Có một khoảnh khắc trong câu chuyện của Spider Socorro tưởng chừng như bất khả thi, và ta rất nên dừng lại nghiền ngẫm trước khi vội vàng gạt nó sang một bên. Một cậu bé loài người, sinh ra trên Pandora nhưng mang cấu tạo sinh học chẳng khác gì chúng ta, tự tay kéo chiếc mặt nạ dưỡng khí ra khỏi gương mặt giữa không gian mở — và không hề chết. Lẽ ra cậu phải chết. Bầu không khí quanh cậu là một thứ độc dược từ từ với con người: ngập tràn carbon dioxide, pha lẫn hydrogen sulfide, kiểu khí quyển có thể hạ gục một người không đeo mặt nạ chỉ trong vòng đôi ba phút và chẳng bao giờ trả họ về với sự sống. Mọi con người khác trên mặt trăng này đều phải thu mình trong những bong bóng không khí lọc nhân tạo, gắn chặt với chiếc mặt nạ dưỡng khí, bởi lựa chọn duy nhất còn lại là cái chết ngạt. Vậy mà ở đây, một cậu bé lại đang hít thở tự nhiên.
Điều dễ dàng nhất là xếp hiện tượng này vào ngăn kéo "kỳ quan Pandora huyền bí" rồi bỏ qua. Nhưng đó chính xác là nước đi mà cuốn sách này cự tuyệt. Một biến đổi mang tính vật chất cụ thể đã xảy ra bên trong cơ thể Spider — chẩn đoán trong cốt truyện đã nêu thẳng điều đó — và biến đổi ấy không phải phép màu, cũng chẳng phải thủ thuật chắp vá của người biên kịch. Đó là ngón đòn cổ xưa nhất, sâu sắc nhất và được kiểm chứng vững chắc nhất trong lịch sử sự sống trên Trái Đất, được vận hành ở một tốc độ chưa từng thấy trong tự nhiên. Để hiểu được đứa trẻ có thể hít thở bầu trời Pandora, chúng ta phải hiểu cách một sinh vật sống có thể dọn vào cư ngụ bên trong một sinh vật khác và viết lại cấu trúc cơ thể vật chủ từ tận bên trong. Và điều đầu tiên cần khẳng định: chuyện này chẳng hề xa lạ chút nào. Nó chính là lý do bạn còn đang sống để đọc những dòng này.
Ngón đòn cổ xưa nhất
Hãy nhìn đủ sâu vào bất kỳ tế bào nào trong cơ thể bạn, bạn sẽ tìm thấy một thứ không hoàn toàn thuộc về bạn. Nằm ẩn mình bên trong đó, với số lượng hàng trăm đến hàng ngàn, là những thể hình hạt đậu nhỏ bé mang tên ty thể (mitochondria) — những cỗ máy tiếp nhận oxy và đốt cháy thức ăn để tạo ra năng lượng cho mọi hành động bạn làm. Chúng sở hữu một vòng DNA riêng biệt, hoàn toàn tách rời khỏi DNA trong nhân tế bào của bạn. Chúng tự phân chia theo chu kỳ riêng của chúng. Chúng được bọc trong một lớp màng kép, màng ngoài là của bạn và màng trong chắc chắn không phải. Khi kiểm tra kỹ lưỡng, chúng mang hình bóng chính xác của nguồn cội: hậu duệ của một loài vi khuẩn sống tự do đã chui vào bên trong một tế bào khác khoảng hai tỉ năm trước, và quyết định không bao giờ rời đi nữa.
Đó không phải là một phép ẩn dụ. Đó là lời giải thích khoa học vững chắc nhất về nguồn gốc của sự sống phức bào, mang tên: thuyết nội cộng sinh tuần tự (serial endosymbiotic theory), được nhà sinh học Lynn Margulis bảo vệ kiên trì vào cuối thập niên 1960 vượt qua vô vàn hoài nghi ban đầu, để ngày nay trở thành một trong những nền tảng vững chắc nhất của sinh học hiện đại. Một tế bào vật chủ cổ xưa và một vi khuẩn cổ xưa đã ngừng làm hai sinh vật độc lập để hòa thành một thể thống nhất. Vi khuẩn từ bỏ sự tự do để trở thành nhà máy năng lượng; vật chủ từ bỏ việc tự đốt nhiên liệu thô sơ để có đủ năng lượng phát triển to lớn và tinh vi theo cách mà không một tế bào đơn lẻ nào từng mơ tới. Mọi loài thực vật, động vật và nấm trên hành tinh này đều là kết quả sống động của cuộc sáp nhập đó. Thuật ngữ chuyên môn để chỉ việc một sinh vật sống bên trong tế bào hay cơ thể của sinh vật khác là cộng sinh nội bào (endosymbiosis) — một dạng đặc biệt thân mật của hiện tượng cộng sinh (symbiosis) — và đây không phải là một hiện tượng kỳ dị hiếm hoi của quá khứ xa xôi. Nó là sự kiện kiến tạo nên sự tồn tại của chính chúng ta.
