Nó là một sinh vật không hề đơn giản. Trong khắp vũ trụ, theo những gì chúng ta biết cho tới nay, duy nhất có một nơi, một tiền đồn trên Dải Ngân hà, là có thể chứa chấp sự sống dù có phần khá miễn cưỡng. Đó chính là Trái Đất.
Từ đáy của các rãnh sâu nhất dưới đại dương cho tới những đỉnh núi cao nhất nơi tất cả sự sống diễn ra, chỉ là một khu vực có độ dày chừng 20km, không là gì khi so sánh với sự bao la của vũ trụ.
Đối với con người, mọi thứ thậm chí còn tồi tệ hơn, vì dường như chúng ta thuộc nhóm sinh vật 400 triệu năm trước đã ra một quyết định nhanh chóng và liều lĩnh: ra khỏi biển để sống trên đất liền dựa vào khí ôxy. Từ đó, theo một ước đoán, không dưới 99,5% toàn bộ không gian có thể cư trú của thế giới tính theo khối lượng về cơ bản đã nằm ngoài giới hạn sinh sống đối với chúng ta.
Chúng ta không thể thở dưới nước bởi không chịu nổi áp suất. Do nước nặng hơn không khí gấp gần 1.300 lần, áp suất sẽ tăng lên nhanh chóng khi bạn xuống sâu – khoảng 1 át-mốt-phe mỗi 10m. Trên mặt đất, nếu bạn lên tới đỉnh của một công trình cao 150m – chẳng hạn Thánh đường Cologne hay Đài tưởng niệm Washington – sự thay đổi áp suất nhỏ đến mức không thể phân biệt. Tuy nhiên, cùng độ sâu đó dưới nước, các mạch máu của bạn sẽ vỡ tung và phổi của bạn sẽ bị nén xuống bằng kích thước một lon Coca. Đáng ngạc nhiên là trong môn thể thao lặn tự do, có những người tình nguyện lặn xuống độ sâu này mà không cần máy thở. Rõ ràng, trải nghiệm tình trạng các cơ quan nội tạng bị biến dạng là một kiểu kích thích (cho dù, có lẽ, không thể phấn khích bằng việc chúng trở lại kích thước bình thường sau khi lên bờ). Tuy nhiên, để đạt tới những độ sâu này, thợ lặn cần được kéo xuống rất nhanh bằng vật nặng. Nếu không có sự hỗ trợ, thì độ sâu lớn nhất mà con người từng xuống đến và trở về để kể lại là 72m − kỳ tích do một người Ý có tên là Umberto Pelizzari thực hiện.1 Năm 1992, Umberto đã lặn xuống độ sâu này, nán lại trong tích tắc và trồi ngay lên mặt nước. Trên mặt đất, 72m là chưa bằng chiều dài một sân bóng đá. Bởi thế, dù dùng những lời lẽ hoa mỹ nhất, con người cũng không thể tự tin nói mình đã chinh phục được vực thẳm.
1. Khi tôi bắt đầu viết cuốn sách này, kỷ lục trên đã được vận động viên William Trubridge người New Zealand phá vỡ, với độ sâu 86m vào tháng Tư năm 2008.
Tất nhiên, các sinh vật khác đã tìm cách đối phó với áp suất, cho dù cách chúng làm được việc đó thật bí ẩn. Điểm sâu nhất dưới đại dương là rãnh Mariana ở Thái Bình Dương. Tại đây, với độ sâu khoảng 11,3m, áp suất lên đến 16,000 pound trên mỗi inch vuông. Chúng ta mới tìm cách đưa con người xuống nơi này một lần bằng tàu lặn kiên cố trong khoảng thời gian ngắn ngủi, nhưng đây lại là lãnh địa của amphipod, một loài giáp xác giống tôm nhưng trong suốt, có khả năng tồn tại mà không cần bất cứ sự bảo hộ nào. Phần đại dương còn lại dĩ nhiên nông hơn thế nhiều; nhưng với độ sâu trung bình 4km, áp suất tương đương với bị 14 chiếc xe tải chở đầy xi- măng chẹn qua.
Gần như tất cả mọi người, kể cả các tác giả của một số cuốn sách hải dương học nổi tiếng, đều cho rằng cơ thể con người sẽ bị nghiền nát dưới áp lực khổng lồ của biển sâu. Sự thật lại không phải vậy. Vì cơ thể con người chủ yếu là nước, mà nước thì “gần như không thể bị nén,” theo lời Frances Ashcroft tại Đại học Oxford, “do đó, nó sẽ có áp suất bằng môi trường nước xung quanh và không bị nghiền nát khi xuống sâu.” Chính các loại khí trong cơ thể bạn, nhất là trong hai lá phổi, sẽ gây ra rắc rối. Chúng sẽ bị nén, nhưng đến mức nào có thể gây tử vong thì vẫn còn chưa rõ. Cho đến gần đây, người ta vẫn cho rằng bất cứ ai lặn sâu khoảng 100m sẽ chết một cách đau đớn vì hai lá phổi của anh ta sẽ nổ tung hoặc lồng ngực bị vỡ, nhưng các vận động viên lặn tự do đã liên tục cho thấy điều ngược lại. Dường như, vẫn theo Ashcroft, “con người giống cá voi và cá heo hơn chúng ta nghĩ.”
Song, nhiều thứ khác có thể gây nhầm lẫn. Vào thời đồ lặn – loại được nối với mặt nước bởi các vòi dài – mới ra đời, các thợ lặn đôi khi gặp phải một hiện tượng đáng sợ được gọi là sự ép. Hiện tượng này xảy ra khi các máy bơm trên mặt nước trục trặc, dẫn tới hiện tượng giảm áp suất cực lớn trong bộ đồ lặn. Không khí thoát ra mạnh đến mức người thợ lặn bất hạnh sẽ bị hút chặt vào chiếc mũ bảo hiểm và ống thở. Khi được kéo lên, “những gì còn lại trong bộ đồ lặn chỉ là xương và một vài mảnh thịt tơi tả của anh ta,” nhà sinh vật học J. B. S. Haldane đã viết như vậy vào năm 1947, và nói thêm với những người còn hoài nghi rằng, “đây là sự thật”.
