Vì sao số nhiễm sắc thể của con người từng bị đếm nhầm trong nhiều thập kỷ?

Con số 46 nhiễm sắc thể ngày nay quen thuộc đến mức khó tưởng tượng nó từng bị ghi thành 48 trong sách giáo khoa suốt nhiều thập kỷ. Sai lầm ấy không bắt đầu từ một phép tính cẩu thả, mà từ việc các nhà nghiên cứu nhìn vào những cấu trúc cực nhỏ, dễ chồng lấp và thường bị biến dạng ngay trong quá trình chuẩn bị mẫu. [1]

Câu chuyện được giải quyết khi Joe Hin Tjio quan sát các tế bào phổi thai bằng phương pháp mới, rồi nhiều lần đếm được 46 nhiễm sắc thể. Trường hợp này cho thấy một câu hỏi tưởng như đơn giản chỉ có thể trả lời đúng khi mẫu vật, hóa chất, thời điểm quan sát và cách ghi nhận đều phù hợp. [1]

Vì sao nhiễm sắc thể khó đếm?

Nhiễm sắc thể là những bó DNA nằm trong nhân tế bào. Ở trạng thái thông thường, chúng không hiện ra như các hình chữ X tách biệt thường thấy trong sách phổ thông, mà duỗi thành những sợi dài, quấn vào nhau và có màu gần giống phần còn lại của tế bào. Khi đó, người quan sát khó biết sợi nào đã kết thúc và sợi nào bắt đầu. [1]

Tế bào chỉ trở nên thuận lợi hơn cho việc đếm vào lúc phân chia. Khi ấy, vật chất di truyền được cuộn gọn để phân phối cho hai tế bào con. Tuy nhiên, các nhiễm sắc thể vẫn có thể chồng lên nhau, nên hình ảnh dưới kính hiển vi không tự động biến thành một danh sách rõ ràng. Chỉ cần hai cấu trúc dính hoặc nằm đè, kết quả đã có thể lệch. [1]

Sai lầm của Theophilus Painter bắt đầu từ đâu?

Đầu thập niên 1920, Theophilus Painter tìm cách đếm nhiễm sắc thể người bằng các tế bào đang phân chia trong mô tinh hoàn. Đây là lựa chọn có lý do: tế bào tiền thân của tinh trùng phân chia thường xuyên hơn phần lớn tế bào trưởng thành. Nhưng mô phải đủ tươi, trong khi việc tiếp cận mô người khi đó rất khó khăn. [1]

Painter dùng chất bảo quản và sáp để giữ mẫu, sau đó cắt tế bào thành những lát rất mỏng cho ánh sáng đi qua. Cách làm này giúp tạo tiêu bản, nhưng lại khiến một đối tượng vốn đã nhỏ và chồng lấp bị chia cắt thêm. Trên các tiêu bản khác nhau, ông khi thì đếm được 46, khi lại thấy 48. Cuối cùng, ông công bố con số 48 như một kết luận được suy ra từ những lần quan sát chưa thống nhất. [1]

Kết quả ấy nhanh chóng trở thành chuẩn mực. Nó cũng có một ý nghĩa xã hội quan trọng trong bối cảnh lúc đó: Painter cho rằng người da đen và người da trắng có cùng số nhiễm sắc thể, qua đó bác bỏ quan niệm phân biệt chủng tộc cho rằng hai nhóm người thuộc các loài khác nhau. Nhưng một kết luận có ý nghĩa đúng đắn ở mặt này vẫn có thể chứa sai sót kỹ thuật ở mặt khác. [1]

Điều gì đã thay đổi trong phòng thí nghiệm?

