CHƯƠNG II BẮT TAY VÀO NGHIÊN CỨU

Những hình ảnh của phòng giải phẫu ở trường y thật khó quên. Hãy hình dung bạn dành nhiều tháng ròng rã trong một gian phòng để nghiên cứu từng lớp thịt da, từng cơ quan trong cơ thể con người, qua đó học hàng nghìn thuật ngữ mới và cấu trúc chung.

Nhiều tháng trước khi tôi thực hiện lần giải phẫu cơ thể người đầu tiên, tôi tự chuẩn bị bằng cách cố gắng hình dung ra những gì mình sẽ thấy, cách thức phản ứng của mình và những gì mình sẽ cảm nhận được. Hóa ra những tưởng tượng đó đã không giúp tôi chuẩn bị được gì cho trải nghiệm của mình. Khoảnh khắc khi chúng tôi lật tấm vải phủ và lần đầu tiên trông thấy thi thể không quá ức chế như tôi tưởng. Chúng tôi dự định mổ phần ngực, do đó chúng tôi mở lồng ngực trong khi chừa lại phần đầu, cánh tay và chân thi thể bọc trong gạc tẩm chất bảo quản. Các lớp mô trông không giống của người cho lắm. Do được xử lý bằng một số loại hóa chất bảo quản, thi thể không chảy máu khi bị dao mố cắt vào, da và các nội quan trở nên cứng như cao su. Tôi bắt đầu nghĩ rằng tử thi trông giống con búp bê hơn là người. Chúng tôi mổ phanh các cơ quan của lồng ngực và khoang bụng trong vài tuần. Tôi bắt đầu cho là mình khá “chuyên nghiệp” vì đã quan sát hầu hết các nội quan trong cơ thể người. Tôi đã trở nên tự tin thái quá đối với toàn bộ sự trải nghiệm của mình. Tôi đã thực hiện lần mổ đầu tiên, tự tôi cắt các mô và học về giải phẫu của các cơ quan chính trong cơ thể. Tất cả đã diễn ra một cách máy móc, tuần tự và khoa học.

Ảo tưởng dễ chịu này bị phá vỡ nhanh chóng khi tôi nghiên cứu bàn tay. Lúc tôi mở lớp gạc quấn các ngón tay của tử thi (đó là lần đầu tiên tôi nhìn thấy các khớp xương, đầu ngón tay và móng tay) tôi nhận ra những cảm xúc chưa bộc lộ trong những tuần học trước. Đây không phải là búp bê hay manơcanh, mà từng là một con người thật, biết dùng bàn tay của mình để cầm nắm và vuốt ve. Bài thực hành giải phẫu máy móc bỗng trở nên sâu sắc và chứa đầy cảm xúc cá nhân. Cho tới tận lúc đó tôi đã không nhìn thấy mối liên hệ giữa tôi với tử thi. Tôi đã mở dạ dày, túi mật và các cơ quan khác, nhưng có người bình thường nào lại đi thiết lập mối liên hệ con người khi trông thấy túi mật?

Điều gì ở bàn tay thể hiện phần tinh hoa của con người? Câu trả lời là ở một mức độ nhất định, bàn tay tạo nên mối liên hệ hữu hình giữa chúng ta, vì nó là dấu hiệu cho biết chúng ta là ai, và những gì chúng ta có thể đạt tới. Khả năng cầm nắm, xây dựng và hiện thực hóa ý tưởng của chúng ta nằm trong phức hợp xương, dây thần kinh và mạch máu của bàn tay.

Điều ngay lập tức kích thích bạn khi trông thấy phần bên trong của bàn tay là độ nén của nó. Gò cái (phần gan bàn tay nối với ngón cái) có 4 cơ khác nhau. Việc xoay ngón tay cái đồng thời nghiêng bàn tay cần 10 cơ và ít nhất 6 xương nhỏ khác nhau cùng hoạt động nhịp nhàng. Trong cổ tay có ít nhất 8 xương nhỏ cử động cùng với nhau. Uốn cổ tay tức là bạn đang dùng tới một số cơ khởi đầu ở phần cẳng tay, kéo dài suốt cánh tay, nối với các gân ở cổ tay và kết thúc ở bàn tay. Ngay cả chuyển động đơn giản nhất cũng cần sự phối hợp phức tạp của nhiều bộ phận nằm chen chúc trong một vùng không gian nhỏ.