Điều đáng nói là chiếc mũ dành cho thợ lặn đầu tiên, được một người Anh là Charles Deane thiết kế vào năm 1823, thực chất không dành cho việc lặn mà là cứu hỏa. Ban đầu, nó được gọi là mũ chống khói, nhưng vì làm từ kim loại nên nó rất nóng và cồng kềnh. Deane sớm nhận ra rằng lính cứu hỏa không hề muốn đội một thứ như thế khi lao vào các tòa nhà đang cháy, nhất là nó sẽ nóng lên như chiếc ấm đun nước khiến họ trở nên vụng về. Để vớt vát công sức đầu tư vào chiếc mũ, Deane đã thử nó dưới nước và nhận thấy nó thật lý tưởng cho công việc cứu hộ.
Tuy nhiên, nỗi kinh hoàng thật sự của độ sâu lại là sự bẻ cong – không phải vì nó gây khó chịu nhất, dù đúng là như vậy, mà bởi nó có khả năng xảy ra nhất. Không khí mà chúng ta hít thở chứa 80% nitơ. Dưới áp suất cao, nitơ chuyển hóa thành các bong bóng nhỏ xâm nhập vào máu và các tế bào. Khi áp suất thay đổi quá nhanh – như khi một thợ lặn trồi lên quá nhanh – các bong bóng này sẽ nổ đúng như một chai sâm-panh mới mở, gây tắc nghẽn các mạch máu nhỏ, khiến khí ôxy không tới được các tế bào và gây ra cơn đau khủng khiếp đến mức khiến người ta cong gập người vì đau đớn – vì thế nó được gọi là sự bẻ cong.
Sự bẻ cong đã được xem là một rủi ro nghề nghiệp đối với những phu mò ngọc trai và bọt biển từ thời xa xưa, nhưng nó không thu hút nhiều sự chú ý ở phương Tây cho đến tận thế kỷ XIX; khi đó hiện tượng này lại do những người không hề dầm mình dưới nước (hay ít ra là không ướt hẳn và ít khi ướt quá mắt cá chân) chú ý tới. Họ là các công nhân ngồi thùng lặn, một loại thùng khô, kín, được đặt xuống đáy sông để hỗ trợ việc xây dựng trụ cầu. Chúng được bơm đầy khí nén và khi các công nhân trở lên sau một quãng thời gian dài làm việc dưới áp suất nhân tạo này, họ thường bị triệu chứng rát ngứa da nhẹ. Một số ít người có cơn đau kéo dài hơn ở các khớp; đôi khi họ đổ sụp xuống vì đau đớn, thậm chí không bao giờ tỉnh lại nữa.
Mọi điều rất khó lý giải. Một số công nhân khi đi ngủ vẫn thấy bình thường, nhưng lúc tỉnh dậy, thì họ bị tê liệt toàn thân. Đôi khi họ không bao giờ thức giấc. Ashcroft liên tưởng tới câu chuyện về các giám sát của một đường hầm mới dưới sông Thames, họ đã tổ chức tiệc mừng khi đường hầm gần hoàn tất. Trước sự kinh ngạc của họ, rượu sâm-panh không nổ sau khi nút chai bật ra vì không khí trong hầm bị nén. Tuy nhiên, vào buổi tối ngay khi họ trở về London, các bong bóng đã vỡ và phát ra tiếng nổ, khiến quá trình tiêu hóa trở nên vô cùng sống động.
Ngoài việc tránh các môi trường có áp suất cao, chỉ có hai cách khá thành công giúp chống lại sự bẻ cong. Cách thứ nhất là chịu sự thay đổi áp suất chỉ trong khoảng thời gian rất ngắn. Đây là nguyên nhân mà các vận động viên lặn tự do tôi đề cập ở trên có thể xuống tới độ sâu 150m mà không bị ảnh hưởng. Họ không ở dưới đó đủ lâu để nitơ trong cơ thể hòa tan vào các mô. Cách thứ hai là phải ngoi lên dần dần một cách thận trọng. Điều này cho phép các bong bóng khí nitơ tiêu tan và trở nên vô hại.
Phần lớn những gì chúng ta biết về sự sinh tồn tại các điểm cực hạn là nhờ cha con nhà khoa học John Scott và J. B. S. Haldane. Xét theo những tiêu chuẩn khắt khe của giới trí thức Anh, cha con nhà Haldane là cực kỳ lập dị. Haldane cha sinh năm 1860 trong một gia đình quý tộc Scotland (anh trai ông là Viscount Haldane) song đã dành hầu hết sự nghiệp tương đối khiêm tốn của mình trong vai trò một giáo sư sinh lý học tại Oxford. Ông nổi tiếng là người đãng trí. Có lần, sau khi vợ bảo ông lên gác thay đồ cho bữa tiệc tối, ông đã quên trở lại và người ta phát hiện ông đang say giấc trên giường trong bộ pyjama. Khi được đánh thức, Haldane giải thích rằng khi cởi quần áo, ông tưởng rằng đã đến giờ đi ngủ. Ông từng lên ý tưởng cho một kỳ nghỉ ở Cornwall để nghiên cứu giun móc ký sinh trên các thợ mỏ. Tiểu thuyết gia Aldous Huxley, cháu của T. H. Huxley, người từng sống với gia đình Haldane một thời gian, đã chế giễu ông không thương tiếc qua hình ảnh nhà khoa học Edward Tantamount trong cuốn tiểu thuyết Point Counter Point [tạm dịch: Điểm đối điểm].