Đặt hiện thực ấy cạnh Spider, hình bóng sự biến đổi của cậu bé bớt đi vẻ siêu nhiên mà trở nên gần gũi đến kinh ngạc. Những gì cốt truyện chính thống (canon) mô tả là một sinh vật dạng sợi nấm — một nhánh của mạng lưới nấm Pandora — đã đến định cư trong cơ thể cậu và trao cho cậu một năng lực mà cậu chưa từng có: khả năng tự thở. Đó chính xác là bản giao kèo ty thể ngày xưa. Một vị khách dọn vào; vật chủ nhận được một sức mạnh mà bản thân không bao giờ có thể tự tiến hóa được. Thứ duy nhất thay đổi ở đây là chiếc đồng hồ thời gian. Cuộc sáp nhập tạo nên chúng ta mất hàng triệu năm tiến hóa để dàn xếp; cuộc sáp nhập của Spider, theo câu chuyện, chỉ diễn ra trong vài ngày ngắn ngủi.
Và chính sự dồn nén thời gian đó là mấu chốt của mọi vấn đề. Cộng sinh nội bào là có thật, đã được chứng minh và là nền tảng của sự sống — nhưng mọi hiểu biết của chúng ta đều chỉ ra rằng nó diễn ra chậm rãi, được đàm phán qua hàng triệu năm điều chỉnh lẫn nhau. Để thực hiện điều đó trên một cơ thể người trưởng thành chỉ trong vài ngày, sinh vật cộng sinh sẽ phải vượt qua một cách thần tốc bốn rào cản sinh học cụ thể mà tiến hóa thường có cả triệu năm để giải quyết. Phần còn lại của chương này sẽ đi qua bốn rào cản đó, xếp theo thứ tự từ dễ đến khó — bởi vì hóa ra Trái Đất đã tự giải quyết được một số rào cản, và rào cản mà Trái Đất chưa giải quyết được chính là nơi ta phải dừng lại suy ngẫm nghiêm túc nhất.
Thế giới của những kẻ ở trọ
Trước khi bước vào các rào cản, ta cần nhìn thấy sự đa dạng và phổ biến đáng kinh ngạc của những kiểu "ở trọ" sinh học này, bởi Spider không hoàn toàn là một dị biệt đơn độc như ta tưởng ban đầu — ngoại trừ một khía cạnh mang tính quyết định. Trái Đất đầy rẫy những sinh vật mang sinh vật khác bên trong mình, và cách chúng dọn vào ở cùng nhau được phân loại dựa trên hai câu hỏi cơ bản. Thứ nhất: vật chủ thừa kế sinh vật cộng sinh từ cha mẹ, hay thu nhận mới từ môi trường xung quanh? Thứ hai: vị khách hòa nhập sâu đến mức nào — chỉ là một người thuê trọ có thể dọn đi, hay đã trở thành một phần vĩnh viễn không thể tách rời của cấu trúc cơ thể?
Hãy nhìn loài rệp muội (aphid), một loài côn trùng nhỏ bé hút nhựa cây với một điểm yếu chí mạng: thức ăn của nó gần như toàn là đường tinh khiết, thiếu hụt trầm trọng các axit amin thiết yếu mà cơ thể nó không thể tự tổng hợp. Bên trong những tế bào chuyên biệt gọi là tế bào chứa khuẩn (bacteriocytes), nó nuôi dưỡng loài vi khuẩn Buchnera chuyên sản xuất chính xác những dưỡng chất còn thiếu đó. Mối quan hệ đối tác này cổ xưa và bền chặt đến mức — hơn một trăm triệu năm qua — vi khuẩn Buchnera đã thoái hóa rụng bớt phần lớn bộ gene và không thể sống ở bất kỳ đâu ngoài cơ thể rệp, còn rệp thì không thể tồn tại thiếu vi khuẩn. Rệp con nhận vi khuẩn này truyền từ mẹ; một giao ước gắn kết bắt buộc, vĩnh viễn và truyền qua nhiều thế hệ.
