🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Đại Sử: Từ Vụ Nổ Lớn Đến Hiện Tại Ebooks Nhóm Zalo DAISU TỪ VỤ NỔ LỚN ĐẾN HIÊN TAI BIG HISTORY CYNTHIA STOKES BROWN CR GIẢI THƯỞNG SÁCH NƯỚC MỸ so NHÀ XUẤT BẢN TRÈ TỪ VỤ NỔ LỚN ĐẾN TẠI DAISU DEN HIEN TAT © 2007 by Cynthia Stokes Brown All rights reserved. No part of this book may be reproduced, in any form, without written permission from the publisher. Published in the United States by The New Press, New York, 2007 Distributed by W. W. Norton & Company, Inc., New York LIBRARY OF CONGRESS CATALOGING-IN-PUBLICATION DATA Brown, Cynthia Stokes. A big history: from the Big Bang to the present / Cynthia Stokes Brown. p. cm. ISBN978-1-59558-196-9 (hc.) 1. World history. 2. Human ecology. 1. Title. D20.B.77 2007 909 – dc22aaaaaaaaa 2007006741 The New Press was established in 1990 as a not-for-profit alternative to the large, commercial publishing houses currently dominating the book publishing industry. The New Press operates in the public interest rather than for private gain, and is committed to publishing, in innovative ways, works of educational, cultural, and community value that are often deemed insufficiently profitable. Unless indicated otherwise, illustrations were created by Rob Carmichael Composition by dix! This book was set in Kepler Nhà xuất bản Trẻ độc quyền xuất bản ấn bản tiếng Việt tại Việt Nam theo thỏa thuận với The New Press, 38 Greene Street, 4th floor, NY10013, USA thông qua Tuttle-Mori Agency Co., Ltd. Bản quyền tiếng Việt © Nhà xuất bản Trẻ 2009 BIỂU GHI BIÊN MỤC TRƯỚC XUẤT BẢN ĐƯỢC THỰC HIỆN BỞI THƯ VIỆN KHTH TP.HCM Brown, Cynthia Stokes Đại sử : từ vụ nổ lớn cho đến hiện tại / Cynthia Stokes Brown ; Phan Triều Anh d. - T.P. Hồ Chí Minh : Trẻ, 2009. 350tr. ; 15,5x23cm. Nguyên bản : Big history : from the Big Bang to the present. 1. Lịch sử thế giới. 2. Sinh thái học người. I. Phan Triều Anh d. II. Ts: Big history : from the Big Bang to the present. 909 — dc 22 B877 Người dịch: Phan Triều Anh Ảnh bìa: Trận chiến ở Issus. 1529. Albrecht Altdorfer 158,4x120,3 cm. Sơn dầu trên panel. Bảo tàng Alte Pinakothek, Munich, Đức Nhận thức được tình thế tiến thoái lưỡng nan của cộng đồng quốc tế [tác động về môi trường của sự tăng trưởng kinh tế vượt bậc từ năm 1945], các nhà sử học thế giới cần nhìn xa hơn là chỉ tạo dựng một nguyên tắc để mô tả có hệ thống các sự kiện lịch sử. Tiến trình tiến hóa về mặt sinh thái phải được coi là chủ đề chính trong việc thuật lại lịch sử thế giới. Các sự kiện trong lịch sử loài người phải được mô tả trong đúng bối cảnh mà chúng diễn ra - đó là hệ sinh thái của Trái đất. Câu chuyện về lịch sử thế giới, nếu muốn cân bằng và chuẩn xác, sẽ không thể tránh khỏi việc đánh giá môi trường tự nhiên và vô vàn tác động qua lại với hoạt động của loài người. — J. Donald Hughes Bề mặt Trái đất: Môi trường và Lịch sử thế giới. 6 đại sử Lời nói đầu Đại sử kể lại câu chuyện hình thành Trái đất, từ vụ nổ lớn cho tới thế giới ngày nay, một cách khoa học, cô đọng và dễ hiểu. Trong quyển sách này, tôi sẽ tổng hợp nhiều nhánh kiến thức của loài người vào trong một câu chuyện liền mạch duy nhất. Nếu theo nguyên tắc truyền thống, lịch sử thế giới sẽ bắt đầu bằng những sự kiện được ghi lại xảy ra cách đây khoảng 5.500 năm. Ở đây, tôi mở rộng khái niệm “lịch sử” đến tận cùng giới hạn những hiểu biết hiện nay của con người bằng các phương pháp khoa học, sử dụng tất cả mọi dữ liệu và bằng chứng hiện có, không chỉ giới hạn trong các tài liệu dưới dạng văn bản. Nghiên cứu lịch sử là một phần của nghiên cứu khoa học và không có lý do gì để phân chia những câu chuyện chưa được khám phá thành hai loại, một là “khoa học” và một là “lịch sử”. Chúng ta cần mở rộng lịch sử xa hơn về quá khứ, bởi những sự kiện được ghi chép lại trong năm ngàn năm gần nhất chỉ là một phần triệu của câu chuyện Trái đất. Để hiểu rõ Trái đất nơi ta sống và bản chất loài người, chúng ta phải nhìn xa hơn những sự kiện đã được ghi chép. Tôi cũng không tin rằng có một cơ sở nào đó để phân biệt giữa “tín ngưỡng” và “khoa học”. Trong vòng năm mươi năm qua, giới khoa học đã đưa ra cách giải thích có thể kiểm chứng được về nguồn gốc của vũ trụ, và phần lớn chúng đã được kiểm chứng – chúng ta từ đâu tới, chúng ta tới đây thế nào, và chúng ta sẽ đi đến đâu. Đây là sáng thế ký của thời đại chúng ta, về một thế giới được xây dựng Lời nói đầu aa7 trên những khám phá của khoa học hiện đại, một thế giới di chuyển bằng máy bay phản lực, làm phẫu thuật ghép tim, và tận hưởng kết nối Internet. Thế giới này sẽ chẳng thể tồn tại mãi mãi, nhưng cho đến khi nó còn tồn tại, thì đây là câu chuyện của chúng ta. Hiện tại chúng ta có thể đặt giả thiết khoa học rằng mình đang ở vào giai đoạn nào của lịch sử vũ trụ – giai đoạn đầu, giữa, hay cuối – và từ đó, theo tư duy hiện nay chúng ta có thể đặt lịch sử của hành tinh này trong bối cảnh rộng hơn. Nhiều người vẫn còn tự ti về sức mạnh của tư duy và trí tưởng tượng của con người trong tương quan với vũ trụ. Đối với số khác, trong đó có tôi, chúng ta với tư cách con người càng quan trọng hơn trong tương quan với vũ trụ. Tôi cố gắng thuật lại những sự kiện, như chúng đang được biết hiện nay, mà không cố gắng bình luận hay kết luận về những phản ứng trái ngược của loài người đối với chúng, vì nhận thức rằng những sự kiện này còn luôn thay đổi [dưới ánh sáng của những phát hiện mới của loài người]. Bạn có thể thắc mắc tôi sẽ kể câu chuyện này bằng cách nào? Một câu chuyện phải được kể dựa trên một cốt truyện, một chủ đề nào đó. Mỗi một tác giả viết về lịch sử thế giới đều có điểm nhấn riêng, giọng điệu riêng. Tôi cố gắng bám vào những thông tin và lý thuyết đã được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học, giữ cho mình khách quan nhất trong khả năng của một con người. Tôi sẽ kể một câu chuyện chứ không phải tranh luận. Là một người nghiên cứu lịch sử, tôi nghiêng về lịch sử loài người nhiều hơn một nhà địa chất hay sinh vật học cùng viết về đề tài này. Tôi cố giữ cho câu chuyện thật đơn giản, không xâm phạm quá nhiều đến tính phức tạp cũng như mâu thuẫn bất tận của lịch sử. Tôi đưa vào thật nhiều những điều tôi coi là căn bản: khí hậu, thực phẩm, tình dục, thương mại, tôn giáo, các ý tưởng khác, và các đế chế, các nền văn hoá. Tất nhiên, sẽ có vài điểm nhấn phảng phất để làm cho bất cứ một câu chuyện nào khỏi lẫn vào hằng hà sa số những câu chuyện khác. Trong quyển sách này, cái nền chung đó là ảnh hưởng của 8 đại sử hoạt động của con người đối với quả đất, cũng như ảnh hưởng của hành tinh này đối với con người. Khi tôi kết hợp câu chuyện của Trái đất và con người sống trên đó, tôi thấy rằng những hành động mà con người thực hiện để các thế hệ về sau sinh sôi nảy nở đã đẩy môi trường Trái đất và những dạng sống trên đó vào mối đe dọa nặng nề. Có thể nói vắn tắt, quyển sách này mô tả sự tăng trưởng về mặt số lượng chứ không phải sự tiến hóa của loài người. Chủ đề này xuất hiện khi tôi viết nó như thể một câu chuyện thay vì theo cách khác. Rõ ràng, tâm trí tôi tập trung vào kể chuyện nên có thể nói chính xác hơn rằng tôi nhận thấy chủ đề này lặp đi lặp lại trong khi tôi cố gắng thuật lại toàn bộ câu chuyện của loài người một cách gọn gàng nhất mà không phải cắt ngắn nó để bắt đầu từ lúc con người biết trồng trọt. Chỉ với khung cảnh thời gian rộng hơn mới cho thấy loài người đã làm những gì; tôi chỉ biết một phần chứ không phải toàn bộ cho đến khi kể câu chuyện này. Người khuyến khích tôi kể lại toàn bộ câu chuyện nhiều nhất là David Christian, hiện là giáo sư lịch sử của trường Đại học San Diego, California. Từ 1975 đến 2000, Christian dạy tiếng Nga và lịch sử châu Âu tại Đại học Macquarie ở Sydney, Australia. Năm 1989, ông mở một môn mới ở trường đó và gọi đùa là “đại sử”, theo như cách mà ông muốn đồng nghiệp hiểu quan niệm của mình về môn lịch sử đại cương. Môn học kéo dài một học kỳ này bắt đầu từ đầu – tức là từ khởi điểm của vũ trụ. Christian khởi đầu với các bài giảng về thời gian và những huyền thoại về tạo hoá, rồi giảng viên từ các khoa khác được mời tiếp nối bằng các bài giảng chuyên ngành của họ. Trong một bài báo trên tờ Journal of World History, Christian đã mô tả lại kinh nghiệm của ông với môn học này. Bài báo đó đã chuyển hướng tư duy của tôi. “Đại sử” đã trở thành một khái niệm hiện đại cho hướng đi này, và vào năm 2004 Christian xuất bản tác phẩm quan trọng Bản đồ thời gian: Giới thiệu về Đại sử nêu lên tổng quan và các vấn đề chuyên môn của đại sử. Tôi đã nhất quyết không đọc quyển sách đó cho đến khi hoàn thành bản thảo đầu tiên của quyển sách này. Lời nói đầu aa9 Một người tiên phong đối với đại sử, trước cả khi khái niệm này ra đời, là Clive Ponting ở trường Đại học Swansea, Wales, Vương quốc Anh. Ông đã diễn giải về đại sử trong tác phẩm Lịch sử xanh của thế giới: Môi trường và sự sụp đổ của các nền văn minh, là quyển sách mà tôi yêu thích. Ponting không khởi đầu với vụ nổ lớn mà dành một chương với tên gọi “Nền tảng của Lịch sử” trong đó ông mô tả ảnh hưởng của những lực trong lòng đất và giữa các hành tinh qua những thời kỳ dài. Tôi đã bắt tay vào cuốn sách này rất vui vẻ nên tôi phải tri ân hai tác giả khác trong thời kỳ đầu của đại sử: Larry Gonick, tác giả Lịch sử vũ trụ bằng truyện tranh: từ vụ nổ lớn đến Alexander Đại đế, và Eric Schulman, với cuốn Lược sử thời gian tóm tắt: từ Big Bang đến Big Mac. Đại sử, được định nghĩa như là lịch sử từ vụ nổ lớn cho tới ngày nay, vẫn chỉ là một phân nhánh tí hon của một chuyên ngành thuộc về lịch sử thế giới, mà môn lịch sử thế giới cũng chỉ bắt đầu hành trình của riêng mình kể từ mùa xuân 1990. Đại sử vẫn chưa có lối đi riêng và cũng mới có một số ít nhà nghiên cứu trên toàn thế giới chính thức dạy đại sử trong các trường đại học. Những giáo sư khác có lẽ còn đang nghiền ngẫm lịch sử vũ trụ và các hành tinh như một phần giới thiệu về lịch sử thế giới hoặc các tín ngưỡng trên thế giới. Thế thì tôi, một trong những người nghiên cứu tiên phong về đại sử, làm cách nào có thể vượt qua những trở ngại và giáo điều học thuật để giảng về nó và viết quyển sách này? Để trả lời câu hỏi đó, tôi phải bắt đầu từ mẹ mình, Louise Bast Stokes, người hướng tôi vào con đường nghiên cứu của mình bằng những mối quan tâm đa dạng của bà: từ thiên văn học đến địa chất, và từ sinh vật học đến những tín ngưỡng của thế giới. Là một giáo viên trung học dạy môn sinh vật từ những năm đầu thập kỷ 30 của thế kỷ trước, bà đã chấp nhận tiến hoá như là nguyên tắc căn bản của cuộc sống và chỉ cho tôi thấy thế giới xung quanh qua lăng kính đó. Do đó, “đại sử” đối với tôi là một cách thức tư duy tự nhiên, một món quà từ mẹ tôi. 10 đại sử Lớn lên tại một thị trấn nhỏ ở phía tây Kentucky, tôi đã có cơ hội trải nghiệm hai nền văn hoá song song ngay trong lòng nước Mỹ. Cha mẹ tôi lớn lên phía nam Wisconsin, nhưng sau khi kết hôn vào năm 1935, họ đã về sống ở phía đông Kentucky, nơi cha tôi làm những con đường xuyên qua núi. Khi tôi sắp ra đời (năm 1938), cha mẹ tôi đã định cư ở phía tây Kentucky, thị trấn Madisonville, nơi cha tôi và các cộng sự của ông mua lại và khai thác một mỏ than lộ thiên nhỏ. Cha mẹ tôi là di dân, đến một nơi có nền văn hoá phương Nam xa lạ, và cha tôi đã hòa nhập một cách trọn vẹn nhất có thể trong khi mẹ tôi vẫn trung thành với những giá trị và phong tục của Wisconsin, nơi bà sinh ra. Do đó, cách nhìn đa chiều đã hình thành trong tôi, cùng với tình yêu đối với nghệ thuật kể chuyện, một món quà từ cha tôi. Đồng cảm với người mẹ của mình, tôi chưa bao giờ cảm thấy là một phần của miền Nam, nhưng tôi vẫn ở đó suốt các năm học đại học tại trường Duke ở Durham, Nam Carolina. Tôi nhận bằng thạc sĩ về giáo dục tại Đại học John Hopkins và bắt đầu giảng lịch sử thế giới cho học sinh trung học ở Baltimore, bang Maryland. Nhờ sự khuyến khích của các giáo sư Đại học John Hopkins, và học bổng của quỹ Woodrow Wilson và Hiệp hội Phụ nữ trong các trường đại học Hoa Kỳ, tôi hoàn tất bậc tiến sĩ ngành lịch sử giáo dục tại trường Hopkins năm 1964 với luận văn về bốn người Mỹ đầu tiên theo học tại một trường đại học của Đức vào đầu thế kỷ 19. Con trai đầu lòng của tôi ra đời ba tháng sau khi tôi lấy bằng tiến sĩ và tôi sinh con trai thứ hai của mình hai năm sau đó tại thành phố Fortaleza, Brazil, nơi người chồng đầu tiên của tôi làm bác sĩ cho Tổ chức Hòa bình Mỹ. Thời gian hai năm sống ở Brazil đã làm tiêu tan những giả định về văn hoá của tôi và mở mắt cho tôi về lịch sử thế giới. Tác phẩm đầu tiên được xuất bản của tôi là về Paulo Freire, nhà giáo dục vĩ đại của Brazil, người đã đi khỏi Recife năm 1964, chỉ một năm trước khi chúng tôi bắt đầu sống ở đó. Sau Brazil, tôi sống ở Baltimore với các con, và vào năm 1969 chúng tôi chuyển đến Berkeley để bắt đầu một cuộc sống mới trong Lời nói đầu aa11 một nền văn hoá mở hơn bất kỳ nơi nào trước đó – nền văn hóa hướng về Thái Bình Dương lẫn New York và châu Âu. Thời gian đó, những chuyển đổi quan trọng đang diễn ra – thuyết đa văn hoá, dự án Whole Earth Catalog do Stuart Brand khởi xướng năm 1968, và cùng năm đó những bức ảnh quý giá chụp Trái đất mong manh của chúng ta đang trôi trong không gian. Khi tôi đã sẵn sàng cho một công việc nghiêm chỉnh có tính học thuật (năm 1981), tôi vào trường sư phạm thuộc Đại học Dominican bang California, lúc đó còn là Dominican College, chỉ đạo một chương trình đào tạo chỉ có độc một môn. Tôi đặt số đầu và toàn bộ các số sau đó của tạp chí Journal of World History và hỗ trợ thiết lập một chương trình tại chức dành cho giáo viên với tên gọi Global Education Marin, giúp họ phổ biến giáo trình của họ ra toàn cầu. Chương trình đó sau này trở thành một phần trong sáng kiến toàn tiểu bang mang tên Chương trình học tập quốc tế nhờ nỗ lực của Đại học Stanford. Theo cách này, tôi cập nhật thông tin về những phát triển của lịch sử thế giới và tìm thấy bài báo của Christian. Với định hướng mới nghiên cứu về đại sử, tôi tìm cách bộc lộ ý tưởng của mình. Mùa xuân năm 1992, tôi dạy một khóa với chủ đề “Columbus và thế giới quanh ông” cho khoa Sử, và năm 1993 tôi dạy một lớp sử thế giới cho những giáo viên tiểu học tương lai. Tôi khởi đầu lớp này với cách giải thích của riêng mình về vụ nổ lớn và quá trình tiến hóa của sự sống, dùng sách của Ponting làm giáo trình và đề nghị sinh viên xây dựng niên biểu từ vụ nổ lớn cho tới ngày nay. Sinh viên đã tiếp thu một cách vô cùng hứng thú; nếu có lúc nào đó họ nản thì là tại tôi chứ không phải tại môn học. Tôi trở về trường sư phạm với công việc chính thức, và khi có cơ hội nghỉ một thời gian để làm nghiên cứu, tôi đã đề xuất viết lịch sử thế giới. Một nửa hội đồng xét duyệt cho rằng đó là một ý tưởng tuyệt vời trong khi nửa còn lại cười ngả nghiêng. Do đó, để vẫn được nghiên cứu, tôi tạm thời bỏ qua ý tưởng về sử thế giới và thay vào đó thì viết đề tài Chống phân biệt chủng tộc: Liên minh da trắng và cuộc đấu tranh cho quyền bình đẳng của người da den. 12 đại sử Sau khi nghỉ dạy chính thức, tôi đã nghỉ ngơi một thời gian ngắn, rồi tất cả những gì tôi muốn làm là viết quyển sách này. Tôi bắt đầu viết từ cuối tháng 9 năm 2002, sau cái chết của mẹ tôi, và hoàn thành bản thảo đầu tiên vào tháng 12 năm 2004. Tôi sử dụng các bài báo từ tạp chí New York Review of Books mà tôi đã lưu trữ trong suốt hai mươi năm; xin cảm ơn Bob Silvers và Barbara Epstein. Tôi đã đọc những tác phẩm tuyệt vời của những học giả đương đại, xin cảm ơn Timothy Ferris, Lyn Margulis, Stephen Pinker, Jared Diamond, J.R. and William H. McNeill, và David Christian. Để thử những ý tưởng của mình với sinh viên, tôi quay lại giảng dạy bán thời gian cho khoa Sử. Tôi tiếp tục giảng bài cho các giáo viên tiểu học tương lai, và biên soạn một chương trình ba môn với sự đóng góp của nhiều khoa khác nhau về một chủ đề liên kết đa ngành, mà chúng tôi gọi là “Câu chuyện về vũ trụ”. Tôi rất biết ơn truyền thống của trường Dominican luôn giới thiệu các môn liên ngành như vậy. Chương trình của chúng tôi bao gồm môn của tôi, “Tổng sử Trái đất”; môn của Jim Cunningham từ khoa Khoa học tự nhiên với tên gọi “Sự sống trên Trái đất”; và môn của Phil Novak từ khoa Triết/Tôn giáo, “Tín ngưỡng của thế giới”. Một lần nữa, sinh viên có phản ứng rất nhiệt tình, hầu như không nhận ra rằng chúng tôi đã làm điều gì đó bất thường. Tôi hết sức tri ân lòng can đảm và tự tin của những đồng nghiệp đó khi tham gia vào chương trình này, họ đã không ngần ngại vượt qua mọi biên giới học thuật. Đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã đóng góp cho quyển sách này nhiều hơn khi so sánh với bất kỳ tác phẩm nào trước đây của tôi. Lãnh đạo trường Sư phạm, Barry Kaufman, và các đồng nghiệp ở khoa Sử, đặc biệt là xơ Patricia Dougherty, dòng Đa minh, và Martin Anderson, đã thường xuyên giúp đỡ tôi. Đồng nghiệp của tôi ở chương trình Global Education Marin – Nancy van Ravenswaay, Alice Bartholomew, và Ron Herring – đã chỉ lối cho tôi trong nhiều năm qua. Chị tôi, Susan Hill, và con trai Ian Hill đã háo hức đòi tôi từng chương mới của quyển sách như thể họ vô cùng nôn nóng chờ quyển sách ra đời. Con riêng của chồng tôi, Deborah Robbins, giảng Lời nói đầu aa13 dạy Lịch sử thế giới tại Đại học High, Los Angeles đã thảo luận với tôi