Món quà của Haldane dành cho môn lặn là tính ra thời gian nghỉ cần thiết khi trồi lên từ dưới nước để tránh hiện tượng bẻ cong, và niềm đam mê của ông trải rộng khắp bộ môn sinh lý học, từ việc nghiên cứu bệnh say độ cao ở những người leo núi cho tới vấn đề say nắng trên sa mạc. Ông đặc biệt quan tâm tới tác động của các loại khí độc lên cơ thể con người. Để hiểu rõ hơn cách thức cácbon mônôxít rò rỉ cướp đi sinh mạng của các thợ mỏ, ông đã tự đầu độc mình một cách có phương pháp, tự lấy máu và đo đạc các mẫu máu một cách thận trọng khi tiến hành thí nghiệm. Ông chỉ ngừng lại khi gần như không thể kiểm soát nổi các cơ và độ bão hòa máu đã lên tới 56% – một mức mà Trevor Norton đã viết trong cuốn sách thú vị về môn lặn, Stars Beneath the Sea [tạm dịch: Các vì sao dưới biển], chỉ cách cái chết trong gang tấc.
Jack, con trai của Haldane, được mọi người biết đến qua cái tên J. B. S., là một thần đồng thực thụ, người đã kế thừa đam mê của cha ngay từ nhỏ. Khi cậu mới lên ba, người ta nghe lỏm được Jack đã cáu kỉnh vặn vẹo cha mình, “Nhưng đó là ôxyhêmôglôbin hay cacbôxyhêmôglôbin mới được chứ?” Từ nhỏ, cậu đã giúp cha tiến hành thí nghiệm. Khi là thiếu niên, hai cha con thường xuyên thử nghiệm các loại khí và mặt nạ khí cùng nhau, hết người này đến người kia thử xem họ có thể chịu được bao lâu trước khi bất tỉnh.
Dù J. B. S. Haldane không có bất cứ bằng cấp nào về khoa học (mà chỉ nghiên cứu trường phái cổ điển ở Oxford), nhưng ông là một nhà khoa học xuất chúng, chủ yếu làm việc cho chính phủ tại Cambridge. Peter Medawar, nhà sinh vật học đã dành trọn cuộc đời bên cạnh các đỉnh Olympia trí tuệ, đã gọi ông là “người đàn ông thông minh nhất tôi từng biết”. Huxley cũng chế giễu Haldane con trong cuốn tiểu thuyết Antic Hay [tạm dịch: Những trò hề] nhưng vẫn sử dụng các ý tưởng của ông về việc tác động vào gen người để làm cơ sở viết cuốn Brave New World. Trong số nhiều thành tựu, Haldane đóng vai trò trung tâm trong việc kết hợp các nguyên lý về tiến hóa của Darwin với các nghiên cứu về di truyền của Gregor Mendel để cho ra đời thuyết được các nhà di truyền học gọi là Tổng hợp Hiện đại.
Chắc Haldane con thật sự quá đặc biệt so với đồng loại, khi cho rằng Thế chiến I là một “trải nghiệm tuyệt vời” và thản nhiên thừa nhận rằng mình “rất thích có cơ hội được giết người” như thế. Ông bị thương hai lần. Sau chiến tranh, ông trở thành một người truyền bá khoa học thành công, và đã viết tới 23 cuốn sách (cùng hàng trăm bài báo khoa học khác). Những tác phẩm của ông tới nay vẫn có giá trị tham khảo dù không hề dễ tìm. Ông trở thành một người theo chủ nghĩa Mác nhiệt thành. Không vô lý khi người ta cho rằng điều này xuất phát từ những bản năng hoàn toàn trái ngược, và nếu sinh ra ở Liên Xô, rất có thể ông đã trở thành một nhà chuyên chế. Dù thế nào, đa số các bài báo của ông đều xuất hiện đầu tiên trên tạp chí cộng sản Daily Worker.
Trong khi niềm đam mê lớn của Haldane cha là chất độc và những người thợ mỏ, thì Haldane lại bị ám ảnh với việc phải cứu các thủy thủ và thợ lặn khỏi di chứng không hề dễ chịu do chính công việc của họ gây ra. Nhờ ngân sách hải quân, ông đã xây dựng một buồng nén mà ông gọi là nồi áp suất. Đây là một khối trụ kim loại có thể chứa được ba người cùng lúc, sau đó bịt kín và tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau, tất cả đều đau đớn và nguy hiểm. Các tình nguyện viên có thể được yêu cầu ngồi trên nước đá trong khi hít thở không khí khác thường, hoặc chịu đựng sự thay đổi áp suất đột ngột. Trong một thí nghiệm, chính Haldane đã thử nghiệm một động tác ngoi lên vội vã để xem điều gì sẽ xảy ra. Hậu quả là lớp bọc răng của ông đã phát nổ. “Hầu như mọi thí nghiệm”, Norton viết, “đều kết thúc với việc có ai đó bị váng đầu, chảy máu hoặc nôn mửa.” Buồng nén này hoàn toàn cách âm nên cách duy nhất để các tình nguyện viên thể hiện sự lo lắng hay căng thẳng là gõ liên tiếp vào thành buồng hoặc ra hiệu qua một cửa sổ nhỏ.
Một lần khác, trong lúc tự đầu độc mình với lượng ôxy tăng dần, Haldane đã bị đau nghiêm trọng đến mức tổn thương vài đốt sống. Vỡ phổi là một hiểm họa thường trực. Thủng màng nhĩ cũng là điều thường gặp; nhưng Haldane tuyên bố trong các bài viết của mình, “màng nhĩ thường sẽ tự lành; và nếu vẫn còn lỗ ở đó, dù có hơi điếc, một người có thể thổi khói thuốc lá ra đằng tai và đây là một tài lẻ đối với xã hội.”
Điều bất thường ở đây không phải là chuyện Haldane sẵn sàng đối mặt với những rủi ro trong quá trình nghiên cứu của mình, mà là việc ông không ngần ngại mời đồng nghiệp và người thân leo vào trong buồng. Khi làm thí nghiệm lặn xuống, vợ ông đã trải qua cơn đau suốt 13 phút. Cuối cùng, khi cô ngừng nhảy tưng tưng trên sàn, cô được vực dậy và đưa về nhà để nấu bữa tối. Haldane vui mừng tận dụng bất cứ ai bên cạnh, trong đó có một lần đáng nhớ với Juan Negrín, cựu Thủ tướng Tây Ban Nha. Tiến sĩ Negrín về sau phàn nàn rằng ông thấy hơi ngứa và có một cảm giác lạ lùng trên môi nhưng dù sao ông cũng đã thoát ra mà không hề hấn gì. Ông có thể tự xem mình là người may mắn. Một thí nghiệm tương tự về sự thiếu ôxy đã khiến Haldane mất cảm giác ở mông và phần cột sống bên dưới trong suốt 6 năm.
