sống.
Vào tháng 10, Giải Nobel Hóa học đã được trao cho một nhóm khoa học gia nghiên cứu về protein – những “cỗ máy” nhỏ bé nhưng phức tạp, giữ vai trò then chốt trong lĩnh vực hóa sinh học. Nắm được cách protein hoạt động không chỉ giúp hiểu rõ cách các bệnh như sốt rét hay Parkinson phát triển mà còn mở ra con đường tìm kiếm các biện pháp ngăn chặn hiệu quả.
Hai trong số ba khoa học gia đoạt giải – Demis Hassabis và John Jumper của Google DeepMind – đều sử dụng một AI tên là AlphaFold2. Công cụ này có thể dự đoán chính xác cấu trúc của hầu hết 200 triệu protein mà các khoa học gia đã biết, và có tiềm năng giúp xác định protein nào sẽ liên quan đến các phản ứng hóa học hoặc điều kiện cụ thể.
Khả năng giải mã các khía cạnh bí ẩn của sinh hóa học, từ tình trạng kháng kháng sinh đến các bệnh về thần kinh, chưa bao giờ nhạy bén như thế.
Cung Đô biên dịch
Nguồn: “6 watershed moments in science from 2024 that will shape the future” được đăng trên trang Nationalgeographic.com.