từng vấn đề một và dẫn tôi đến với những ý tưởng mới. Con trai Ivor của tôi chỉ dẫn cho tôi về sách và tạp chí trong khi con trai Erik chăm sóc tôi suốt thời gian đó với nhiều món ăn ngon. Cô Jean của tôi và chồng là chú Jorge Bustamante ở El Salvador luôn là nguồn cảm hứng cho tôi. Các bạn tôi trên khắp thế giới đều đã góp phần làm giàu cho hiểu biết của tôi. Tôi biết ơn rất nhiều độc giả ban đầu của quyển sách này. Amit Sengupta, giáo sư toán lý của trường Dominican, đã giúp kiểm tra lại chương đầu, và Jim Cunningham, giáo sư Sinh vật, đọc lại giúp tôi chương thứ hai. Đồng nghiệp dạy sử, Martin Anderson, giúp tôi tránh được rất nhiều lỗi. Đồng nghiệp dạy triết/tôn giáo, Phil Novak, nhìn tổng thể vấn đề của tôi rất nhanh và giúp tôi tự tin dù cho tác phẩm dựa vào những giả thuyết duy vật. Những nhà sử học thế giới John Mears và Kevin Reilly đưa ra những lời khuyên rất bổ ích. David Christian đã giúp tôi rất nhiều. Những độc giả đã có đóng góp quan trọng: Jim Ream, Chester Bowles, Margo Galt, Katie Berry, Marlene Griffith, Joan Lindop, Philip Robbins, Susan Rounds, và Bill Varner. Chồng tôi, Jack Robbins, đọc từng bản thảo một, tình yêu và sự hỗ trợ của ông đã giúp cho quyển sách ra đời. Tôi hết sức biết ơn đội ngũ nhân viên của Nhà xuất bản New Press, đặc biệt là Marc Favreau, Melissa Richards, và Maury Botton, vì đã thực hiện dự án này với lòng nhiệt thành và tính chuyên nghiệp tuyệt vời. Những sai sót còn lại trong quyển sách thuộc trách nhiệm của riêng tôi. 14 đại sử Phần I: Không gian và Thời gian Lời nói đầu aa15 16 đại sử 1 Sự hình thành vũ trụ (cách đây 13,7 - 4,6 tỉ năm) Tất cả chúng ta đang quay tròn trong không gian trên một hành tinh nhỏ bé, mỗi ngày ta được tắm nắng và sưởi ấm bởi ngôi sao gần bên mà người ta vẫn gọi là Mặt trời. Mỗi ngày, chúng ta du hành 3,2 triệu km quanh trung tâm dải Ngân hà, trong khi chính dải Ngân hà cũng di chuyển trong vũ trụ bao gồm hơn 100 tỉ thiên hà, mỗi thiên hà có khoảng 100 tỉ ngôi sao (xem Hình 1.1). Vũ trụ mà chúng đang trôi dạt trên đó khởi đầu cách đây 13,7 tỉ năm như một cái chấm nhỏ; kể từ lúc ấy, nó nở to dần trong khi nhiệt độ thì liên tục giảm xuống. Vũ trụ của chúng ta bao gồm ít nhất bốn chiều, ba chiều không gian và một chiều thời gian, điều đó có nghĩa rằng không gian và thời gian có liên hệ với nhau. Tại thời điểm này, kích thước của vũ trụ mà chúng ta quan sát được là 13,7 tỉ năm ánh sáng trên mỗi chiều không gian và 13,7 tỉ năm đối với chiều thời gian, vẫn tiếp tục tăng lên trong khi tôi viết và lúc các bạn đang đọc những dòng chữ này. Kể từ khi loài người hình thành, con người luôn ngước nhìn những đốm sáng trên bầu trời đêm với lòng khâm phục và sùng kính. Họ tìm hiểu xem có thể làm gì khi quan sát trực tiếp bầu trời và sử dụng kiến thức này để tính toán khi di chuyển trên đất liền hoặc trên biển. Tuy nhiên, nếu không có công cụ đặc biệt, con người không Sự hình thành vũ trụ aa17 Hình 1.1 Ngân hà thể biết nhiều điều về nguồn gốc của vũ trụ bao la cũng như bản chất của vật chất, bởi vì kích thước của vũ trụ và vật chất khác biệt rất xa so với những đồ vật cụ thể mà họ tiếp xúc hàng ngày. Đến cuối thế kỷ 20, các nhà khoa học đã chế tạo ra những công cụ để chúng ta có thể bắt đầu quan sát không gian vô tận cũng như thế giới vật chất nhỏ bé. Kiến thức về hai thế giới này gần đây tăng lên vô cùng nhanh chóng. Ngày nay, ai cũng có thể hiểu rõ về vũ trụ kỳ diệu, ngôi nhà của chúng ta, nếu chúng ta phát huy trí tưởng tượng và nghiên cứu những tấm ảnh chụp hoặc sơ đồ sẵn có. Mù mờ và sáng tỏ, mờ ảo và rõ ràng TấT Cả BắT Đầu bằng một sự kiện phi thường: vụ nổ lớn (the big bang). (Cái tên này do nhà vật lý thiên văn người Anh Fred Hoyle 18 đại sử Chúng ta đang ở đây đưa ra trong một chương trình phát thanh trên đài BBC vào năm 1952). Vũ trụ bùng phát từ một điểm duy nhất, có lẽ bằng kích thước của một nguyên tử, trong đó tất cả vật chất, năng lượng, không gian và thời gian được dồn nén đậm đặc ngoài sức tưởng tượng. Không gian đang bị nén lan ra như sóng thuỷ triều, trải rộng về mọi phía và nguội dần, mang theo vật chất và năng lượng cho đến tận ngày nay. Sức mạnh của vụ nổ đầu tiên đủ để thổi bay một trăm tỉ thiên hà qua 13,7 tỉ năm và ảnh hưởng của nó vẫn còn tiếp tục. Vũ trụ mở vẫn đang tiếp tục thành hình. Sự bùng phát này diễn ra ở đâu? Mọi nơi, kể cả nơi mỗi chúng ta đang tồn tại. Lúc ban đầu, mọi điểm mà chúng ta thấy phân cách hiện nay đều khởi nguồn từ một nơi. Vũ trụ khởi đầu là “plasma vũ trụ”, một chất đồng nhất vô cùng nóng đến nỗi người ta chưa biết được cấu trúc của nó. Vật chất và năng lượng chuyển hoá qua lại ở nhiều triệu tỉ độ C; chưa ai biết đó là năng lượng gì, nhưng vật chất là năng lượng ở trạng thái nghỉ. Khi vũ trụ nguội đi, những phần tử nhỏ nhất của vật chất mà hiện nay chúng ta biết đến, quark, bắt đầu liên kết lại với nhau thành từng nhóm ba hạt một, tạo thành cả proton và neutron (xem Hình 1.2). Việc này xảy ra vào khoảng một phần trăm ngàn giây sau vụ nổ lớn, khi nhiệt độ đã xuống đến mức nóng hơn nhân của Mặt trời khoảng một triệu lần. Một phần trăm giây sau đó, những proton và neutron bắt đầu kết hợp lại với nhau để hình thành cái mà sau này là nhân của hai nguyên tố nhẹ nhất, hydrogen và helium. Chưa hết một giây, bốn lực căn bản tác động lên vật chất ra đời: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong bốn lực vừa kể. Newton mô tả nó bằng Định luật Vạn vật hấp dẫn, còn Einstein dùng Thuyết Tương đối rộng, nhưng hiện vẫn chưa thể định nghĩa được chắc chắn. Lực điện từ là tổng hợp của lực điện và từ lực. Lực hạt nhân mạnh, mạnh nhất trong số bốn lực, có nhiệm vụ nhốt quark bên trong proton và neutron, và giữ proton và neutron ở bên trong hạt nhân nguyên tử. Lực hạt nhân yếu điều khiển sự phân rã hạt nhân nguyên tử của Sự hình thành vũ trụ aa19 Hình 1.2 Thành phần của vật chất Vật chất bao gồm nguyên tử, mỗi nguyên tử bao gồm các electron bay vòng quanh một nhân bao gồm proton và neutron, mà proton và neutron do quark hình thành. Hiện chưa biết quark có bao gồm các phần tử nhỏ hơn hay không. các nguyên tố phóng xạ. Các nhà khoa học tin rằng tất cả bốn lực trên đều là thành phần của một lực chung, nhưng họ vẫn chưa thể xây dựng được một lý thuyết thống nhất. Bốn lực trên hoạt động một cách cân bằng tuyệt đối cho phép vũ trụ tồn tại và giãn nở với một tốc độ bền vững. Nếu lực hấp dẫn mạnh hơn một chút, mọi vật chất có thể bị rút vào trong lòng chính nó. Nếu lực hấp dẫn yếu hơn một chút, nguyên tử đã không thể hình thành. Nếu nhiệt độ của vũ trụ hạ xuống chậm hơn, proton và neutron có thể đã không dừng lại ở dạng helium và lithium mà tiếp tục cô đặc cho đến khi thành sắt, quá nặng để hình thành thiên hà và các ngôi sao. Sự cân bằng tuyệt đẹp của bốn lực trên có vẻ như là cách duy nhất làm cho vũ trụ giữ được hình dạng của nó. Các nhà khoa học ngờ rằng đã có nhiều vũ trụ khác xuất hiện nhưng rồi biến mất trước khi vũ trụ hiện nay tồn tại. Vũ trụ mới chào đời phát triển với một tốc độ phi thường, trong chớp mắt tạo lập những tính chất căn bản còn tồn tại cho đến ngày nay. Trong khoảng 300.000 năm vũ trụ giãn nở và nguội dần, các 20 đại sử nguyên tử electron proton, neutron quark electron mang điện âm chuyển động hỗn loạn đã di chuyển chậm lại. Hạt nhân nguyên tử, bao gồm proton và neutron, tích điện dương. Khi các electron di chuyển đủ chậm, nhờ điện tích, hạt nhân nguyên tử hút chúng lại và hình thành những nguyên tử cân bằng về điện đầu tiên: hydrogen (H) và helium (He) – những nguyên tố nhẹ nhất, dạng vật chất đầu tiên. Hydrogen có một proton và một electron, helium có hai proton và hai electron. Thời điểm đó trở thành một khoảnh khắc quan trọng trong lịch sử vũ trụ. Trước khi các nguyên tử ổn định hình thành, vũ trụ tràn ngập những hạt bay dích dắc, một số mang điện âm, một số mang điện dương, mà ánh sáng (bao gồm những hạt gọi là photon, bé hơn nguyên tử) không thể xuyên qua một bể mênh mông các hạt tích điện. Lý do là photon tương tác với các hạt tích điện và hoặc là bị chuyển hướng, hoặc là bị hấp thu. Nếu có ai đó có cơ hội chứng kiến, vũ trụ đã có dạng như một màn sương mờ dày đặc, hoặc một cơn bão tuyết cuồng nộ. Ngay khi nguyên tử hình thành do kết nối electron mang điện âm và neutron mang điện dương lại với nhau, photon ánh sáng có thể di chuyển tự do. Màn sương mù bức xạ đã tan. Vật chất đã hình thành, và vũ trụ trở nên quang đãng. Cảnh vũ trụ mở rộng hết mức – nếu có người chứng kiến – bao gồm hầu hết là không gian trống rỗng tô điểm bởi những đám mây hydrogen và helium khổng lồ với năng lượng khủng khiếp bắn xuyên qua chúng. Ngày nay, chúng ta có thể nhìn thấy một ít photon còn sót lại sau vụ nổ lớn – giống như nhiễu trên màn ảnh vô tuyến truyền hình bị ngắt dây tín hiệu và chỉnh sang băng tần mà máy hoàn toàn không nhận được hình ảnh gì. Khoảng một phần trăm nhiễu mà chúng ta thấy là ánh sáng/nhiệt còn sót lại sau vụ nổ lớn, khởi nguồn của một đại dương bao la của bức xạ tàn dư vũ trụ. Nếu mắt chúng ta nhìn được vi sóng, (trên thực tế thì không như vậy), chúng ta sẽ thấy một lớp ánh sáng khuếch tán trong thế giới xung quanh. Bằng thiết bị radio, các nhà khoa học đã ghi nhận được bức xạ vi sóng tàn dư vũ trụ. Đến khoảng thập kỷ 50 và 60 của thế kỷ 20, các Sự hình thành vũ trụ aa21 nhà vật lý qua những gì đã biết nhận ra rằng vũ trụ hiện tại chứa đầy các photon nguyên thuỷ, nguội xuống gần độ không tuyệt đối qua 13,5 tỉ năm. Vào mùa xuân năm 1965, hai nhà thiên văn vô tuyến Arno A. Penzias và Robert W. Wilson làm việc ở Trung tâm thí nghiệm Bell Laboratories ở New Jersey, tình cờ phát hiện tàn dư ánh sáng này dưới dạng nhiễu âm thanh ở phần nền khi họ đang thử nghiệm một ăngten vi sóng mới dùng trong liên lạc vệ tinh. Năm 1989, NASA phóng vệ tinh phát hiện tàn tích vũ trụ (Cosmic Background Explorer – COBE), thu thập thông tin tái xác nhận với độ chuẩn xác cao rằng, ở 30C, có khoảng 400 triệu photon trong mỗi mét khối không gian – một biển bức xạ vi sóng vũ trụ vô hình, như lý thuyết về vụ nổ lớn đã tiên đoán. Năm 2002, NASA phóng vệ tinh thăm dò Wilkinson Microwave Anistropy Probe (WMAP) có kích thước 5 mét lên không gian cách Trái đất 1,6 triệu km. Trong một năm, WMAP chụp lại theo thời gian toàn bộ không gian vũ trụ, cho ra bản đồ có độ phân giải cao bức xạ tàn tích vũ trụ (cosmic background radiation – CBR) từ 380.000 năm sau vụ nổ lớn và tái khẳng định lý thuyết về nguồn gốc vũ trụ đó. May mắn cho các nhà thiên văn học, ở tầm vóc vũ trụ thì khoảng cách chính là cỗ máy thời gian. Một vật càng xa, ta thấy chúng ở trạng thái càng “trẻ”, bởi vì khi vật càng xa thì càng tốn thời gian để bức xạ của nó đến được với chúng ta. Chúng ta không thể thấy vũ trụ của ngày hôm nay, chỉ thấy nó của quá khứ, bởi vì phải mất hàng triệu hàng tỉ năm để ánh sáng của các thiên hà và những ngôi sao xa xôi, di chuyển với vận tốc gần 9,7 ngàn tỉ km một năm, đến được quả đất. Do đó, chúng ta có thể nhìn rất xa vào quá khứ. Bắt được bức xạ vi sóng, chúng ta có thể “thấy” rất gần điểm khởi đầu của vũ trụ (xem Hình 1.3). Hãy hình dung những điều sau đây. Ánh sáng từ ngôi sao gần nhất là Mặt trời mất tám phút hai mươi giây để đến với chúng ta. Ánh sáng từ Mộc tinh mất khoảng ba mươi lăm phút khi nó gần quả đất nhất và khoảng một giờ khi nó trên quỹ đạo xa quả đất nhất. Ánh sáng từ sao Thiên lang, ngôi sao sáng nhất trên bầu 22 đại sử Hình 1.3 Vũ trụ như chúng ta thấy Từ vị trí của mình trong dải Ngân hà – một trong những thiên hà thuộc Nhóm Thiên hà địa phương (Local Group) – chúng ta nhìn về vũ trụ trong quá khứ, vì ánh sáng từ những thiên hà xa xôi mất hàng tỉ năm để đến Trái đất. Trong quá khứ xa xôi đó, vũ trụ nhỏ hơn, và các thiên hà va chạm với nhau thường xuyên hơn. Chuẩn tinh (quasar) là những thiên thể ở rất xa, được cho là nhân của những thiên hà trẻ, có thể đang va chạm với nhau. trời ban đêm cần 8,6 năm mới đến được quả đất. (Khoảng cách ánh sáng di chuyển là 8,6 năm ánh sáng, tức là khoảng 130 ngàn tỉ km). Ánh sáng của những ngôi sao có thể nhìn thấy mà không cần các thiết bị quang học hỗ trợ mất từ bốn đến bốn ngàn năm để đến mắt chúng ta. Nếu chúng ta thấy một ngôi sao ở khoảng cách 3.000 năm ánh sáng đang nổ tung trước mắt thì thực ra, vụ nổ đó xảy ra cách đây 3.000 năm – khoảng thời gian ánh sáng từ ngôi sao đó tới mắt chúng ta. 4 9 12 13,4 13,7 13,7 tỉ Quần tụ thiên hà Các thiên hà hoạt động Bức tường các thiên hà Các thiên hà phát xạ Chuẩn tinh xa nhất Hiện tại Quần tụ thiên hà Virgo Hình thành thiên Nhóm hà thiên hà địa phương Vụ nổ lớn Chuẩn tinh Mây liên thiên hà 11,9 4tỉ tỉ Thời gian sau vụ nổ lớn (năm) 1tỉ 300.000 0 Sự hình thành vũ trụ aa23 24 đại sử Thiên hà lấp lánh Như đã mô tả ở trên, vũ trụ trở nên quang đãng sau khoảng 300.000 năm kể từ vụ nổ lớn. Những đám mây hydrogen và helium khổng lồ trôi dạt tới khi những đám mây này tan thành hàng ngàn tỉ những đám mây tách biệt, mỗi đám mây con có xung năng riêng và thoát khỏi sự giãn nở của vũ trụ khi mà đường kính của mỗi đám mây con giữ nguyên trong khi khoảng cách giữa chúng tăng lên. Khi vũ trụ nguội dần và bớt hoạt động, mỗi đám mây hydrogen và helium trở thành một thiên hà riêng biệt bao gồm những ngôi sao kết hợp lại với nhau bởi lực hấp dẫn. Điều này xảy ra khi các nguyên tử hydrogen và helium va chạm với nhau. Khi chúng va chạm, ma sát tạo ra nhiệt độ cao đến nỗi những nguyên tử bị tước mất electron. Hạt nhân hydrogen bắt đầu kết hợp, tạo ra ion helium. Phản ứng nguyên tử này giải thoát nhiệt lượng/năng lượng khổng lồ như phương trình E=mc2 của Einstein, theo đó năng lượng tạo ra bằng sự hao hụt khối lượng nhân với bình phương vận tốc ánh sáng. Khi hydrogen bắt đầu cháy, mỗi giây có hàng triệu tấn vật chất được chuyển hoá thành năng lượng, và một ngôi sao ra đời. Chỉ khoảng 200.000 năm sau vụ nổ lớn, những ngôi sao đầu tiên hình thành. Những vật thể đủ kích cỡ và khối lượng đang tràn ngập trong vũ trụ. Vật thể có kích thước lớn nhất là những ngôi sao, chúng tự sinh ra năng lượng. Những ngôi sao vĩ đại nhất có thể lớn hơn Mặt trời gấp hai mươi lần. Vật thể nhỏ nhất trong vũ trụ là những hạt bụi chỉ có thể nhìn thấy qua kính hiển vi, có hàng trăm tấn bụi loại này rơi xuống khí quyển Trái đất mỗi ngày. Bụi trên từng mái nhà có thể chứa một ít vật chất từ các thiên thạch. Hành tinh là các vật thể cỡ trung; khối lượng của chúng không đủ tạo ra năng lượng thông qua phản ứng hạt nhân nguyên tử hydrogen. Những ngôi sao có đủ kích thước lẫn độ đậm đặc, và theo thời gian chúng chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác. Hầu hết sao gần chúng ta là sao màu đỏ, nhưng Mặt trời, ngôi sao chúng ta biết rõ nhất, là ngôi sao được phân loại màu vàng ổn định, đốt cháy hydrogen qua phản ứng hạt nhân hydrogen như mô tả ở trên. Khi dùng hết hydrogen, trong khoảng 5 tỉ năm, Mặt trời của chúng ta sẽ chuyển sang đốt helium, gọi là phản ứng hạt nhân helium. Vì phản ứng hạt nhân helium là một quá trình nóng hơn, và giải phóng nhiều năng lượng hơn, áp lực của phần năng lượng tăng lên sẽ làm Mặt trời giãn nở thêm cho tới khi nó trở thành một ngôi sao lớn sáng rực, được gọi là sao khổng lồ đỏ. Khi nguyên liệu helium cũng hết, sao khổng lồ đỏ này sẽ xẹp xuống thành một sao lùn trắng. Sau đó nó sẽ nguội dần cho tới khi trở thành dạng xỉ, hay là sao lùn đen với kích thước tương đương Trái đất nhưng nặng hơn gấp 200.000 lần. Người ta chưa từng phát hiện ra một sao lùn đen nào cả vì vũ trụ chưa đủ già để cho bất cứ một ngôi sao nào hoàn tất quá trình nguội đi chậm chạp của nó. Một số sao vàng, những ngôi sao lớn hơn Mặt trời lúc khởi đầu, sẽ trở nên lớn hơn sao khổng lồ đỏ hay Mặt trời trong tương lai. Khi chúng vượt qua giai đoạn khổng lồ đỏ, chúng không co lại thành sao lùn trắng. Những nguyên tố nặng hơn được tạo ra và đốt cháy trong lòng chúng: carbon, nitrogen, oxygen, magnesium, và cuối cùng là sắt. Nhưng sắt lại không thể được dùng như nguyên liệu của một ngôi sao. Sự sản sinh năng lượng dừng lại và lực hấp dẫn tiếp nối. Nhân của ngôi sao này nổ tung và kích hoạt một vụ nổ mạnh ở các lớp ngoài làm nát vụn phần lớn lớp vỏ. Chỉ còn phần nhân tồn tại như một sao lùn trắng, một sao neutron (nhỏ tí hon và cực kỳ đậm đặc), hoặc một lỗ đen là một vật thể siêu đậm đặc đến nỗi ánh sáng không thể thoát khỏi trường hấp dẫn của nó. Một ngôi sao nổ tung tự hủy diệt mình được gọi là siêu tân tinh (supernova); chỉ những sao nào nặng hơn Mặt trời sáu lần mới có khả năng trở thành siêu tân tinh. Những siêu tân tinh này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vũ trụ. Chúng là lò luyện, nơi những nguyên tố mới được tạo Sự hình thành vũ trụ aa25 ra, và như chúng ta đã thấy, chúng khởi đầu sự hình thành các lỗ đen. Khi một ngôi sao nặng hơn Mặt trời mười lần bùng nổ, nhân còn lại của nó có thể nặng hơn Mặt trời bốn lần. Nếu vậy, lực hấp dẫn sẽ là vô cùng lớn đến nỗi vật chất biến mất và một lỗ đen xuất hiện, ở đó trường hấp dẫn quá mạnh nên ánh sáng không thể thoát ra ngoài được. Không ai biết vật chất biến đi đâu. Trung tâm của lỗ đen được gọi là điểm kì dị (singularity); một lỗ đen tạo ra bởi một ngôi sao nặng hơn Mặt trời mười lần có đường kính chỉ bằng 64 km. Xung quanh điểm kì dị là một trường hấp dẫn mạnh đến độ mọi thứ đi vào