Mối quan hệ giữa sự phức tạp và nhân tính trong đôi bàn tay của chúng ta từ lâu đã cuốn hút các nhà khoa học. Năm 1822, nhà giải phẫu học lỗi lạc người Scotland, Sir Charles Bell đã viết cuốn sách kinh điển về giải phẫu bàn tay. Đầu đề cuốn sách đã nói lên tất cả: Bàn tay, cơ chế hoạt động và năng lực thiên bẩm mà thiết kế của nó đã chứng minh (The Hand, its Mechanism and Vital Endowments as Evincing Design). Đối với Bell, cấu trúc của bàn tay là “hoàn hảo” vì nó phức tạp và được: cấu tạo một cách lý tưởng cho cách sống của chúng ta. Trong mắt ông, sự hoàn hảo về thiết kế này chỉ có thể bắt nguồn từ thần thánh.

Nhà giải phẫu học vĩ đại, Sir Richard Owen là một trong số những nhà khoa học đi đầu trong công cuộc tìm hiểu trật tự thiêng liêng bên trong cơ thể. Ông may mắn là một nhà giải phẫu học sống vào giữa thế kỷ 18, khi vẫn còn có nhiều loài động vật mới để khám phá ở những nơi xa xôi trên trái đất. Khi các khu vực trên thế giới được người phương Tây thám hiểm ngày càng nhiều, tất cả những loại sinh vật kỳ lạ được đưa về các phòng thí nghiệm và bảo tàng. Owen đã mô tả con hắc tinh tinh đầu tiên được mang về từ các chuyến thám hiểm Trung Phi. Ồng đã đưa ra tên gọi “khủng long” cho một loại sinh vật hóa thạch mới được tìm thấy ở Anh. Nghiên cứu về các sinh vật kỳ lạ mới mẻ đã cho ông một cái nhìn sâu sắc đặc biệt: ông bắt đầu nhìn ra các quy luật quan trọng trong sự đa dạng tưởng chừng hỗn độn của cuộc sống.

Owen đã khám phá ra rằng cánh tay, chân, bàn tay và bàn chân có thể nằm trong một sự sắp đặt rộng hơn. Ông đã hiểu được những gì mà các nhà giải phẫu học trước ông đã từng biết đến từ lâu, đó là có một kiểu mẫu sắp xếp xương tay ở người: một xương ở phần cánh tay, hai xương ở phần cẳng tay và một loạt chín xương nhỏ ở cổ tay, cuối cùng là năm hàng xương ngón tay. Kiểu sắp xếp xương ở chân của người củng giống như vậy: một xương đùi, hai xương cẳng chân, nhiều xương bàn chân và năm hàng xương ngón chân. Khi so sánh kiểu sắp xếp này với xương của các sinh vật khác trên trái đất, Owen đã có một khám phá đáng chú ý.

Sự thiên tài của Owen nằm ở chỗ ông không chỉ tập trung vào những khác biệt về xương. Điều ông tìm thấy và sau đó được phổ biến qua một loạt các bài giảng và tuyển tập là sự tương đồng khác thường giữa các sinh vật có hình dạng rất khác nhau như ếch và người. Tất cả các sinh vật có chi, cho dù chi đó là cánh, chân bơi, hay bàn tay, đều có một cấu trúc chung. Một xương tương tự xương cánh tay hoặc xương đùi khớp nối với hai xương, hai xương này nối với một loạt các xương nhỏ. Các xương này lại gắn với xương ngón tay hoặc ngón chân. Kiểu mẫu sắp xếp này thể hiện ở cấu trúc của tất cả các loại chi của động vật. Để tạo thành cánh dơi, xương ngón tay được kéo dài ra. Để tạo thành chân ngựa, xương ngón tay giữa và ngón chân giữa được kéo dài ra trong khi các ngón hai bên bị tiêu giảm và mất đi. Còn để tạo ra chân ếch thì thế nào? Kéo dài các xương chân và nhập một số chúng với nhau.

Sự khác biệt giữa các sinh vật nằm ở sự sai khác về hình dạng và kích thước của các xương và số lượng xương con, ngón tay, và ngón chân. Mặc dù có sự thay đổi đáng kể trong cách hình thành chi và tạo hình chi ở động vật, song sơ đồ này luôn luôn hiện hữu.

Đối với Owen, nhận ra một thiết kế mẫu của chi động vật chỉ là sự khởi đầu: Khi nghiên cứu sọ và xương sống, thậm chí khi xem xét toàn bộ cấu trúc của cơ thể, ông đều tìm thấy những điều tương tự. Có một kiểu thiết kế cơ bản ở bộ xương của tất cả động vật. Ếch, dơi, con người và thằn lằn chỉ là những biến thể theo cùng một chủ đề. Chủ đề đó, theo Owen, là bản thiết kế của Đấng sáng tạo.

Sơ đồ chung cho tất cả các loại chi động vật: một xương, tiếp theo là hai xương, sau đó là các xương con, cuối cùng là xương ngón tay hoặc ngón chân.