Nhiễm độc nitơ là một trong số nhiều mối quan tâm cụ thể của Haldane. Vì những lý do chưa rõ, dưới độ sâu khoảng 30m, nitơ trở thành một chất cực độc. Dưới tác động của nó, người ta từng thấy các thợ lặn đưa ống thở cho các loài cá bơi ngang qua, hoặc muốn nghỉ giải lao để hút thuốc. Nó cũng gây ra những thay đổi tâm thần nghiêm trọng. Haldane đã nhận thấy trong một thí nghiệm, người ta có cảm giác xen kẽ giữa trầm cảm và hứng khởi, vừa mới cầu xin được giải thoát vì cảm thấy được “sự khủng khiếp đẫm máu”, thì chỉ một phút sau đã cười lớn và cố gắng tìm cách cản trở bài kiểm tra kỹ năng của đồng nghiệp. Để đo mức độ bị ảnh hưởng, một nhà khoa học phải bước vào buồng nén cùng với tình nguyện viên để thực hiện một vài phép đo toán học đơn giản. Nhưng chỉ sau vài phút, như Haldane nhớ lại sau này, “cả người kiểm tra lẫn người được kiểm tra đều bị nhiễm độc và thường quên nhấn nút trên đồng hồ bấm giờ hoặc quên ghi chú lại.” Nguyên nhân của tình trạng này cho đến nay vẫn là một bí ẩn. Người ta cho rằng nó có cùng cơ chế với ngộ độc rượu nhưng không ai biết chắc điều gì đã gây ra tình trạng này, bởi không ai tỉnh táo hơn ai. Dù thế nào, nếu không cẩn thận một cách tối đa, con người sẽ rất dễ gặp rắc rối khi rời khỏi bề mặt Trái Đất.
Điều này đưa chúng ta quay lại với nhận định ở phần trước rằng Trái Đất không phải là một nơi dễ dàng dành cho một sinh vật, cho dù nó là nơi duy nhất. Trên phần nhỏ đủ khô của bề mặt hành tinh để chúng ta đứng, một phần lớn đến kinh ngạc lại quá nóng hoặc quá lạnh hay quá khô, quá dốc để con người có thể sử dụng. Phải thừa nhận rằng, đây một phần là lỗi của chúng ta. Xét về khả năng thích nghi, con người gần như vô dụng đến ngạc nhiên. Giống như đa số các loài động vật, con người không thích những nơi quá nóng, và vì hay đổ mồ hôi nên rất dễ bị đột quỵ, nhìn chung, chúng ta rất dễ tổn thương. Trong những hoàn cảnh tồi tệ nhất – đi chân trần trên sa mạc và không có nước – chỉ sau tối đa bảy, tám giờ đồng hồ, đa số chúng ta sẽ mê sảng và ngất đi, có thể sẽ không bao giờ tỉnh lại. Chúng ta cũng yếu đuối tương tự khi đối mặt với cái lạnh. Như tất cả các loài động vật có vú, con người có khả năng tạo ra nhiệt; nhưng do chúng ta gần như không có lông nên không thể giữ nhiệt. Ngay cả trong thời tiết khá mát mẻ, bạn vẫn đốt cháy gần một nửa lượng calo mỗi ngày chỉ đơn giản để giữ ấm cơ thể. Tất nhiên, chúng ta có thể khắc phục sự yếu đuối này nhờ có quần áo và nơi trú ẩn, nhưng dù vậy tỷ lệ Trái Đất nơi chúng ta sẵn sàng hoặc có thể sinh sống thật sự rất khiêm tốn: 12% tổng diện tích đất và chỉ 4% nếu so với tổng diện tích bề mặt, tính cả các đại dương.
Nếu so với hoàn cảnh sống ở bất cứ nơi nào được biết đến trong vũ trụ, điều kỳ diệu là tuy con người chỉ dùng một phần rất nhỏ hành tinh này nhưng ít ra còn có một hành tinh để như vậy. Chỉ cần nhìn vào hệ Mặt Trời, hoặc gần hơn nữa là chính Trái Đất trong các giai đoạn lịch sử nhất định, bạn sẽ thấy rằng hầu như tất cả mọi nơi đều khắc nghiệt và ít phù hợp cho sự sống hơn hẳn tinh cầu nhiều nước, xanh và dịu dàng này.
Cho đến nay, các nhà khoa học vũ trụ chỉ mới phát hiện 250 hành tinh bên ngoài hệ Mặt Trời trong tổng số khoảng 10 nghìn tỷ tỷ hành tinh có thể tồn tại, do đó loài người không đủ thẩm quyền để nói về điều này. Nhưng nếu bạn mong ước sống trong một hành tinh phù hợp cho sự sống thì bạn thật sự may mắn vô cùng, và sự sống càng hiện đại, bạn lại càng may mắn. Nhiều nhà quan sát đã đúc kết khoảng hai tá đặc điểm đặc biệt may mắn mà Trái Đất đem lại cho chúng ta; nhưng trong cuộc khảo sát ngắn này chúng ta sẽ rút gọn lại với 4 điểm chính.
Vị trí tuyệt vời. Điều gần như không tưởng là chúng ta cách đủ xa một ngôi sao lớn, vốn tỏa ra rất nhiều năng lượng nhưng không quá lớn để sớm lụi tắt. Trong vật lý, điều luôn gây tò mò là kích thước của một ngôi sao tỷ lệ nghịch với thời gian cháy của nó. Nếu Mặt Trời của chúng ta lớn gấp 10 lần về khối lượng, nó hẳn đã tắt ngấm sau 10 triệu năm chứ không phải 10 tỷ năm, và chúng ta chắc sẽ không có mặt ở đây. Quỹ đạo của Trái Đất cũng là một may mắn khác. Nếu quá gần Mặt Trời, mọi thứ sẽ bị hun đến bốc hơi. Còn quá xa Mặt Trời, mọi thứ sẽ đóng băng.