trường này sẽ biến mất vào trong lỗ đen. Trường hấp dẫn này được gọi là chân trời sự kiện (event horizon). Các nhà thiên văn học cho rằng những lỗ đen khổng lồ tồn tại ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà, cũng như một lỗ đen có vẻ như đang tồn tại ở trung tâm dải Ngân hà của chúng ta. Lỗ đen này, nặng hơn Mặt trời sáu lần, được gọi là SgA bởi vì dường như nó nằm ở bán cầu nam của chòm sao Nhân mã (Sagittarius). Các nhà khoa học sau hơn mười năm sử dụng Kính viễn vọng cực lớn ở sa mạc Atacama, Chile, đã khẳng định sự tồn tại của SgA vào năm 2002. Các siêu tân tinh khổng lồ trở thành lỗ đen. Những siêu tân tinh nhỏ hơn, từ ba đến sáu lần kích cỡ Mặt trời, nổ tung mọi thứ ra ngoài thay vì khi nổ mọi thứ rút vào trong. Trong nhân bốc cháy của chúng, hydrogen chuyển hoá thành helium, rồi helium thành carbon; các hạt nhân kết hợp lại thành hạt nhân lớn hơn nữa, như oxygen, calcium, và tiếp diễn theo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Đến thời điểm nào đó, một vụ nổ xảy ra phun một phần lớn thành phần của tân tinh trở lại vào không gian dưới dạng khí, lúc này chứa đựng những nguyên tử phức tạp, có khả năng duy trì sự sống chứ không chỉ hydrogen và helium. Chỉ có các siêu tân tinh có khả năng tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt. Qua khoảng chín tỉ năm, tất cả các nguyên tố của bảng tuần hoàn dần dần được hình thành theo cách đó. Mỗi mạt vàng trên hành tinh này đều có nguồn gốc từ các ngôi sao khổng lồ bùng nổ trước khi Mặt trời xuất hiện. Vàng ở trong chiếc nhẫn trên tay bạn 26 đại sử đã trên 4,5 tỉ năm tuổi. Do đó những vụ sao nổ đã tạo ra những nguyên tố góp phần hình thành cuộc sống trên Trái đất. Trên thực tế, bản thân chúng ta cũng do bụi vũ trụ tạo thành. Trở lại câu chuyện, vài trăm ngàn năm sau vụ nổ lớn, các thiên hà kết lại dưới dạng sóng đậm đặc di chuyển trong không gian, va chạm với các đám mây hydrogen và helium hình thành nên các ngôi sao. Không gian bắt đầu lấp lánh ánh sáng với hàng tỉ ngôi sao di chuyển như mạng nhện trên những đường xoắn ốc. Hầu hết các thiên hà có hình xoắn ốc, nhưng trong buổi ban đầu của vũ trụ, vật chất cùng phải chia sẻ một không gian hết sức chật chội và các thiên hà thường xuyên đâm vào nhau. Khi va chạm, thiên hà lớn nuốt thiên hà bé, nhưng các thiên hà lớn không còn lấy lại được hình xoắn ốc. Thay vào đó, nó trở nên một khối cầu, hay một hình ellipse (oval). Những thiên hà có hình ellipse không sinh ra sao mới vì sóng đậm đặc không thể di chuyển xuyên qua nó, va chạm với các đám mây để tạo ra những ngôi sao mới. Dải ngân hà của chúng ta là một hình xoắn ốc hoàn hảo, một may mắn hi hữu khi không ở khu vực đông đúc của vũ trụ khoảng 12 tỉ năm về trước. Trong khoảng 9 tỉ năm hay hai phần ba lịch sử vũ trụ cho đến ngày nay, đã có rất nhiều đợt trình diễn pháo hoa kỳ thú trong vũ trụ. Các thiên hà dịch chuyển và va chạm với nhau. Sóng đậm đặc đi xuyên qua các thiên hà, tạo ra những ngôi sao mới. Các siêu tân tinh bùng nổ, vãi ra những nguyên tố mới dưới dạng khí, sẵn sàng va chạm với những siêu tân tinh khác tạo thành sao mới, hay nổ chìm để hình thành nên các lỗ đen, mang vật chất đi đâu chẳng ai biết. Trong cùng lúc đó, không gian giãn nở và nhiệt độ tiếp tục giảm xuống. Vũ trụ là một điệu nhảy lấp lánh của cái chết và sự tái sinh, đổ nát và thanh lịch, bạo lực và tàn phá khủng khiếp song hành với cái đẹp và sự sáng tạo mê hồn. Sự hình thành vũ trụ aa27 28 đại sửMặt trời/The Sun/El Sol/Helios/Die Sonne Khoảng 4,6 tỉ năm về trước, trong dải Ngân hà, một siêu tân tinh bùng nổ, và một ngôi sao mới, chính là Mặt trời của chúng ta, xuất hiện từ tàn tích của vụ nổ đó. Chúng ta biết điều này vì đá từ Mặt trăng và các thiên thạch, bắt nguồn từ siêu tân tinh trên, có độ tuổi khoảng 4,56 tỉ năm. Mặt trời lớn hơn và sáng hơn mức bình thường, nó nằm trong 5 phần trăm những ngôi sao dẫn đầu trong dải Ngân hà. Nó cũng đặc biệt ở chỗ không có một ngôi sao đồng hành (trong khi khoảng hai phần ba các ngôi sao trong nhánh Ngân hà của chúng ta trên thực tế là những hệ thống gồm nhiều ngôi sao). Mặt trời nằm ở khoảng hai phần năm quãng đường ra khỏi một trong những nhánh xoắn ốc, vào khoảng 30.000 năm ánh sáng tính từ trung tâm của Ngân hà. Phải mất từ 225 đến 250 triệu năm nó mới quay hết một vòng quanh trung tâm của Ngân hà trên một quỹ đạo hình ellipse hay oval, với vận tốc 322.000 km một ngày. Cùng với hệ thống các hành tinh và các thiên thể khác, Mặt trời đã quay quanh trung tâm của Ngân hà khoảng hai mươi lần kể từ khi nó ra đời. Kích thước của Mặt trời cho phép ta tính được nó cháy hoàn toàn trong khoảng 10 tỉ năm, và cho tới nay nó đã cháy được 4,6 tỉ năm. Quay quanh Mặt trời thuở ban đầu là một đĩa các vật chất còn sót lại từ vụ nổ của siêu tân tinh, bao gồm bụi tinh vân và khí của nhiều nguyên tố khác nhau. Khi tất cả các khí đó va chạm với nhau, chúng hình thành những hạt nhỏ mà tính thiếu ổn định của những hạt này biến chiếc đĩa sang dạng những dải băng. Khi những cái nhân tích tụ lại trên các dải băng này, các hành tinh bắt đầu xuất hiện, lực hấp dẫn của Mặt trời làm cho bốn hành tinh gần bên trong (Thuỷ tinh - Mercury, Kim tinh - Venus, Trái đất, và Hoả tinh - Mars) nặng hơn và thành phần có nhiều đá, trong khi các hành tinh bên ngoài (Mộc tinh - Jupiter, Thổ tinh - Saturn, Thiên vương tinh - uranus, và Hải vương tinh - Neptune) nhẹ hơn và thành phần chứa nhiều khí. Diêm vương tinh - Pluto, nhỏ hơn Mặt trăng, người ta cho rằng nó không đủ lớn để được coi là một hành tinh. Mộc tinh nặng hơn Trái đất khoảng 300 lần, gần như nhưng không hoàn toàn đủ lớn để trở thành một ngôi sao. (Trên thực tế không có cách nào vẽ hệ Mặt trời đúng theo tỉ lệ thực mà không dùng những khoảng cách lớn bằng hàng dãy phố. Nếu Trái đất được biểu diễn bằng kích cỡ một hạt đậu, Mộc tinh sẽ cách nó 300 mét và Hải vương tinh sẽ cách nó hơn 1,6 km). Các hành tinh lúc ban đầu ở trạng thái lỏng hoặc khí. Mỗi hành tinh tự sắp xếp cấu trúc của chính nó qua tác dụng của lực hấp dẫn; các nguyên tố nặng nhất như sắt và nickel chìm vào trung tâm trong khi các nguyên tố nhẹ hơn, như hydrogen và helium hình thành nên lớp vỏ bên ngoài. Trật tự ổn định do tác dụng của lực hấp dẫn bị phá vỡ do các nguyên tố phóng xạ không ổn định. Khi các nguyên tố này phân chia, năng lượng của chúng làm cho hành tinh sôi lên, đưa các vật chất ở dưới sâu lên trên bề mặt. Trên ba hành tinh nhỏ nhất – Thuỷ tinh, Kim tinh và Hoả tinh – tất cả mọi hoạt động ngừng lại sau khoảng một tỉ năm với sự hình thành của đá. Trên bốn hành tinh lớn nhất – Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh và Hải vương tinh – các loại khí vẫn còn tiếp tục sôi cho đến ngày nay, giống như những gì đã diễn ra từ thuở ban đầu của hệ Mặt trời. Chỉ có Trái đất là có kích thước phù hợp tạo ra sự cân bằng giữa lực hấp dẫn và lực điện từ, cho phép hình thành lớp vỏ đá chắc chắn bao quanh phần nhân nóng bỏng. Chỉ có Trái đất có vị trí tương đối so với Mặt trời, với khoảng cách trung bình là 150 triệu km, tạo nên một biên độ nhiệt thích hợp cho phép các phân tử phức tạp hình thành. Trong hệ Mặt trời, chỉ có Trái đất là nơi các phản ứng hoá học liên tục xảy ra. Chúng ta tính thời gian bằng năm, chính là thời gian Trái đất xoay quanh Mặt trời được một vòng. Trái đất tự quay quanh một trục trong khi nó quay quanh Mặt trời. Trục đó nghiêng khoảng 23,5 độ do đó các cực điện từ của Trái đất không thẳng góc với Mặt trời. Khi Trái đất ở một phía của Mặt trời, trục nghiêng làm cho một bán cầu ngả về phía Mặt trời nhiều hơn, nhận nhiều ánh sáng hơn, và khi Sự hình thành vũ trụ aa29 Trái đất ở phía bên kia của Mặt trời thì ngược lại. Độ nghiêng của trục quay tạo ra mùa trên Trái đất, vì nếu nó quay quanh một trục thẳng đứng thì cả hai bán cầu sẽ cùng nhận một lượng ánh sáng như nhau quanh năm. (Tất cả các hành tinh khác quay quanh một trục thẳng đứng trừ Thổ tinh, nó quay quanh một trục nằm ngang). Trong nửa tỉ năm đầu tiên, Trái đất đã phải chịu những chấn động khi va chạm với các sao băng, tiểu hành tinh, và những ngôi sao nhỏ. Chỉ cần nhìn vào bề mặt của Mặt trăng là thấy dấu vết của những va chạm xa xưa này. Vì Mặt trăng quá nhỏ nên nhanh chóng mất đi nhiệt năng bên trong và giữ lại được bề mặt nguyên thuỷ của nó. Trái đất thì đủ lớn, với nhân đủ nóng nên nhiệt năng của những va chạm ban đầu vẫn tiếp tục làm cho nó sôi sục ngày đêm, thế nên không có dấu vết của va chạm nào có thể hình thành. Khi Trái đất đã nguội để đá xuất hiện trên bề mặt của nó, từng chùm nham thạch nóng chảy trào ra từ bên trong, mang những hoá chất trong lòng đất ra ngoài, và làm cho bầu khí quyển thay đổi liên tục bao gồm chủ yếu là khí methane, hydrogen, ammonia, và carbon. Những cơn bão điện khổng lồ, với những tia chớp và tiếng sấm kinh hoàng, khuấy động cả bể hoá chất đó. Sau nửa tỉ năm thai nghén, bà mẹ Trái đất đã sẵn sàng cho các phân tử của sự sống ra đời. Những câu hỏi còn chưa được giải đáp Câu chuyện của tôi đến đây dựa trên những gì các nhà khoa học đã biết về vũ trụ, được gọi là Mô hình chuẩn, được phát triển vào những năm 60 và 70 của thế kỷ trước. Tôi chưa hề cố tình suy diễn hay phỏng đoán thêm một điều gì. Nhưng mọi điều chúng ta cho rằng chúng ta đã biết cần phải được xem xét cùng với những gì chưa biết. Còn nhiều câu hỏi quan trọng vẫn chưa có câu trả lời. Ngay cả nguồn gốc của Mặt trăng cũng là điều chưa chắc chắn. Một số ý kiến cho rằng nó là một mẩu nhỏ vỡ ra từ Trái đất, nhưng 30 đại sử hầu hết mọi người tin rằng Mặt trăng xuất hiện khi một ngôi sao nhỏ đâm vào quả đất, không thể thoát khỏi lực hấp dẫn và trở thành vệ tinh của nó, đẩy trục xoay của Trái đất từ đứng sang hơi nghiêng và điều đó tạo ra các mùa khác nhau. Những câu hỏi khó hơn nảy sinh, ví dụ như: “Tại sao các phương trình toán học lại có hiệu quả trong việc xác định được đường bay của Mặt trăng và thiên hà Andromeda?” và “Trước vụ nổ lớn là gì?” Trả lời câu hỏi đầu tiên, các nhà toán học chỉ nhún vai và nói đùa, “Thượng đế là một nhà toán học”. Thật kỳ diệu khi chúng ta có thể biết mọi chuyện về vũ trụ, và bộ óc của con người có thể sáng tạo ra các phương trình phù hợp với thực tế. Còn đối với câu hỏi thứ hai và các câu hỏi khác: 1. Điều gì xảy ra trước vụ nổ lớn? Chẳng ai biết được tình trạng nguyên thuỷ của vũ trụ ra sao. Một số nhà vật lý tin rằng lời giải cho vấn đề này mãi mãi vượt quá khả năng và bất kỳ lý thuyết nào mà con người đặt ra. Nhưng vẫn có vô số lý thuyết. Một trong số đó, do Lee Smolin từ Đại học Pennsylvania đề xuất, cho rằng tình trạng ban đầu của vũ trụ là một lỗ đen trong một vũ trụ khác. Mô tả một lỗ đen có vẻ giống như câu chuyện về điểm khởi đầu của vũ trụ, chỉ khác là theo trình tự ngược lại – vật chất, năng lượng, không gian, và thời gian bị dồn nén cho đến khi chúng biến mất. Các nhà vật lý đang xem xét thuyết của Smolin cho rằng vật chất, năng lượng, không gian và thời gian có thể biến mất khỏi kết cấu của vũ trụ chúng ta để tái xuất hiện ở một nơi nào đó như một vũ trụ mới. Chúng ta có thể đang sống trong một “đa vũ trụ” bao gồm rất nhiều vũ trụ xuất hiện từ những vũ trụ khác. Đây chỉ là một trong số vài kịch bản lý thuyết hiện hành dựa trên ý tưởng có nhiều vũ trụ. 2. Lúc đầu, Trái đất giãn nở thế nào? Một giả thuyết có vẻ phù hợp cho rằng vào thời điểm đầu tiên, vũ trụ nở cực mạnh – tức là nó giãn ra rất nhanh, với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng rất nhiều, bán kính của nó liên tiếp tăng gấp đôi đều đặn trong từng khoảng thời gian bằng nhau. Sau ít hơn một Sự hình thành vũ trụ aa31 giây, đợt bùng phát này kết thúc, và sau đó vũ trụ giãn nở với vận tốc ổn định, cho tới khoảng 5 tỉ năm trước đây khi vận tốc giãn nở của nó lại tăng lên. Giả thiết về sự bùng phát này giải quyết được một vài vấn đề của lý thuyết vụ nổ lớn, nhưng nó vẫn chưa được thiết lập một cách hoàn chỉnh. 3. Lý thuyết về những vấn đề có quy mô cực lớn, được gọi là Thuyết Tương đối rộng, và lý thuyết về những vấn đề có quy mô cực nhỏ của vũ trụ, được gọi là Thuyết Cơ học lượng tử, được thống nhất ra sao? Hai nhóm lý thuyết này chứa đựng mâu thuẫn, và chưa thể giải quyết để hình thành một lý thuyết chung vĩ đại giải thích được mọi thứ. Tuy nhiên, khi nghiên cứu những lỗ đen hay vũ trụ vào thời điểm vụ nổ lớn xảy ra, các nhà vật lý phải dùng cả Thuyết Tương đối rộng lẫn Thuyết Cơ học lượng tử. Khi đó, đáp số cho những phương trình của họ thường bằng vô cực. Điều này chỉ ra một vấn đề có thể phát biểu đơn giản như sau: Thuyết Cơ học lượng tử cho chúng ta biết rằng vũ trụ nhìn với quy mô nhỏ là một đấu trường hỗn loạn nơi mọi thứ xuất hiện và biến mất mà không thể tiên đoán được. Ngược lại, Thuyết Tương đối rộng được xây dựng trên nguyên tắc của hình học không gian ổn định. Trong thực tế, khi không tính đến những thái cực thì Thuyết Cơ học lượng tử và Thuyết Tương đối rộng kết hợp hoàn hảo với nhau để đưa ra những tiên đoán về các kết quả có thể quan sát được; những biến động mạnh, ngẫu nhiên trong thế giới quy mô nhỏ triệt tiêu lẫn nhau để vận hành như một cơ cấu yên lành. Các nhà vật lý học cảm thấy kiến thức của họ vẫn phải bị coi là chưa đầy đủ cho đến khi không còn mâu thuẫn trong các lý thuyết họ phát triển. Vào năm 1984, hai nhà vật lý học Michael Green và John Schwarz đưa ra bằng chứng đầu tiên về một lý thuyết thống nhất mới, được gọi là lý thuyết siêu dây hay ngắn hơn là lý thuyết dây. Ý tưởng đó cho rằng thành phần cơ bản nhất của vũ trụ không phải là hạt mà là dải xoắn hay dây năng lượng mà tính chất của chúng phụ thuộc vào cách chúng dao động. Những dây này siêu nhỏ – chiều dài khoảng 10-35 cm – đến nỗi chúng trông giống như một 32 đại sử điểm ngay cả khi nhìn dưới những thiết bị quan sát mạnh nhất. Lý thuyết này cũng cho rằng vũ trụ có nhiều hơn ba chiều – có thể là mười chiều (hoặc hơn) – cộng với thời gian. Về mặt lý luận, lý thuyết dây thực sự là một thuyết thống nhất, cho rằng tất cả vật chất và lực đều xuất phát từ duy nhất một thành phần: những chuỗi năng lượng dao động. Kể từ năm 1984, những bằng chứng khác đã được phối hợp để củng cố ý tưởng về dây, nhưng vẫn chưa có những bằng chứng thực nghiệm để chứng minh lý thuyết này. 4. Từ những năm 60 và 70, khi các nhà khoa học bắt đầu cảm thấy chắc chắn rằng vũ trụ có điểm khởi đầu, họ cũng đã băn khoăn: “Vũ trụ sẽ kết thúc ra sao?” Dường như có ba khả năng. Vũ trụ có thể giãn nở mãi cho đến khi từ các thiên hà, ánh sáng tắt đi và mỗi ngôi sao chỉ còn là xỉ than; sự giãn nở của vũ trụ có điểm dừng và mọi sự quay ngược trở lại, tất cả vật chất trong vũ trụ sẽ bị hút ngược vào trong chính chúng khi xảy ra một vụ nổ khủng khiếp; hoặc theo cách nào đó sự giãn nở của vũ trụ sẽ đạt được một mức cân bằng tinh tế, và ở mức cân bằng đó giãn nở xảy ra chậm lại, nhưng không có quá trình quay ngược. Trong vài thập kỷ vừa qua, các nhà vật lý đã biết rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ không giảm đi mà lại còn tăng lên. Một điều bí ẩn nào đó đang đẩy mọi thứ xa nhau hơn. Các nhà khoa học gọi lực phản hấp dẫn huyền bí này là “năng lượng trong bóng tối”, hoặc là năng lượng của hư không. Họ cũng tin vào sự tồn tại của cái gọi là “vật chất trong bóng tối”, không giống như bất cứ thứ gì trên quả đất. Chưa ai biết năng lượng trong bóng tối hay vật chất trong bóng tối là gì; nhưng hiện tại các nhà khoa học cho rằng chúng có thể chiếm đến 90 phần trăm vũ trụ. Cuộc tìm kiếm mới chỉ bắt đầu. Sự hình thành vũ trụ aa33 2 Sự sống hình thành trên Trái đất (cách đây 4,6 tỉ - 5 triệu năm) Sự sống trên Trái đất là cả một bí ẩn lớn lao. Làm sao chúng ta có thể khẳng định sự sống bắt đầu từ lúc nào, khi mà theo một nghĩa nào đó toàn bộ hành tinh của chúng ta đã bắt đầu sống kể từ khi nó hình thành? Như đã mô tả trong chương 1, Trái đất đã luôn giữ được trạng thái cân bằng giữa năng lượng và vật chất, không đông cứng lại mà cũng chẳng bốc hơi mất. Kích thước của Trái đất và khoảng cách với Mặt trời đã hỗ trợ, cũng có thể là đã quyết định việc nó luôn phát triển ổn định trong khi thành phần cấu tạo liên tục thay đổi. Các nhà khoa học gọi tính tự duy trì một cách sống động đó là autopoiesis (“tự hình thành” theo tiếng Hy Lạp). Đây là định nghĩa căn bản nhất về sự sống – tức là một tổ chức sống phải có thể duy trì sự ổn định của mình trong khi vẫn liên tục biến đổi. Theo truyền thuyết về Gaia, Trái đất tự sống được bởi duy trì được tính ổn định thiết yếu thông qua những thay đổi và phát triển liên tục. (Gaia là nữ thần của Trái đất theo thần thoại Hy Lạp). Ngay cả nếu toàn bộ Trái đất không thể tự điều chỉnh thì ít nhất là bầu khí quyển và lớp vỏ ngoài của nó dường như phải tạo ra được một hệ thống tự điều chỉnh riêng, duy trì thành phần không khí và nhiệt độ trên bề mặt để cuộc sống tiếp diễn. 34 đại sử Trong quá trình phát triển liên tục, đến lúc nào thì trên Trái đất bắt đầu xuất hiện những tổ chức sống có thể tự tái sinh? Đã nhiều năm, các nhà khoa học dò tìm điểm khởi đầu của sự sống nơi hoá thạch của các con bọ ba chân, những động vật không xương sống đã tuyệt chủng, vì hoá thạch của chúng là những chứng tích cổ xưa nhất về sự sống được tìm thấy trên Trái đất. Chúng là những con vật đầu tiên mà cơ thể có các bộ phận riêng biệt, lưu lại dấu ấn trong lớp đá vôi tận đáy biển. Hoá thạch có niên đại cách đây khoảng 580 triệu năm của chúng được tìm thấy ở khắp mọi nơi trên thế giới. Năm 1943, khi kính hiển vi điện tử ra đời, người ta đã có thể nhìn thấy tế bào trong các hoá thạch đó. Giờ thì các thực thể sống đầu tiên được ghi nhận là các tế bào vi khuẩn xuất hiện khoảng 750 triệu năm sau khi Trái đất hình thành. Ngay cả khi không có kính hiển vi điện tử, chúng ta vẫn có thể hình dung tiến trình lịch sử của sự sống thông qua một phòng trưng bày là chính cơ thể của mình. Chúng ta cũng được tạo ra bởi vật chất và năng lượng như vũ trụ vậy. Tế bào, bao gồm những nguyên tử được tạo ra khi những ngôi sao nổ tung, duy trì một môi trường giàu hydrogen và carbon cũng giống như Trái đất khi sự sống hình thành. Carbon kết hợp với năm nguyên tố khác tạo nên những hoá chất phổ biến của mọi sinh vật, chiếm đến 99 phần trăm trọng lượng của tất cả các thực thể sống, kể cả chính chúng ta. Mỗi đời người khởi đầu từ một tế bào duy nhất, tái diễn một thực tế là mọi hình thức sống trên Trái đất đều bắt đầu từ một tế bào. Những tế bào đầu tiên là vi khuẩn, và cơ thể con người có số tế bào vi khuẩn nhiều hơn mười lần so với số tế bào động vật. Tế bào của chúng ta có ba cấu trúc thành phần (ti thể, lạp thể và roi) đã tiến hoá như những vi khuẩn độc lập trước khi kết hợp lại trong những tế bào phức tạp hơn. Trong máu của chúng ta hiện tại vẫn còn chất muối có trong nước biển; chúng ta khóc và đổ mồ hôi ra nước mặn, lại một chứng cứ cho thấy sự sống bắt nguồn từ các vùng biển. Trẻ em lớn lên và phát triển chín tháng trong môi trường nước; không một sinh vật nào trên Trái đất có thể trải qua giai đoạn đầu tiên của chúng ngoài Sự sống hình thành trên Trái đấtaa35 môi trường này. Khi còn là phôi, con người cũng có những cái mang tạm thời trông giống như những vết sẹo tí hon nằm sau tai, một bước đệm trước khi hình thành phổi để thở. Cơ thể chúng ta có 65 phần trăm là nước, y hệt như lớp vỏ của Trái đất. Chúng ta thuộc về Trái đất theo ý nghĩa căn bản nhất và sâu sắc nhất. Tế bào và các quá trình của sự sống (cách đây 3,9 - 2 tỉ năm) Các hợp chất đầu tiên trên Trái đất đã thức dậy thế nào? Các nhà khoa học chưa thể nói chắc chắn về điều đó vì họ chưa thể tạo ra sự sống từ hoá chất trong phòng thí nghiệm. Họ đã nỗ lực trong vòng năm mươi năm qua, nhưng hành tinh này đã mất ít nhất nửa tỉ năm để làm chuyện đó. