“Tôi càng tìm hiểu vũ trụ, tôi càng nhận thấy rõ ràng ắt hẳn vũ trụ đã biết trước rằng chúng ta sẽ xuất hiện”. – Freeman Dyson. Chẳng dễ gì bạn có được sự sống của ngày hôm nay. Trong toàn vũ trụ này, theo những gì chúng ta biết, chỉ có một nơi duy nhất, một nơi xa xôi và kín đáo của ngân hà được gọi là Trái đất, chỉ nơi này có thể duy trì sự sống của bạn, dù rằng khá miễn cưỡng.
Khoảng cách từ đáy đại dương sâu nhất cho đến đỉnh núi cao nhất, phạm vi nuôi dưỡng gần như mọi sự sống, chỉ hơn một chục dặm – không nhiều khi đem so với sự bao la của vũ trụ này.
Cách đây 400 triệu năm, chúng ta là loài vật sống dưới nước đã có một quyết định khá mạo hiểm khi rời bỏ đại dương để trở thành một loài sống trên đất liền và hít thở oxy. Kết quả là, hơn 99,5 phần trăm khoảng không gian có thể tồn tại được trên thế giới, theo một sự đánh giá nọ, trở thành nơi chúng ta không thể tồn tại được.
Điều này không đơn giản như việc chúng ta không thể hô hấp dưới nước, vấn đề ở đây là chúng ta không thể chịu được áp suất dưới nước. Vì nước có tỷ trọng lớn gấp 1.300 lần so với không khí, thế nên áp suất dưới nước gia tăng đột ngột khi bạn tăng độ sâu – bạn xuống sâu mười mét thì áp suất gia tăng một Atmofe. Trên đất liền, nếu bạn ở độ cao năm trăm foot ví dụ tòa nhà Cologne hoặc đài kỷ niệm Washington thì áp suất chỉ thay đổi ở mức độ mà chúng ta dường như không thể nhận thấy. Nếu không có sự trợ giúp, người lặn sâu nhất và vẫn còn sống để quay về chính là một người Ý tên là Umberto Pelizzari, vào năm 1992, đã lặn xuống độ sâu 236 foot, chỉ ở lại đó trong khoảnh khắc và sau đó lập tức bắn mình lên mặt nước. Thế nên dù cố gắng hết sức, chúng ta vẫn khó có thể nói rằng mình là người rất quen thuộc với thế giới dưới lòng nước.
Dĩ nhiên các sinh vật khác có thể xoay xở tốt ở độ sâu lớn hơn và áp suất cao hơn, dù rằng tại sao một số loài có thể làm được điều đó vẫn còn là điều bí ẩn với chúng ta. Điểm sâu nhất trong lòng đại dương là Mariana Trench tại Thái Bình Dương. Tại đó, với độ sâu khoảng bảy dặm, áp suất lên đến mười sáu nghìn pound/inch vuông. Đã từng có lúc chúng ta có thể đưa con người xuống độ sâu đó trong một chiếc tàu ngầm kiên cố, tuy nhiên đó là lãnh địa của loài giáp xác, một loài giáp xác giống như loài tôm nhưng trong suốt, chúng tồn tại mà không có gì bảo vệ cả. Đương nhiên hầu hết các đại dương khác đều cạn hơn thế nhiều, nhưng dù rằng với độ sâu trung bình là hai dặm rưỡi thì áp suất đè lên chúng ta có thể tương đương với trọng lượng của mười bốn chiếc xe tải chất đầy xi–măng.
Gần như mọi người, kể cả tác giả của vài cuốn sách nổi tiếng về lĩnh vực hải dương học, đều cho rằng thể xác con người sẽ bị đè bẹp dưới áp lực kinh khủng nơi đáy đại dương. Thực ra, sự thực dường như không phải thế. Vì cơ thể chúng ta được cấu thành chủ yếu từ nước, và nước dường như là thứ “không thể bị nén”, theo lời của Frances Ashcroft của Đại học Oxford, “thể xác chúng ta vẫn nguyên vẹn khi xuất hiện tại độ sâu của đại dương. Thể xác chúng ta thực sự có bị đè nén, nhưng không ai biết rằng ở mức độ nào có thể gây tử vong. Mãi đến gần đây người ta vẫn cho rằng bất kỳ ai lặn xuống độ sâu một trăm mét nhất định sẽ tử vong và phổi của họ sẽ nổ tung hoặc xương lồng ngực sẽ bị bẻ nát, nhưng những người bơi lặn tự do vẫn cho thấy rằng họ hoàn toàn bình an ở độ sâu này. Theo Ashcroft thì, dường như “loài người giống loài cá voi và cá heo hơn chúng ta thường nghĩ”.