Bây giờ hãy nhìn sang mực ống đuôi ngắn Hawaii (bobtail squid), loài vật lại chọn một lộ trình rất khác. Mực con khi nở ra hoàn toàn không mang theo vi khuẩn cộng sinh nào; chỉ trong vài giờ đầu đời, nó phải tự mình thu lượm một loài vi khuẩn phát quang sinh học đặc hiệu, Vibrio fischeri, từ làn nước biển xung quanh — lọc chúng ra giữa một đám đông vi sinh vật khác, chỉ đón nhận đúng loài thích hợp và hình thành một cơ quan phát sáng bao quanh các "cư dân" vừa chuyển đến. Mỗi thế hệ mực đều phải tự thu nạp đối tác của mình từ đầu, từ môi trường. Đây là sự tiếp nhận theo chiều ngang (horizontal transmission), và đây chính là mô hình quan trọng nhất đối với trường hợp của Spider. Bởi vì Spider cũng không hề sinh ra cùng với sinh vật cộng sinh; cậu đã thu nhận nó — trong hoàn cảnh sinh tử ngặt nghèo, tất cả cùng một lúc — từ thế giới tự nhiên xung quanh.
Ta còn có san hô, loài vật đón nhận các vi tảo đơn bào vào trong mô của mình và sống chủ yếu nhờ lượng đường do tảo quang hợp — hưởng nguồn sống gián tiếp từ ánh sáng mặt trời, cho đến khi một đợt nắng nóng khiến các đối tác quay lưng lại với nhau và san hô bị tẩy trắng. Ta có loài amip đơn bào Paulinella, đang ở giữa quá trình biến một vi khuẩn lam bị nuốt chửng thành một bào quan vĩnh viễn, sau hàng chục triệu năm của cuộc sáp nhập tái hiện lại cách thực vật cổ xưa sở hữu lục lạp. Thậm chí có một loài kỳ nhông đốm mà trứng của nó bị tảo lục xâm lấn, và tảo len lỏi vào sống bên trong tế bào của phôi thai — trường hợp rõ ràng nhất ta ghi nhận về một vị khách quang hợp cư ngụ trong tế bào của một loài động vật có xương sống, điều ngỡ như không tưởng nhưng lại đang diễn ra.
Đặt tất cả chúng lại với nhau, Spider tìm thấy vị trí của mình giữa bức tranh ấy — với một điểm khác biệt then chốt quyết định tất cả. Cậu giống như chú mực nhỏ: tiếp nhận sinh vật cộng sinh theo chiều ngang từ môi trường chứ không phải thừa kế từ cha mẹ. Nhưng cậu khác biệt với mọi sinh vật trong bộ sưu tập này ở độ sâu và tốc độ tích hợp. Chú mực phát triển cơ quan phát sáng trong vài ngày, đúng — nhưng cơ thể nó đang kích hoạt một chương trình phát triển phôi thai mà loài của nó đã tôi luyện qua hàng triệu năm, sẵn sàng đón chờ vi khuẩn. Cơ thể Spider không hề có sẵn chương trình như thế. Đó là một cơ thể người hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn, và nó bị viết lại toàn bộ từ một điểm xuất phát hoàn toàn bị động. Đó chính là cú nhảy vọt. Để thấy cú nhảy ấy vĩ đại đến mức nào, ta hãy xem xét lần lượt bốn rào cản sinh học.
Spider đứng ở đâu giữa những kẻ ở trọ của Trái Đất
Mọi quan hệ cộng sinh nội bào đều trả lời hai câu hỏi: di truyền hay thu nhận, khách trọ hay bộ phận vĩnh viễn.
Một cộng sinh nấm sợi được thu nhận cùng một lúc, trong cơn nguy cấp, từ mạng lưới sống của Pandora — rồi hợp nhất đủ sâu và vĩnh viễn để viết lại hô hấp và cơ thể một người trưởng thành, ở tốc độ không gì trên Trái Đất sánh kịp.
Ngoại lệ Pandora
Rào cản thứ nhất: Sống sót trước chính hệ miễn dịch của bạn
Vấn đề đầu tiên mà một sinh vật cộng sinh dọn vào ở phải đối mặt là vấn đề cấp bách nhất: hệ miễn dịch của vật chủ vốn được tôi luyện, từ gốc rễ, để săn lùng và tiêu diệt chính xác những thứ như thế này. Một sinh vật ngoại lai kích thước lớn tự tiện định cư bên trong các mô tế bào của bạn, đối với hệ miễn dịch, chẳng khác nào một đợt nhiễm trùng thảm khốc. Cơ thể bạn mang sẵn những cỗ máy phòng vệ tinh nhuệ — các thụ thể nhận diện dấu ấn phân tử của thành tế bào nấm, các chuỗi phản ứng báo động triệu tập viêm nhiễm hàng loạt, các tế bào bạch cầu sinh ra chỉ để hạ gục và xé xác kẻ xâm nhập. Thả một khối nấm đang sinh sôi vào một người bình thường, kết cục xảy ra chắc chắn không phải là cộng sinh. Đó sẽ là một cơn sốt dữ dội, một cuộc tổng tấn công miễn dịch cuồng phong, và rất có thể là cái chết đến từ chính phản ứng tự vệ của cơ thể.