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã có đủ thông tin để phác họa lại những kịch bản về sự khởi đầu của sự sống với độ tin cậy cao, để các mảnh ghép còn lại khi được tìm thấy sẽ khẳng định phỏng đoán chung của họ. Trái đất hình thành cách đây khoảng 4,6 tỉ năm. Trong khoảng 500 triệu năm sau đó, nó vẫn là một quả cầu nham thạch lỏng, vô cùng nóng nên không có bề mặt và không có nước, vì nước không thể ngưng tụ mà chỉ tồn tại ở thể hơi trong khí quyển (xem Hình 2.1). Trong 500 triệu năm đầu tiên, Trái đất nguội dần; đến khoảng cách đây 3,9 tỉ năm thì nó đủ nguội để lớp đá mỏng đầu tiên hình thành ngoài lớp vỏ vẫn còn ở thể bùn lỏng. Mẫu đá cổ nhất cho đến nay được tìm thấy tại vùng Greenland, có tuổi vào khoảng 3,8 tỉ năm. Núi lửa bùng lên từ các vết nứt và dung nham phun ra. Thiên thạch va vào Trái đất. Bão điện nổi cơn thịnh nộ. Hơi nước bắt đầu ngưng tụ; mưa xối xả có lẽ phải đến hàng triệu năm. Sự dịch chuyển của các lớp đá giải thoát khí từ trong lòng đất, tạo ra một bầu không khí mới bao gồm hơi nước, nitrogen, argon, neon, và carbon dioxide (CO2). Sự kiện này đôi khi được gọi là cú ợ lớn* ! * Nhại theo vụ nổ lớn (ND) 36 đại sử Hình 2.1 Bề mặt Trái đất 4 tỉ năm về trước (Nguồn: theo Lynn Margulis và Dorion Sagan, Tiểu vũ trụ: Bốn tỉ năm tiến hoá từ vi khuẩn, © 1997 The Regents of the University of California, Berkeley, CA: University of California Press, trang 39). Rồi không biết bằng cách nào, các tổ chức sống xuất hiện trong các điều kiện đó, trong khoảng 800 triệu năm đầu tiên vì hoá thạch cổ nhất của một vi khuẩn là khoảng 3.5 tỉ năm tuổi. Các nhà khoa học đã có lúc cho rằng khi sét đánh xuống biển, theo một cách nào đó nó kích hoạt các tế bào sống từ “nồi súp” hoá chất sơ khởi đó. Nhưng hiện nay, người ta cho rằng dường như ít có khả năng các phân tử trong nồi súp đã tự động kết hợp lại với nhau, ngay cả khi có sét đánh xuống. Các nhà khoa học đã hình dung ra nhiều cách giải thích về việc các phân tử đã tự kết hợp thế nào; cách giải thích thuyết phục nhất là trước khi có tế bào thì đã có các tế bào nguyên thuỷ (proto-cells), hay bong bóng. Sự sống hình thành trên Trái đấtaa37 Những bong bóng này hình thành khi những phân tử nào đó kết hợp lại thành dạng màng nguyên thuỷ và cô lập một khu vực tí hon lại; chính ở đó đã diễn ra quá trình tiến hoá của những hợp chất. Những cái màng này cho phép một số phân tử, trong khi lại ngăn chặn một số khác vào bên trong. Khi một bong bóng đã phát triển quá lớn, nó vỡ ra thành các bong bóng nhỏ hơn. Chúng chứa những thành phần phân tử khác nhau. Những bong bóng khác nhau về thành phần sẽ va chạm với nhau rồi kết hợp lại. Những bong bóng tiếp tục quá trình phản ứng hoá học thì tồn tại, những cái khác biến mất. Những tế bào đầu tiên này xuất hiện khoảng 3,9 tỉ năm về trước và dường như là phương tiện cho sự phát triển của phân tử và trao đổi chất rất phức tạp, tiếp diễn quá trình hình thành sự sống. Ở giai đoạn đầu tiên, thành phần của bong bóng bao gồm các nguyên tố carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), potassium (K), và có thể cả sodium (Na). Khi nitrogen (N) tham gia vào hỗn hợp này, có thể dưới dạng khí ammonia (NH3), tính đa dạng trong phản ứng hoá học tăng lên nhanh chóng, vì đời sống tế bào cần nitrogen ở hai phương diện – xúc tác và lưu trữ thông tin. Điều này xảy ra vào khoảng 3,8 tỉ năm về trước, tức là 100 triệu năm sau khi các bong bóng nhảy múa và va chạm với nhau – khoảng thời gian mà tổ tiên của thế giới này xuất hiện dưới dạng một tế bào riêng lẻ hay một chùm tế bào, để rồi từ đó đời sống trên Trái đất ra đời. Bằng chứng rằng chúng ta có một tổ tiên chung là mọi loại hình sống đều có chung một bộ mã gene, một mạng lưới sinh hoá chung. Sự kiện này đôi khi được gọi là vụ chào đời lớn. Tế bào tổ tiên của thế giới này cuối cùng chuyển từ bong bóng thành các tế bào sống thực sự bằng cách sản sinh ra các protein, nucleic acid, và mã gene. Những tế bào sống đầu tiên này bị nhốt trong một cái màng, có khoảng 5.000 protein, cùng các chuỗi ribonucleic acid (RNA) và deoxyribonucleic (DNA) lội quanh. Các tế bào này có đường kính khoảng một phần triệu mét, có thể tự duy trì và sinh sôi bằng cách sử dụng RNA và DNA của chúng để nhân bản các phân tử RNA và DNA, và khởi động quá trình hình thành protein. 38 đại sử RNA có lẽ đã phát triển trước do nó có thể nhân bản chính nó và cũng đóng vai trò là một enzyme, sau đó tiến hoá thành tế bào. Chi tiết về bước chuyển cuối cùng này của sự sống vẫn còn là điều bí ẩn. Hệ thống các hợp chất hoá học tham gia vào quá trình chuyển hoá quá phức tạp nên người ta cần các khái niệm toán học mới làm công cụ để có thể hiểu được điều đó. Tế bào tổ tiên này có thể là vi khuẩn hiếu nhiệt (archaea) sống nhờ năng lượng ở miệng núi lửa, hoặc là một tế bào vi khuẩn có liên hệ mật thiết với loại vi khuẩn lam đương đại, hoặc là váng ở ao, hồ. Hoá thạch cổ xưa nhất hiện nay còn tồn tại là mẫu đá 3,4 tỉ năm tuổi từ một ngọn núi ở Nam Phi, chứa những sợi tơ vô cùng nhỏ giống các vi khuẩn lam ngày nay. Khi nói rằng chúng ta tiến hoá từ các vi khuẩn hiếu nhiệt hay từ các vi khuẩn lam thì điều đó có nghĩa là gì? Hay cụ thể hơn, tiến hoá có nghĩa là gì? Kể từ khi Charles Darwin trình bày thuyết tiến hoá năm 1859, các nhà khoa học đã tranh luận về vấn đề này. Vì vi khuẩn tiến hoá theo những cách thức phức tạp hơn là các sinh vật đã phát triển, những kiến thức mới thu được khi nghiên cứu về vi khuẩn đưa ra một vài gợi ý về cách thức sinh vật thay đổi và phát triển theo thời gian. Cách thứ nhất, theo học thuyết của Darwin, là những biến dị ngẫu nhiên, hay là những thay đổi diễn ra từ thế hệ này sang thế hệ khác. Ngày nay chúng ta đã biết biến dị di truyền xảy ra một cách ngẫu nhiên hoặc xảy ra trong quá trình gene tự nhân bản. (Gene là một đoạn DNA lập trình cho một protein hoàn chỉnh hay một đoạn protein). Một biến dị đơn giản là một thay đổi trong chuỗi các nucleotides (phân tử tiền tố của nucleic acid) trong một genome (bộ gene), làm thay đổi các hướng dẫn sinh học trong quá trình hình thành của một sinh vật. Sinh vật mới hình thành chuyển các gene của nó cho thế hệ sau với tần suất thường xuyên hơn là những sinh vật tương tự chỉ khi sự biến dị cho nó một số lợi thế trong việc cạnh tranh đoạt lấy những yếu tố cần thiết trong môi trường và trong quá trình tự sinh sản. Điều Darwin làm sáng tỏ là cơ chế của quá trình tiến hoá, đó là sự thích nghi đối với thay đổi của môi trường thông qua đột biến gene. Sự sống hình thành trên Trái đấtaa39 Cách tiến hoá thứ hai là cách của vi khuẩn. Vi khuẩn sinh sôi bằng các tăng kích thước lên gấp đôi, nhân đôi chuỗi DNA, và phân chia, mỗi tế bào mới nhận một chuỗi DNA. Mỗi hai mươi phút, những vi khuẩn nhanh nhẹn lại tự nhân đôi. Nếu bị đe doạ, vi khuẩn thải các “vật liệu gene” của nó ra môi trường và các vi khuẩn khác nhặt lại một vài loại vật liệu đó. Sau đó, vi khuẩn tái tạo lại DNA của chúng, giống như kiểu mà loài người chỉ mới đang học cách làm. Vi khuẩn thay đổi khoảng 15 phần trăm vật liệu gene mỗi ngày, chúng hình thành một mạng lưới linh hoạt cho phép chúng trao đổi vật liệu gene vô cùng nhanh chóng. Cách tiến hoá thứ ba được gọi là “tiến hoá cộng sinh” (symbiogenesis). Tiến hoá theo cách này xảy ra khi hai sinh vật tiến hành cộng sinh vĩnh viễn. Một ví dụ dễ thấy là những vi khuẩn không thể hoạt động trong môi trường có oxygen, nhưng vẫn có thể sống trong ruột, nơi có oxygen, để hỗ trợ tiêu hoá thức ăn. Trong 2 tỉ năm, với khoảng thời gian từ 3,8 tỉ năm đến 1,8 tỉ năm trước, vi khuẩn phát triển theo cách bí ẩn riêng của nó. Suốt thời gian đằng đẵng này, vi khuẩn sản xuất men, tổng hợp các hợp chất có nitrogen, quang hợp, di chuyển và tạo ra các thành phần cơ bản khác của hệ sinh thái trên Trái đất. Lúc ban đầu, khi những tế bào đầu tiên không có đủ gene để kiểm soát mọi amino acid, nucleotides, vitamin, và enzyme mà chúng cần, chúng đã thu nạp luôn các thành phần của môi trường. Khi vi khuẩn sinh sôi và bắt đầu tiêu thụ dưỡng chất, những con sống sót phải tự tạo ra cách thức trao đổi chất mới để tách lấy thực phẩm và năng lượng từ các nguyên liệu có sẵn. Một trong những cải biến đầu tiên xảy ra khi vi khuẩn chuyển hoá đường thành năng lượng. Các vi khuẩn khác, sống trong bùn và nước, thiếu ánh sáng Mặt trời, tự tìm ra cách phá vỡ chất đường (tức quá trình lên men), phương pháp vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay. Một số vi khuẩn phát triển được khả năng thu nạp khí nitrogen từ khí quyển và chuyển hoá nó thành các chuỗi amino acid. Tất cả các sinh vật ngày nay đều phụ thuộc vào một nhóm nhỏ các vi khuẩn có thể tổng hợp nitrogen từ không khí. 40 đại sử Vi khuẩn cũng đã tiến hoá để có thể quang hợp, tức chuyển hoá ánh sáng và CO2 trong không khí thành thực phẩm. Các vi khuẩn ban đầu lấy hydrogen trực tiếp trong không khí để kết hợp với carbon tạo ra carbohydrate. Thành tựu trong việc trao đổi chất này, mà đến nay người ta cũng chưa hiểu tường tận, được đánh giá là một trong những sự kiện quan trọng nhất đã xảy ra trên hành tinh chúng ta. Vi khuẩn cũng có khả năng chuyển hoá nước, các loại khí và hợp chất hoà tan có trong khí quyển để điều hoà môi trường sống của chúng. Khi vi khuẩn đã được gần 2 tỉ năm tuổi (cách nay 1,8 tỉ năm), chúng có mặt ở khắp mọi ngóc ngách trên quả đất. Vi khuẩn các màu tím, hung sặc sỡ nhan nhản trong các ao hồ cạn. Các mảng váng xanh nâu lững lờ trôi trên mặt nước, bám vào bờ, làm đổi màu đất ẩm. Xa xa, miệng núi lửa vẫn còn nghi ngút khói, và không khí nồng nặc mùi hôi do hàng lớp vi khuẩn thải ra. Đến lúc này, vi khuẩn dường như đã có các hệ trao đổi chất và enzyme, nhưng chúng vẫn còn là các tế bào không có nhân được gọi là prokaryote. Gene của chúng bơi lội thoải mái bên trong vì chúng chưa nhóm lại thành các chromosome bọc trong một cái màng để trở thành nhân. Nhưng ngay cả như vậy, vi khuẩn cũng đã thiết lập được các yếu tố căn bản của đời sống trên hành tinh này. Các tế bào mới và sự kết hợp của hai cá thể (cách đây 1,8 tỉ - 460 triệu năm) Cách đây khoảng 2 tỉ năm, Trái đất trải qua một đợt ô nhiễm tồi tệ. Trước đó, hầu như oxygen không tồn tại trong không khí, nhưng dần dà oxygen do các vi khuẩn lam thải ra bầu khí quyển quá nhiều và chiếm hết hydrogen trong nước nên tất cả các loại vi khuẩn bị đe doạ vì chúng không thể dùng được oxygen. Oxygen rất độc hại cho vi khuẩn vì nó phản ứng với các thành phần căn bản của sự sống (carbon, hydrogen, sulfur, và nitrogen). Thành phần oxygen trong Sự sống hình thành trên Trái đấtaa41 khí quyển tăng dần từ một phần triệu lên một phần năm, chính xác hơn là từ 0,0001 lên 21 phần trăm. Các vi khuẩn sống sót qua đợt thay đổi khí hậu này đã phải tái tổ chức một cách triệt để. Bằng một trong những thay đổi vĩ đại nhất trong lịch sử, các vi khuẩn lam đã tìm ra cách thở bằng oxygen và sử dụng khí này một cách có kiểm soát. Chúng giờ đã có thể vừa quang hợp, tức là sản xuất oxygen, vừa hô hấp, là quá trình sử dụng oxygen. Nồng độ oxygen trong khí quyển ổn định ở mức 21 phần trăm, chính là nồng độ hiện nay. Tại sao oxygen lại ổn định ở mức này vẫn còn là điều bí ẩn, nhưng nếu chỉ cao hơn vài phần trăm, các sinh vật sẽ bốc cháy, còn nếu thấp hơn chút ít, chúng sẽ chết ngạt. Khi nồng độ oxygen trong khí quyển tăng lên mức 21 phần trăm, một loại tế bào mới ra đời. Các vi khuẩn đã tiến hóa để có thể hô hấp bằng oxygen gặp được một nguồn năng lượng vượt ngoài khả năng sử dụng hiệu quả của chúng. Một số vi khuẩn tiến hoá thành một dạng tế bào mới, được gọi là tế bào có nhân, tức eukaryote, có hai đặc trưng: có một nhân bọc trong màng riêng cộng với thành phần sử dụng oxygen được gọi là ti thể (mitochondria). Nhiều người coi sự biến đổi tế bào từ không nhân sang có nhân là bước tiến to lớn nhất trong toàn bộ lịch sử sinh học. Từ đó, chưa bao giờ còn diễn ra một biến đổi tương tự, tất cả mọi sinh vật đa bào ngày nay đều hình thành từ các tế bào có nhân (xem Hình 2.2). Các tế bào mới, to hơn và phức tạp hơn tế bào không nhân nhiều lần, có tế bào chất di chuyển vòng quanh các cơ cấu bên trong của chúng. Bên trong nhân là các chromosome chứa số DNA nhiều hơn DNA của tế bào không nhân 1.000 lần. Chức năng của số lượng DNA khổng lồ này là gì vẫn còn là một thách đố cho ngành sinh học phân tử. Một số tế bào mới cũng có các thành phần quang hợp được gọi là thể hạt (plastid), hay lạp thể (chloroplast), cùng các thành phần sử dụng oxygen, được gọi là ti thể (mitochondria). Nhiều nhà sinh vật học cho rằng có khả năng chúng từng là các vi khuẩn riêng biệt bị nhốt bên trong một vi khuẩn khác. Một thí nghiệm đã cho thấy 42 đại sử trong amip (amoeba) – loại động vật đơn bào cực nhỏ, vi khuẩn nguy hiểm có thể trở thành các thành phần cần thiết (organelle) trong vòng dưới một thập kỷ. Lý luận tương tự, tế bào có nhân dường như là sự kết hợp của những sinh vật khác biệt. Hình 2.2 So sánh tế bào có nhân và tế bào không nhân Tế bào là các nhà máy sinh hoá được những cái màng cho phép thẩm thấu bao quanh và bao gồm các nguyên liệu gene (DNA) thực hiện việc mã hoá các chức năng và việc sinh sản của tế bào. Ribosome là các tổ chức nơi protein được lắp ghép dựa trên chỉ dẫn của DNA. Tế bào có nhân phức tạp hơn không nhân, nó có một bộ gene bao gồm các dải DNA trong một cái màng để hình thành nên nhân tế bào. Các màng khác đan xéo nhau chiếm lĩnh khu vực bên ngoài nhân, chúng tổ chức nên các thành phần khác của tế bào. Một trong những thành phần đó là ti thể mitochondria, nó chuyển đổi thức ăn thành năng lượng hoá học; một loại nữa là thể hạt plastid, hay lạp thể chloroplast, nó chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng hoá học, chính là quá trình quang hợp. Tế bào có nhân có một cái đuôi hình roi để di chuyển. Tế Bào Có NHâN Tế Bào KHôNG NHâN Ribosome DNA Màng tế bàođuôi Sự sống hình thành trên Trái đấtaa43 Ribosome Lạp thể Màng tế bào Ti thể DNA trong nhiễm sắc thể màng nhân tế bào đuôi Tế bào có nhân xuất hiện sớm nhất là vào khoảng cách đây 1,9 tỉ năm trước. Trong khoảng từ 1,7 cho đến 1,5 tỉ năm trước đây, các sinh vật do tế bào có nhân tạo thành đã phát triển một cách sinh sản mới, đòi hỏi sự tham gia của hai cá thể. Theo cách này, tế bào tinh trùng của một cá thể kết hợp với tế bào trứng của cá thể còn lại. Sau khi chúng kết hợp và phân chia, một sinh vật mới ra đời với bộ chromosome hoàn chỉnh, một nửa từ cha và nửa còn lại là từ mẹ. Sinh sản theo cách này từ lúc đó cho tới nay không còn thay đổi nữa. Với sự xuất hiện của tế bào có nhân và cách thức sinh sản mới, các tế bào bắt đầu kết hợp với nhau thường xuyên hơn. Các tế bào cũ đôi khi nối lại để trở thành sinh vật đa bào, nhưng các tế bào mới bắt đầu kết hợp với nhau nhiều hơn, cuối cùng trở thành cây cối và động vật. Hai tế bào kết hợp lại để hình thành nên một tế bào mới tạo ra các