Tuy nhiên, còn có nhiều điều khác có thể xảy ra. Vào những ngày người ta thường trang bị đồ lặn – loại trang phục nối liền với mặt nước bằng những ống vòi dài – người thợ lặn đôi khi gặp phải hiện tượng được gọi là “bị ép chặt”. Hiện tượng này xảy ra khi các máy bơm trên bề mặt bị trục trặc, dẫn đến tình trạng mất áp suất “tất cả những gì còn lại trong bộ đồ lặn chỉ là xương và các mẩu thịt của họ”, nhà nghiên cứu sinh vật học J. B. S. Haldane viết vào năm 1947.
(Thật bất ngờ, chiếc mũ lặn đầu tiên, được thiết kế năm 1823 bởi một người Anh tên là Charles Deane, không phải dùng để lặn mà là để chữa lửa. Nó được gọi là “nón chữa lửa”, nhưng vì được làm bằng kim loại nên nó bị nóng lên trong quá trình chữa lửa và cũng quá cồng kềnh. Sau đó Deane phát hiện ra rằng các lính cứu hỏa không thích dùng chiếc nón này. Để phát minh của mình không bị hoang phí, Deane thử dùng nó dưới nước và nhận thấy rằng nó rất hữu ích trong công tác cứu hộ dưới nước).
Tuy nhiên, điều đáng sợ nhất thường xảy ra với con người khi họ xuống nước là hiện tượng “khí ép”. Tám mươi phần trăm không khí chúng ta hít vào là nitơ. Khi cơ thể con người chịu áp suất lớn, lượng nitơ đó chuyển hóa thành các bong bóng nhỏ di trú vào máu và các mô. Nếu áp suất thay đổi đột ngột, những bong bóng bị giữ trong cơ thể sẽ sủi bọt giống như một chai rượu vang vừa mới khui, gây cản trở cho các mạch máu nhỏ, giảm thiểu lượng oxy trong máu, khiến nạn nhân phải gập người trong đau đớn – chúng ta gọi đó là hiện tượng “khí ép”.
Hiện tượng này đã xảy ra với con người từ rất lâu nhưng mãi đến thế kỷ mười chín người ta mới chú ý đến nó khi nó xảy ra khá thường xuyên với các thợ lặn. Hiện tượng này khiến nhiều người phải hoang mang. Đôi khi các thợ lặn lên giường ngủ với trạng thái khỏe mạnh để rồi sáng hôm sau họ nhận thấy rằng mình đã bị bại liệt; thậm chí họ tử vong ngay trên giường ngủ.
Ngoài việc tuyệt đối tránh môi trường có áp suất cao, chúng ta chỉ có hai giải pháp đáng tin cậy để tránh hiện tượng này. Giải pháp thứ nhất là giảm thiểu khoảng thời gian chịu áp suất cao. Thợ lặn không ở dưới nước quá lâu phòng khi nitơ di trú vào các mô. Giải pháp thứ hai là tránh không trồi lên mặt nước quá nhanh. Điều này giúp chúng ta giảm thiểu được tác hại của các bong bóng nitơ.
Chúng ta có được những hiểu biết về lĩnh vực này là nhờ bởi đội thợ lặn gồm hai cha con John Scott và J. B. S. Haldane. Dù là một người Anh khá trí thức, hai cha con Haldane nổi tiếng là người lập dị. Người cha sinh năm 1860 trong một gia đình quý tộc Anh (anh của ông là Tử tước Haldane) nhưng lại trải qua hầu như cả đời hành nghề khoa học tại Oxford. Ông nổi tiếng là người đãng trí. Một dạo nọ, vợ ông bảo ông hãy lên lầu thay quần áo để đi dự dạ tiệc, thế nhưng chờ đợi mãi vẫn không thấy ông bước xuống, cuối cùng vợ ông phải bước lên lầu và phát hiện ông đang nằm ngủ trên giường trong trang phục ngủ.