Vì vậy, bất kỳ sinh vật nội cộng sinh thực thụ nào cũng phải giải một bài toán tinh vi: nó phải tắt được, hoặc lách qua được, chuông báo động của vật chủ — mà không được làm cho vật chủ mất khả năng tự vệ trước mọi mối nguy hại khác. Đây là cơ chế dung nạp miễn dịch (immune tolerance), và lý do ta có thể vững tin rằng điều này khả thi là vì các sinh vật cộng sinh trên Trái Đất vẫn làm việc đó như cơm bữa, thông qua nhiều con đường khác nhau. Cơ quan phát sáng của mực đuôi ngắn ban đầu tự ngập tràn chất hóa học độc hại mang tên nitric oxide để xua đuổi các vi khuẩn tạp nhạp — và đối tác chuẩn xác, khi đã định cư, sẽ chủ động kích hoạt cơ chế hạ mức phòng thủ đó xuống, biến một vùng tiêu diệt thành nơi chào đón nồng hậu. Trong mối cộng sinh giữa kỳ nhông và tảo, các tế bào vật chủ chứa tảo tự làm dịu chính những chuỗi truyền tín hiệu báo động thông thường. Và chính cơ thể bạn cũng đang vận hành phiên bản ấn tượng nhất: một người mẹ mang thai có thể dung nạp một bào thai mang một nửa bộ gene ngoại lai từ người cha, ức chế cuộc tấn công miễn dịch một cách cục bộ và chuẩn xác suốt nhiều tháng ròng mà không khiến người mẹ bị suy giảm miễn dịch toàn thân.
Đối chiếu với điều này, việc cơ thể Spider dung nạp người bạn sợi nấm là phần ít gây nghi ngại nhất trong toàn bộ cuộc biến đổi. Nó không đòi hỏi bất cứ điều gì vượt ra ngoài những gì sinh học đã nhiều lần chứng minh. Một sinh vật cộng sinh tiết ra đúng các phân tử tín hiệu, kích hoạt các công tắc "hạ vũ khí" tại chỗ ngay tại vị trí xâm lấn trong khi vẫn để nguyên phần còn lại của hệ miễn dịch trang bị đầy đủ, là điều hoàn toàn nằm trong tầm tay của sự sống. Trong bốn rào cản, đây là rào cản mà khoa học Trái Đất có thừa bằng chứng để khẳng định tính khả thi. Hãy coi rào cản này đã được giải quyết.
Rào cản thứ hai: Hít thở một bầu trời hoàn toàn xa lạ
Rào cản thứ hai là điều quan trọng nhất đối với cốt truyện, bởi vì nó là điều kỳ diệu hiển hiện trước mắt: Spider hít thở bầu không khí vốn dĩ có thể giết chết cậu. Để thấy được sinh vật cộng sinh phải làm được những gì, bạn cần hiểu tại sao bầu không khí ấy lại gây chết người ngay từ đầu — và lý do thực sự không giống như hầu hết mọi người lầm tưởng. Bầu khí quyển của Pandora không hề thiếu oxy. Rắc rối nằm ở những thành phần khác đang cùng tồn tại trong đó.
I.4 — Hít một hơi là chết đã mổ xẻ trọn vẹn tính chí mạng ấy, và bản tóm tắt là một thế gọng kìm kép. Bầu khí quyển chứa khoảng một phần năm là carbon dioxide, đủ để đảo ngược chính cái gradient mà lá phổi phụ thuộc vào: thay vì thoát ra khỏi máu, CO₂ tràn ngược vào trong, và máu hóa axit chỉ trong vài phút. Song song đó, hydrogen sulfide chẹn đứng chính loại enzyme mà ty thể dùng để đốt oxy. Bầu khí quyển này giết người không phải bằng cách tước đoạt oxy, mà bằng cách đầu độc bộ máy và dìm chết bạn trong chính khí thải của mình — nghĩa là sinh vật cộng sinh của Spider có hai bài toán riêng biệt phải giải, chứ không phải một, và nó phải giải cả hai trong một cơ thể đã ngừng tăng trưởng.
Hít thở một bầu trời độc
Vì sao không khí Pandora giết người — và làm sao một cộng sinh có thể khiến nó thở được.