gene đa dạng hơn – thông qua sự tái kết hợp của gene từ hai nguồn riêng rẽ hoặc qua những sai sót trong quá trình sao chép (đột biến gene). Theo cả hai cách này thì khả năng hình thành các sinh vật mới tăng lên rất nhiều. Năm phần sáu lịch sử của sự sống là quá trình phát triển của các sinh vật đơn bào, hay vi khuẩn. Chúng tạo ra mọi cấu trúc hoá học cho phép sự sống tiếp diễn. Chúng ta thường coi vi khuẩn là các mầm bệnh phải tiêu diệt, nhưng chúng chính là tổ tiên cần được tôn trọng, chưa kể là các vị khách cần phải được tiếp đón ân cần; ngoài da của mỗi chúng ta đang có khoảng một nghìn tỉ vi khuẩn cư trú. Chúng vẫn đang thống trị thế giới như chúng từng thống trị từ trước tới nay, vì một thực thể sống càng bé càng ít phức tạp và do đó càng dễ hình thành và tồn tại. Cây cối trên bề mặt Trái đất (cách đây 460 - 250 triệu năm) Như chúng ta đã thấy, các tế bào sống tồn tại trong mối quan hệ chặt chẽ với môi trường của chúng. Thực ra, các nhà sinh vật học 44 đại sử không dễ dàng thống nhất với nhau để xác định rõ ràng một thực thể có sống hay không do mối liên quan sống còn giữa môi trường của Trái đất và các sinh vật của nó. Sau khi vi khuẩn tế bào lam bắt đầu sự sống, từng nhóm vi khuẩn này quần tụ lại với nhau thành bầy. Chúng sống ở những nơi nước cạn và có nhiều ánh sáng. Trong một vài trường hợp khi nước khô cạn, một số loại vi khuẩn lam đã phát triển khả năng giữ ẩm ở bên trong và khô ở bên ngoài. Với ưu thế tiến hoá này, chúng sống sót và sinh sôi nảy nở để rồi trở thành các loại thực vật tiền sử, có liên hệ với các loại rêu và địa tiền ngày nay. Đến khoảng 460 triệu năm về trước, những mầm mống của loài thực vật đầu tiên đã lên cạn. Vào đất liền, các loài thực vật phát triển thêm về chiều cao và thân cây cứng cáp để chuyển nước từ rễ lên và chất dinh dưỡng từ những đầu cành dẹt xuống, đó chính là những cái lá đầu tiên. Chuyện này xảy ra cách đây khoảng 400 triệu năm. Tiếp đến, hạt xuất hiện, để bảo vệ mầm khỏi chết khô ở những nơi không có nước. Hạt mầm cho phép phôi ngừng phát triển, nghe ngóng động tĩnh của môi trường, và chờ cho đến khi điều kiện thuận lợi để lại tiếp tục lớn lên. Sau đó, loài “cây” dương xỉ ra đời, khoảng từ 345 đến 225 triệu năm trước, che phủ toàn bộ diện tích đất liền của địa cầu. Chính xác thì những lục địa trên Trái đất từng có hình dạng thế nào? Đã từng có một thời gian dài, người ta cho rằng các lục địa luôn đứng yên tại vị trí chúng ta biết ngày nay. Giờ thì chúng ta hiểu rằng không phải như vậy. Trái đất là một máy phát điện từ khổng lồ. Ở giữa phần nhân của nó thì đặc, xung quanh có sắt và nickel lỏng bao bọc, vẫn còn được nung nóng do nhiệt lượng còn lại từ thời điểm Trái đất được hình thành. Từ trường của Trái đất do sắt lỏng quay xung quanh trung tâm Trái đất tạo ra. Đường kính phần nhân rắn tăng chậm với tốc độ 5 cm mỗi năm năm bởi vì cũng như mọi thứ trong vũ trụ, Trái đất đang nguội dần. Từ độ sâu 1,6 km, một lớp đá bị nung chảy một phần, được gọi là magma, trào lên bề mặt cứng của Trái đất. Lớp vỏ đá cứng này của Sự sống hình thành trên Trái đấtaa45 Trái đất có độ dày từ 6,4 đến 32 km. Nó bao bọc toàn bộ Trái đất; các lục địa là phần lồi trong khi các đại dương là phần lõm chứa đầy nước có độ sâu khoảng 3,2 km. Lớp vỏ phân thành các địa tầng khác nhau, và trong khi trượt trên magma thì chúng va chạm, trườn lên trên hay xuống phía dưới các địa tầng khác. Nhiệt lượng trong magma đẩy chúng trào lên giữa đáy biển, qua miệng núi lửa lên bề mặt, và tràn vào trong các rãnh ở giữa các địa tầng, gây ra động đất khi chúng hình thành lớp vỏ mới và đẩy các lớp vỏ cũ ra chỗ khác. Bề mặt của Trái đất đã bị bào mòn và lắng xuống lòng đại dương, kết lại thành đá rồi lại trồi lên khoảng hai mươi lăm lần trong lịch sử. Các lục địa trên Trái đất cũng dịch chuyển cùng với lớp magma với tốc độ tính bằng cm/năm. Có thể nghiên cứu sự di chuyển của các lục địa qua thời gian vì khi các lớp đá mới hình thành, từ trường của chúng được tự nhiên sắp đặt theo hướng từ cực bắc-nam từ khi lớp đá này ra đời. (Ngành nghiên cứu hiện tượng này có tên là cổ từ học – paleomagnetism). Do các từ cực di chuyển chút ít mỗi năm nên các nhà khoa học có thể xác định các lớp đá đã di chuyển bao xa và chúng được hình thành từ khi nào. Bằng cách kết hợp thông tin về sự di chuyển của các địa tầng cùng với các dữ liệu về từ địa và khoáng vật, các nhà địa lý đã phục dựng lại được vị trí của lớp vỏ Trái đất theo thời gian. Tất nhiên, càng cách xa hiện tại thì mức độ chắc chắn càng kém đi và mức độ suy diễn và tranh luận sẽ tăng lên. Tuy nhiên, mọi người đều đồng ý rằng Trái đất không duy trì điều kiện ổn định và lâu dài cho bất cứ loài sinh vật nào. Dường như đến khoảng cách đây 250 triệu năm, khi bào tử dương xỉ sinh sôi, hầu hết các lục địa hiện nay của chúng ta đã xích lại gần nhau, và chụm lại về phía Nam Cực thành một lục địa khổng lồ gọi là Pangaea (Toàn cầu). Trước đó, các dải đất lớn đã trôi dạt dưới dạng các hòn đảo phân tán, và hầu hết các vùng đất ngày nay lúc đó đang còn chìm dưới mặt nước; còn trước đó nữa, các dải đất lớn có lẽ đã gần như kết thành một khối. Pangaea tồn tại trong khoảng 50 triệu năm, sau đó lại tách ra một lần nữa thành hai nửa – nửa trên gọi là Laurasia (gồm Bắc Mỹ, châu Âu và Siberia) và nửa dưới được gọi là Gondwana (gồm phần 46 đại sử nam bán cầu). Gondwana sau đó lại tách thành Nam Mỹ, châu Phi, Madagascar, ả Rập, Australia, Nam Cực và ấn Độ. Chừng nào nhân Trái đất còn nóng do nhiệt năng sinh ra từ lúc nó hình thành và được duy trì bởi sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ, các khối lục địa sẽ còn tiếp tục trôi dạt (xem Hình 2.3). Sau khi Pangaea bắt đầu chia tách, cây dương xỉ có hạt phát triển thành cây có quả hình nón, rồi tiếp theo thành cây có hoa và cây có thân cứng, chúng xuất hiện cách đây khoảng 100 triệu năm. Các loài cây hiện đại xuất hiện sớm nhất bao gồm sồi beach, cáng lò, sung, nhựa ruồi, sồi oak, sung dâu, mộc lan, cọ, óc chó, liễu. Vào thời đó, các loại tùng bách ngả bóng bên lũ khủng long. Cây cối và các loài thực vật khác đã và vẫn đang đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho Trái đất mát mẻ để các loài sinh vật khác có thể sinh sống. Mỗi ngày, Trái đất nhận được một khối năng lượng khổng lồ từ Mặt trời – tương đương với khoảng 100 triệu quả bom Hiroshima. Trái đất cũng nhận được năng lượng mới mỗi ngày từ trong nhân của nó. Hầu hết năng lượng từ Mặt trời bị phản xạ trở lại vào không gian. Cây cối chuyển hoá một phần nhỏ năng lượng Hình 2.3 Sự phân tách của Pangaea khoảng 200 triệu năm trước Sự sống hình thành trên Trái đấtaa47 Mặt trời qua quá trình quang hợp, nhưng lợi ích to lớn nhất của nó là loại bỏ CO2 có trong không khí. Điều này làm cho không khí mát mẻ, vì mặc dù CO2 có thể hấp thu năng lượng Mặt trời nhưng nó không cho sức nóng thoát trở lại vào không gian. Bầu khí quyển chỉ chứa khoảng 0,035 phần trăm CO2, nhưng tỉ lệ tí hon này rất quan trọng để ổn định nhiệt độ trên Trái đất. Quá trình quang hợp ở cây xanh cũng thải oxygen ra bầu khí quyển, giúp duy trì tỉ lệ oxygen khoảng 21 phần trăm, vô cùng quan trọng cho mọi tổ chức sống. Sự xuất hiện của các loài động vật (cách đây 450 - 65 triệu năm) Tóm lại, đến cách đây khoảng 250 triệu năm, vi khuẩn trên đất liền đã khô đi và phát triển thành những bào tử dương xỉ bao phủ toàn bộ một lục địa duy nhất lúc đó là Pangaea. Còn động vật thì sao? Lúc nào thì chúng bắt đầu đặt bốn chân lên mặt đất? Động vật cũng bắt đầu hình thành từ đại dương. Thậm chí trước khi các tế bào thực vật tập hợp lại với nhau ở những vũng cạn, động vật đã bắt đầu phát triển trong nước biển. Động vật có sự khác biệt so với thực vật bởi sự chuyên biệt hoá các chức năng và sự tương tác phức tạp của tế bào. Các tế bào động vật liên hệ với nhau bằng vô vàn những kết nối tinh tế mà chỉ mới được phát hiện gần đây với sự trợ giúp của kính hiển vi điện tử. Những liên hệ riêng biệt này hiện được coi là dấu ấn cụ thể để phân biệt động vật và thực vật, cùng với sự kiện chùm tế bào trở thành phôi. Tế bào động vật không có các thành phần quang hợp hợp nhất ở bên trong. Nhờ sự kết hợp phức tạp giữa các tế bào mà động vật phát triển lên những tầm vóc kỳ diệu. Con đường phát triển của động vật bắt đầu khi một tế bào có nhân và roi để di chuyển nhưng không có khả năng quang hợp, phối hợp với một tế bào khác và đẩy nó theo, nhờ đó mà tế bào thứ hai 48 đại sử có thể sử dụng những cái ống siêu nhỏ của nó cho mục đích khác. Động vật đơn giản nhất tồn tại ngày nay là Trichoplax, được phát hiện vào năm 1965 khi nó bò lên thành một bể cá. Nó là một cụm nhỏ các tế bào có nhân, có kích thước 3 mm, di chuyển bằng roi, và chỉ đơn giản như vậy. Do đầu tiên động vật phát triển thành các loài thân mềm sống ở biển, vậy thì có chứng tích nào của chúng không? Vào năm 2004, hoá thạch tí hon của những cái thân dẹp hai đầu, chiều ngang cỡ bốn sợi tóc được tìm thấy trong đá ở vùng Tây Nam Trung Quốc, có tuổi khoảng 600 triệu năm. Đến khoảng 580 triệu năm trước, động vật đã tiến hoá để có những bộ phận cứng – chẳng hạn như vỏ hoặc bộ khung xương thấy được bằng mắt thường từ bên ngoài – và hoá thạch của chúng có thể bắt gặp ở khắp nơi trên Trái đất. Đến thời điểm đó, các tổ tiên vi khuẩn của chúng ta đã tồn tại được khoảng 3 tỉ năm. Những động vật có các bộ phận cứng đầu tiên là loài bọ ba thuỳ và loài bò cạp biển khổng lồ, có con dài đến hơn ba mét. Tất cả các loài này hiện đã tuyệt chủng, cùng với có lẽ đến 99 phần trăm các loài sinh vật đã từng có mặt trên Trái đất. So với thực vật thì động vật mất nhiều thời gian hơn để lên bờ, có lẽ do kích thước và mức độ phức tạp mà chúng đã tiến hoá ngoài biển. Người ta cho rằng động vật bắt đầu di chuyển vào bờ cách nay khoảng 460 triệu năm, và một động vật giống con mọt ngày nay có thể là loài đầu tiên làm chuyện đó. Sao chúng lại dám di cư như vậy? Có thể là vì chúng gặp nguy hiểm ngoài biển. Cá mập xuất hiện, siêu lục địa Pangaea đang hình thành dẫn đến việc các vùng bờ biển kiếm ăn dễ trở nên ít đi. Trong khi các loài lưỡng cư cần phải sống dưới nước vào một giai đoạn nào đó trong vòng đời của chúng thì các loài bò sát, chim, và hầu hết động vật có vú, trừ những lúc chúng còn ở thể phôi, lại không cần như vậy. Một loại sinh vật khác là nấm cũng đã di chuyển lên bờ. Nấm không phải là thực vật cũng không phải là động vật, nó là đại diện cho cách tiến hoá thứ ba của các tế bào có nhân. Nấm phát triển Sự sống hình thành trên Trái đấtaa49 từ các bào tử, tế bào của nó có thể có nhiều nhân, và nó lấy dưỡng chất bằng cách hút các phân tử trực tiếp từ đất hay gỗ thay vì ăn hay là quang hợp. Cái nấm mà chúng ta thấy bằng mắt thường là “quả”; còn thực sự phần thân của nó là một mạng lưới các sợi rất nhỏ nằm bên dưới. Nấm mốc (chẳng hạn như penicillin), nấm thường, men, nấm Morchella, nấm cục là các ví dụ quen thuộc, chúng hầu hết sống trên cạn. Nấm cùng tiến hoá với động vật và thực vật, và tất cả chúng có mối liên hệ qua lại rất mật thiết với nhau. Với cái nhìn vi mô, chúng ta thấy rằng đằng sau sự phát triển mạnh mẽ và phong phú của chúng, cây cối, nấm, động vật và vi khuẩn tạo nên một bức tranh mờ ảo, một hệ thống liên kết cộng sinh của các thành phần gồm các tế bào có nhân. Còn nếu bỏ kính hiển vi ra và quan sát vĩ mô, chúng ta thấy rằng cây cối, nấm, động vật và vi khuẩn hình thành một cộng đồng sinh vật (biota) duy nhất, theo dõi và điều chỉnh sinh quyển này để duy trì điều kiện sống. Hai trăm năm mươi triệu năm trước đây cộng đồng sinh vật này bị đe doạ nghiêm trọng để rồi trong một giai đoạn vài trăm ngàn năm hơn 50 phần trăm số họ và khoảng 95 phần trăm số loài đã bị tiêu diệt. Cộng đồng sinh vật vẫn tiếp tục sống sót, nhưng tổn thất vô cùng to lớn. (Trong hệ thống phân loại sinh học, loại có đông cá thể nhất là các loài có thể kết hợp để sinh sản. Loài được nhóm thành chi, chi nhóm với nhau thành họ, họ nhóm lại thành bộ và vân vân). Chuyện gì khủng khiếp đã xảy ra đến nỗi quét sạch hơn 50 phần trăm số họ sinh vật khỏi Trái đất? Ngày nay chúng ta biết rằng tuyệt chủng hàng loạt đã từng lặp đi lặp lại trong lịch sử, ít nhất là năm hoặc sáu lần. Mức độ thường xuyên của tuyệt chủng, và liệu tuyệt chủng có xảy ra đều đặn không vẫn còn là vấn đề đang tranh cãi. Nhưng mọi người đã đồng ý với nhau rằng vụ tuyệt chủng xảy ra cách đây 250 triệu năm là nghiêm trọng nhất từ trước tới nay. Các nhà khoa học đã thu thập nhiều dữ liệu và đưa ra nhiều giả thiết về vụ tuyệt chủng này, nhưng vẫn còn quá sớm để có kết luận chắc chắn. Khả năng lớn nhất là những thay đổi về mực nước biển, 50 đại sử khí quyển, và khí hậu; những đợt núi lửa phun trào khủng khiếp; và/hoặc những tác động từ ngoài Trái đất. Các lục địa đang kết hợp lại thành Pangaea trong khoảng 20 triệu năm trước khi vụ tuyệt chủng xảy ra; sự kết hợp này có thể gây ra những biến đổi khí hậu to lớn. Những vụ núi lửa phun trào ở Siberia và miền nam Trung Quốc, chắc chắn diễn ra khoảng 251,1 đến 252,2 triệu năm trước có thể đã che khuất Mặt trời và gây ra đóng băng trên bề mặt Trái đất. Lượng oxygen trong nước biển có thể đã giảm xuống rất mạnh. Một ngôi sao băng khổng lồ có thể đã đâm xuống vùng ấn Độ Dương phía tây bắc Australia. Tranh luận về các khả năng này vẫn đang tiếp diễn. Sau khi xảy ra đại tuyệt chủng, có vẻ như sinh vật đã phản ứng lại bằng cách sáng tạo ra vô vàn hình thức sống mới với tốc độ vô cùng nhanh chóng. Các loại sinh vật mới này thế chỗ những loài đã tuyệt chủng. Trước khi vụ tuyệt chủng cách nay 250 triệu năm xảy ra, các loài lưỡng cư chiếm ưu thế trong thế giới động vật, một số đã tiến hoá thành bò sát. Sau vụ tuyệt chủng, loài bò sát sinh sôi và phát triển nhanh chóng thành những giống mới đáng kinh ngạc. Loài lưỡng cư trở thành bò sát khi chúng sinh ra được những cái trứng có vỏ kín, có thể nằm trên bờ mà không cần cha mẹ đưa trở lại xuống nước. Để làm được chuyện này, loài bò sát phải phát triển khả năng sinh sản mới, con đực đưa tinh trùng vào người con cái thay vì thụ tinh ở bên ngoài sau khi trứng đẻ ra. Chúng ta còn phải biết ơn loài bò sát về nhiều điều. Trong vòng 25 triệu năm sau khi xảy ra tuyệt chủng, bò sát đã tiến hoá thành loài động vật kỳ diệu là khủng long. Chúng phát triển để rồi thống trị thế giới vào khoảng 210 triệu năm về trước, trước khi Pangaea bắt đầu tách rời ra thành các lục địa cách đây khoảng 200 triệu năm. Trong vòng hơn 100 triệu năm, mọi loài sinh vật khác đều sống lẩn khuất cạnh khủng long. Các nhà địa chất gọi những giai đoạn có sự có mặt của khủng long là kỷ Cretaceous, Jurassic và Triassic. Đã có rất nhiều suy đoán về khủng long, nhưng các chuyên gia nhất trí rằng chúng là một nhóm duy nhất, sinh ra từ một tổ tiên Sự sống hình thành trên Trái đấtaa51 chung, rằng hầu hết khủng long sống trên mặt đất, và chim là hậu duệ trực tiếp của một nhóm các loài khủng long ăn thịt. Khủng long bé có thể chỉ dài 60 cm nặng 2,3 kg, trong khi những con khổng lồ như Brachiosaurus cao đến 10,5 m và nặng 70 tấn. Khủng long trị vì thế giới khi Pangaea còn nguyên vẹn, nhưng siêu lục địa này bắt đầu tách rời vào thời kỳ hoàng kim của chúng. Loài khủng long nổi tiếng nhất, Tyrannosaurus rex, xuất hiện vào cuối kỷ nguyên khủng long. Nó là loài động vật ăn thịt sống trên đất liền lớn nhất từ trước đến nay, dài 14 m, cao hơn 6 m, nặng 5 tấn, răng dài đến 15 cm, có vẻ như là loài ăn xác chết hơn là dã thú. Một đứa trẻ bảy tuổi nếu sống vào thời đó có thể đứng thẳng trong miệng con Tyrannosaurus rex này. Ngày nay người ta thán phục thế giới của loài khủng long vì kích thước to lớn đáng ngạc nhiên, sự đa dạng, khả năng thống trị, và bởi vì thế giới của chúng bắt đầu trở nên quen thuộc đối với chúng ta. Đại dương của chúng đầy cá và các loài lưỡng cư. Khí hậu lúc đó là khí hậu nhiệt đới, cây cối hoa quả sum xuê tràn đầy nhựa sống, ong bướm dập dìu, rất hấp dẫn đối với chúng ta ngày nay. Khủng long đã có xu hướng giao phối, thậm chí một số đã bắt đầu biết chăm sóc trứng và con cái của chúng. Những động vật có vú nhỏ bé lông rậm, tương tự như những con thú nhồi bông của trẻ em ngày nay, tung tăng chạy dưới chân khủng long, chúng ra ngoài vào ban đêm để săn tìm thức ăn là cây cỏ và các loại động vật khác. Chỉ còn thiếu một vài chi tiết nhỏ trong bức tranh quen thuộc. Chim chỉ mới bắt đầu phát triển từ các loại khủng long có cánh. Chưa có người tiền sử sống trong hang động, người chỉ xuất hiện sau khi loài khủng long đã tuyệt chủng được 62 triệu năm, ngay cả loài vượn lớn thì cũng phải 35 triệu năm sau khi khủng long tuyệt chủng mới có mặt. 52 đại sử Từ khủng long đến tinh tinh (cách đây 65 - 5 triệu năm) Ngay giữa thời hoàng kim của loài khủng long, giữa lúc chúng đang thống trị thế giới với số lượng chủng loại hết sức phong phú thì một đợt tuyệt chủng khác xảy ra. Sáu mươi lăm triệu năm trước, đợt tuyệt chủng này xoá sổ toàn bộ loài khủng long (trừ những loại đã tiến hoá thành chim) và mọi loài động vật sống trên cạn nặng hơn 25 kg khác. Đợt tuyệt chủng lần này không khủng khiếp hơn những lần trước, nhưng nó sống động hơn trong trí tưởng tượng của chúng ta, có lẽ bởi vì chúng ta dễ mủi lòng hơn trước cái chết của khủng long so với cái chết của bọn giun đất, bọ ba thuỳ, hay các vi sinh vật