Haldane cố gắng khám phá các phương cách để các thợ lặn có thể trồi lên mặt nước mà không gặp phải sự cố “khí ép”. Để tìm hiểu chính xác tại sao sự rò rỉ cacbon monoxit lại giết chết các thợ mỏ, ông đã tự chuốc độc chính mình, cẩn thận theo dõi đo lường những thay đổi nơi cơ thể của chính mình, ông chỉ bỏ cuộc khi ông sắp sửa rơi vào trạng thái bại liệt toàn thân.
Con trai của Haldane là Jack, thế hệ sau gọi là J. B. S, ngay từ khi còn bé đã tỏ ra rất quan tâm đến công việc của bố mình. Khi ở độ tuổi thiếu niên, J. B. S. đã cùng cha thực hiện các thử nghiệm quan trọng, hai người kiểm nghiệm các loại khí và mặt nạ phòng hơi độc.
Dù J. B. S. Haldane chưa bao giờ nhận học vị nào trong khoa học (ông nghiên cứu tại Oxford), ông trở thành nhà khoa học xuất sắc tại Cambridge. Nhà nghiên cứu sinh vật học Peter Medawar gọi ông là “người thông minh nhất tôi từng biết”. Trong số nhiều thành tựu khác nhau, J. B. S. Haldane đóng vai trò quan trọng trong việc kết hợp thuyết tiến hóa của Darwin với công trình gen di truyền của Gregor Mendel để tạo ra bộ môn di truyền học hiện đại.
Có lẽ là một trong số những nhân vật độc đáo nhất, J. B. S. Haldane nhận thấy cuộc Chiến tranh Thế giới I là “một trải nghiệm thú vị” và thẳng thắn xác nhận rằng ông “thích cơ hội giết người”. Chính ông cũng đã từng hai lần bị thương tích. Sau cuộc chiến tranh này ông trở thành nhân vật dành được sự yêu mến trong lĩnh vực khoa học và đã viết hai mươi ba cuốn sách (và hơn bốn trăm bài thuyết trình khoa học). Sách của ông hiện vẫn được yêu chuộng trên toàn thế giới dù rằng không dễ gì tìm được chúng. Ông cũng là người nhiệt tình theo chủ nghĩa Mác.
Trong khi đó ông vẫn không từ bỏ sự quan tâm dành cho các thợ mỏ và sự nhiễm độc, J. B. S. Haldane bị ám ảnh bởi việc cứu lấy các thủy thủ tàu ngầm tránh khỏi nguy cơ “khí ép”. Trong một thử nghiệm nọ, J. B. S. Haldane đóng vai một thủy thủ trồi lên từ lòng nước để tìm hiểu xem điều gì xảy ra với chính mình. Kết quả là vết trám răng của ông phát nổ. “Gần như mọi thử nghiệm”, Norton viết, “đều khiến một ai đó bị tai biến ngập máu, xuất huyết, hoặc nôn mửa”.
Một dạo nọ, trong khi tự chuốc độc chính mình với độ oxy cao, Haldane ngã ra ngất xỉu và bị tổn thương cột sống nghiêm trọng. Các chấn thương phổi luôn xảy ra với ông. Nguy cơ thủng màng tai rất lớn, nhưng, theo lời khẳng định của Haldane trong một bài tiểu luận nọ, “màng tai thường tự lành; và nếu có một lỗ thủng nào đó trong màng tai không tự lành, dù nạn nhân có thể bị điếc, anh ta có thể thổi khói thuốc lá qua lỗ tai nếu muốn, đây cũng là một thành tựu thú vị đấy chứ”.