Không một người trưởng thành nào có thể mọc ra một cơ quan hô hấp mới chỉ sau một đêm, do đó sinh vật cộng sinh không thể giải quyết bài toán này bằng cách đập đi xây lại lá phổi từ đầu. Nhưng những gì nó có thể làm — và ở đây Trái Đất cung cấp một minh chứng đầy kinh ngạc — là phủ kín bề mặt các ống dẫn khí hiện có và hoạt động như một màng lọc hóa học sống động. Hãy xem loài giun ống khổng lồ sống quanh các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển sâu, trong môi trường nước bão hòa chính thứ khí hydrogen sulfide kịch độc với chúng ta. Loài giun ống này không có miệng và chẳng có ruột. Thay vào đó, nó mang trong một cơ quan đặc biệt hàng tỉ vi khuẩn chuyên thu gom sulfide độc hại cùng lượng CO₂ dồi dào để biến chúng thành thức ăn, thông qua quá trình hóa tổng hợp (chemosynthesis) — kiến tạo sự sống từ năng lượng hóa học ở nơi ánh sáng mặt trời không bao giờ chạm tới. Máu của loài giun thậm chí được cấu tạo đặc biệt để vận chuyển sulfide an toàn, khóa chặt sulfide ở một vị trí trong khi oxy cưỡi ở một vị trí khác trên phân tử hemoglobin, đưa chất độc đến thẳng cho vi khuẩn tiêu thụ. Một loài động vật đã được tiến hóa tái cấu trúc hoàn toàn xung quanh một sinh vật cộng sinh biết biến khí độc thành tài nguyên sinh dưỡng.
Đó chính là hình mẫu cho cơ thể sinh học thứ hai của Spider. Một lớp màng nấm lót trong đường thở, biểu hiện các enzyme chuyển hóa lượng CO₂ tràn vào trước khi nó kịp làm toan hóa máu và vô hiệu hóa sulfide trước khi nó chạm tới ty thể, sẽ cho phép lá phổi người bình thường tiếp nhận dưỡng khí sử dụng được từ một bầu trời độc hại — không phải bằng cách chống lại khí quyển, mà bằng cách cài đặt một nhà máy hóa chất chuyên ăn những thứ có thể giết chết cơ thể. Chúng ta chưa từng thấy ví dụ nào về một sinh vật cộng sinh cải tiến hệ hô hấp của một loài động vật có vú theo cách này, và diện tích bề mặt cùng tốc độ xử lý mà màng lọc này đòi hỏi là vô cùng thách thức. Nhưng về nguyên lý — một sinh vật cộng sinh tái cấu trúc vật chủ xoay quanh một loại khí độc — đã được khắc ghi vào đá ở mọi miệng phun thủy nhiệt trên Trái Đất. Hãy coi rào cản này là hợp lý: chưa từng được chứng minh ở động vật có xương sống, nhưng không hề vi phạm bất kỳ quy luật tự nhiên nào ta từng biết.
Rào cản thứ ba: Mọc ra một cơ quan chưa từng tồn tại
Đây chính là nơi sự suy xét trung thực của khoa học bắt đầu trở nên hóc búa, bởi vì biến đổi thứ ba xảy ra với Spider là điều mà sinh học Trái Đất chưa từng học được cách làm. Cậu không chỉ đơn thuần dung nạp một sinh vật cộng sinh và thở được không khí lạ. Cậu mọc ra một cơ quan hoàn toàn mới — tua thần kinh (neural queue), cấu trúc sống động cho phép người Na'vi kết nối, thông qua mối giao cảm Tsaheylu, với các sinh vật và toàn bộ mạng lưới của Pandora. Một cấu trúc mà bộ gene của cậu vốn chẳng hề có bản vẽ thiết kế, lại được mọc ra từ đáy hộp sọ, ngay trên một cơ thể người đã trưởng thành hoàn toàn. Đó là một mức độ bài toán hoàn toàn khác biệt so với hai rào cản đầu tiên, và ta cần phải rành mạch về lý do tại sao nó lại khó đến thế.
Cơ thể của một loài động vật được xây dựng một lần duy nhất, từ rất sớm trong giai đoạn phôi thai, bởi một chương trình di truyền chính xác đến nghẹt thở. Trong quá trình phát triển phôi, các gradient nồng độ hóa học sẽ chỉ dẫn cho từng tế bào biết nó đang ở đâu và phải trở thành cái gì; các gene bật và tắt theo một trình tự nghiêm ngặt; và một khi kế hoạch đã được thực thi xong, nó sẽ khóa chặt lại. Các nhà sinh học gọi hiện tượng này là sự định kênh phát triển (canalization) — cách mà sự phát triển cơ thể trượt vào những rãnh cố định và sau đó cực kỳ khó để mở lại. Có một lý do sống còn cho sự khóa chặt này: một cơ thể trưởng thành mà vẫn có thể bị kích động mọc thêm các cấu trúc mới chính là một cơ thể chỉ cách các khối u ác tính đúng một bước chân. Trên thực tế, khi các mô trưởng thành bật lại các chương trình tăng trưởng cổ xưa mà thiếu đi sự kiểm soát không gian tinh vi của phôi thai, thứ mà chúng tạo ra gần như luôn luôn là — một khối ung thư, chứ không bao giờ là một cơ quan hoàn chỉnh.
