My own chemistry - Kỳ 4: Oxy - Nguồn sống hay sự tuyệt diệt?

Oxy: Nguồn sống hay sự tuyệt diệt?
#hoáhọccủariêngtôi
#kỳ4

Oxy, nguyên tố duy trì sự sống, ai cũng biết như vậy, vai trò của Oxy là vô cùng quan trọng và độc tôn. Con người có thể nhịn ăn cả tháng, thiếu nước cả tuần nhưng chỉ nhịn thở trong vài phút. Vì thế, người ta mặc nhiên coi Oxy như chúa tể, thần thánh, cứu tinh...và nhiều từ màu mè khác, không băn khoăn hay mảy may nghi ngờ. Nhưng, Oxy thể hiện tính oxy hóa mạnh (thế oxy hóa khử khá dương). Và rồi có gì đó không ổn ở đây. Các chất hữu cơ, chất cấu thành nên các thực thể sống và chính cơ thể chúng ta, thường thể hiện tính khử. Tức là, phản ứng hóa học sẽ xảy ra, Oxy sẽ làm thịt các sinh vật sống?! Vậy tại sao chúng ta và sinh giới vẫn tồn tại? Oxi đã sẵn có từ lúc khai thiên lập địa hay nó phát sinh từ từ? Và trong quá trình nó thiết lập thế độc tôn, ''nguồn sống'' của chúng ta đã vô tình ''ăn tươi nuốt sống'' bao nhiêu thực thể sống? Cùng tôi lục tìm quá khứ để làm rõ uẩn khúc này, làm rõ bộ mặt của Oxy nhé.

Lật lại sử sách, theo các nhà khoa học, khí quyển thuở sơ khai chứa nhiều NH3, CH4..., tạo môi trường khử. Chính trong môi trường đó, các chất hữu cơ đã hình thành, tích tụ tạo ra ''nồi súp hữu cơ khổng lồ'', và sinh giới phát sinh và phát triển trong môi trường đó. Vậy khí Oxy không có nhiều như hiện nay. 

Thời điểm trước khi Oxy thành ông kẹ, sinh giới đã khá phát triển. Bấy giờ, một bước chuyển mình vĩ đại vừa hoàn tất, các vật chất hữu cơ hỗn độn đã bằng cách nào đó, biến thành các sinh vật đơn bào nguyên thủy, tổ tiên của sinh giới. Nhưng không may, quá trình đó đã đồng thời tạo ra Vi khuẩn Lam. Vi khuẩn Lam là đứa nghịch tử, giống ngược đời, thằng điên, kẻ phản động, giặc cỏ, quân phản loạn... Nó dám một mình chống lại cả thế giới, chống lại cả cha mẹ chúng để sống cách sống mà ta đang gọi là ''quang hợp'': CO2 + H2O (ánh sáng mặt trời) -> chất hữu cơ + O2. Quá trình quang hợp đó, vô tình tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn là khí Oxy. Khí Oxy có mặt từ đây. Trận chiến của Vi khuẩn Lam và phần còn lại của thế giới chắc chắn đã kéo dài, ác liệt, đầy toan tính và thủ đoạn, bên cạnh đó là rất nhiều hy sinh, mất mát, đau thương không thể hàn gắn.

Kết quả, Vi khuẩn Lam đã chiến thắng, khí Oxy tăng dần nồng độ tới mức...

Tổ lái tí qua thuyết tiến hóa của Darwin. Ông cho rằng sinh vật tiến hóa theo hướng thích nghi với điều kiện môi trường, các sinh vật không thích nghi sẽ bị tiêu diệt. Các sinh vật trước đó thích nghi với môi trường khí quyển mang tính khử (như trên đã nói), còn Vi khuẩn Lam tạo ra khí Oxy, khí quyển quay 180 độ thành môi trường oxi hóa. Thế nên, nếu thuyết Darwin đúng, khi nồng độ Oxy đã tăng dần, khi quyển đồng thời nâng độ oxi hóa tới mức quét sạch hầu hết các loài thích ứng với môi trường khử trước đó. Khuẩn Lam vô tình tiêu diệt chính các anh em, họ hàng, tổ tiên của nó. Chà đạp thành quả hàng trăm triệu năm gây dựng sinh quyển trước đó. Các nhà khoa học xác nhận sự kiện này, gọi nó là ''Oxygen Revolution'' hay ''Great Oxygenation Event'', đây là đợt đại tuyệt chủng sinh giới đầu tiên và có thể là đợt thảm sát tàn khốc bậc nhất trong 5 đợt đại tuyệt chủng được trong lịch sử trái đất. Oxy, kể từ đây chúng ta được biết thêm một bộ mặt khác của nó, ''sự tuyệt diệt''. Tại sao chúng ta không biết điều này, đơn giản là vì người chết không nói được. Và chúng ta nên đội ơn kẻ sát nhân này, vì chúng ta đang sống trong thời đại của chúng, chúng ta hưởng lợi trực tiếp từ Oxy chứ không phải thây ma hàng tỷ năm trước. Nghe hơi chua chát phải không?