Vào năm 1978, nhà vật lý thiên văn Michael Hart đã tiến hành một số tính toán và kết luận rằng, Trái Đất sẽ không có sự sống nếu nó cách xa Mặt Trời thêm 1% hoặc đến gần Mặt Trời thêm 5% khoảng cách hiện tại. Kể từ đó, con số đã được tinh chỉnh lên một mức – 5% gần hơn và 15% xa hơn được xem là kết quả chính xác về khu vực tồn tại sự sống của chúng ta – nhưng dù thế, đó vẫn là một vành đai hẹp.1
1. Việc phát hiện khuẩn chịu cực hạn trong các hồ chứa bùn nóng ở Yellowstone và các sinh vật tương tự ở những nơi khác đã giúp các nhà khoa học nhận ra một số sinh vật có thể chịu được nhiệt độ cao hơn mức đó – thậm chí bên dưới lớp vỏ băng giá của sao Diêm Vương. Điều chúng ta đang nói tới ở đây là các điều kiện cho sự tồn tại của các sinh vật phức tạp trên bề mặt Trái Đất.
Để hình dung nó hẹp đến mức nào, bạn chỉ cần nhìn sao Kim; hành tinh này chỉ gần Mặt Trời hơn 25 triệu dặm so với Trái Đất. Hơi ấm của Mặt Trời đến đây trước khi đến với chúng ta chỉ hai phút. Về kích thước và cấu tạo, sao Kim rất giống Trái Đất, nhưng sự khác biệt nhỏ về khoảng cách quỹ đạo đã khiến mọi thứ khác hoàn toàn. Vào những năm đầu tiên của hệ Mặt Trời, sao Kim có lẽ chỉ ấm hơn chút ít so với Trái Đất, và từng có biển. Nhưng sự chênh lệch chút ít về nhiệt độ đồng nghĩa với việc sao Kim không thể giữ được nước trên bề mặt và kéo theo thảm họa khí hậu. Khi nước bốc hơi, các nguyên tử hiđro sẽ thoát vào vũ trụ, còn các nguyên tử ôxy sẽ kết hợp với cácbon để tạo ra một bầu không khí dày đặc khí nhà kính. Sao Kim trở nên ngột ngạt. Cho dù những người thuộc thế hệ của tôi vẫn nhớ đã có thời các nhà thiên văn học từng hy vọng bên dưới lớp mây đệm của sao Kim có thể tồn tại sự sống, thậm chí là một loại cây xanh nhiệt đới; nhưng giờ chúng ta đã biết chắc rằng môi trường ở đây khắc nghiệt đến mức không thể tồn tại bất cứ dạng sống nào mà con người có thể tưởng tượng ra. Với nhiệt độ bề mặt lên tới 470oC, sao Kim là một lò thiêu đủ nóng để làm chảy cả chì và áp suất không khí trên bề mặt cao gấp 90 lần so với Trái Đất, vượt quá khả năng chịu đựng của bất cứ sinh vật nào. Công nghệ hiện nay chưa cho phép tạo ra những trang phục hoặc thậm chí là tàu vũ trụ để chúng ta có thể đặt chân lên sao Kim. Kiến thức của chúng ta về bề mặt sao Kim đều dựa trên hình ảnh ra-đa tầm xa và tiếng kêu thất thanh của một tàu thăm dò không người lái do Liên Xô phóng xuống vào năm 1972, nhưng chỉ hoạt động được một giờ trước khi vĩnh viễn tắt lịm.
Đó là những gì sẽ xảy ra nếu sống gần Mặt Trời thêm hai phút ánh sáng. Nếu cách xa hơn, vấn đề sẽ không phải là cái nóng nữa mà là cái lạnh. Sao Hỏa là một ví dụ điển hình. Hành tinh này cũng từng là một nơi thân thiện hơn, nhưng nó không thể duy trì được khí quyển và biến thành một khối đá lạnh lẽo.
Nhưng chỉ có khoảng cách phù hợp với Mặt Trời chưa phải là toàn bộ câu chuyện, vì nếu không, Mặt Trăng cũng sẽ là một nơi xanh tươi và hạnh phúc, trong khi sự thật không phải thế. Để có được điều này, còn phải có:
Loại hành tinh phù hợp. Không tin rằng có nhiều nhà địa vật lý khi được yêu cầu tính đến các yếu tố may mắn kể ra việc sống trên một hành tinh với phần lõi nóng chảy nhưng sự thật gần như chắc chắn là nếu thiếu đi số magma đang cuộn sóng ngay dưới chân mình, chúng ta sẽ không thể tồn tại. Bên cạnh nhiều yếu tố khác, phần bên trong sôi động này tạo ra các loại khí giúp hình thành nên khí quyển, và cho chúng ta từ trường để chống lại bức xạ vũ trụ. Nó cũng cho chúng ta các mảng kiến tạo để liên tục xáo trộn và làm mới bề mặt Trái Đất. Nếu hành tinh này bằng phẳng tuyệt đối, nó sẽ được bao phủ trọn vẹn bằng một lớp nước dày đến 4km. Có thể trên đại dương cô đơn đó vẫn tồn tại sự sống, nhưng chắc hẳn sẽ không có môn bóng đá.