Trái đất không phải là nơi hoàn toàn tốt cho khả năng dung dưỡng sự sống, dù rằng nó là nơi duy nhất. Chỉ một phần nhỏ bề mặt của hành tinh này đủ khô ráo để chúng ta có thể sống trên đó, phần rất lớn còn lại luôn quá nóng hoặc quá lạnh hoặc quá khô hoặc quá trũng hoặc quá cao nên chúng ta không thể tận dụng được. Phải thừa nhận rằng, sở dĩ như thế một phần là do lỗi của chính chúng ta. Về mặt thích nghi, con người tỏ ra khá yếu kém. Giống như hầu hết các động vật khác, chúng ta không thích những nơi quá nóng, nhưng vì chúng ta dễ dàng đổ mồ hôi và dễ dàng kiệt sức nên chúng ta dễ dàng bị tổn hại. Trong những hoàn cảnh tệ nhất – tại sa mạc nóng bức – hầu hết mọi người đều mê sảng và đột quỵ, thậm chí tử vong. Chúng ta cũng không thích những nơi quá lạnh. Giống như mọi động vật có vú, loài người tỏ ra rất giỏi trong việc giải nhiệt nhưng – vì chúng ta gần như không có lông – chúng ta lại không giỏi trong việc giữ nhiệt. Ngay cả khi thời tiết khá ấm áp thì bạn cũng phải dùng một nửa số calo của mình để giữ ấm cơ thể. Dĩ nhiên, chúng ta có thể khắc phục những nhược điểm này bằng cách mặc áo ấm và vận dụng các phương tiện khác, nhưng dù có như thế thì diện tích bề mặt trái đất mà chúng ta có thể sống trên đó cũng vẫn rất khiêm tốn: chỉ 12 phần trăm so với toàn bộ diện tích đất liền, và chỉ 4 phần trăm so với toàn bộ bề mặt trái đất kể cả các đại dương.
Tuy nhiên nếu bạn quan sát ở góc độ rộng lớn hơn, bạn hãy quan sát hệ mặt trời của chúng ta, bạn sẽ nhận thấy rằng không nơi nào khác có thể thuận lợi cho sự sống của con người hơn hành tinh này.
Đến nay các nhà khoa học không gian đã khám phá được khoảng bảy mươi hành tinh bên ngoài hệ mặt trời, trong số khoảng mười tỷ triệu hành tinh trong vũ trụ này, thế nên chúng ta không thể khẳng định rằng chỉ có trái đất mới có khả năng dung dưỡng sự sống, nhưng dường như nếu bạn muốn có được một hành tinh có khả năng dung dưỡng sự sống thì có lẽ bạn phải là người rất may mắn mới có thể tìm kiếm được, và đời sống của bạn càng tiến bộ thì khả năng may mắn của bạn càng cao. Nhiều nhà quan sát đã xác định được khoảng hai mươi điều may mắn đặc biệt hữu ích mà chúng ta có được khi xuất hiện trên trái đất, nhưng đây chỉ là một cuộc khảo sát tương đối sơ sài nên chúng tôi sẽ nêu ra đây bốn điều may mắn chính. Chúng là:
Vị trí tuyệt vời. Thật huyền bí, trái đất của chúng ta xuất hiện tại một khoảng cách hợp lý từ một ngôi sao có kích cỡ đủ lớn để tỏa ra nhiều năng lượng nhưng lại không quá lớn để không tự hủy quá nhanh (mặt trời). Có một điều kỳ lạ trong vật lý học là: một ngôi sao càng lớn thì nó càng nhanh tàn lụi. Nếu mặt trời của chúng ta có kích cỡ lớn hơn gấp mười lần thì nó đã tự hủy sau mười triệu năm tồn tại thay vì là mười tỷ năm, và nếu thế thì loài người đã biến mất từ rất lâu. Quỹ đạo của trái đất cũng khá hoàn hảo. Nếu quỹ đạo của trái đất gần mặt trời hơn thì mọi thứ trên trái đất đều nóng chảy và biến mất. Nếu quỹ đạo của trái đất xa mặt trời hơn thì mọi thứ trên trái đất đã bị đóng băng.
Năm 1978, một nhà vật lý học thiên thể tên là Michael Hart đã thực hiện một số tính toán và kết luận rằng nếu quỹ đạo của trái đất xa mặt trời hơn 1 phần trăm hoặc gần mặt trời hơn 5 phần trăm thì nó đã trở thành nơi không có sự sống, về sau người ta tính toán lại con số này là “xa mặt trời hơn 15 phần trăm và gần mặt trời hơn 5 phần trăm” – nhưng đó vẫn luôn là vành đai hẹp.