Mọc một cơ quan chưa từng có
Mô trưởng thành khóa kín chương trình dựng cơ thể — vì một lý do chính đáng.
Khe hở giữa 'không gì cả' và 'ung thư' rất hẹp
Do đó, tua thần kinh không chỉ đơn thuần là "thêm một bộ phận cơ thể". Đó là một yêu cầu mở lại một chương trình phát triển mà sinh học của người trưởng thành đã niêm phong kỹ lưỡng nhằm ngăn ngừa hiểm họa — và đòi hỏi kết quả sinh ra phải là một cơ quan có tổ chức, có đầy đủ chức năng chứ không phải một mớ mô tăng sinh hỗn loạn. Trái Đất đã tiến gần đến mức nào trước năng lực này? Gần hơn bạn tưởng ở một vài khía cạnh, nhưng vẫn còn xa vời vợi ở những khía cạnh khác. Một con kỳ nhông có thể mọc lại nguyên vẹn một chiếc chân bị đứt lìa, tái tạo xương, cơ, dây thần kinh và da theo đúng thứ tự hoàn hảo, bằng cách hình thành một nụ tái sinh (blastema) — một cụm tế bào được tái lập trình để chạy lại bản thiết kế phôi thai theo yêu cầu. Một con hươu đực mọc lại cặp gạc khổng lồ mỗi năm: một cấu trúc phụ lớn, được cấp máu và chằng chịt dây thần kinh, phát triển với tốc độ kinh ngạc ngay trên một loài động vật có vú. Như vậy, bộ gene hoàn toàn có thể lưu giữ các chỉ dẫn cho sự tăng trưởng nhanh chóng, có tổ chức và quy mô lớn, và có thể bật lại chúng ở cá thể trưởng thành mà không gây ra sự hỗn loạn tế bào.
Nhưng hãy để ý nút thắt trong mọi ví dụ trên: con vật luôn mọc lại một thứ mà loài của nó vốn đã biết cách tạo ra. Cơ thể con kỳ nhông biết thế nào là một chiếc chân kỳ nhông; cơ thể con hươu biết rõ cấu trúc gạc hươu. Không có loài nào đang mọc ra một cơ quan chưa từng tồn tại trong phả hệ tiến hóa của chúng. Đó chính là ranh giới mà tua thần kinh của Spider đã vượt qua còn sinh học Trái Đất thì chưa. Dẫu vậy, ta vẫn có những tia hy vọng le lói từ các nghiên cứu tiên phong — như công trình của Michael Levin, người đã chứng minh rằng các điện thế siêu nhỏ giữa các tế bào, tức điện thế sinh học (bioelectricity) của mô, hoạt động như một bản thiết kế định hướng có thể viết lại được, dẫn dụ giun dẹp và ếch mọc mắt hoặc chi phụ ở những vị trí bất thường chỉ bằng cách thay đổi mô hình điện thế mà không cần can thiệp vào gene. Đó là gợi ý thuyết phục nhất cho thấy một sinh vật cộng sinh có thể áp đặt một bản thiết kế "mọc ở đây, theo hình dáng này" lên các mô trưởng thành. Nhưng cảm ứng một cơ quan đã biết ở sai vị trí vẫn còn cách một khoảng trời mênh mông so với việc mọc ra một cơ quan cảm giác hoàn toàn mới, được kết nối chuẩn xác, trên cơ thể một con người. Trong bốn rào cản, đây là rào cản mang tính suy đoán thuần túy — nơi sinh học của Spider vượt xa bất kỳ thành tựu nào mà Trái Đất hiện chạm tới được.
Rào cản thứ tư: Học cách cảm nhận qua một chi thể mới
Giả sử tua thần kinh đã mọc thành hình trọn vẹn. Một bài toán thứ tư đang chờ đón, lặng lẽ hơn nhưng cũng không kém phần gian nan: một cơ quan mới sẽ hoàn toàn vô dụng nếu hệ thần kinh không biết cách sử dụng nó. Tua thần kinh không phải là vật trang trí; nó truyền tín hiệu hai chiều, cho phép Spider cảm nhận và được cảm nhận bởi bất kỳ sinh vật nào cậu kết nối cùng. Điều đó có nghĩa là hàng ngàn sợi dây thần kinh của tua thần kinh phải tự tìm đường cắm sâu vào tủy sống và thân não để tích hợp — và rồi bộ não phải học cách giải mã một luồng tín hiệu đầu vào mà nó vốn chưa từng được lập trình để tiếp nhận.
