Vai trò của H₂O trong sự phát triển và tiến hóa

Nước (H₂O) là một chất lỏng không có gì để bàn cãi. Nhưng khi nghiên cứu ở quy mô phân tử. Mô phỏng mới cho thấy là các phân tử nước thật sự tạo thành hai loại cấu trúc khác nhau mà việc tách ra và tái kết hợp diễn ra nhanh như chớp. Chính điều này giúp lý giải rằng tại sao ta có thể dễ dàng chiết xuất lấy nước từ trong môi trường ẩm ướt.

Ta hãy quan sát một phân tử nước đơn giản, gồm 2 nguyên tử Hydro liên kết với một nguyên tử oxy. Chính phân tử nước này lại tạo ra các liên kết yếu với các phân tử nước ở xung quanh nó và hình thành nên một cấu trúc phức tạp hơn. Điều này đã lý giải tại sao nước lại đóng vai trò là phương tiện cho sự phát triển và tiến hóa của các phân tử có hình thái cấu trúc phức tạp nhất trong vũ trụ bao gồm các enzyme (Enzyme là những phân tử protein giữ vai trò xúc tác làm tăng tốc độ trong các phản ứng hóa học.), protein và DNA (DNA có thể được hiểu một cách đơn giản là nơi chứa mọi thông tin chỉ dẫn cần thiết để tạo nên các đặc tính sự sống của mỗi sinh vật).

Câu hỏi đặt ra cho các nhà khoa học trong hơn một thế kỷ qua và 5 năm trước đây được các nhà khoa học xem là một trong 125 vấn đề quan trọng nhất mà khoa học chưa giải thích được: Tại sao lại là nước mà không phải là một chất lỏng nào khác đóng vai trò là phương tiện cho sự phát triển và tiến hóa của các phân tử có hình thái cấu trúc phức tạp nhất trong vũ trụ?

Nghiên cứu mới có thể đã khám phá ra manh mối thiết yếu.

Các nhà nghiên cứu sử dụng máy tính chuyên dụng để tìm hiểu cách thức hình thành liên kết giữa các phân tử nước, một hiện tượng mà không thể kiểm chứng được bằng mắt thường. Làm việc với máy tính để bàn chuyên dụng, nhóm nghiên cứu tìm hiểu cấu hình của nước ở những cấp độ nhỏ nhất thông qua việc sử dụng các mô hình được thiết kế để nghiên cứu các hệ thống phức tạp như Internet, sự lan truyền của virus và nếp gấp của protein.

Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận những kết quả thu được và báo cáo trực tuyến ở tạp chí The Journal of Physical Chemistry B,

Là các phân tử nước liên kết với nhau một cách năng động và phức tạp đến không ngờ. Bất kỳ thể tích nước nào cũng chứa hai kiểu cấu trúc phân tử khác nhau: kiểu thứ nhất thì sắp xếp theo một cấu trúc chặt chẽ, giống như mạng tinh thể trong khi kiểu cấu trúc thứ hai là một cấu trúc tùy tiện, lỏng lẻo dạng như tích tụ. Nhưng trong khoảng phân số vô cùng nhỏ của một giây thì cả hai cấu trúc có khuynh hướng tách ra và tái kết hợp thường xuyên. Kết quả là sự trộn lộn xộn của các phân tử nước. Trong vòng trộn, nguyên tử hyđrô tạo thành kết nối hoạt động như lưỡi câu, liên kết với các nguyên tử carbon hoặc Nitơ dự đoán là để thiết lập sự khởi đầu của phân tử hữu cơ phức tạp. Và tiến trình này có ảnh hưởng đáng kể hơn nữa tới sự tạo thành các hệ thống sinh học phức tạp, như là các prôtêin. Cho tới thời điểm hiện tại, các nhà khoa học kết luận rằng không có chất lỏng nào khác có được những đặc điểm tuyệt vời thay thế cho nước.

Theo Peter Hamm của đại học của Zurich ở Thụy Sĩ, "nước không phải chỉ là một dung môi mà nước còn là bộ phận thiết yếu trong cấu trúc prôtêin."

Theo James Skinner nhà hoá học vật lý của đại học Wisconsin, Madison, Hoa kỳ. Kết quả thu được từ nghiên cứu này giúp giảng giải các chi tiết nhỏ nhưng quan trọng về các chuyển động của phân tử trong nước.

Nhà vật lý H. Eugene Stanley của Đại học Boston, Hoa Kỳ nói "chúng ta sẽ không bao giờ hiểu sinh vật học cho đến khi chúng ta hiểu rõ nước."

---------------------------------------------------------------------------

Hồ Duy Bình 
Địa chỉ: Trung tâm Thông tin Thư viện – Đại học Tiền Giang- số 119, ấp Bắc, phường 5,TP. Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang.
Email: [email protected]