Để đánh giá đúng độ hẹp của nó, bạn chỉ cần quan sát sao Kim. Khoảng cách từ sao Kim đến mặt trời chỉ ngắn hơn khoảng cách từ trái đất đến mặt trời hai mươi lăm triệu dặm. Hơi ấm của mặt trời đến sao Kim sớm hơn khi đến trái đất chỉ hai phút, về kích cỡ và kết cấu thì sao Kim rất giống với trái đất, nhưng chính sự khác biệt nhỏ về khoảng cách quỹ đạo đã tạo ra những khác biệt to lớn như thế. Người ta xác định rằng khi hệ mặt trời mới hình thành thì nhiệt độ ở sao Kim chỉ lớn hơn nhiệt độ ở trái đất đôi chút và có lẽ khi ấy tại sao Kim cũng có các đại dương. Nhưng chính sự khác biệt đôi chút về nhiệt độ đó khiến sao Kim không thể giữ được lượng nước trên bề mặt của nó, hậu quả là khí hậu tại sao Kim vô cùng thảm khốc. Khi nước tại sao Kim bốc hơi, các nguyên tử hydro lan tỏa vào không gian, và các nguyên tử oxy kết hợp với cacbon để hình thành nên một bầu khí quyển dày đặc khí CO2. Không khí tại sao Kim trở nên vô cùng ngột ngạt. Dù trước đây người ta hy vọng rằng sao Kim có thể nuôi dưỡng được sự sống bên dưới những đám mây dày đặc của nó, ngày nay chúng ta biết rằng đó là một môi trường quá khắc nghiệt nên không thể nuôi dưỡng bất kỳ sự sống nào chúng ta có thể nghĩ ra. Nhiệt độ bề mặt sao Kim lên đến 470 độ C (xấp xỉ 900 độ F), nhiệt độ này có thể nung chảy chì, áp suất không khí tại sao Kim lớn gấp chín mươi lần so với áp suất tại trái đất, không ai có thể tồn tại ở áp suất này. Chúng ta thiếu kỹ thuật để tạo ra các trang phục hoặc các tàu không gian có thể giúp chúng ta đến thăm bề mặt sao Kim. Hiểu biết của chúng ta về bề mặt sao Kim là nhờ bởi những hình ảnh và dữ liệu do hệ thống ra–đa từ tàu thăm dò vũ trụ của Liên Xô cũ được phóng thẳng đến sao Kim, xuyên qua các đám mây dày đặc, vào năm 1972 và chỉ tồn tại một giờ đồng hồ trước khi hư hỏng hoàn toàn.
Đó là những gì sẽ xảy ra nếu quỹ đạo của trái đất gần mặt trời hơn hai phút. Nếu quỹ đạo của trái đất cách xa mặt trời hơn thì nhiệt độ trên trái đất sẽ trở nên quá lạnh, chẳng hạn như nhiệt độ tại bề mặt sao Hỏa. Sao Hỏa cũng từng có lúc là nơi thích hợp để dung dưỡng sự sống, nhưng cuối cùng vẫn không thể duy trì được bầu khí quyển thích hợp và trở nên quá lạnh.
Một hành tinh thích hợp. Nhiều nhà địa vật lý khi được yêu cầu trình bày những ưu điểm của trái đất có thể dung dưỡng được sự sống thường khẳng định rằng nếu không có lớp mác–ma sùng sục trong lòng đất thì loài người chúng ta đã không thể tồn tại trên hành tinh này. Mác–ma trong lòng đất tạo ra khí thải có thể giúp hình thành bầu khí quyển và giúp chúng ta có được từ trường bảo vệ chúng ta tránh được sự bức xạ của các tia vũ trụ. Nó cũng giúp chúng ta có được kiến tạo địa tầng liên tục tái tạo bề mặt trái đất. Nếu bề mặt trái đất hoàn toàn phẳng, thì có lẽ toàn bộ bề mặt này đã chìm sâu bốn kilômét dưới nước.
Ngoài việc có được cấu tạo bên trong lòng đất hợp lý chúng ta cũng có được các nguyên tố thích hợp với tỷ lệ cân xứng. Cụ thể là, chúng ta được cấu thành bởi các chất liệu hoàn toàn hợp lý, về sau chúng ta sẽ thảo luận sâu hơn về vấn đề này.