khác. Một số nhóm bị tuyệt chủng cách đây 65 triệu năm dường như đã biến mất đột ngột. Ở một số nhóm khác, mức độ đa dạng giảm dần trong khoảng thời gian từ 75 đến 65 triệu năm trước. Những loài sống sót qua đợt tuyệt chủng này phần đông là những loài cây sống trên cạn và những động vật nhỏ sống trên cạn như côn trùng, ốc sên, ếch, kỳ nhông, rùa, thằn lằn, rắn, cá sấu, một số động vật có vú, có nhau thai, gần như toàn bộ loài cá và các loại động vật không xương sống ở biển. Trong quá khứ, các nhà khoa học đã có một vài suy đoán táo bạo về nguyên nhân tuyệt chủng của loài khủng long – rằng chúng quá ngốc nghếch, bị táo bón quá mức, hay lũ động vật rậm lông nhỏ bé đã ăn cắp trứng của chúng. Những ý tưởng này đã bị bác bỏ trước những bằng chứng về thảm họa do một thiên thạch có đường kính gần 10 km va vào Trái đất làm các mảnh vụn bắn tung lên nên ánh sáng Mặt trời không thể xuống được Trái đất trong hàng ngàn năm. Năm 1991, các nhà địa lý phát hiện hố thiên thạch này, rộng 190 km, sâu 32 km, bị chôn vùi dưới bán đảo Yucatan ở Mexico. Được đặt tên là Chicxulub theo ngôi làng nằm cạnh đó, hố thiên thạch này Sự sống hình thành trên Trái đấtaa53 nằm cạnh bờ biển phía bắc của Yucatan, ngay mớn nước và nó đã gây ra những cơn sóng thần khủng khiếp ngang qua vịnh Mexico. Nhiều vụ núi lửa phun trào xảy ra cùng lúc đó, như đã từng xảy ra cùng lúc với vụ tuyệt chủng cách đây 250 triệu năm, nhưng các nhà địa chất chưa hiểu được mối liên hệ giữa sự hoạt động của núi lửa, tác động của thiên thể ngoài Trái đất và tuyệt chủng. Như đã đề cập ở đoạn trên, các nhà cổ sinh vật học đã từng nghĩ rằng những động vật có vú nhỏ có thể đã làm cho khủng long tuyệt chủng khi chúng ăn trứng khủng long; ngày nay họ cho rằng sự phát triển của động vật có vú là do tác động của sự tuyệt chủng loài khủng long, nó làm cho thế giới quang đãng hơn để chúng phát triển. Không gian sinh học trở nên rộng rãi sau khi loài khủng long biến mất đến nỗi các loài có vú đã có thể phát triển hết sức đa dạng. Động vật có vú được định nghĩa là loài có khả năng đẻ ra con, cho con sơ sinh của nó bò vào trong một cái túi bên ngoài cơ thể để phát triển tiếp (thú có túi), hoặc nuôi con qua nhau thai ở bên trong cơ thể. Những động vật có vú sớm nhất xuất hiện cách đây khoảng 210 triệu năm và cho tới khi xảy ra vụ tuyệt chủng cách nay khoảng 65 triệu năm, rất ít con có kích thước lớn hơn loài chuột ngày nay. Chúng có lông để giữ ấm, ăn các loại côn trùng và ăn thịt, sau đó một số còn ăn cả cây cỏ. Nay thì chúng ta hiểu rằng đặc điểm phân biệt quan trọng nhất của động vật có vú là sự phát triển của vùng viền ở vỏ não, xảy ra giữa khoảng thời gian từ 150 đến 100 triệu năm trước. Vùng viền của vỏ não chịu trách nhiệm theo dõi môi trường xung quanh và môi trường bên trong cơ thể, và điều chỉnh thích ứng. Nó tinh chỉnh các chức năng sinh lý để cơ thể thích nghi với thế giới bên ngoài, nhờ đó mà động vật có vú có thể giữ ấm ở những nơi lạnh lẽo. Nó cũng là trung khu cảm xúc và điều khiển cơ mặt để biểu thị tình cảm. Sự có mặt của loài khủng long là một may mắn cho sự tiến hoá của động vật có vú. Nó giữ cho hầu hết động vật có vú có tầm vóc nhỏ, gần với mặt đất, nơi chúng phát triển răng, khướu giác và thính giác để kiếm ăn ban đêm khi lũ khủng long đã ngủ. Sóc và chuột 54 đại sử chù là những đại diện tiêu biểu nhất cho những động vật có vú lẩn khuất bên dưới loài khủng long. Sau khi khủng long tuyệt chủng, động vật có vú phải mất vài triệu năm để phát triển cơ thể tương đối lớn. Lịch sử của các loài động vật từ lúc này có nhiều ngã rẽ vì siêu lục địa Pangaea tách ra thành những mảnh nhỏ hơn. Hệ quả của việc Pangaea tách ra thành những lục địa đơn độc là các loài vật không thể di chuyển sang lục địa khác, và các giống khác biệt bắt đầu tiến hoá trên từng lục địa. Hầu hết các loài động vật có vú lớn đầu tiên sẽ trông có vẻ ì ạch và vụng về trong con mắt chúng ta ngày nay; chúng sinh trưởng trong các vùng rừng rậm, chứ không phải ngoài đồng cỏ quang đãng, nơi sau này sẽ sinh ra các loài thú thanh nhã có chân dài phù hợp cho việc chạy nhảy. Khí hậu trên Trái đất tiếp tục thay đổi, tạo động lực cho những tiến hoá mới. Cách đây khoảng từ 55 đến 50 triệu năm, nhiệt độ ấm hơn, rừng rậm xuất hiện ở các vùng cực của Trái đất. Hai loài có vú lớn là cá voi và cá heo đã trở lại đại dương. Đến khoảng 35 triệu năm trước, nhiệt độ bắt đầu tụt xuống vì các vùng lục địa tiếp tục tách ra (châu Đại dương tách khỏi Nam Cực, và Greenland tách khỏi Nauy), điều chỉnh các dòng chảy của đại dương. Kết quả là các dòng nước ấm gặp nước lạnh làm cho thời tiết mát mẻ hơn. Nhiều nhóm động vật biến mất, các nhóm khác xuất hiện. Các loài linh trưởng đầu tiên – vượn cáo nhỏ, vượn mắt to đuôi dài, và khỉ – sống sót ở các vùng nhiệt đới, nơi có hoa quả quanh năm. Trong 5 triệu năm đầu tiên của thời kỳ mát mẻ này, những con vượn đầu tiên xuất hiện. Thêm khoảng 10 đến 12 triệu năm nữa (cách đây khoảng 23 triệu năm), nhiệt độ bắt đầu nóng trở lại. Sức ép của các địa tầng tạo nên dãy núi Cordillera ở Bắc Mỹ (bao gồm dãy Rocky, dải núi ven biển, núi Sierra Nevada, núi Sierra Madre) và dãy núi Andes ở Nam Mỹ. Toàn bộ lục địa ấn Độ xô vào lục địa Á Âu tạo ra dãy Himalaya. Lục địa châu Phi kết nối với lục địa Á Âu, cho phép những động vật đặc trưng của châu lục này thâm nhập vào đây, đặc biệt là những loài động vật giống như voi, và vượn. Sự sống hình thành trên Trái đấtaa55 Cách nay khoảng 10 triệu năm, nhiệt độ trở nên ấm nhất trong vòng 35 triệu năm trở lại đây. Sau đó khí hậu lại mát trở lại, khí CO2 không còn trong khí quyển và hiệu ứng nhà kính ngược xảy ra. Hậu quả của những biến đổi này là đồng cỏ xuất hiện ở Bắc Mỹ và Nam Mỹ, một sự kiện quan trọng trong vòng 500 triệu năm trở lại đây. Cỏ che phủ một phần ba bề mặt quả đất và trở thành thức ăn chủ yếu cho các loài động vật. Những loài có thể ăn cỏ do đó đã được đảm bảo về nguồn cung ứng thực phẩm. Sự mở rộng của các đồng cỏ và sự quần tụ của động vật ở châu Mỹ cách nay 10 đến 8 triệu năm báo trước những gì sắp xảy ra trên những đồng cỏ savan ở miền đông châu Phi trong khoảng từ 7 đến 5 triệu năm trở lại đây. Đến lúc này, việc khí hậu biến đổi gây ảnh hưởng lên tiến trình lịch sử của thế giới đã rõ ràng. Sự biến đổi của khí hậu dường như chủ yếu là do sự di chuyển của các lục địa trên nền magma nhão, tạo ra những dãy núi và đổi hướng các dòng chảy của đại dương. Thiên thạch có thể cũng đã gây ảnh hưởng đến khí hậu, cũng như thay đổi độ nghiêng, tốc độ quay và quỹ đạo của Trái đất – một tập hợp các yếu tố phức tạp. Những con linh trưởng nhỏ – động vật có vú, tay linh hoạt, chân có năm ngón, có móng, mắt ở trước mặt – lần đầu xuất hiện cách đây khoảng 55 đến 60 triệu năm. Đến khoảng 25 triệu năm trước, một số phát triển thành những động vật lớn hơn, được gọi là họ người, hay vượn. Vượn tiến hoá trong 20 đến 25 triệu năm tiếp theo cho tới khi loài người tách hẳn khỏi vượn, có lẽ cách nay khoảng từ 5 đến 7 triệu năm, gần với hiện tại hơn là trước đây người ta tưởng rất nhiều (xem Hình 2.4). Chứng cứ duy nhất còn tồn tại để xác minh lại giả thuyết về sự tiến hoá từ vượn thành người chỉ là các mảnh xương hoá thạch cực kỳ dễ vỡ và những dấu chân hàng triệu năm tuổi rải rác khắp nơi, nhưng không đâu có được dữ liệu đầy đủ. Hiện giờ chưa có cách nào lập được một cây gia phả hoàn chỉnh – các chứng cứ còn quá nhiều lỗ hổng dù rằng đã được cải thiện rõ rệt trong hai mươi năm qua. Vẫn còn hai khoảng trống trong bộ dữ liệu hoá thạch: trong 56 đại sử khoảng thời gian từ 31 đến 21 triệu năm trước, khi khỉ đột, tinh tinh và người bắt đầu phát triển, và từ 12 đến 5 triệu năm trước, khi những loài vượn lớn (great apes)* và người tách ra thành hai loài khác biệt. Những con linh trưởng đầu tiên phát triển ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, và hầu hết là loài khỉ sống trên cây. Những đặc điểm căn bản của chúng là có năm ngón ở cả tứ chi, có móng thay vì vuốt sắc, lòng của ngón tay cái (đôi khi cả ngón chân cái) có khả năng đặt đối diện với lòng của các ngón khác trên cùng một chi. Loài khỉ cũng có đôi mắt hướng ra trước thay vì sang hai bên, thị trường của hai mắt chồng lên nhau. Vì não của chúng phải điều chỉnh thị trường để cảm nhận được chiều sâu của hình ảnh, chúng có não lớn hơn các loài động vật có vú khác. Chúng chỉ đẻ mỗi lần một con, sau thời gian mang thai dài, con sơ sinh phát triển chậm và phụ thuộc vào cha mẹ dẫn đến các phương thức tổ chức bầy đàn phức tạp nhằm giúp con nhỏ phát triển trong một thời gian dài. * Còn gọi là họ người (hominidae/hominids) là một họ gồm bốn loài: tinh tinh, khỉ đột, người và đười ươi. Tinh tinh Vượn Hình 2.4 Vượn và người: Cây phả hệ đơn giản Tinh tinh phương Đông, phương Tây Tinh Bonobo tinh lùn Người hiện đại Vượn phương Nam lực lưỡng Vượn phương Nam thời kỳ đầu H. sapiens H. erectus H. habilus Sự sống hình thành trên Trái đấtaa57 Khỉ đột phương Đông, phương Tây Khỉ đột 012345678 Trái với loài khỉ ở các nơi khác trên thế giới, những con linh trưởng ở châu Mỹ không bao giờ chuyển từ trên cây xuống đất. Lý do của việc này vẫn còn chưa được khám phá. Ở châu Á, châu Âu và châu Phi, một số con khỉ đã xuống đất để trở thành vượn, hay họ người, rồi từ đó tiến hoá thành người. Chúng xuất hiện ở châu Phi cách nay khoảng 25 triệu năm, rồi ở phía nam lục địa Á Âu, từ Pháp đến Indonesia, cách nay 18 triệu năm. Quá trình tiến hoá của vượn ở châu Âu và châu Á đã kéo dài hàng triệu năm nhưng cuối cùng đã gặp nhiều khó khăn. Ở châu Á, chỉ có duy nhất một loài vượn lớn, loài đười ươi, là còn sống sót. Ở châu Âu, cách nay khoảng 8 triệu năm, khí hậu trở nên khô hơn và xoá sổ loài họ người từng tồn tại trước đó. Duy chỉ ở vùng Đông Phi là các loài vượn lớn tiếp tục phát triển và tiến hoá. Vậy thì vùng Đông Phi này có gì đặc biệt? Ở đó có hệ thống Thung lũng Tách giãn lớn, là một đứt gãy dài 3.200 km trên bề mặt lục địa châu Phi, từ Ethiopia và Hồng Hải ở phía bắc, qua Kenya, uganda, Tanzania, và Malawi tới Mozambique ở phía nam. Trong vòng 20 triệu năm, hoạt động của các địa tầng dọc theo rãnh này tạo ra núi lửa, cao nguyên, và vùng trũng để hình thành thung lũng đưa nước vào những cái hồ lớn nhất châu lục. Mọi loại khí hậu đều có mặt ở đó – rừng rậm nhiệt đới nhường chỗ cho rừng thưa, rồi đến đồng cỏ savan. Lượng mưa thay đổi và những rào cản địa lý đã cô lập các nhóm động vật khác nhau. Hệ thống Thung lũng Tách giãn này đã đóng vai trò như một phòng thí nghiệm hoàn hảo cho các thí nghiệm về tiến hoá. Giống vượn lớn ở châu Phi bao gồm hai loài tinh tinh (tinh tinh thường và bonobo, trước đây gọi là tinh tinh lùn), và hai phân loài khỉ đột. Những nghiên cứu gần đây đã kết luận rằng loài người có 98,4 phần trăm DNA giống với người họ hàng tinh tinh của chúng ta. (Để so sánh, chúng ta có khoảng 90 phần trăm gene giống với toàn bộ các sinh vật còn lại trên thế giới). Loài vượn lớn chỉ bắt đầu được nghiên cứu từ đầu thập niên 60 của thế kỷ trước, khi Jane Goodall đến Tanzania đế quan sát loài 58 đại sử tinh tinh sống trong tự nhiên. Cho tới lúc đó, chưa có ai quan tâm đến loài vật này, trừ trong vườn thú, và cũng chưa ai biết gì nhiều về chúng. Sau khi được Goodall cung cấp thông tin về loài tinh tinh, người ta mới nhận ra rằng để hiểu được lịch sử loài người, cần phải hiểu về loài vật này. Nếu tinh tinh, bonobo, và khỉ đột bị tuyệt chủng trước khi các nhà khoa học bắt đầu hiểu về sự tiến hoá thì chúng ta đã không thể hình dung được những con người đầu tiên trông ra sao. Sau bốn mươi lăm năm nghiên cứu kỹ lưỡng, các nhà sinh vật học đã có được sự thống nhất về hành vi của loài tinh tinh. Hai loài tinh tinh thường và tinh tinh lùn bonobo có hành vi khác biệt rõ rệt. Tinh tinh thường sống trong những lãnh địa được những con đực bảo vệ biên giới rất quyết liệt. Những con đực khi trưởng thành tiếp tục sống trong lãnh thổ cũ trong khi những con cái di chuyển sang khu vực khác. Con cái và con đực có thứ bậc khác nhau, chúng không sống như những cặp bình đẳng. Con đực bắt con cái phải chiều theo ý chúng, khi cần thiết thì sẵn sàng sử dụng vũ lực. Con đực lẫn con cái đều có nhiều bạn tình. Tinh tinh có trí tuệ về mặt ngôn ngữ tương đương với một trẻ nhỏ, và mỗi cá thể có một cá tính và tài năng riêng. Chúng có thể học ngôn ngữ cử chỉ và sử dụng để đối thoại với nhau hay với con người, và chúng cũng có thể dạy lại cho con cái của chúng. Thức ăn cơ bản của vượn là hoa quả và cây cỏ, nhưng tinh tinh còn thích ăn thịt sống và có thể giết chóc tàn bạo để ăn thịt. Tinh tinh mẹ tạo dựng quan hệ lâu bền với con của nó trong khi con đực không quan tâm đến việc nuôi con. Tinh tinh có tính xã hội cao, chúng sống thành bầy khoảng từ 80 đến 100 con. Đời sống tình cảm của nó rất giống đời sống tình cảm của con người; chúng có thể trở nên giận dữ, ghen tức, lo lắng và cô đơn, biết bảo vệ con yếu và sẵn sàng chia sẻ. Tinh tinh lùn lại là một loài vật hoàn toàn khác. Nhỏ hơn tinh tinh thường một chút, đầu, cổ và vai của chúng cũng bé hơn tương ứng, với khuôn mặt tẹt và rộng hơn. Chúng không được coi là một loài riêng biệt mãi cho tới năm 1929, và cũng được nghiên cứu sau loài tinh tinh. Trong tự nhiên, tinh tinh lùn chỉ sống ở khu vực bờ Sự sống hình thành trên Trái đấtaa59 nam sông Congo thuộc Cộng hoà Dân chủ Congo (trước kia là Zaire). Xã hội của tinh tinh lùn ít tính thứ bậc hơn nhiều so với xã hội của tinh tinh thường và do con cái kiểm soát. Tinh tinh lùn hiếm khi giết nhau, chúng hoá giải xung đột bằng quan hệ tình dục theo những cách vô cùng phong phú. Do hai loài tinh tinh này phát triển sau khi loài người tách ra khỏi loài tinh tinh nên trên lý thuyết chúng ta có liên hệ với cả hai loài này. Tuy nhiên, tinh tinh không phải là người, và ngược lại. Hai loài có khác biệt rõ ràng về gene: tinh tinh có tổng cộng 48 nhiễm sắc thể (24 cặp) trong khi con người chỉ có 46 (23 cặp). Tinh tinh khác hẳn con người ở nhiều mặt quan trọng khác. Chúng giao hợp chỉ trong vòng 10 đến 15 giây, không phân biệt được hành vi đúng đắn và sai trái, không nói được, và khi chúng học ngôn ngữ cử chỉ của con người, chúng chỉ “đối thoại” với nhau ở mức độ của một em bé hai tuổi. Tiếp tục ở lại Thung lũng Tách giãn Lớn ở Đông Phi, chúng ta chuyển sang chương kế tiếp để tìm hiểu con người đã tiến hoá ra sao trong 5 đến 7 triệu năm kể từ khi họ và tinh tinh phát triển theo hai hướng khác nhau từ cùng một tổ tiên. Các câu hỏi chưa có lời giải đáp Phần nhiều kiến thức của chúng ta về những gì xảy ra trong khoảng thời gian mà chương này đề cập – ngót nghét 4 tỉ năm – không tránh khỏi phải dựa trên những bằng chứng không đầy đủ. Còn nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp, nhưng khi xuất hiện những bằng chứng mới, chúng sẽ khẳng định lại những điều căn bản kể trên. Những tiến bộ gần đây trong việc xác định tuổi của đá và hoá thạch đã có những đóng góp đáng kể. Để đạt được những tiến bộ này, người ta phải dựa vào phóng xạ hoặc thống kê xu thế thay đổi ngẫu nhiên của trong nhân của một số dạng khác nhau của cùng 60 đại sử một nguyên tố, tức các chất đồng vị. Nhân của một đồng vị không ổn định, hay phát xạ. Thời gian để một nửa lượng đồng vị tiêu tan, tức thay đổi nhân của nó, được gọi là chu kỳ bán phân huỷ. Đá núi lửa thường chứa các chất đồng vị phóng xạ, nhờ đó mà ta có thể tính tuổi của chúng. Phương pháp định tuổi carbon phóng xạ ra đời năm 1948 và đã được cải thiện trong thời gian gần đây. 1. Có phải khủng long là loài máu nóng? Trong tác phẩm Nghịch thuyết về khủng long, Robert Bakker giải thích nguyên nhân ông cho rằng khủng long phải là loài máu nóng để có thể thống trị lâu dài như vậy. Có máu nóng như động vật có vú là bước tiến dài so với các giống bò sát, điều đó có thể đã giúp cho khủng long có được lợi thế cạnh tranh. Nhưng ý tưởng mạnh mẽ này chưa được khẳng định hay bác bỏ, do các hoá thạch không cho ta bằng chứng nào về các cơ quan trong cơ thể của khủng long cũng như việc chúng hoạt động ra sao. 2. Các sinh vật nên được phân loại thế nào? Khi kiến thức về vi sinh vật ngày càng tăng lên, các nhà khoa học đã đề xuất những hệ thống phân loại hoàn toàn mới, cho phép chúng ta có thể phân loại vi khuẩn kỹ hơn. Năm 1969, một nhà sinh thái học ở Đại học Cornell tên là R. H. Whittaker đã đề xuất 5 giới – động vật, thực vật, nấm, vi khuẩn, và sinh vật nguyên sinh (bất cứ loài nào không phải thực vật hay động vật). Đến năm 1976 Carl Woese giới thiệu cách phân loại gồm 23 nhóm chính, chia theo một mức độ cao hơn, gọi là vực (domain) – bao gồm vi khuẩn, vi khuẩn cổ và sinh vật có nhân. Theo mô hình này, mọi môn thực vật học và động vật học đều “bị giáng xuống thành một vài nhánh nhỏ trên cành xa nhất của chi sinh vật có nhân”. Vậy là tranh cãi về cách phân loại lại tiếp diễn. 3. Thuyết tiến hoá giúp giải thích về bản chất con người thế nào? Các nhà tâm lý học theo thuyết tiến hoá cho rằng não bộ là một đặc tính thích nghi để tồn tại của con người. Cách tiếp cận này là một xu thế lý luận trong vài thập niên qua. Họ cho rằng bộ não của chúng ta tiến hoá từ não của loài tinh tinh và từ hoàn cảnh của ít Sự sống hình thành trên Trái đấtaa61 nhất là 2 triệu năm trước, thay vì từ những kinh nghiệm trong vòng 5.000 năm trở lại đây, vốn chưa được mã hoá trong nguyên liệu di truyền của chúng ta. Một ví dụ nhỏ là việc chúng ta sợ rắn và nhện, và các nhà tâm lý học lập luận rằng đó là đặc tính bẩm sinh được hình thành trong quá trình sống ở những nơi có rất nhiều rắn và nhện. Những con vượn sợ rắn, nhện đã sống sót, và bài học về cái chết của những kẻ không sợ rắn, nhện đã được ghi vào não của chúng ta. 4. Nếu tinh tinh là họ hàng gần của con người, một câu hỏi sẽ nảy sinh: đã có con người nào từng cố gắng giao phối với tinh tinh chưa? Nếu có người đã từng làm như vậy, họ đã giữ kín chuyện đó. Chẳng ai biết một thử nghiệm như vậy đã từng xảy ra hay chưa. Tinh tinh và người là hai loài khác biệt, và giữa hai loài này không thể có con chung. Nếu có thử nghiệm thành công đi nữa thì kết quả của sự kết hợp đó sẽ được nuôi dưỡng như thế nào? Số phận của ngững loài vượn lớn rất mong manh. Chúng đã mất gần hết rừng để trú ẩn, bị virus Ebola đe doạ, con người thì săn bắn chúng lấy thịt, giam chúng trong vườn thú, hay nhốt chúng trong chuồng để làm thí nghiệm. Những ai nghiên cứu sâu về chúng đều cảm thấy buồn xé ruột. Những người châu Phi sống gần chúng nhất lại thường có xung đột lợi ích với chúng. Rất có thể ngay trong đời con chúng ta, các giống vượn sẽ tuyệt chủng trong tự nhiên. 