Nửa đầu của bài toán là điều mà cơ thể vốn đã có sẵn năng lực thực hiện. Các dây thần kinh ngoại biên — những dây nằm ngoài não và tủy sống — hoàn toàn có thể tái sinh sau tổn thương, các nón tăng trưởng (growth cones) len lỏi dọc theo các dấu vết hóa học và giàn giáo vật lý để tìm đến đích. Phôi thai đang phát triển liên tục dẫn đường cho các dây thần kinh mới nối vào các cấu trúc mới, dưới sự chỉ đạo của quần thể tế bào di cư mang tên mào thần kinh (neural crest) vốn là nguồn gốc của phần lớn hệ thần kinh ngoại biên. Một sinh vật cộng sinh rải đúng các vệt hóa học dẫn đường về mặt nguyên tắc có thể chỉ dẫn các sợi thần kinh của tua thần kinh đâm chồi vào trong dọc theo chính giàn giáo sợi nấm. Việc nối dây là một bài toán hóc búa, nhưng là bài toán nằm trong tầm giải quyết.
Nửa sau của bài toán lại tinh tế hơn nhiều, và đáng kinh ngạc thay, lại chính là phần mà chúng ta có nhiều bằng chứng thực nghiệm trực tiếp nhất trên cơ thể người. Bộ não người trưởng thành mềm dẻo và linh hoạt hơn nhiều so với những gì chúng ta từng nghĩ: nó liên tục tự vẽ lại bản đồ thần kinh xung quanh các tín hiệu đầu vào và đầu ra mới. Những người học cách "nhìn" thế giới thông qua một camera truyền xung điện lên lưỡi, những bệnh nhân học cách điều khiển cánh tay robot bằng suy nghĩ, thậm chí những người tình nguyện được gắn thêm một ngón tay cái robot thứ sáu hoạt động linh hoạt — tất cả đều cho thấy một hiện tượng đồng nhất: bản đồ vỏ não âm thầm tái phân bổ lãnh thổ cho một kênh thông tin mới mà nó chưa từng dự tính trước. Đây chính là tính dẻo thần kinh (neuroplasticity), và nó có nghĩa là bước cuối cùng — bộ não của Spider thực sự học cách cảm nhận thế giới thông qua tua thần kinh — là rào cản duy nhất mà chúng ta có thể trực tiếp quan sát thấy con người vượt qua trong phòng thí nghiệm ngày nay. Dẫu không phải với một tua thần kinh sống do nấm mọc ra, nhưng nguyên lý rằng bộ não con người có thể dung nạp một giác quan hoàn toàn mới là điều không còn phải bàn cãi.
Điều này có ý nghĩa gì?
Những ranh giới sòng phẳng
Xếp đặt cuộc biến đổi của Spider theo mức độ chứng cứ sinh học thực tế hậu thuẫn cho ta một chiếc thang phân loại rõ ràng, và việc leo qua từng bậc thang một cách cẩn trọng là điều tối quan trọng, bởi mỗi tầng là một loại tuyên bố hoàn toàn khác nhau về bản chất khoa học.
Bốn rào cản của Spider dưới lăng kính sinh học Trái Đất
Hãy soi chiếu từng bước biến đổi của cậu bé vào nền tảng sinh học thực tế mà chúng ta đang có. Chúng không đứng trên cùng một mức độ xác thực — và việc sòng phẳng chỉ ra mức độ của từng rào cản chính là mục đích cốt lõi của cuốn sách.
- Earth analog
- Cơ quan phát sáng ở mực Vibrio; kỳ nhông và tảo; thai kỳ ở động vật có vú
Dung nạp miễn dịch với một sinh vật ngoại lai đã được chứng minh vô số lần qua nhiều con đường độc lập. Một sinh vật cộng sinh kích hoạt công tắc 'đình chiến' cục bộ của vật chủ tại vị trí định cư không đòi hỏi điều gì vượt ngoài năng lực sinh học. Rào cản này là bài toán dễ nhất.
Ranh giới cần được vạch ra một cách dứt khoát là ranh giới giữa nguyên lý và thực thi. Nguyên lý nền tảng bên dưới cả bốn rào cản — rằng một sinh vật có thể dọn vào bên trong sinh vật khác, được dung nạp, trao cho vật chủ năng lực chuyển hóa mới và trở thành một phần vĩnh cửu của cơ thể — hoàn toàn không phải là suy đoán viển vông. Đó là cộng sinh nội bào, nền khoa học chuẩn xác đã tạo nên ty thể trong tế bào bạn, lục lạp trong từng chiếc lá cây, và một thế giới phong phú của các mối quan hệ cộng sinh từ rệp muội đến rạn san hô. Một cơ thể thực chất là một liên minh của các sinh vật từng tách rời thậm chí còn có một danh xưng khoa học riêng — một thể toàn sinh (holobiont) — và theo thước đo đó, chính bạn lúc này đã là một thể toàn sinh rồi. Những gì thuộc về nguyên tác rất cô đọng và rõ ràng: một sinh vật sợi nấm chiếm đóng Spider, cậu tự thở không cần mặt nạ, cậu mọc tua thần kinh có chức năng kết nối, và RDA thèm khát cơ chế này. Tất cả những gì nằm giữa khoa học vững chắc và nguyên tác — xem sự biến đổi là thu nhận theo chiều ngang, xem đường hô hấp là màng lọc hóa tổng hợp, xem tua thần kinh là quá trình tạo cơ quan được cảm ứng — đều là suy luận khoa học, và được đánh dấu rõ ràng là suy luận. Và việc mọc ra một cơ quan mới trên người trưởng thành nằm ở xa hơn nữa, là sự suy đoán trung thực về một bước đi mà Trái Đất chưa từng bước qua.