Hành tinh song sinh. Không nhiều người nghĩ rằng mặt trăng là hành tinh đồng hành với trái đất của chúng ta, nhưng quả thực mặt trăng là bạn đồng hành với trái đất của chúng ta. Hầu hết các mặt trăng của các hành tinh khác đều có kích cỡ khá nhỏ so với hành tinh kiểm soát nó. Ví dụ, các mặt trăng Phobos và Deimos của sao Hỏa chỉ có đường kính khoảng mười kilômét. Tuy nhiên, mặt trăng của chúng ta có đường kính lớn hơn một phần tư đường kính trái đất, điều này khiến trái đất của chúng ta trở thành hành tinh duy nhất có mặt trăng với kích cỡ khá lớn so với nó (ngoại trừ sao Diêm Vương, vì sao Diêm Vương có kích cỡ quá nhỏ), và chính sự khác biệt này giúp chúng ta tồn tại.
Nếu không có ảnh hưởng đều đặn của mặt trăng, trái đất sẽ chao đảo như con gụ, không ai biết khi ấy khí hậu và thời tiết ở trái đất sẽ thay đổi ra sao. Lực hấp dẫn liên tục của mặt trăng giúp trái đất luôn xoay tròn với vận tốc và góc độ ổn định, điều này tạo ra sự bền vững cần thiết cho sự sống lâu dài trên trái đất. Điều này sẽ không diễn ra mãi mãi. Mặt trăng đang di chuyển cách xa chúng ta với tốc độ 1,5 inch mỗi năm. Trong hai tỷ năm sắp tới, mặt trăng sẽ tách xa chúng ta đến mức nó không thể giúp trái đất có được sự bình ổn như ngày nay và khi ấy chúng ta sẽ phải đối mặt với một số hậu quả nhất định.
Suốt một khoảng thời gian dài, các nhà thiên văn học cho rằng mặt trăng và trái đất được hình thành cùng một lúc hoặc rằng trái đất đã kéo mặt trăng lại khi nó di chuyển ngang qua. Ngày nay chúng ta tin rằng, như bạn có thể nhớ lại ở một chương trước đây, cách đây khoảng 4,5 tỷ năm một vật thể có kích cỡ bằng sao Hỏa đã đâm sầm vào trái đất, các mảnh vỡ bắn ra từ trái đất đã hội tụ và cấu thành mặt trăng. Đây rõ ràng là điều rất tốt cho chúng ta – nhưng điều quan trọng là việc này đã xảy ra từ rất lâu. Nếu việc này mới xảy ra vào năm 1896 hoặc vào thứ Tư tuần vừa rồi thì rõ ràng chúng ta phải đối mặt với bốn khó khăn quan trọng:
Thời gian. Vũ trụ không ngừng thay đổi, và sự tồn tại của chúng ta trong vũ trụ là một kỳ công. Nếu hàng loạt những sự kiện và biến cố trong suốt 4,6 tỷ năm qua không xảy ra đúng cách và đúng lúc – ví dụ, nếu loài khủng long không bị tẩy sạch bởi một thiên thạch nọ – thì có lẽ hiện giờ bạn chỉ là một sinh vật dài sáu inch, với râu tóc bờm xờm và có đuôi, và đang đọc điều này trong một hang động.
Chúng ta không thể khẳng định vì chúng ta không có gì để so sánh với sự tồn tại của chính mình nhưng, như những gì chúng ta sẽ đọc được trong những trang còn lại, chúng ta rất may mắn khi xuất hiện trên trái đất này.
Bây giờ chúng ta hãy nói ngắn gọn về các nguyên tố cấu thành chúng ta.
Có chín mươi hai nguyên tố tự nhiên xuất hiện trên trái đất, cộng với khoảng hai mươi nguyên tố khác được tạo ra trong các phòng thí nghiệm. Chỉ vài nguyên tố trong số này được xếp vào loại xa lạ với hầu hết mọi người. Ví dụ, astatine (nguyên tố phóng xạ nhân tạo) không được nghiên cứu thực tế. Nó có tên gọi và vị trí nhất định trong bảng tuần hoàn hóa học (kế bên poloni của Marie Curie), nhưng nó chỉ dừng lại ở đó. Vấn đề ở đây không phải là do người ta không quan tâm đến nó, mà là do nó quá hiếm hoi. Chúng ta không có nhiều astatine. Tuy nhiên nguyên tố hiếm hoi nhất dường như là franxi, nó hiếm đến mức mà người ta cho rằng trên toàn hành tinh này, tại một thời điểm nào đó, chỉ có hơn hai mươi nguyên tử franxi. Tổng cộng chỉ có khoảng ba mươi nguyên tố tự nhiên xuất hiện phổ biến trên trái đất, và chỉ nửa tá nguyên tố đóng vai trò quan trọng hàng đầu với sự sống.