5. Một số nhà sinh vật học và thiên văn học quyết tâm tìm kiếm sự sống trong vũ trụ, hoặc đưa sự sống từ Trái đất ra ngoài vũ trụ. Họ quan tâm đến các vấn đề như: Liệu thế giới vi mô – vi sinh vật hay vi khuẩn – sẽ có bao giờ lan ra những nơi khác trong không gian không? Liệu vi khuẩn có khả năng tạo ra điều kiện cho sự sống ở nơi khác hay không? Liệu có thể mang vi khuẩn sang các hành tinh khác để cho chúng sinh sôi nảy nở ở đó không? 62 đại sử 3 Quá trình tiến hoá của loài người (cách đây 5 triệu - 35.000 năm) Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về một thời kỳ quan trọng đã được đề cập qua trong chương trước. Những ai có niềm tin Do Thái - Ki-tô giáo có thể đã được dạy rằng thế giới mới chỉ được tạo ra vài ngàn năm trước đây – 3761 năm trước Thiên chúa giáng sinh theo đức tin Do Thái hoặc 4004 năm theo Kinh thánh, bản thời vua James. Những nền văn hoá khác lại có ý niệm dài hơn về thời gian thế giới đã tồn tại. Những bản khắc của người Maya nói về thế giới một triệu năm về trước; họ cũng có thể đã nói về thế giới 40 triệu năm trước đây dù người ta còn đang bàn cãi về điều này. Theo tín ngưỡng Hindu, vũ trụ có lúc đã chết đi rồi lại tái sinh; một ngày và một đêm của Thần Sáng tạo Brahma dài bằng 8,64 tỉ năm, dài hơn một chút so với một nửa thời gian từ khi xảy ra vụ nổ lớn tới nay theo lý thuyết khoa học về vũ trụ. Nhà thiên văn học Trung Hoa I-Hsing (Nhất Hạnh) sống ở thế kỷ 8 cho rằng thế giới đã tồn tại hàng triệu năm rồi. Vì con người chỉ có tuổi thọ từ 70 đến 100 năm, chúng ta không thể trực tiếp chứng kiến thời gian của vũ trụ. Chúng ta cần so sánh tương quan, hoặc dùng hình thức ẩn dụ để mô tả thời gian một cách cụ thể nhằm hình dung ra được khoảng thời gian khổng lồ này. Chúng ta phải phát huy trí tưởng tượng nếu không thì chúng ta sẽ bị giới hạn trong những trải nghiệm thời gian vô cùng ngắn ngủi của mình. Quá trình tiến hoá của loài người aa63 Để hình dung về thời gian kể từ khi xảy ra vụ nổ lớn, chúng ta hãy nén toàn bộ khoảng thời gian đó thành 13 năm. Nếu chúng ta nói rằng vũ trụ khởi thuỷ cách nay 13 năm, thì Trái đất ra đời 5 năm về trước; thiên thạch va vào Trái đất và giết chết toàn bộ loài khủng long 3 tuần trước, vượn đi bằng hai chân (vượn lớn/họ người) xuất hiện 3 ngày trước và loài người, hay người thông minh (Homo sapiens) ra đời cách nay 53 phút; xã hội công nghiệp hiện đại chỉ mới tồn tại được 6 giây (xem Hình 3.1). Hình 3.1 Niên biểu vũ trụ theo tỉ lệ thời gian rút gọn Nếu Trái đất chỉ mới thành hình 13 năm trước, vào lúc này... Trái đất mới tồn tại được khoảng 5 năm Những sinh vật lớn, đa tế bào mới xuất hiện được 7 tháng Thiên thạch đâm vào Trái đất làm khủng long tuyệt chủng cách nay 3 tuần Họ người xuất hiện được 3 ngày Loài người, tức Homo sapiens, đã tồn tại được chỉ 53 phút Xã hội nông nghiệp xuất hiện đến nay được 5 phút Toàn bộ phần lịch sử được ghi chép lại đã tồn tại được 3 phút Xã hội công nghiệp hiện đại có mặt trong vòng 6 giây Nguồn: David Christian, “Lịch sử thế giới theo bối cảnh” Tạp chí lịch sử thế giới, tháng 12 - 2003, trang 440. Bảo tàng Lịch sử tự nhiên ở New York gần đây có tổ chức triển lãm về lịch sử vũ trụ khởi đầu bằng một cuộc trình diễn ánh sáng mô phỏng vụ nổ lớn. Sau khi được đứng ngay giữa vụ nổ lớn, khách tham quan đi theo một con dốc xoắn ốc xuống phía dưới hai tầng lầu. Đến điểm cuối, họ trông thấy một tấm biển trên đó có một đường kẻ mảnh bằng sợi tóc, diễn tả độ dài 30.000 năm lịch sử loài người, một hình ảnh tượng trưng mà tôi không thể nào quên. Trong khi tôi đang viết câu chuyện về thế giới này, một số bạn bè gợi ý rằng tôi nên dành mỗi trang của quyển sách để thể hiện một số năm tương ứng. Tuy nhiên ý tưởng này đến với họ trước 64 đại sử khi thực hiện tính toán; bởi vì để biểu diễn 4,6 tỉ năm tồn tại của Trái đất bằng, ví dụ là 300 trang sách, thì mỗi trang sẽ tượng trưng cho 15 triệu năm. Và loài người sẽ chỉ xuất hiện ở một phần ba của dòng cuối cùng. Hầu như toàn bộ cuốn sách là những trang trắng, thể hiện khoảng thời gian mà chúng ta không biết đã xảy ra chuyện gì – tất nhiên, đây không phải là một chiến lược marketing tốt. Bỏ qua hai phần ba đầu tiên của lịch sử vũ trụ, hãy chỉ xem xét thời gian mà Trái đất tồn tại tới nay. Để làm một hình ảnh so sánh, hãy giả sử chúng ta có một sợi dây dài bằng 31,25 lần chiều dài sân bóng đá (tương đương 2.900 m). Chiều dài này tương ứng 4,5 tỉ năm kể từ khi Trái đất ra đời. Lúc con người bắt đầu tách khỏi những loài vượn lớn, tức khoảng 5 triệu năm trước đây, chỉ diễn ra cách điểm cuối của sợi dây 3,2 m. Bước chuyển từ vượn người sang Homo sapiens diễn ra cách điểm cuối của sợi dây 13 cm, và lúc con người bắt đầu biết làm nông sẽ chỉ được biểu diễn bằng 6,5 mm. Một cách đơn giản khác để mô tả thời gian Trái đất đã tồn tại là rút gọn độ dài đó xuống đơn vị quen thuộc – hai mươi bốn giờ tương đương với một ngày đêm. Nếu tưởng tượng rằng Trái đất ra đời vào lúc nửa đêm, thì sinh vật đơn bào đầu tiên xuất hiện lúc 4 giờ sáng và thực vật sống ngoài biển đầu tiên có mặt lúc 8 rưỡi tối. Động và thực vật lên bờ khoảng 10 giờ đêm, trong khi khủng long xuất hiện ngay trước 11 giờ đêm. Khủng long biến mất chỉ cách nửa đêm 21 phút, con người xuất hiện cách hai phút và nền nông nghiệp cũng như các thành phố ra đời chỉ vài giây trước khi bước sang một ngày mới. Dù người ta có dùng cách biểu diễn nào đi nữa thì sự thực là lịch sử loài người chỉ chiếm một phần cực nhỏ trong lịch sử toàn bộ hành tinh này, chưa kể đến lịch sử vũ trụ. Từ khởi điểm phân loài đến Homo erectus Người ta vẫn chưa xác định được chính xác thời điểm loài người bắt đầu xuất hiện; ranh giới giữa người và vượn đến nay vẫn chưa Quá trình tiến hoá của loài người aa65 được phân định chính xác. Từ 5 đến 7 triệu năm trước, một đột biến xảy ra trên tổ tiên loài vượn, tiếp tục được duy trì và từ đột biến độc nhất đó, các đột biến khác tiếp tục xuất hiện trên vượn người, hay vượn đi bằng hai chân. Các đột biến mang lại ưu thế tiếp tục được duy trì. Những thay đổi này cuối cùng dẫn đến loài người hiện đại Homo sapiens. Những đột biến gene đó diễn ra liên tục ở cùng một địa điểm – Đông Phi. Trong ít nhất là 3 triệu năm, con người chỉ tiến hóa ở châu Phi; loài vượn người không sống ở bất cứ nơi nào khác, dù rằng vượn cũng có mặt ở châu Âu và châu Á. Trong khoảng từ 1 triệu đến 1,8 triệu năm trước, một nhóm vượn người được gọi là Homo erectus (người đứng thẳng) rời châu Phi và bắt đầu tản ra khắp nơi trên Trái đất. Sau đó, cách đây khoảng từ 100.000 đến 200.000 năm, một nhóm người, lúc đó đã tiến hoá thành Homo sapiens, rời Đông Phi đi sống khắp mọi nơi trong khi nhóm Homo erectus trước đó đã tiến hoá ở một số nơi lại bị tuyệt chủng. Đây là bức tranh tổng quát có thể phục dựng tốt nhất vào thời điểm hiện tại, trong khi vẫn có khả năng đã có một cuộc di cư khác xảy ra giữa hai thời điểm trên. Tại sao sự tiến hoá của loài người lại diễn ra ở Đông Phi? Tính chất nào của lục địa này làm cho nó là cái nôi duy nhất cho sự phát triển của loài người? Miền đông châu Phi là vùng nhiệt đới; việc chúng ta không có lông rậm chỉ ra rằng chúng ta tiến hoá từ động vật nhiệt đới. Để trở thành người, những loài vượn nhiệt đới đã từ trên cây xuống sống trên đồng cỏ; chúng ta là động vật của đồng cỏ, chứ không phải là của rừng. Khu vực địa lý có thể nuôi dưỡng sự phát triển của loài người là vùng Thung lũng Tách giãn lớn ở Đông Phi, như đã mô tả ở chương trước. Những người đi du lịch đến vùng Thung lũng Tách giãn lớn này, khu vực hẻm núi Olduvai, hay miệng núi lửa Ngorongoro ở Tanzania thường xúc động sâu sắc trước vẻ đẹp của nơi này cũng như ấn tượng về mảnh đất của tổ tiên. Ngay ở rìa bình nguyên Serengeti, người ta vẫn còn thấy vô số động vật và chim chóc là thức ăn của 66 đại sử con người tiến hoá từ loài vượn. Hẻm núi, những khu vực có rừng và bình nguyên quang đãng cung cấp nơi trú ngụ, che chở và thức ăn cho những cư dân săn bắn - hái lượm sống quanh đó. Thung lũng Tách giãn lớn được hình thành bởi một đứt gãy trên bề mặt lục địa châu Phi; phần phía đông châu Phi sẽ có ngày tách khỏi lục địa này, trôi dạt ra ấn Độ Dương và cuối cùng đâm vào ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản, rồi còn đâu nữa thì không ai biết. Vết nứt bắt đầu từ Hồng Hải ở Ethiopia và kéo dài xuống qua Kenia, Tanzania, và Mozambique, có những nhánh ra tới Zaire và Zambia. Đường xích đạo chạy cắt ngang ngay khoảng giữa đứt gãy này, ở vùng núi Kilimanjaro thuộc Tanzania. Đồng bằng ven biển bằng phẳng được tiếp nối bằng vùng cao nguyên có độ cao từ 365 mét đến 1.220 mét trên mực nước biển. Vùng cao nguyên này duy trì một biên độ nhiệt phù hợp nhất với loài người về mặt sinh lý, tức trên dưới 27 độ C (xem Hình 3.2) Toàn cảnh vùng Thung lũng Tách giãn này là hỗn hợp giữa rừng và đồng cỏ savan, đây đó xen vài dãy núi. Vào những tháng có mưa, cỏ cây hoa lá đâm chồi nảy lộc cho trái chín. Đến những tháng mùa khô, cao nguyên khô hạn, sấm sét gây ra những đám cháy, và khi mưa đến thì mọi thứ lại được tái sinh. Đồng cỏ savan là nơi sinh sống lý tưởng với nhiệt độ dễ chịu, đầy đủ hoa quả, các loại hạt và thú săn. Tuy nhiên, đã có nhiều biến động ở đây. Các vụ động đất và lượng mưa luôn thay đổi tạo ra những khu vực có khí hậu khác nhau. Khi Trái đất bước vào một giai đoạn băng giá, vùng đồng cỏ savan khô và mát hơn, có nhiều cỏ hơn. Trong thời kỳ gian băng (giữa các giai đoạn băng giá), đồng cỏ savan nóng và ẩm hơn, có nhiều rừng mưa nhiệt đới hơn. Ngày nay, khí hậu được coi là yếu tố quan trọng trong quá trình tiến hoá. Vượn chuyển hoá thành người đã phải thích nghi với những biến đổi khí hậu to lớn. Nếu khí hậu không biến đổi như thực tế đã xảy ra, nếu nguồn gene ở những nơi nào đó không chịu những sức ép đặc biệt, đặc biệt là khí hậu mát và khô ở vùng nhiệt đới, loài người chúng ta có thể đã chẳng phát triển như ngày nay. Quá trình tiến hoá của loài người aa67 Trái đất chuyển sang điều kiện khí hậu luân chuyển giữa thời kỳ băng giá và gian băng như hiện nay cách đây chỉ khoảng 2 triệu năm. Phiến băng đầu tiên xuất hiện ở Nam Cực cách đây chỉ khoảng 35 triệu năm, sau khi Trái đất mất 65 triệu năm để nhiệt độ giảm đi 9,5 độ C. Rõ ràng trong 2 triệu năm vừa qua, hành tinh này đã bước vào thời kỳ có biên độ nhiệt gồm các chu kỳ nóng và lạnh dễ dàng đổi chỗ cho nhau. 68 đại sử Hình 3.2 Vùng Thung lũng Tách giãn lớn ở Đông Phi Hồ T’ana Hadar S. Nile Hồ Turkana Hồ Malawi S. Congo Hồ Victoria Xích đạo Núi Kilimanjaro Bình nguyên Serengeti Hồ Tanganika S. Zambezi S. orange S. Vaal ẤN Độ DươNG ĐạI Tây DươNG Thung lũng tách giãn Trong một triệu năm vừa qua, đã có khoảng 10 kỷ băng hà, hay thời kỳ băng giá, với chu kỳ khoảng 100.000 năm. Lần cuối cùng được gọi là Đại Băng hà bắt đầu từ khoảng 90.000 năm trước và đạt cực đại cách đây 20.000 năm. Trong 10.000 năm ấm áp gần đây, nhiệt độ trung bình cao hơn giai đoạn băng giá trước đó từ 1 đến 2 độ C, và có những đợt mát dịu. Điều gì đã gây ra những biến thiên vừa kể? Có vẻ như đó là kết quả của những thay đổi nhỏ của độ nghiêng của trục Trái đất, của quỹ đạo hình ellipse quanh Mặt trời và của độ dao động trên trục của chính nó. Mỗi yếu tố đó có chu kỳ riêng – khoảng 41.000 năm khi độ nghiêng thay đổi từ 21,39 độ sang 24,36 độ và trở lại như cũ, 95.800 năm để quỹ đạo chuyển từ gần như tròn sang ellipse rồi trở lại tròn, và 26.000 năm để trục Trái đất hoàn thành toàn bộ một chu kỳ dao động hình nón (được gọi là sự tiến động hay tuế sai). Kết quả của ba loại biến thiên trên kết hợp lại đôi khi tăng cường lẫn nhau, đôi khi lại loại trừ tác động của nhau. Những nhân tố khác cũng tạo ra biến thiên thời tiết, như động đất, núi lửa, lục địa trôi dạt, thay đổi nồng độ carbon trong khí quyển, đụng độ với sao băng hay các tiểu hành tinh, chưa kể là từ trường của hai cực thỉnh thoảng lại đảo ngược với tần suất trung bình khoảng nửa triệu năm một lần. Đã có 282 lần đảo cực trong vòng 10 triệu năm qua, người ta biết được điều này khi nghiên cứu từ trường của các hòn đá dưới đáy biển. Lần đảo cực gần nhất diễn ra cách đây khoảng 780.000 năm, khi loài Homo erectus vẫn còn đang học cách làm công cụ bằng đá. Các nhà khoa học nhận thấy rằng từ lực của Trái đất đã yếu đi khoảng 10 đến 15 phần trăm và mức độ suy giảm này có xu hướng tăng nhanh, gây ra cuộc tranh luận rằng liệu một lần đảo cực nữa (thường mất từ 5.000 đến 7.000 năm) đã bắt đầu hay chưa. Từ khoảng 6 triệu năm trước đây, qua những đợt thay đổi khí hậu dữ dội, giống vượn đi bằng hai chân (vượn người/họ người) đã phát triển một cách chậm chạp và thất thường. Có thể đã có đến hai mươi loài thuộc giống này từng tồn tại; nay thì chúng ta chính Quá trình tiến hoá của loài người aa69 là loài còn sót lại duy nhất. Những bằng chứng hoá thạch về sự tiến hoá này vẫn còn sơ sài, mong manh và khó hiểu được tường tận. Đã có nhiều loài cùng tồn tại đồng thời. Cách nhà cổ nhân chủng học nhất trí rằng vẫn chưa thể hoặc không bao giờ có thể dựng được một phả hệ rành mạch của loài người. Bằng cách so sánh bộ gene của người và của tinh tinh, các nhà khoa học đã phát hiện một phần danh sách các gene làm chúng ta có các đặc tính của con người. Chúng bao gồm các gene nghe, nói, nối kết não bộ, phát hiện mùi và hình thành xương. Các chuyên gia gọi nhóm cổ nhất của loài vượn đi bằng hai chân là Australopithicus, hoặc là vượn người phương Nam. Giống vật này cao từ 1 đến 2,6 mét, có đầu to bằng đầu tinh tinh. Những mẩu xương cổ nhất của chúng, chừng 4,4 triệu năm tuổi, đã được tìm thấy vào năm 1992 ở Afar, Ethiopia. Con Australopithicus nổi tiếng nhất là Lucy, chưa đến một nửa bộ xương của nó được tìm thấy vào năm 1974 gần Hadar, Ethiopia. Nó được đặt tên theo bài hát “Lucy in the Sky with Diamonds”của nhóm Beatles vì các nhóm khai quật đã bật bài hát này trong khi làm việc. Những hài cốt được tìm thấy ở Hadar là của ít nhất mười ba vượn người, và đã được 3,2 triệu năm tuổi. Lucy là một vượn người Bắc Phi với dáng đi thẳng. Nó cao 1,07 m, nặng dưới 30 kg, khoảng từ 19-21 tuổi, có khung chậu giống một phụ nữ hiện đại nhưng lại mang khuôn mặt của một con tinh tinh. Bộ xương của nó đã kết thúc cuộc tranh cãi kéo dài giữa các nhà nhân chủng học về việc ở loài người thì bộ não phát triển trước hay khả năng đi bằng hai chân có trước. Từ bộ xương của Lucy, câu trả lời là khả năng đi bằng hai chân có trước. Bộ xương của Lucy cho thấy một số loài vượn lớn từ trên cây xuống đất, giữ lại khả năng xoay tay và vai của loài sống trên cây, dần dần có dáng đứng thẳng trước khi bộ não của chúng bắt đầu to ra. Một hình ảnh gây ám ảnh khác lộ ra sau lớp màn sương mù che phủ quá trình phát triển của loài người là một loạt những dấu chân được các nhà khảo cổ do Mary Leakey lãnh đạo tìm thấy ở Laetoli, Tanzania vào cuối những năm 70. Những dấu chân này là của hai 70 đại sử sinh vật nguyên thuỷ đi bằng hai chân, dường như băng ngang qua một cánh đồng tro núi lửa. Bàn chân của chúng ngập trong lớp tro được một trận mưa rào nhỏ làm ẩm. Khi tro khô đi, chất vôi trong đó cứng lại. Rồi tro tiếp tục rơi vào các dấu chân, bảo quản chúng suốt 3,6 triệu năm cho đến ngày bị phát hiện. Thật là một khám phá vĩ đại của loài người! Những con vượn lớn đầu tiên phát triển khả năng đi bằng hai chân như thế nào? Các chuyên gia đặt ra giả thuyết rằng khi giống vượn Đông Phi trở nên to lớn hơn, chúng cần nhiều thức ăn hơn, và khó mà kiếm đủ ở trên cây vì rừng đang biến đổi thành đồng cỏ savan. Có thể lũ vượn chuyển xuống đất để kiếm thức ăn, rồi mang trở lại cho bầy. Nếu đứng thẳng thì vượn có thể nhìn được xa hơn, mang theo được thức ăn cũng như con nhỏ, và giải phóng cánh tay, bàn tay cho việc khác. Khi chân đã mạnh hơn và to hơn, trọng tâm cơ thể chuyển xuống phía dưới nên dễ duy trì tư thế đứng thẳng hơn. Những tiến bộ nhỏ khác có thể đã bắt đầu để làm cho cơ thể hoạt động như một hệ thống tự hoàn thiện. Có vài loài Australopithicus cùng tồn tại mãi đến khoảng nửa triệu năm trước, điều này chắc