Embryogenesis: Từ một tế bào gốc đơn lẻ trở thành một thực thể sống hoàn chỉnh

Alpine Newt là một loài lưỡng cư có nguồn gốc từ khu vực trung tâm và phía nam châu Âu. Chúng thường sinh sản ở các vùng nước nông. Tại đây, các con non của chúng sau khi nở ra sẽ được nuôi lớn bằng các sinh vật phù du, trước khi mọc chân và di chuyển lên sống trên cạn.

Becoming

Video timelapse mang tên Becoming bên trên được dựng nên bởi đạo diễn người Hà Lan, tên Jan van IJken. Nội dung video là quá trình theo dõi sự phát triển của loài Alpine Newt, từ khi còn là một hợp tử cho đến khi trở thành một con non hoàn chỉnh. Becoming ghi lại rõ nét một cách đáng kinh ngạc các chi tiết siêu nhỏ ở mức độ hiển vi, cho chúng ta một cái nhìn cận cảnh về quá trình phân chia và chuyên biệt hóa của tế bào gốc trong phôi – còn được gọi là quá trình phát triển phôi thai (embryogenesis). Quá trình này diễn ra ở phôi của tất cả các loài động vật – từ loài lưỡng cư cho đến con người.

Chúng ta có thể thấy vào giai đoạn đầu, tế bào gốc trong phôi chủ yếu chỉ phân chia, tạo nên một quả bóng tròn đầy ấp các tế bào. Sau đó, quả bóng tế bào dần hóa thành một con nòng nọc nhỏ với một đôi mắt, một trái tim đang đập, các cơ bắp và có thể vẫy đuôi.

Một trong những sự kiện quan trọng trong quá trình này gọi là giai đoạn hình thành phôi vị (gastrulation). Một phần phôi lõm vào và di nhập vào bên trong, giúp phát sinh các cơ quan nội tạng.

Không lâu sau đó, một phần phôi khác ở bề mặt được gấp lại và điều chỉnh một cách cẩn thận tạo thành một cấu trúc dạng ống, thứ mà sau này sẽ trở thành xương sống của sinh vật.

Tương tự như thế, gần như tất cả mọi sự sống trên Trái Đất, tất cả các động vật và thực vật, bao gồm cả bạn và tôi, đều bắt đầu từ một tế bào gốc đơn lẻ, sau đó phân chia hàng trăm lần, rồi dần dần phát triển thành các bộ phận chuyên biệt khác nhau của một thực thể sống phức tạp.

Điều đáng chú ý là ở thời điểm ban đầu, tất cả các tế bào trong phôi đều giống hệt nhau; nhưng sau khi các tế bào bắt đầu tập trung lại với nhau, chúng đồng thời cũng trở nên khác biệt.

Làm thế nào mà những tế bào ban đầu giống hệt nhau lại có thể tự thân nó biết để trở thành một phần của tim, một số tế bào khác lại trở thành da, trong khi một số khác trở thành một phần của mắt? Hơn thế nữa, làm thế nào mà quá trình chuyên biệt hóa này lại có thể xảy ra trong khi hoàn toàn không có tác động của suy nghĩ hay sự phối hợp trung tâm (hiểu nôm na là hệ thần kinh trung ương)? Đây thực sự là những bí ẩn vẫn đang làm đau đầu các nhà khoa học.

Trên thực tế, tiềm năng đáng kinh ngạc của tế bào gốc đã trở thành chủ đề của nhiều nghiên cứu (và cả tranh cãi). Dựa trên hy vọng rằng một ngày nào đó chúng ta có thể điều khiển tế bào gốc, khiến chúng phát triển thành một số tế bào chuyên biệt, ví như tế bào não, hoặc da, hoặc tim. Với mục đích sử dụng chúng để thay thế các tế bào bị tổn thương ở người do chấn thương hoặc bệnh tật. Tuy nhiên, nghiên cứu tế bào gốc là một công việc đầy thách thức, bởi phương pháp nghiên cứu hiện tại yêu cầu phân tách, quan sát, ghi nhận và phân tích hàng nghìn tế bào trong phôi – một khối lượng dữ liệu khổng lồ.

----------
[Tham khảo]
Watch a single cell become a complete organism in six pulsing minutes of timelapse
Genetic Roadmap for Embryonic Stem Cells
Bài giảng: Sự phát triển cá thể. Giai đoạn phát triển phôi.
----------
[My inspiration]
Just in case you need it :)
Agus Gonzalez Lancharro – New Life
Paul Reeves – Dawn of Life