Như bạn có thể nghĩ đến, oxy là nguyên tố quan trọng nhất với chúng ta, chiếm dưới 50 phần trăm lớp vỏ của trái đất, nhưng chúng ta sẽ phải ngạc nhiên với các nguyên tố còn lại. Ví dụ, ai có thể nghĩ rằng silic là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxy hoặc ai có thể nghĩ rằng titan là nguyên tố có số lượng nhiều thứ mười trên trái đất? Số lượng các nguyên tố dường như không liên quan gì đến ứng dụng của chúng trong đời sống con người. Trên trái đất có nhiều nguyên tố xeri hơn nguyên tố đồng, nhiều neođim và lantan hơn coban hoặc nitơ. Thiếc chỉ xếp hàng năm mươi, hiếm hoi tương đương prazeodim, samari, gadoli, và đyprosi.
Số lượng các nguyên tố cũng ít liên quan đến quá trình tìm kiếm của con người. Nhôm là nguyên tố nhiều thứ tư trên trái đất, chiếm gần một phần mười tất cả những gì nằm dưới chân bạn, nhưng mãi đến thế kỷ mười chín nó mới được khám phá bởi Humphry Davy, và suốt khoảng thời gian dài sau đó nó vẫn được xem là một nguyên tố quý hiếm.
Số lượng các nguyên tố cũng không liên hệ gì đến tầm quan trọng của nó. Cacbon chỉ đứng ở hàng thứ mười lăm, chiếm 0,048 phần trăm lớp vỏ của trái đất, nhưng chúng ta sẽ không tồn tại nếu không có nó. Theo những gì Paul Davies đã viết: “Nếu không có cacbon, đời sống của chúng ta không thể xuất hiện. Có lẽ bất kỳ đời sống nào cũng không thể hình thành”. Tuy nhiên cacbon không có nhiều ngay cả nơi con người dù con người là động vật cần có nó nhất. Trong số 200 nguyên tử cấu thành cơ thể bạn, trong đó có 126 nguyên tử hydro, 51 oxy, và chỉ có 19 cacbon. [1]
Các nguyên tố khác không đóng vai trò cấu thành sự sống nhưng lại quan trọng trong việc duy trì sự sống. Chúng ta cần có sắt để tạo ra hemoglobin, nếu không có sắt chúng ta sẽ chết. Coban cần thiết cho việc tạo ra vitamin B12. Kali và một ít natri sẽ tốt cho hệ thần kinh của bạn. Molypđen, mangan, và vanađi giúp các enzim của bạn vận hành đều đặn. Kẽm giúp oxy hóa cồn.
Chúng ta đã tiến hóa để có thể tận dụng hoặc chịu đựng được những thứ này – chúng ta không thể tồn tại nếu không có chúng – nhưng ngay cả khi đã tiến hóa chúng ta vẫn sống trong sự chấp nhận hạn hẹp. Selen cần thiết cho mọi chúng ta, nhưng nếu bạn hấp thụ lượng selen nhiều hơn so với cần thiết thì đó sẽ là việc cuối cùng bạn thực hiện trong cuộc đời này. Mức độ chịu đựng hoặc yêu cầu của các cơ quan trong cơ thể phụ thuộc vào khả năng tiến hóa. Cừu và các loài vật khác có thể cùng nhau gặm cỏ nhưng thực ra nhu cầu về khoáng chất ở chúng rất đa dạng. Các loại gia súc hiện nay cần một lượng đồng khá lớn vì chúng đã tiến hóa từ châu Âu và châu Phi, lượng đồng tại khu vực này khá cao. Ngược lại, cừu tiến hóa từ các khu vực thuộc Asia Minor vốn là khu vực có lượng đồng khá thấp. Và chẳng có gì ngạc nhiên khi biết rằng khả năng chịu đựng hoặc nhu cầu của chúng ta về các khoáng chất tương xứng với lượng các chất này có tại lớp vỏ trái đất. Không ai biết liệu một lượng nhỏ asen (thạch tín) có cần thiết cho sự sống của chúng ta hay không. Một số nhà khoa học nói rằng có, một số khác lại nói rằng không. Chúng ta chỉ có thể chắc chắn rằng một lượng lớn asen sẽ giết chết chúng ta.