chắn đã làm các nhà cổ nhân chủng học phải bối rối tìm cách giải thích. Trong khi đó, các loài khác cũng phát triển, và đến khoảng 2,5 triệu năm trước đây, chi Homo có vẻ như là những con vượn xương nhỏ, não lớn. Đến 2 triệu năm trước, Homo habilus, tức người vượn (ape person) khéo tay xuất hiện. Ở những người vượn cao hơn 1,2 m này, bộ não bắt đầu to ra, từ khoảng 300-400 cm3 ở tinh tinh lên thành 600-800 cm3 ở habilus. Vì tay đã không còn phải dùng để di chuyển và chuyền cành nữa, chúng bắt đầu chế tạo công cụ bằng đá, việc này giúp não phát triển. Mắt chúng phải cố nhìn ra xa nên cũng giúp não phát triển. Những con đực có não to hơn hẳn là đã chọn những con cái có xương chậu rộng hơn. Con nhỏ sơ sinh có não lớn được ra đời sớm hơn bình thường để có thể chui lọt qua đường sinh sản, và chúng cần được chăm sóc dài hơn, do đó cha mẹ phải tiếp xúc với chúng thường xuyên hơn. Ưu thế của bộ não lớn thể hiện ở việc sản xuất Quá trình tiến hoá của loài người aa71 những công cụ bằng đá đầu tiên và tăng mức độ hợp tác dù rằng khả năng nói sau này mới hoàn thiện. Sự phối hợp tay-mắt-não đã được khởi động và tự củng cố. Người vượn khéo tay có thể là những thợ săn đầu tiên vào ban ngày hoặc ít nhất cũng là kẻ bới xác chết ở vùng nhiệt đới. Có khả năng 10 phần trăm năng lượng của họ là từ thịt. Còn đối với vấn đề lớn hơn là người vượn ăn bao nhiêu thịt thì vẫn còn nhiều tranh cãi. Vì đời sống của động vật có vú phần lớn định hình bởi thực phẩm chúng sử dụng, đây là vấn đề quan trọng cần thảo luận. Tuy nhiên, vẫn còn quá ít bằng chứng về việc này, có chăng chỉ là những suy đoán từ cấu trúc răng của người vượn. Đến khoảng 1,8 triệu năm trước, Homo erectus (người đứng thẳng) xuất hiện, họ cao hơn (khoảng 1,67 m) và não lớn hơn (từ 900-1.100 cm3). Vì thể tích não trung bình của con người hiện đại là 1.350 cm3, có lẽ đây là lúc có thể bỏ chữ “vượn” và gọi giống này là người. Homo erectus bắt đầu có những nét quen thuộc với chúng ta ngày nay. Họ chế tạo được những mũi giáo bằng gỗ, và đẽo đá thành những chiếc rìu nhỏ tuyệt đẹp. Họ có thể đã săn những con thú lớn, vốn đòi hỏi có những công cụ chính xác cũng như phối hợp tập thể chu đáo, dù rằng họ mới chỉ có ngôn ngữ ở mức sơ đẳng. Có lẽ khoảng 20 phần trăm năng lượng của họ có nguồn gốc là thịt. Họ tạo dựng những khu vực sinh sống ổn định và biết chăm sóc con nhỏ. Có thể họ đã thực hiện một bước chuyển cơ bản từ hệ thống thứ bậc giữa con đực và con cái của loài tinh tinh sang quan hệ hôn nhân của đàn ông và phụ nữ hiện đại. Người đứng thẳng cũng đã biết không sợ lửa, dẫn đến một tiến bộ vĩ đại của loài người là biết cách sử dụng lửa. Họ đã học được cách giữ than của các gốc cây bị sét đánh cháy trước đó để tạo ra lửa theo ý muốn. Họ đã mạo hiểm và được đền đáp xứng đáng. Người đứng thẳng có thể dùng lửa dọa được thú dữ, lùa con mồi vào bẫy, nấu và ăn nhiều loại thực phẩm hơn, bảo quản thực phẩm được lâu hơn, thắp sáng hang tối, và giữ ấm trong mùa lạnh. Họ đã bắt đầu hưởng lợi từ bộ não to hơn. 72 đại sử Thực ra, một số người lập luận rằng việc chuẩn bị thực phẩm, nấu nướng và dùng bữa chung với nhau đóng vai trò quan trọng đối với việc làm giàu kinh nghiệm của loài người và nghệ thuật ẩm thực có thể là thành phần trung tâm trong cuộc cách mạng chuyển hoá người vượn thành người. Việc cải thiện cách thức ăn uống cho phép người ta ăn uống đa dạng hơn và nhận được nhiều dinh dưỡng hơn. Thói quen nấu chín thịt rồi mới ăn thay vì ăn sống ngay tại chỗ có thể giải thích tại sao kích thước cơ thể của đàn ông và phụ nữ không chênh lệch nhau (do phụ nữ giờ đã có nhiều thức ăn hơn) và xu hướng các cặp khác giới sống với nhau lâu hơn hầu hết các loài linh trưởng khác. Có nhiều ước đoán khác nhau về thời điểm con người bắt đầu biết dùng lửa – thay đổi từ cách đây 300.000 năm đến 2 triệu năm. Có lửa, người đứng thẳng lại có thêm một bước tiến khác: một số đã ra khỏi vùng châu Phi ấm áp lần đầu tiên, và họ mang theo lửa để chống lại cái lạnh ở nơi khác. Sự kiện này có khả năng xảy ra cách đây khoảng 700.000 đến 1,2 triệu năm, trong thời kỳ nóng ẩm và sa mạc Sahara có đủ mưa để người ta vượt qua an toàn. Người đứng thẳng có thể đã đi qua vùng đất tiếp giáp giữa châu Phi và châu Á, nơi ngày nay là Saudi Arabia. Sự chuyển dịch này không nên coi là một cuộc di cư mà đơn giản chỉ là sự kiện những bầy người săn bắn hái lượm di chuyển tìm thức ăn. Cuối cùng, người đứng thẳng đã đến vùng Cận Đông, châu Âu, những khu vực của vùng Bắc Á, vùng đất nhiệt đới phía nam và đông nam châu Á. Họ đã không thể sống ở vùng quá lạnh như hầu hết khu vực phía bắc lục địa Á-Âu. Người đứng thẳng không đến châu Đại dương và châu Mỹ. Toàn thể loài người lúc đó có chừng vài chục ngàn người. Nhưng loài người cũng như các động vật khác, di chuyển từ nơi này đến nơi khác, và do vậy chi Homo cũng lang bạt như mọi loài động vật. Di chuyển với tốc độ 16 km một năm, họ mất dưới 2.500 năm để đi vòng quanh thế giới. Suốt thời kỳ Homo erectus, loài hổ răng kiếm đã bị tuyệt chủng. Phải chăng con người đã bắt đầu gây những ảnh hưởng đầu tiên lên môi trường sống? Một kịch bản khác cho rằng loài vượn người rời châu Phi khoảng 1,8 triệu năm trước đây, tiến hoá thành loài người đứng thẳng ở Quá trình tiến hoá của loài người aa73 châu Á rồi quay trở lại châu Phi. Thực tế thì hẳn là đã xảy ra một quá trình di cư vô cùng phức tạp, với đủ loại biến động về dân số trong khu vực. Hậu duệ của Homo erectus Hậu duệ của Homo erectus có thể phân thành ba nhóm theo khu vực: người Neanderthal ở châu Âu và vùng Địa Trung Hải, người đứng thẳng Homo erectus ở Đông Á, và người thông minh Homo sapiens ở phía đông hoặc nam châu Phi. Phân loại chính thức đã không thể hiện rõ ràng điều này vì người Neanderthal trước đây được cho là một loài phụ của Homo sapiens. Do đó họ đã được gọi là Homo sapiens neanderthalensis, và vẫn giữ tên này dù rằng đã có chứng cứ cho thấy họ không thuộc về loài Homo sapiens. Homo sapiens thực sự được chính thức gọi là Homo sapiens sapiens để phân biệt với Homo sapiens neanderthalensis. Để cho ngắn gọn, tác giả sử dụng thuật ngữ người Neanderthal và Homo sapiens. Người Neanderthal để lại chứng tích về sự có mặt của họ trong các mẫu hoá thạch từ 28.000 đến 130.000 năm tuổi, như vậy họ xuất hiện từ trước khi kỷ băng hà cuối cùng bắt đầu cách đây 90.000 năm. Họ là những người đầu tiên thích nghi thành công với đời sống bên bờ của một thế giới băng hà. Trong họ người thì xương của Neanderthal được tìm thấy nhiều nhất: có đến khoảng 30 bộ xương gần như hoàn chỉnh. Cái tên Neanderthal được lấy theo tên thung lũng Neander, gần Düsseldorf, Đức, là nơi tìm thấy các bộ xương vào năm 1856, dù đã có nhiều phát hiện tương tự trước đó. Trong xương của người Neanderthal có thể tìm thấy dấu vết của sự thích nghi đối với cái lạnh. Xương của họ ngắn hơn và đặc hơn so với xương của người hiện đại, cho thấy vóc dáng to bè, kềnh càng với bắp thịt to lớn và lồng ngực nở nang của đàn ông, đàn bà và trẻ nhỏ. Đàn ông Neanderthal cao chừng 1,7 m và nặng 70 kg, trong khi 74 đại sử đàn bà cao gần 1,6 m, nặng chừng 54 kg. Một số đặc điểm ở vùng hông cho thấy họ bước đi không hoàn toàn giống chúng ta. Não của họ ít nhất cũng to bằng não chúng ta, mặc dù có hình dạng khác biệt. Xương sọ dài và thấp, giống như những con người đầu tiên, với ụ mày gồ lên đặc trưng phía trên đôi mắt, mũi mở rộng hơn bất cứ giống người nào trước đó hay sau này. Biết sản xuất công cụ, nhưng người Neanderthal không thay đổi thiết kế công cụ trong hàng chục ngàn năm. Từ đá, họ làm ra dùi, dụng cụ để nạo, mũi tên, dao và rìu. Họ săn voi mammoth lông rậm, bò xạ, chó sói, gấu sống trong hang động, ngựa hoang, và tuần lộc, sống chủ yếu nhờ thịt của các loại thú săn được. Họ cũng biết dùng gỗ, nhưng chưa bao giờ nhận ra giá trị của xương, gạc hươu, hay ngà voi. Không có bằng chứng nào cho thấy họ biết trang trí cho tới gần cuối giai đoạn họ từng tồn tại, và họ cũng chẳng để lại bức tranh hang động nào nơi họ sống. Chắc chắn, người Neanderthal đã từng dùng lửa. Họ góp nhặt da thú để làm quần áo cũng như chỗ trú ẩn. Họ chôn cất người chết, là loài người đầu tiên được biết từng làm việc này. Người ta tìm thấy xác họ được chôn cùng công cụ, nhưng không thấy tập quán chôn theo những thứ khác cũng như không có manh mối gì về nghi lễ chôn cất. Một số bộ xương cho thấy dấu hiệu của bệnh tật hoặc chấn thương đã xảy ra một thời gian trước khi chết, qua đó cho thấy sự chăm sóc của cộng đồng cho những người không có đủ sức khoẻ. Khả năng ngôn ngữ của người Neanderthal là chủ đề đang còn được tranh luận. Những phục dựng qua giải phẫu cho thấy thanh quản của người Neanderthal ở vị trí khác với người hiện đại, do đó hẳn đã giới hạn những âm thanh mà họ có thể phát ra. Có thể hạn chế ngôn ngữ nói của họ còn trầm trọng hơn do họ sử dụng nhiều cử chỉ, biểu hiện của nét mặt và cơ thể hơn chúng ta. Những nhà di truyền học hiện đại đã khám phá ra rằng xương có chứa những tế bào không bị biến mất ngay sau khi chết. Thỉnh thoảng, có những mẩu DNA có thể trích ra từ những loài vật đã chết lâu ngày, miễn là không phải đã quá lâu. Nếu thời gian từ lúc Quá trình tiến hoá của loài người aa75 chết đến nay là 1.000 năm thì cơ hội tách được DNA thành công là 70 phần trăm. Nhưng vào năm 1997, các nhà di truyền học đã tách được một chuỗi DNA ngắn từ xương người Neanderthal cách đây 30.000 năm. Mẫu DNA này cho thấy người Neanderthal vô cùng khác với phần lớn người hiện đại và không thể là tổ tiên của chúng ta. Họ hiện nay được coi là một dạng Homo erectus đặc biệt, đã thích nghi được với môi trường cực lạnh. (Người ta vẫn chưa tìm thấy mẫu DNA nào từ Homo sapiens cùng thời kỳ). Như chúng ta sẽ thấy, vào lúc Homo sapiens đến châu Âu từ bản quán Đông Phi, người Neanderthal đã tuyệt chủng. Có vẻ như loài người tiến hoá ở châu Âu (ví dụ như Neanderthal) đã tỏ ra không thích ứng được với môi trường bằng loài người tiến hoá từ châu Phi. Người châu Âu đã không muốn làm sáng tỏ cũng như tiếp thu sự thật này mãi cho đến thập niên 60 và 70 của thế kỷ trước. Trước thời điểm đó, cách tư duy phân biệt chủng tộc cộng với sự hiếm hoi của những vụ khai quật ở châu Phi và kỹ thuật xác định niên đại còn hạn chế, đã ngăn cản việc nhìn nhận cách giải thích chính xác ngày nay. Chỉ cần một ví dụ là đủ. Năm 1912, người ta công bố phát hiện hộp sọ của một vượn người có não lớn ở bãi sỏi Piltdown, hạt Sussex, nước Anh. Người Piltdown được các cộng đồng khoa học châu Âu và Hoa Kỳ coi là căn cứ chứng tỏ rằng tổ tiên loài người xuất phát từ nước Anh. Sọ người Piltdown trở thành tiêu chuẩn để xem xét và đánh giá thấp các chứng cứ hoá thạch khác. Bốn mươi năm sau khi khám phá ra hoá thạch ở Piltdown, người ta chứng minh được rằng nó là đồ giả, một sự phối hợp tinh xảo giữa những mảnh sọ người hiện đại và xương hàm của một con đười ươi, tất cả được biến hoá để trông có vẻ cổ xưa. Người đứng sau vụ giả mạo này không bao giờ bị phát hiện; những kẻ tình nghi bao gồm nhà giải phẫu đã có những bình luận đầu tiên về sọ người Piltdown, một nhà khảo cổ nghiệp dư đã phát hiện hộp sọ này, một giám tuyển của viện bảo tàng, người tỏ ra đố kỵ với nhà khảo cổ, và ngay cả Ngài Arthur Conan Doyle, cha đẻ của nhân vật Sherlock 76 đại sử Holmes và là người bạn của nhà khảo cổ. Vụ bê bối này làm dấy lên hoài nghi đối với toàn bộ giới khoa học. Tuy nhiên, cuối cùng thì các nhà khảo cổ châu Âu cũng đã bảo vệ được uy tín của mình bằng cách lật tẩy vụ giả mạo này, dù rằng họ đã phải mất bốn mươi năm để làm việc đó. Ở Đông Á, Homo erectus là giống người đầu tiên xuất hiện; ở đây người đứng thẳng đã có những tiến hoá đặc biệt để thích nghi với môi trường rừng vùng nhiệt đới lẫn ôn đới của châu Á. Sống ở rừng thay vì đồng cỏ có nghĩa là họ phải luôn di chuyển để tìm hoa quả và các loại hạt. Thay vì dùng đá để làm công cụ, họ dùng tre và gỗ, những nguyên liệu thô không được bảo quản qua thời gian ở những khu vực tiền sử. Nền văn minh trong rừng này nở rộ và tiến hoá chậm rãi qua thời gian hàng trăm ngàn năm, có vẻ như hoàn toàn độc lập với những thay đổi của nhân loại diễn ra ở châu Phi và châu Âu. Loài Homo erectus có vẻ như đã tồn tại ở châu Á lâu hơn hàng trăm ngàn năm so với châu Phi và châu Âu. Theo những lời bất hủ của nhà ngôn ngữ học Derek Bickerton, loài Homo erectus ở bắc Trung Quốc “đã ngồi 300.000 năm trong những cái hang trống, ám khói ở Chu Khẩu Điếm (Zhoukoudian), nấu những con dơi trên lửa than âm ỉ, trong khi chờ cho hang của họ đầy rác”. Homo sapiens bành trướng ra thế giới Cuối cùng thì chúng ta cũng nói đến chính mình, những con người hiện đại. Một lần nữa chúng ta phát hiện lại chính mình ở Đông Phi, nơi khoảng 250.000 đến 130.000 năm về trước, hậu duệ châu Phi của loài Homo erectus đột biến một lần nữa thành loài thích ứng tốt hơn, Homo sapiens, cho tới nay đó là sự hình thành loài mới nhất của giống người. Loài Homo sapiens cao và mảnh dẻ chứ không vạm vỡ như người Neanderthal. Ở Homo sapiens, xương ụ mày không gồ lên, trán và Quá trình tiến hoá của loài người aa77 xương sọ rộng và cao hơn. Thể tích não của Homo sapiens nhỏ hơn so với người Neanderthal, và não có hình dáng hoàn toàn khác. Loài Homo sapiens có vẻ như là nhóm người đầu tiên có được ngôn ngữ rõ ràng đầy đủ. Ngôn ngữ lưu loát cho phép Homo sapiens phát triển cú pháp và những đặc tính riêng có của loài người như tư duy trừu tượng, lý trí và biểu tượng. Chuỗi kết hợp tay-mắt-não-miệng tự củng cố và diễn ra hết tốc lực. Vì chỉ có hai phương pháp giải phẫu để nghiên cứu sự tiến hoá về ngôn ngữ của con người nên kiến thức về lĩnh vực này vẫn còn là phần ít phát triển nhất trong câu chuyện lịch sử loài người. Người ta có thể nghiên cứu vùng điều khiển ngôn ngữ trên não, được gọi là vùng Broca, kích thước và hình thù của nó có thể đo được bằng cách lấy khuôn (endocast) bên trong hộp sọ, hoặc người ta có thể nghiên cứu sự phát triển thanh quản và yết hầu từ xương họng. Vùng Broca trong não dường như cũng điều khiển những chuyển động tinh vi của đôi tay. Khả năng nói rõ ràng cần đến những chuyển động chính xác của lưỡi, tương tự như vậy đối với tay. Nghiên cứu cho thấy những người bị tổn thương não ảnh hưởng đến việc nói và hiểu thì cũng không thể dùng tay thực hiện những động tác phức tạp. Trẻ bị tự kỷ có học giao tiếp bằng cách ra dấu bằng tay đôi khi cũng có thể đột nhiên biết nói. Các lý thuyết gia tin rằng ngay khi con người bắt đầu biết cử động các ngón tay một cách tinh tế, một vùng trên não cũng phát triển để họ có thể phát ra từ ngữ có trật tự cũng như hình thành cú pháp. Cử chỉ phát triển liên tục để trở thành ngôn từ. Điểm đặc biệt ở người là vị trí của thanh quản. Ở hầu hết các loài động vật khác, thanh quản nằm cao ở phía trên họng, đóng vai trò như một cái van tách biệt không khí xuống phổi và chất lỏng chảy xuống thực quản. Các động vật khác có thể cùng lúc vừa uống vừa thở, nhưng chúng ta thì không. Thanh quản của chúng ta nằm ở vị trí nửa dưới của họng, chỗ trái khế ở đàn ông. Nhờ vậy chúng ta có một khoảng trống ở cuối mũi và đầu họng tác dụng như một buồng khuếch âm, làm chúng ta có thể tạo ra sự cộng hưởng âm thanh mà 78 đại sử không loài nào làm được. Khả năng phát âm này, cộng với sự khéo léo tuyệt vời của lưỡi và môi, cho chúng ta khả năng tinh tế về âm thanh sánh ngang với những cử động khéo léo đáng ngạc nhiên của đôi tay. Sự trưởng thành của trẻ em nhắc lại sự tiến hoá của thanh quản, khi chúng lớn lên, thanh quản chuyển từ vị trí trên đầu họng xuống vị trí phía dưới của người trưởng thành ở tuổi mười bốn. Vị trí thanh quản của người Neanderthal có ở thấp dưới họng hay không vẫn còn được bàn cãi kịch liệt. Một số chuyên gia tin rằng thanh quản của người Neanderthal nằm ở vị trí lưng chừng, giống như ở một đứa trẻ tám tuổi. Mọi người nhất trí rằng khi loài người bắt đầu phát triển vượt bậc, cách đây khoảng 30.000 năm, thanh quản của họ đã ở vị trí như ngày nay, và loài người đã làm chủ được tiếng nói. Qua thời gian, Homo erectus ở châu Phi dần dà tiến hoá thành Homo sapiens. Sử dụng khả năng siêu việt của bộ não và ngôn ngữ, họ dần lấn át các giống người khác ở châu Phi và đạt đến số lượng khoảng 50.000 người cách đây khoảng 100.000 năm. Khi gặp cơ hội có đợt khí hậu thuận lợi, một số đã di chuyển thành công khỏi vùng đồng cỏ savan lên phía đông vùng Địa Trung Hải, nơi ngày nay là Israel, Palestin, Syria, và Lebanon. Sau đó, cách nay khoảng 90.000 năm, Trái đất quay lại giai đoạn băng giá, sa mạc Sahara khô hạn nhanh chóng, ngăn cản đoàn người di cư thêm cho đến khi thời tiết nóng và ẩm hơn. Dường như Homo sapiens chỉ đến được châu Âu cách đây khoảng 60.000 đến 40.000 năm, dù rằng họ đã ở phía đông Địa Trung Hải từ cách đây 90.000 năm. Điều này đặt ra câu hỏi: Tại sao họ mất nhiều thời gian đến vậy để đến được châu Âu? Người ta phỏng đoán rằng Homo sapiens cần thời gian thích nghi với thời tiết lạnh hơn so với vùng đồng cỏ savan. Những người này ở lại phía đông Địa Trung Hải để học những kỹ năng cần thiết để chống chọi với cái lạnh – làm ra quần áo, nơi trú ẩn tốt hơn, rèn luyện kỹ thuật săn bắn vì hoa quả và các loại hạt không còn dồi dào nữa. Trong khoảng thời gian ngắn ngủi có thời tiết ấm áp cách đây Quá trình tiến hoá của loài người aa79