DNA cổ đại có thể tồn tại trong bao lâu: 20.000 năm, 1,2 triệu năm hay 2,4 triệu năm?

Trong hơn bốn thập kỷ qua, DNA cổ đại đã trở thành một trong những công cụ khoa học quan trọng nhất giúp con người khám phá quá khứ. Kể từ năm 1984, khi các nhà khoa học lần đầu phục hồi thành công hai đoạn DNA từ một mẫu vật quagga, loài ngựa vằn đã tuyệt chủng vào thế kỷ 19 và ngành nghiên cứu này đã phát triển mạnh mẽ nhờ những bước tiến vượt bậc của công nghệ.

Giờ đây, các nhà khoa học có thể giải mã được những chuỗi DNA có niên đại hàng triệu năm, trong đó kỷ lục hiện tại thuộc về hệ sinh thái Greenland 2,4 triệu năm tuổi.

Câu hỏi lớn đặt ra là liệu DNA có thể tồn tại lâu hơn con số kỷ lục này hay không, bởi vấn đề nằm ở chỗ, DNA là vật chất sinh học cực kỳ nhạy cảm với môi trường. Yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và sự phân rã tự nhiên đều ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tồn tại lâu dài của nó. Chính vì thế, các nhà khoa học hiện vẫn tranh luận về thời hạn tối đa mà DNA có thể "sống sót" trong tự nhiên, cả về mặt lý thuyết lẫn thực tiễn.

Thập niên 1990 từng là giai đoạn hứng khởi khi tiểu thuyết khoa học viễn tưởng Công viên kỷ Jura của Michael Crichton ra mắt. Tác phẩm mô tả viễn cảnh hồi sinh khủng long nhờ chiết xuất DNA từ côn trùng bị mắc kẹt trong hổ phách, đã thổi bùng trí tưởng tượng toàn cầu, đồng thời khiến nhiều nhà khoa học bắt tay tìm kiếm DNA trong hóa thạch kỷ Phấn trắng, niên đại 145-66 triệu năm. Tuy nhiên, kỳ vọng nhanh chóng sụp đổ khi kết quả cho thấy những gì thu được thực chất chỉ là DNA của vi khuẩn, chứ không phải dấu vết của khủng long.

Để xác định giới hạn tồn tại của DNA, năm 2012, Tom Gilbert, giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Toàn diện về Tiến hóa thuộc Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Đan Mạch cùng cộng sự đã nghiên cứu 158 mẫu xương chim moa tuyệt chủng ở New Zealand.

Nhóm đã mô hình hóa "chu kỳ bán rã" của DNA và phát hiện rằng, trong xương, DNA mất đi một nửa số liên kết sau khoảng 521 năm. Dựa trên kết quả này, các nhà khoa học ước tính rằng trong điều kiện lý tưởng, DNA có thể tồn tại tối đa khoảng 6,8 triệu năm - một con số ấn tượng, nhưng vẫn quá ngắn để viễn cảnh Công viên kỷ Jura trở thành hiện thực.

Điều kiện bảo tồn lý tưởng của DNA được mô tả là "lạnh, tối, khô và mới". Chính vì vậy, những mẫu DNA lâu đời nhất từng được tìm thấy thường đến từ các vùng băng giá như Greenland hoặc Siberia. Đây cũng là nơi các nhà khoa học giải trình tự được bộ gen voi ma mút 1,2 triệu năm tuổi - kỷ lục đối với động vật.

Tuy nhiên, câu chuyện trở nên phức tạp hơn khi xét đến DNA của loài người và họ hàng gần. Con người tiến hóa chủ yếu ở các khu vực nóng ẩm - môi trường không thuận lợi để bảo tồn vật chất di truyền.

Do đó, những phát hiện DNA cổ từ tổ tiên loài người còn rất hạn chế. DNA của người Neanderthal lần đầu được chiết xuất vào năm 1997 từ một mẫu vật 40.000 năm tuổi ở Đức. DNA cổ nhất của một loài họ hàng người được tìm thấy tại Tây Ban Nha vào năm 2022, với niên đại khoảng 400.000 năm, hé lộ mối liên hệ giữa Neanderthal và Denisova.

Ở châu Phi, cái nôi tiến hóa của nhân loại thì tình hình thậm chí còn khó khăn hơn. DNA lâu đời nhất từng phục hồi tại vùng cận Sahara mới chỉ có niên đại khoảng 20.000 năm. Điều này khiến việc nghiên cứu tổ tiên xa xưa, bao gồm cả loài Australopithecus sống cách đây 4,5-1,2 triệu năm, gần như không thể thực hiện được qua DNA.

Một hướng đi mới đã được mở ra với lĩnh vực nghiên cứu protein cổ (paleoproteomics). Dù không lưu giữ toàn bộ thông tin di truyền như DNA, protein có thể tồn tại lâu hơn và cung cấp những dữ liệu quý giá về tiến hóa. Một số nghiên cứu đã khai thác thành công protein có niên đại lên tới 3,5 triệu năm, giúp mở rộng cánh cửa tìm hiểu về những họ hàng cổ xưa của loài người.

Các chuyên gia cho rằng, hy vọng lớn nhất hiện nay nằm ở việc tìm được những khu vực bảo tồn đặc biệt như dưới lớp băng vĩnh cửu ở Nam Cực hoặc Siberia. Dù vậy, thách thức không chỉ là thời gian tồn tại, mà còn ở độ dài của các chuỗi DNA còn sót lại.

Tom Gilbert ví von: "Nếu bạn cắt một cuốn sách thành từng chương, ta vẫn có thể nhận diện nó. Nhưng nếu cắt thành từng từ, việc nhận dạng trở nên khó hơn rất nhiều. Còn nếu chỉ còn từng chữ cái rời rạc, thì không thể nữa".

Điều này có nghĩa là, ngay cả khi tìm thấy DNA có tuổi đời hàng triệu năm, chuỗi gen đó có thể đã phân rã đến mức không còn ý nghĩa để phân tích. Vì thế, con số kỷ lục 2,4 triệu năm hiện nay có thể vẫn sẽ được phá vỡ, nhưng không ai chắc chắn dữ liệu thu được có đủ để tái dựng bức tranh di truyền hay không.

Thực tế, nhận thức của khoa học về giới hạn tồn tại của DNA đã thay đổi rất nhiều trong vài thập kỷ. Gilbert thừa nhận rằng nếu vào năm 2003 có ai hỏi, hầu hết các chuyên gia đều sẽ khẳng định DNA chỉ có thể tồn tại khoảng 100.000 năm. Nhưng nay, bằng chứng đã vượt xa gấp 20 lần dự đoán đó.

Câu hỏi "DNA có thể sống được bao lâu" vẫn chưa có lời giải cuối cùng. Song, với tốc độ tiến bộ của công nghệ giải trình tự và sự kiên trì của giới khoa học, không loại trừ khả năng trong tương lai, nhân loại sẽ còn chạm tới những mảnh ghép di truyền xa xưa hơn nữa, có thể ẩn mình dưới lớp băng Nam Cực. Dù chưa thể biến Công viên kỷ Jura thành hiện thực, nhưng mỗi phát hiện mới vẫn mang đến một hành trình kỳ thú, đưa con người tiến gần hơn tới việc giải mã toàn bộ lịch sử tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.