Nhìn lại những thành tựu sinh học nổi bật năm 2024

Năm 2024 đánh dấu một năm đột phá trong sinh học, nơi trí tuệ nhân tạo được ứng dụng để khám phá các phân tử và não bộ, đồng thời lật ngược những giả định lâu đời về hệ miễn dịch và RNA.

Trí tuệ nhân tạo cách mạng hóa sinh học

Trí tuệ nhân tạo (AI) đã trở thành một phần không thể thiếu trong sinh học hiện đại. Một trong những công cụ nổi bật nhất là AlphaFold2 của Google DeepMind. Công cụ này có khả năng dự đoán chính xác cấu trúc ba chiều của protein từ chuỗi amino acid một chiều, mở ra những bước tiến lớn trong khoa học cơ bản và y học. AlphaFold2 đã được sử dụng để nghiên cứu sự tiến hóa của virus và phát hiện các protein quan trọng trong quá trình thụ tinh.

Tháng 5/2024, Google DeepMind ra mắt AlphaFold3, với khả năng dự đoán hình dạng của protein khi tương tác với các phân tử khác. Vào tháng 10, giải Nobel Hóa học được trao cho John Jumper, Demis Hassabis, và David Baker – những người đã cách mạng hóa thiết kế protein bằng AI. Paul Adams từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley nhận định: “Điều này thay đổi sinh học cấu trúc theo nhiều cách tốt đẹp.”

Những cột mốc quan trọng trong tiến hóa

Các nhà sinh học luôn đặt câu hỏi: “Chúng ta đã đến đây như thế nào?”. Năm 2024, họ đạt được bước tiến lớn trong việc tái dựng tổ tiên chung cuối cùng của sự sống hiện đại – LUCA (Last Universal Common Ancestor). LUCA được cho là một tế bào phức tạp, có khả năng chuyển hóa khí hydro và carbon dioxide, cùng với hệ miễn dịch sơ khai. Công trình nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết rằng LUCA tồn tại cách đây 4,2 tỷ năm, sớm hơn nhiều so với dự đoán trước đây.

Bên cạnh đó, nghiên cứu về tính đa bào cũng đạt được những phát hiện quan trọng. Nhà sinh học Carl Simpson phát hiện rằng tính đa bào của động vật có thể bắt nguồn từ kỷ nguyên Snowball Earth – khi hành tinh bị bao phủ bởi băng. Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc còn phát hiện hóa thạch sinh vật đa bào niên đại 1,6 tỷ năm, đẩy lùi mốc lịch sử của sự sống đa bào thêm 600 triệu năm.

Nhận thức và tri giác của các loài không phải con người

Năm nay, các nhà khoa học đã mở rộng hiểu biết về nhận thức và tri giác của các loài động vật và thực vật. Vào tháng 4, một nhóm nhà sinh học, triết học và khoa học nhận thức đã ký tuyên bố công nhận “ý thức hiện tượng” (phenomenal consciousness) ở một số loài như côn trùng, cua, bạch tuộc, cá, bò sát và lưỡng cư. Điều này cho thấy những loài này có thể trải nghiệm cảm giác đau đớn, niềm vui hoặc đói, dù không có nhận thức phức tạp như con người.

Thực vật, mặc dù không có ý thức, nhưng lại có khả năng thực hiện “tính toán.” Nghiên cứu cho thấy cây sồi châu Âu có thể đồng bộ hóa việc sinh sản theo chu kỳ ngày dài nhất trong năm, với dữ liệu kéo dài hơn 60 năm.

Thậm chí, vi khuẩn đơn bào cũng có khả năng cảm nhận sự thay đổi mùa. Đồng hồ sinh học đơn giản của chúng giúp dự đoán mùa đông đến, dù phải trải qua nhiều thế hệ.

RNA: Thế giới của RNA

RNA, từng bị xem là yếu hơn DNA, đang dần chứng tỏ vai trò trung tâm trong sự sống. Hầu hết các đoạn không mã hóa trong bộ gen thực chất được phiên mã thành RNA và tham gia vào việc điều hòa biểu hiện gen. Giải Nobel Y học năm 2024 được trao cho nhóm nghiên cứu phát hiện microRNA – các phân tử RNA ngắn giúp điều hòa gen, làm nền tảng cho sự sống đa bào phức tạp.

Năm nay, các nhà khoa học còn phát hiện rằng RNA có thể hoạt động như một công cụ giao tiếp. Lần đầu tiên, họ chứng minh rằng các tế bào cổ khuẩn trao đổi RNA không mã hóa qua các túi ngoại bào, giống như một hệ thống “nhắn tin” sinh học.

Một khám phá kỳ lạ khác là RNA dạng “obelisk” – những vòng RNA phẳng nhỏ hơn virus, được tìm thấy trong vi khuẩn đường ruột và miệng con người. Chức năng của chúng vẫn là một bí ẩn lớn.

Khám phá về não bộ và cơ thể

Một trong những khám phá đáng kinh ngạc nhất năm nay là phát hiện mạch thần kinh trong thân não có khả năng điều chỉnh hệ miễn dịch. Mạch này cảm nhận các phân tử viêm trong cơ thể và điều chỉnh mức độ của chúng, bảo vệ các mô khỏe mạnh. Điều này thay đổi giả định lâu đời rằng hệ miễn dịch tự điều chỉnh mà không cần sự can thiệp của não bộ.

Nghiên cứu về não bộ cũng đạt được bước tiến lớn. Google đã sử dụng AI để dựng bản đồ 3D của 1 mm³ não người, chứa 57.000 nơron và 150 triệu khớp thần kinh. Đây là bước đệm quan trọng trước khi tiến tới lập bản đồ toàn bộ não người trong tương lai.

Năm 2024 đã chứng kiến sự hội tụ của khoa học và công nghệ, mang lại những bước tiến chưa từng có trong sinh học. Từ trí tuệ nhân tạo đến khám phá RNA và sự kết nối giữa não bộ với cơ thể, những thành tựu này không chỉ mở rộng hiểu biết của chúng ta mà còn đặt nền móng cho các nghiên cứu trong tương lai.

Nguồn: Quantamagazine