Bên cạnh việc có phần lõi phù hợp, Trái Đất còn chứa đựng các nguyên tố theo tỷ lệ thích hợp. Theo nghĩa đen, nó được cấu tạo bởi đúng loại vật liệu cần thiết cho sự sống. Điều này có ý nghĩa quan trọng với sự tồn tại của chúng ta đến mức nó sẽ được đề cập sau đây ít phút nhưng trước hết ta cần xem xét hai nhân tố còn lại, bắt đầu với một điểm vốn thường bị bỏ qua:
Chúng ta là một hành tinh đôi. Ít người xem Mặt Trăng là một hành tinh đồng hành, song về mặt hiệu ứng thì đúng là như vậy. Phobos và Deimos, hai vệ tinh của sao Hỏa, chỉ có đường kính khoảng 10km. Nhưng Mặt Trăng của chúng ta có đường kính lớn hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Điều đó khiến Trái Đất trở thành hành tinh duy nhất trong hệ Mặt Trời có một vệ tinh với kích thước khá lớn so với chính nó (trừ sao Diêm Vương, nhưng điều này không có mấy ý nghĩa vì bản thân sao Diêm Vương vốn rất nhỏ) – và chính sự khác biệt này đã tạo ra chúng ta.
Nếu thiếu tác động ổn định của Mặt Trăng, Trái Đất sẽ lắc lư như một con quay sắp chết và chỉ có Chúa mới biết điều này sẽ kéo theo hậu quả gì về khí hậu và thời tiết. Lực hấp dẫn ổn định của Mặt Trăng giúp cho Trái Đất có tốc độ và góc quay chính xác để đem lại sự ổn định cần thiết cho quá trình hình thành và phát triển sự sống lâu dài. Tiếc là, điều này không phải là mãi mãi. Mặt Trăng đang trượt xa khỏi chúng ta với tốc độ 4cm mỗi năm. Sau hai tỷ năm nữa, nó sẽ quá xa và không còn giữ cho Trái Đất ổn định được nữa. Khi đó, con người sẽ phải có giải pháp khác, nhưng ngay từ bây giờ, bạn nên bắt đầu nhìn nhận tầm quan trọng của Mặt Trăng nhiều hơn một vầng sáng đáng yêu trên trời đêm.
Suốt một thời gian dài, các nhà thiên văn học cho rằng hoặc Mặt Trăng và Trái Đất được hình thành cùng lúc, hoặc Trái Đất đã tóm được Mặt Trăng khi nó trôi đến gần. Nhưng giờ đây chúng ta biết rằng, như bạn đã học ở một chương khác, khoảng 4,4 tỷ năm trước, một vật thể có kích thước bằng sao Hỏa đã va vào Trái Đất, làm văng ra một lượng vật chất đủ để tạo ra Mặt Trăng từ các mảnh vụn. Đây rõ ràng là điều tốt cho chúng ta – nhất là khi nó xảy ra cách đây đã lâu. Nếu sự kiện này xảy ra vào năm 1896 hoặc thứ Tư tuần trước, hẳn chúng ta sẽ không vui mừng như thế. Điều này đưa chúng ta đến với nhân tố thứ tư và, mà xét trên nhiều khía cạnh, là nhân tố then chốt:
Đúng thời điểm. Vũ trụ là một nơi sôi động và cực kỳ dễ thay đổi, vì thế sự tồn tại của chúng ta là một điều kỳ diệu. Nếu một chuỗi sự kiện dài và phức tạp ngoài sức tưởng tượng diễn ra trong khoảng 4,6 tỷ năm trở lại đây không diễn ra theo một cách nhất định tại những thời điểm nhất định – xin lấy một ví dụ hiển nhiên, nếu loài khủng long không bị quét sạch bởi một trận mưa sao băng – thì có thể giờ đây bạn chỉ dài vài xentimét, có lông, đuôi và đang đọc mấy dòng này trong một hang động. Chúng ta không thật sự biết có đúng là sẽ thế không, vì chúng ta không có gì khác để so sánh với sự tồn tại của chính mình. Nhưng rõ ràng là để cuối cùng trở thành một sinh vật xã hội tương đối tiến bộ như ngày nay, bạn phải là kết quả của một chuỗi thời kỳ tương đối ổn định xen kẽ với một mức độ căng thẳng và thử thách vừa đủ (kỷ băng hà có lẽ đặc biệt hữu ích xét về mặt này), kèm theo sự vắng mặt của những thảm họa thật sự. Như bạn sẽ thấy trong phần còn lại của cuốn sách, chúng ta thật sự rất may mắn khi có được địa vị này.
Giờ thì, hãy dành một chút thời gian để nói về các nguyên tố đã tạo ra con người.
Có 94 nguyên tố tự nhiên trên Trái Đất và khoảng 23 nguyên tố khác được tìm ra trong phòng thí nghiệm, nhưng hãy xếp một phần trong số đó sang một bên – như chính các nhà hóa học vẫn thường làm. Khá nhiều nguyên tố hóa học tự nhiên không được con người biết đến. Chẳng hạn, astatin trên thực tế không hề được nghiên cứu. Nó có tên và chỗ trên bảng tuần hoàn (gần nguyên tố poloni của Marie Curie), nhưng ngoài ra thì gần như không có gì khác. Vấn đề không phải là các nhà khoa học thờ ơ, mà vì sự khan hiếm của nó. Không có nhiều astatin trong tự nhiên. Nguyên tố khó tìm hiểu hơn cả có lẽ là franxi, nó hiếm đến mức người ta tin rằng trên cả hành tinh của chúng ta có không quá 20 nguyên tử franxi. Tổng cộng, chỉ có khoảng 30 nguyên tố tự nhiên thật sự dồi dào trên Trái Đất và chỉ khoảng nửa tá trong số đó đóng vai trò trọng yếu đối với sự sống.
Như bạn có thể dự đoán đúng, ôxy là nguyên tố sẵn có nhất, chiếm khoảng 50% vỏ Trái Đất, nhưng các vị trí kế tiếp xếp theo mức độ dồi dào chắc chắn sẽ khiến bạn bất ngờ. Chẳng hạn, ít ai đoán được rằng silic là nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái Đất và titan đứng thứ mười. Rất nhiều nguyên tố lạ thực chất lại dồi dào hơn các nguyên tố thông dụng. Chúng ta có nhiều xeri hơn đồng, nhiều neodymi và lantan hơn côban hay nitơ. Thiếc không thuộc nhóm 50 nguyên tố phổ biến nhất, nó thua cả những nguyên tố ít ai biết đến như praseodymi, samari, gadolini và dysprosi.