Ngay sau khi Owen công bố phát hiện này trong bản thảo kinh điển mang tên Bàn về bản chất cùa các chi động vật, Charles Darwin đã đưa ra một sự lý giải nhã nhặn cho nó. Lý do cánh dơi và tay người có chung kiểu sắp xếp là chúng đều bắt nguồn từ một tổ tiên chung. Cách lý giải tương tự có thể dùng để giải thích sự tương đồng giữa tay người và cánh chim. Có một điểm khác biệt lớn giữa học thuyết của Owen và Darwin, đó là thuyết Darwin cho phép chúng ta đưa ra những phán đoán rất chính xác. Theo Darwin, chúng ta sẽ lại tìm thấy sơ đồ thiết kế mẫu của Owen ở các sinh vật không có chi. Như vậy, chúng ta có thể tìm kiếm lịch sử của các kiểu chi ở đâu? Hãy xem xét loài cá và các xương vây của chúng.

NHÌN VÀO LOÀI CÁ

Ở thời Darwin và Owen, sự khác biệt giữa vây và chi động vật tưởng chừng không thể san lấp được. Vây cá không có sự tương đồng rõ rệt nào với chi động vật trên cạn. Ở bên ngoài, hầu hết vây cá được tạo thành từ màng vây. Chi của chúng ta chẳng có cấu trúc gì giống như vậy, chi của các động vật còn tồn tại ngày nay cũng thế. Việc so sánh không hề dễ dàng hơn khi bạn loại bỏ màng vây để tìm hiểu phần xương bên trong. Ở hầu hết các loài cá, chẳng có sơ đồ xương nào tương đương với sơ đồ của Owen theo kiểu một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón. Tất cả chi đều có một xương dài ở gốc: xương cánh tay và xương đùi. Ở cá, bộ xương trông hoàn toàn khác. Phần gốc của một vây cá điển hình có từ bốn xương trở lên.

Vào giữa thế kỉ 18, các nhà giải phẫu học đã bắt đầu tìm hiểu về những loài cá bí ẩn ở các lục địa phương Nam. Một trong những phát hiện đầu tiên là của các nhà giải phẫu học Đức làm việc tại khu vực Nam Mỹ. Loài cá ở đây trông giống như một loài cá bình thường, có vây và có vảy, nhưng phía sau cổ họng là túi rỗng lớn có hệ thống mạch máu: phổi. Thế nhưng sinh vật này lại có vây và có vảy. Nhóm phát hiện hoang mang đến mức đặt cho con vật này cái tên Lepidosiren paradoxa hay “lưỡng cư có vảy một cách ngược đời”. Các loài cá có phổi khác được gọi chung là cá phổi cũng được tìm thấy không lâu sau đó ở châu Phi và châu Úc. Các nhà thám hiểm châu Phi đã mang về cho Owen một mẫu sinh vật. Những nhà khoa học như Thomas Huxley và nhà giải phẫu học Carl Gegenbaur đã nhận thấy cá phổi là đại diện trung gian cần thiết giữa loài lưỡng cư và cá. Còn người dân địa phương lại xem chúng là những món ngon.

Một kiểu sắp xếp xương tưởng bình thường ở vây các loài cá này lại có ảnh hưởng sâu sắc tới khoa học. Vây của cá phổi có một xương đơn ở gốc gắn với vai. Đối với các nhà giải phẫu học, sự tương đương đã rõ ràng. Xương cánh tay của chúng ta cũng có một xương đơn và được gắn với vai. Với cá phổi, ta có một con cá có xương cánh tay. Lạ một điều, nó không phải là một loài cá bất kỳ, mà là một loài cá có phổi. Trùng hợp ngẫu nhiên chăng?

Ngay khi một số ít các loài cá còn tồn tại này được biết tới vào những năm 1800, các manh mối bắt đầu được thu thập từ một nguồn khác. Như bạn có thể đoán được, những thông tin quan trọng này là từ cá cổ đại.

Một trong những hóa thạch đầu tiên là từ bờ biển của bán đảo Gaspé ở Quebec, trong lớp đá khoảng 380 triệu năm tuổi. Loài cá này có một cái tên khó đọc là Eusthenopteron. Eusthenopteron có sự pha trộn đáng chú ý các đặc trưng của loài lưỡng cư và cá. Theo kiểu xếp xương chi của Owen (một xương – hai xương – nhiều xương con – xương ngón), Eusthenopteron có phần một xương – hai xương nhưng là ở vây. Sau đó, một số loài cá có cấu trúc giống như chi động vật cũng được phát hiện. Nguyên mẫu của Owen không phải là một phần thần thánh và bất biến của mọi sự sống. Nó có một lịch sử và lịch sử đó được tìm thấy trong đá thuộc kỷ Devon, khoảng 390 – 360 triệu năm tuổi. Những hiểu biết chuyên sâu này đã xác lập nên một chương trình nghiên cứu toàn diện với một lịch trình hoàn toàn mới: ở đâu đó trong lớp đá kỷ Devon, chúng ta sẽ tìm ra nguồn gốc của xương ngón tay và ngón chân.