Còn một vấn đề nữa không nằm trong tiêu đề, nhưng giải đáp luôn. Đó là,

1) Tại sao có những loài đã tồn tại qua thời đại thảm sát đó?

2) Tại sao chúng ta tồn tại được trong khí quyển giàu Oxy hiện nay?

Trả lời câu hỏi thứ hai, theo tôi, nếu tế bào các sinh vật hiện nay tiếp xúc trực tiếp với nồng độ Oxy cao trong khí quyển, nó cũng sẽ chết. Bí quyết ở đây là các sinh vật có lớp bảo vệ ngăn cách tế bào với khí quyển như biểu bì, vỏ cây, màng nhầy... Ngoài ra khi đưa Oxy vào tế bào để hô hấp, các sinh vật hòa loãng Oxy ra, hoặc đồng thời dùng các vệ sĩ áp giải Oxy như hemoglobin để Oxy không tàn phá tế bào. Trả lời câu hỏi thứ nhất, một số ít sinh vật thời đại đó (không kể Vi khuẩn Lam) đã học được cách bảo vệ mình khỏi Oxy và truyền lại cho chúng ta.

Mấy năm trời đau đầu với mấy thứ như này, thật uổng phí khi tôi chỉ biết chơi cho vui. Đúng là lúc đầu sau nghĩ về nó tôi chỉ mang ước muốn thấu hiểu những uẩn khúc cuộc sống thôi. Nhưng hành trình đó mang lại cho tôi nhiều bài học thực tế hơn tôi tưởng tượng. Nhìn xem, vị anh hùng thực tế của chúng ta - Vi khuẩn Lam trước đây đã từng là thiểu số, bị lên án, bị chống lại nhưng đã vượt lên thay đổi cả thế giới. Nhưng vị anh hùng ấy hiện nay chẳng được tôn vinh, chúng ta tôn vinh Oxy, còn anh hùng nay trở thành một kẻ phá đám, góp phần gây ra hiện tượng ''tảo nở hoa'' khắp các bờ sông, bờ biển mà nhiều lúc người ta đưa ra rồi cãi nhau chơi, người ta còn cất công đặt ra các loại chỉ số môi trường để giám sát vị ''anh hùng'' này nữa. Nghĩ cũng đắng. Một bài học nữa là "Trời không tuyệt đường sống của ai bao giờ", chắc không cần nói thêm. Điều khác, một Vi khuẩn Lam nhỏ bé đã thay đổi thế giới với chu trình CO2 + H2O (ánh sáng mặt trời) -> chất hữu cơ + O2, thế thì loài người vĩ đại của chúng ta, với một chu trình khác, dễ tiến hành hơn nhiều, Dầu mỏ/Than đá/Gỗ + O2 -> CO2 + H2O + Q, liệu sẽ sánh được với tiền bối không? Hãy lấy làm vinh hạnh khi được sống trong một giai đoạn lịch sử vĩ đại như thế này nhé!

Oxy: Nguồn sống hay sự tuyệt diệt? Đừng vội tin vào những điều mình thấy - Sẵn sàng cho sự thay đổi - Thích nghi hoặc là chết.

----------

Trên đây là thành quả mấy năm suy nghĩ lung tung và tích lũy kiến thức, động lực trực tiếp là 2 buổi học bắt được sóng từ cô Trang và cô Xuân. Bài viết cũng để trả hàng các bạn đã thả tim cho #kỳ2 của #hóahọccủariêngtôi.

Bài viết tham khảo các kiến thức từ sách Biology - Campell (9th edition), các bài giảng Hóa Vô cơ 1 của thầy Hưng và thầy Quốc, các bài giảng Hóa Vô cơ 2 của thầy Khoa, cô Xuân, các bài giảng Hóa Phân tích 1,2 của cô Trang; cùng với kiến thức lượm lặt từ các sách, báo khác và internet.