Sự dồi dào không phải luôn có nghĩa là dễ tìm thấy. Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ tư trên Trái Đất, chiếm gần một phần mười mọi thứ dưới chân bạn, nhưng sự tồn tại của nó thậm chí còn bị hoài nghi cho đến tận khi được Humphry Davy phát hiện vào thế kỷ XIX; và suốt một thời gian dài nó được xem là kim loại quý hiếm. Quốc hội đã đặt một lớp lót bằng nhôm sáng bóng trên đỉnh Đài tưởng niệm Washington để biểu thị rằng nước Mỹ đã trở nên thịnh vượng và đẳng cấp, còn Hoàng gia Pháp cùng thời điểm đó đã bỏ bộ đồ ăn tối cấp nhà nước bằng bạc và thay bằng một bộ bằng nhôm. Đây hẳn là thời kỳ đỉnh cao của trào lưu này.
Tính dồi dào cũng không nhất định liên quan đến tầm quan trọng. Cácbon là nguyên tố phổ biến thứ 15, và chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ − 0,048% khối lượng vỏ Trái Đất − nhưng loài người sẽ biến mất nếu không có nó. Điều khiến nguyên tử cácbon trở nên thật quan trọng là tính hỗn tạp trơ trẽn của nó. Nó có thể bám vào nhiều nguyên tử khác (kể cả chính nó), giữ chặt để tạo thành chuỗi phân tử rất bền – một trò chơi của tạo hóa cần thiết cho sự hình thành prôtêin và ADN. Paul Davies đã viết: “Nếu không có cácbon, sẽ không có sự sống như chúng ta vẫn biết. Có lẽ bất cứ dạng sống nào cũng sẽ trở thành không tưởng.” Thế mà cácbon lại không hề dồi dào, thậm chí ngay trong chính con người, sinh vật phụ thuộc chặt chẽ vào nó. Cứ 200 nguyên tử trong cơ thể, có 126 nguyên tử hiđro, 51 nguyên tử ôxy và chỉ có 19 nguyên tử cácbon.1
1. Trong 4 nguyên tử còn lại, có 3 nguyên tử nitơ, nguyên tử kia được phân bố cho các nguyên tố khác.
Các nguyên tố khác đóng vai trò quan trọng không phải đối với việc hình thành mà là duy trì sự sống. Chúng ta cần sắt để sản xuất ra hêmôglôbin, và thiếu chúng con người sẽ chết. Côban cần thiết để tạo ra vitamin B12. Kali và một lượng nhỏ natri rất cần cho hệ thần kinh. Mangan, molypden và vanadi giữ cho các enzym trong cơ thể luôn năng động. Và may thay, kẽm giúp ôxy hóa rượu.
Chúng ta đã tiến hóa để sử dụng hoặc chịu được các nguyên tố này – nếu không chúng ta khó mà có mặt ở đây – nhưng ngay cả thế thì chúng ta cũng chỉ sống được trong một khoảng cho phép. Selen1 rất cần cho tất cả chúng ta, nhưng nếu sử dụng nó hơi quá liều thì đó sẽ là điều cuối cùng bạn làm trong đời. Mức độ mà các sinh vật cần hoặc có thể chịu được là kết quả của quá trình tiến hóa. Cừu và các loài gia súc có thể gặm cỏ cạnh nhau nhưng thực chất chúng cần một lượng khoáng chất rất khác nhau. Các loài gia súc hiện đại cần rất nhiều đồng vì chúng vốn đã tiến hóa từ các vùng đất giàu đồng ở châu Âu và châu Phi. Trong khi đó, cừu lại tiến hóa ở những khu vực nghèo đồng ở Tiểu Á. Theo quy luật, không có gì đáng ngạc nhiên, khả năng chấp nhận các nguyên tố của chúng ta tỷ lệ thuận với sự sẵn có của chúng trên Trái Đất. Con người đã tiến hóa để có thể chấp nhận, và trong một số trường hợp thật sự cần, một lượng nhỏ các nguyên tố hiếm có trong thịt và chất xơ mà chúng ta ăn. Nếu tăng liều lượng lên, đôi khi chỉ là một lượng rất nhỏ, lập tức chúng ta đã vượt ngưỡng an toàn. Vấn đề này hầu như chưa được hiểu thấu đáo. Ví dụ, không ai biết liệu một lượng nhỏ thạch tín có tốt cho sức khỏe hay không. Có người cho là có; người khác lại nghĩ rằng không. Điều chắc chắn là một lượng lớn nguyên tố này sẽ giết bạn.
1. Selen là một nguyên tố hóa học với số nguyên tử 34, ký hiệu hóa học là Se. Nó là một phi kim, về mặt hóa học rất giống với lưu huỳnh và telua, rất hiếm khi thấy nó ở dạng nguyên tố. Đối với sinh vật, nó là chất độc hại khi dùng ở liều lượng lớn, nhưng khi ở liều lượng nhỏ thì nó là lại rất cần thiết cho phần lớn chức năng của tế bào. (ND)
Tính chất của các nguyên tố còn gây tò mò hơn nữa khi chúng kết hợp với nhau. Chẳng hạn, ôxy và hiđro là hai nguyên tố thân thiện với sự cháy, nhưng khi kết hợp, chúng sẽ tạo thành nước, đương nhiên không thể cháy.1 Kỳ lạ hơn là sự kết hợp của natri, một trong những nguyên tố kém ổn định nhất, với clo, một trong những nguyên tố độc hại nhất. Thả một nhúm natri tinh khiết vào nước nguyên chất, nó sẽ phát nổ đủ để sát thương. Clo thậm chí còn nguy hiểm hơn thế. Mặc dù với lượng nhỏ, nó có tác dụng diệt các loại vi khuẩn nhỏ (mùi bạn ngửi thấy trong thuốc tẩy chính là mùi clo); nhưng với lượng lớn hơn, nó trở thành chất độc chết người. Clo là nguyên tố được lựa chọn để chế tạo nhiều loại khí độc trong Thế chiến I. Những vận động viên bơi lội bị đau mắt sẽ chứng minh cho bạn thấy dù cực kỳ loãng, clo cũng không được cơ thể chúng ta chấp nhận. Thế nhưng nếu bạn đặt hai nguyên tố này lại gần nhau, bạn sẽ có Natri clorua – muối ăn thông dụng.