Đến thời Joe Hin Tjio và Albert Levan, các nhà nghiên cứu đã có thuốc nhuộm giúp nhiễm sắc thể nổi bật hơn trong tế bào. Họ cũng thay cách chuẩn bị tiêu bản: thay vì bơm sáp rồi cắt mẫu, họ ép tế bào dưới lam kính để giữ các nhiễm sắc thể tương đối nguyên vẹn. [1]

Một cải tiến khác là dùng colchicine, hóa chất có thể làm dừng quá trình phân chia tại thời điểm nhiễm sắc thể đã cuộn gọn. Nhờ vậy, người quan sát có cơ hội nhìn thấy chúng ở trạng thái dễ phân biệt hơn. Tjio và Levan còn sử dụng tế bào thai, vốn phân chia thường xuyên hơn tế bào trưởng thành, nên có nhiều cơ hội bắt gặp đúng giai đoạn cần thiết. [1]

Những thay đổi này không phải là một mẹo duy nhất để sửa con số cũ. Chúng tạo thành cả chuỗi điều kiện hỗ trợ lẫn nhau: mẫu có khả năng phân chia, hóa chất giữ đúng thời điểm, thuốc nhuộm làm nổi cấu trúc và kỹ thuật ép giúp hạn chế việc cắt vụn. Một phép đếm tốt phụ thuộc vào toàn bộ quy trình, không chỉ vào khả năng nhìn của người nghiên cứu.

Joe Hin Tjio đã phát hiện con số 46 thế nào?

Trong kỳ nghỉ Giáng sinh, khi Levan vắng mặt, Tjio làm việc ban đêm với các tiêu bản tế bào phổi thai. Ông gắn một máy ảnh đặc biệt vào kính hiển vi để chụp lại hình ảnh, rồi phóng lớn ảnh nhằm kiểm tra từng nhiễm sắc thể. Ở một tiêu bản, ông đếm được 46. Sang tiêu bản khác, kết quả vẫn là 46. [1]

Tjio không dừng lại sau một lần quan sát. Ông tiếp tục kiểm tra hơn 250 tế bào trước khi tin rằng con số 48 là sai. Điểm quan trọng nằm ở sự lặp lại: kết luận mới không dựa trên một bức ảnh gây ấn tượng, mà trên nhiều tế bào được chuẩn bị bằng phương pháp phù hợp hơn. [1]

Khi kết quả được công bố vào tháng 1 sau đó, giới sinh học phải xem lại một điều tưởng như đã chắc chắn. Việc Tjio có thể nhìn thấy 46 nhiễm sắc thể trong cả một số hình ảnh cũ cho thấy kỹ thuật mới rất quan trọng, nhưng uy tín của kết luận trước đó cũng đã ảnh hưởng đến cách các nhà khoa học đọc những hình ảnh ấy. [1]

Vì sao một con số sai lại tồn tại lâu như vậy?

Khi một kết quả được xem là đã được giải quyết, các thế hệ sau thường dùng nó làm điểm xuất phát. Sách giáo khoa lặp lại con số 48, còn người đọc hình ảnh qua lăng kính của kết luận đó. Những cấu trúc mờ hoặc chồng lấp dễ được diễn giải theo điều người ta đã tin là đúng. [1]

Điều này không có nghĩa mọi kiến thức cũ đều đáng ngờ, mà cho thấy sự đồng thuận khoa học cần gắn với bằng chứng có thể kiểm tra lại. Trong trường hợp này, sai sót không nằm ở việc con người không biết đếm, mà ở chỗ mẫu vật và công cụ khiến việc đếm vốn đã không đáng tin cậy. Khi điều kiện quan sát đổi khác, kết luận cũ mới lộ ra là không đứng vững.

Từ việc đếm nhiễm sắc thể đến y học

Phương pháp giúp xác định 46 nhiễm sắc thể không chỉ sửa một dòng trong sách giáo khoa. Nó mở đường cho việc nhận diện những tình trạng liên quan đến số lượng nhiễm sắc thể, trong đó có hội chứng Down do có thêm một bản sao của nhiễm sắc thể 21 và một số biến thể về nhiễm sắc thể giới tính như XXY, XYY hoặc X0. [1]

Bài học lớn hơn nằm ở quy mô của một sai số nhỏ. Một con số cơ bản có thể ảnh hưởng đến cách con người hiểu về tiến hóa, bệnh tật và sự khác biệt giữa các loài. Việc đếm lại của Tjio nhắc rằng khoa học tiến bộ không chỉ nhờ phát hiện điều chưa từng thấy, mà còn nhờ đặt câu hỏi đúng vào điều ai cũng tưởng đã rõ. [1]