Vậy là cậu bé kéo chiếc mặt nạ ra và hít thở, và đó không phải là một phép màu, cũng chẳng phải một trò gian lận kịch bản. Đó là bản giao kèo cổ xưa nhất trong sinh học — một vị khách dọn vào, một vật chủ được tái sinh — được vận hành ở một tốc độ mà tiến hóa tự nhiên chưa từng chạy thử. Ba trong số bốn điều mà bản giao kèo ấy đòi hỏi từ cơ thể Spider, Trái Đất đã chứng minh là hoàn toàn có thể: sự đình chiến với hệ miễn dịch, nhà máy hóa chất xử lý bầu trời kịch độc, và bộ não học cách đón nhận một giác quan mới. Chỉ duy nhất một điều, việc mọc ra một cơ quan chưa từng có trong lịch sử loài giống, là vẫn còn nằm ngoài tầm với của chúng ta. Và ta rất nên suy ngẫm về sự thật rằng chính quá trình mọc ra cơ quan — chứ không phải việc hít thở hay kết nối thần kinh — mới là phần khó khăn nhất. Spider hít thở Pandora cũng cùng một lý do bạn đang hít thở Trái Đất: một sinh vật khác đã dọn vào tế bào của cậu và ban cho cậu sức mạnh đó. Điểm khác biệt duy nhất chỉ là vị khách của bạn đã đến trước hai tỉ năm, và đã quá quen thuộc suốt bao thiên niên kỷ đến mức bạn đã quên mất rằng nó từng là một vị khách lạ ghé thăm.
Những câu hỏi còn để ngỏ
Cốt truyện gốc liên kết sự biến đổi của Spider với mạng lưới nấm của Pandora và sự can thiệp của Kiri, nhưng không bao giờ khẳng định sinh vật bên trong cậu là mạng nấm rễ thông thường của nền rừng hay là một loài cộng sinh chuyên biệt hiếm thấy. Điều này mang ý nghĩa rất lớn: nếu một loại nấm phổ thông làm được điều này thì năng lực thích ứng tiềm ẩn khắp mọi nơi trên Pandora, còn nếu là một loài nấm đặc biệt thì đây là một sự kiện hi hữu, thậm chí được sắp đặt có chủ ý. Câu chuyện giữ cho chi tiết này hoàn toàn để ngỏ.
Biến đổi này có thể diễn ra ở hai tầng mức hoàn toàn khác nhau. Nó có thể thuần túy mang tính tế bào soma (somatic) — sợi nấm tái cấu trúc các mô sẵn có và bổ sung mô của riêng nó mà không chạm vào DNA người của Spider — hoặc nó có thể xâm nhập sâu và chỉnh sửa chính bộ gene của cậu. Cách tiếp cận của cốt truyện (chẩn đoán là sự xâm lấn/chiếm đóng chứ không phải đột biến gene) nghiêng về khả năng thứ nhất, và đó cũng là điều giấc mơ 'giải mã kỹ thuật' của RDA cần. Nhưng liệu có bất kỳ biến đổi di truyền nào xảy ra, và liệu đặc tính này có thể truyền lại cho đời sau hay không, vẫn là điều chưa từng được nhắc tới.
Đây là câu hỏi chiến lược mà bộ phim đặt ra nhưng chưa có lời đáp. Spider là một chỉnh thể sinh học hoàn chỉnh, nơi vật chủ và sinh vật cộng sinh phân chia nhịp nhàng, miễn dịch được dung hòa và sự tăng trưởng được dẫn đường — chính là sự phối hợp mà sinh học tổng hợp trong phòng thí nghiệm chưa thể làm được. Liệu sự tích hợp đó có phải là một cơ chế di động có thể chiết xuất và áp dụng đại trà cho mọi người lính, hay chỉ là một sự kiện độc nhất vô nhị chỉ xảy ra vì cả mạng lưới hành tinh đã cố tình can thiệp lên một đứa trẻ? Đó chính là ranh giới mong manh giữa một vũ khí sinh học thực tế và một câu chuyện thần thoại. Nguyên tác chủ ý để ngỏ câu hỏi này.