1. Bản thân ôxy không cháy, nó chỉ đơn thuần hỗ trợ sự cháy của các vật khác. Điều này là tốt vì nếu ôxy có thể cháy, thì mỗi khi bạn quẹt một que diêm, tất cả không khí quanh bạn sẽ bùng lửa. Ngược lại, khí hiđro rất dễ cháy, điều này được chứng minh trong thảm họa Hindenburg vào ngày 6 tháng Năm năm 1937 tại Lakehurst, New Jersey khi mà khí hiđro dùng trong khinh khí cầu LZ-129 phát nổ và bốc cháy, lấy đi 36 mạng người.
Nhìn chung, nếu một nguyên tố không tự tìm được đường vào các hệ trong cơ thể người một cách tự nhiên – chẳng hạn nếu nó không tan trong nước – chúng ta có xu hướng không chấp nhận nó. Chì gây ngộ độc vì chúng ta không bao giờ tiếp xúc với nguyên tố này cho đến tận khi chúng ta bắt đầu dùng nó làm thùng đựng thức ăn và ống dẫn nước. (Không phải tình cờ, ký hiệu hóa học của chì là Pb, xuất phát từ tiếng Latin plumbum, đây là từ gốc của từ plumbing trong tiếng Anh hiện đại, nghĩa là nghề hàn chì.) Người La Mã đã dùng chì để tăng hương vị cho rượu, có lẽ đây là một nguyên nhân khiến họ không còn hùng mạnh như xưa. Như chúng ta đã thấy ở đâu đó, khả năng chịu đựng của con người với chì (chưa kể cadimi, thủy ngân và các loại chất độc công nghiệp khác mà chúng ta thường tự nạp vào cơ thể) là rất thấp. Khi các nguyên tố không xuất hiện một cách tự nhiên trên Trái Đất, chúng ta không tiến hóa để chấp nhận chúng, và chúng có xu hướng trở nên cực kỳ độc hại, chẳng hạn trường hợp của plutoni. Khả năng hấp thụ plutoni của con người là bằng không: ở mọi mức độ, nó đều khiến bạn nhắm mắt xuôi tay.
Tôi đã đưa bạn qua một chặng đường dài để đi đến một kết luận nhỏ: phần lớn nguyên nhân khiến Trái Đất có vẻ phù hợp một cách kỳ diệu đối với sự sống là vì chúng ta đã tiến hóa để thích nghi với hoàn cảnh của nó. Chúng ta ngạc nhiên không phải vì nó phù hợp cho sự sống, mà vì nó phù hợp cho sự sống của chúng ta (và thật ra điều này không thực sự đáng ngạc nhiên). Có thể vì có nhiều thứ khiến Trái Đất trở nên lý tưởng trong mắt chúng ta – Mặt Trời chuẩn xác, Mặt Trăng lẩm cẩm, cácbon thân thiện, vv.. Sự lý tưởng đó đơn giản xuất phát từ việc con người sinh ra đã dựa dẫm vào chúng. Không ai có thể nói rõ được hết những điều ấy.
Các thế giới khác có thể hàm ơn những hồ thủy ngân ánh bạc và những đám mây ammôniac lang thang. Họ có thể vui mừng vì hành tinh của họ không lắc lư một cách ngớ ngẩn, hay vì các mảng địa chất không nghiến vào nhau và phun những đám magma lộn xộn lên mặt đất, mà lại tồn tại trong trạng thái yên bình vĩnh viễn phi kiến tạo. Bất cứ vị khách phương xa nào tới Trái Đất chắc chắn sẽ kinh ngạc khi thấy chúng ta sống trong bầu khí quyển chứa nitơ, một loại khí trơ không có mong muốn phản ứng với bất cứ thứ gì, và ôxy, một loại khí thiên vị sự cháy đến mức cần có các trạm cứu hỏa đặt khắp nơi trong thành phố để bảo vệ chính chúng ta khỏi sự phản ứng nhạy bén của nó. Cho dù các du khách này là sinh vật hai chân thở bằng ôxy, biết đi mua sắm và xem phim hành động, thật khó mà tưởng tượng rằng họ sẽ thấy môi trường Trái Đất là lý tưởng. Chúng ta thậm chí còn không thể mời họ ăn trưa vì thức ăn của chúng ta chứa mangan, selene, kẽm và các nguyên tố khác mà ít nhất một vài loại trong số đó sẽ khiến họ ngộ độc. Với họ, Trái Đất có lẽ chẳng có vẻ gì là một nơi thân thiện bẩm sinh.
Nhà vật lý Richard Feynman từng nói đùa về cách người ta đưa ra các kết luận kiểu nhìn ngược lại – lập luận từ các dữ kiện đã biết để lần ngược lại nguyên nhân. “Bạn biết đấy, điều kỳ lạ nhất đã xảy ra với tôi tối nay,” ông sẽ nói vậy. “Tôi đã thấy một chiếc xe hơi mang biển số ARW 357. Bạn có thể tưởng tượng không? Trong số hàng triệu biển xe trên đất nước này, liệu tôi có bao nhiêu cơ hội nhìn thấy một biển số đặc biệt như thế vào tối nay? Thật đáng kinh ngạc!” Tất nhiên, điều ông muốn nói là một tình huống tầm thường nào đó cũng rất dễ trở thành phi thường nếu bạn xem nó là định mệnh.
Vì vậy, có thể tất cả mọi sự kiện và điều kiện dẫn tới hình thành sự sống trên Trái Đất không đến mức quá phi thường như chúng ta nghĩ. Tuy nhiên, chúng đủ phi thường và chắc chắn vẫn là như vậy cho đến khi con người tìm được một nơi tốt hơn.