Các tính chất của các nguyên tố này có thể khiến chúng ta phải ngạc nhiên khi chúng được kết hợp với nhau. Oxy và hydro, ví dụ, là hai nguyên tố nổi tiếng dễ cháy, nhưng khi được kết hợp với nhau thì chúng tạo thành nước với đặc tính khó cháy. (Bản thân oxy là chất không dễ cháy; nó chỉ khuyến khích sự cháy của các chất khác). Kỳ quặc hơn nữa là sự kết hợp giữa natri, một trong số những nguyên tố ít bền vững nhất, với clo, một trong số những nguyên tố độc hại nhất. Bạn hãy bỏ một mảnh nhỏ natri nguyên chất vào nước bình thường và nó sẽ phát nổ với sức mạnh có thể giết chết người. Clo thậm chí còn nguy hiểm hơn thế. Dù hữu ích với lượng nhỏ trong việc giết chết các vi sinh vật (bạn ngửi thấy mùi clo trong các loại chất tẩy), với lượng lớn hơn nó có thể giết chết người. Clo là một trong những khí độc hại được dùng trong cuộc Chiến tranh Thế giới I. Và, như những ai đã từng bơi lội thường bị đỏ mắt tại các hồ bơi công cộng đã biết, ngay cả khi với lượng clo cực loãng thì cơ thể con người vẫn không hoan nghênh. Tuy nhiên khi bạn kết hợp hai nguyên tố nguy hại này lại với nhau bạn sẽ có được Natri Clorua – một loại muối bột thông dụng.
Nhìn chung, nếu một nguyên tố không tìm được phương cách tự nhiên để thẩm thấu vào cơ thể bạn – giả sử nếu nó không hòa tan trong nước được – chúng ta có xu hướng không chịu được nó. Chì khiến chúng ta bị ngộ độc vì chúng ta không tiếp xúc với nó mãi đến khi chúng ta đưa nó vào các loại thức ăn đóng hộp. Khi các nguyên tố không xuất hiện tự nhiên trên trái đất, chúng ta không có khả năng chịu đựng được chúng, và thế nên chúng trở nên cực kỳ độc hại với chúng ta, chẳng hạn pluton. Chúng ta hoàn toàn không thể chịu đựng được pluton.
Tôi đã đưa bạn đi suốt chặng đường dài để đến được đây: phần lớn lý do tại sao trái đất lại trở thành nơi lý tưởng cho sự sống là do chúng ta đã tiến hóa để hòa hợp với các điều kiện của nó. Điều khiến chúng ta ngạc nhiên không phải là do nó thích hợp cho sự sống mà là do nó thích hợp cho sự sống của chúng ta. Có thể những thứ vô cùng thích hợp với chúng ta – mặt trời, mặt trăng, cacbon, mácma – có vẻ quý giá chỉ đơn giản vì chúng ta nhờ có chúng thì chúng ta mới có thể tồn tại.
Các thế giới khác có thể nuôi dưỡng sự sống nhờ bởi các hồ thủy ngân và các đám mây amoniac của chúng. Những người đến từ các hành tinh khác có thể phải ngạc nhiên khi nhận thấy rằng chúng ta đang sống trong bầu khí quyển có quá nhiều nitơ, oxy, hoặc bất kỳ thứ gì khác. Chúng ta thậm chí còn không thể chiêu đãi họ bữa ăn trưa vì mọi loại thực phẩm của chúng ta đều chứa mangan, selen, đồng, và các nguyên tố khác – và tất cả những thứ này có thể khiến họ bị ngộ độc. Trong ánh mắt họ thì trái đất là một nơi chẳng hề lý tưởng chút nào.
Thế nên dường như những sự kiện và điều kiện dẫn đến sự sống trên trái đất có thể không quá phi thường như chúng ta nghĩ. Tuy nhiên, chúng vẫn có đủ phi thường, và có một điều chắc chắn là: chúng sẽ luôn phi thường mãi đến khi chúng ta tìm được một hành tinh khác tốt hơn.
____________
[1] Bốn nguyên tử còn lại là 3 nitơ và nguyên tử còn lại có thể là một trong ba nguyên tố kia.