Các mẫu đá thu được vào những năm 1920 đã mang lại nhiều bất ngờ. Một nhà cổ sinh học người Thụy Điển tên là Gunnar Save-Soderbergh đã có cơ hội thám hiểm bờ đông của Greenland để tìm kiếm hóa chạch. Vùng này là nơi khó tiếp cận nhưng Save-Soderbergh đã nhận ra nó có nhiều trầm tích của đá kỷ Devon. Ông cũng là một trong những nhà thám hiếm cổ sinh kiệt xuất vì đã khám phá được nhiều hóa thạch quan trọng trong sự nghiệp ngắn ngủi của mình với tinh thần tìm tòi đáng khâm phục và sự chú ý nghiêm ngặt đến các chi tiết. (Không may là ông đã chết vì bệnh lao khi còn trẻ, không lâu sau thành công của các chuyến thám hiểm). Trong các chuyến thám hiểm từ năm 1929 đến năm 1934, đội của Save-Soderbergh đã khám phá ra điều mà thời đó người ta coi là mắt xích chính yếu còn thiếu. Các tờ báo trên thế giới tung hô khám phá của ông; các bài báo chuyên đề phân tích tầm quan trọng của nó; tranh biếm họa thì đả kích nó. Các hóa thạch được bàn tới là những bức tranh khảm thực sự. Nó có đầu và đuôi giống cá, nhưng cũng có chi cấu tạo hoàn chỉnh (có ngón tay và ngón chân) và các đốt sống thì giống lưỡng cư đến kỳ lạ. Sau khi Save-Soderbergh mất, các hóa thạch được mô tả bởi đồng nghiệp của ông là Erik Jarvik (người đặt tên cho một trong những mẫu hóa thạch mới này là Ichthyostega soderberghi, theo tên người bạn của mình).

Đối với câu chuyện của chúng ta, Ichthyostega không hoàn toàn đáp ứng mong đợi. Quả thực, hóa thạch này là loài trung gian đáng chú ý chủ yếu do phần đầu và lưng, nhưng nó cho biết rất ít về nguồn gốc của các chi, vì giống như các loài lưỡng cư, nó đã có ngón tay và ngón chân. Một sinh vật khác (vốn ít được chú ý khi Save-Soderbergh công bố) đã mang lại những hiểu biết sâu sắc thực sự nhiều thập kỷ sau đó. Loài động vật có chân thứ hai này vẫn là một bí ẩn tới tận năm 1988, khi một đồng nghiệp nghiên cứu cổ sinh của tôi tên là Jenny Clack (người đã được chúng tôi nói tới ở chương sách đầu tiên) quay trở lại khu khai quật của Save-Socierbergh và tìm thấy thêm các phần của hóa thạch đó. Được đặt tên là Acanthostega gunnari dựa trên các mảnh hóa thạch của Save-Soderbergh từ những năm 1920, sinh vật này bộc lộ các chi hoàn chỉnh có ngón tay và ngón chân. Nhưng nó cũng có một điểm gây ngạc nhiên thực sự: Jenny nhận thấy chi của nó có hình giống một mái chèo, hầu như giống chân bơi chèo của một con hải cẩu. Đặc điểm này làm cô nảy ra ý nghĩ rằng những kiểu chi đầu tiên sinh ra để giúp động vật bơi lội chứ không phải để bước đi. Những thông tin quan trọng nói trên là một bước tiến đáng kể, nhưng có một vấn đề vẫn còn tồn tại: Acanthostega đã có các ngón cấu tạo hoàn chính với một phần cổ tay thực sự và không có màng vây. Acanthostega có chi, tuy vẫn còn sơ khai. Việc tìm kiếm nguồn gốc của bàn tay và bàn chân, cổ tay và mắt cá chân phải tiếp tục triển khai sâu rộng hơn theo thời gian. Đây là vấn đề nan giải cho tới tận năm 1995. 

Vây của hầu hết các loài cá – chẳng hạn như của con cá vằn (hình trên cùng) – có một số lượng lớn các màng vây và nhiều xương ở gốc. Các loài cá phổi thu hút sự chú ý của mọi người do chúng có một xương duy nhất ở gốc vây. Eusthenopteron (hình giữa) cho thấy các hóa thạch đã bắt đầu điền vào chỗ trấng: nó có những chiếc xương tương ứng với cánh tay và cẳng tay của chúng ta. Acanthostega (hình dưới cùng) có cùng kiểu xương cánh tay như của Eusthenopteron, nhưng có thêm các ngón hoàn chỉnh.