[BÀI DỰ THI LE SPECTRE #3: TAM GIÁC QUỶ BERMUDA]

Tác giả: Nguyễn Minh Hoàng
Lớp – Trường: 19DTLA2- Đại Học Công Nghệ Hồ Chí Minh- Hutech

Từ bao lâu nay, tam giác quỷ Bermuda luôn là cơn ác mộng lẫn câu đố lớn của toàn nhân loại. Chưa có một nhà bác học kiệt xuất hay một thám tử đại tài nào tìm ra lời giải cho “câu đố nhân sư” này. Rốt cuộc những người đi qua tam giác quỷ vì sao lại mất tích một cách đầy bí hiểm? Rốt cuộc bức điện vô tuyến cuối cùng phát ra từ tàu chở hàng Nhật Raifuku Maru: “Nguy hiểm như lưỡi dao, hãy đến nhanh, chúng tôi không còn chạy trốn được nữa” có nghĩa là gì? Và rốt cuộc báo cáo cuối cùng của phi công trên chiếc máy bay xấu số: “Chúng tôi đang đi vào một vùng nước trắng, mọi chuyện có vẻ không ổn. Chúng tôi không biết mình đang ở đâu, nước biển có màu xanh lá cây, à không, màu trắng” ẩn chứa sự thật gì? Không ai biết cả, nhân loại đều đau đầu và khiếp sợ tam giác quỷ. Nhưng khi ta đi vào nơi làm con người ta khiếp sợ nhất thì ta sẽ luôn tìm được một số ít những người dũng cảm nhất.

Ngày hai mươi bảy tháng một năm hai nghìn không trăm hai mươi. Hai mươi bảy nhà khoa học kiệt xuất nhất Thuỵ Điển đã quyết định ra khơi tiến về tam giác quỷ những mong tìm ra sự thật mà tam giác quỷ đã ma mãnh che giấu hàng thế kỷ qua khỏi con mắt hiếu kỳ của nhân loại. Sau mười hai ngày lênh đênh trên biên cả hung hãn họ đã ở trên tam giác quỷ Bermuda. Và tất nhiên tam giác quỷ đúng như cái tên của nó- còn hung hãn, khốc liệt hơn bão tố trên vùng biển mà họ đã vượt qua. Định mệnh khốc liệt hay vinh quang vô hạn đang chờ đón họ? Liệu họ có sống sót mà thoát ra khỏi tam giác quỷ và tìm ra sự thật vô giá mà bao nhiêu người dù phải đánh đổi tính mạng cũng không tìm được hay họ sẽ biến mất không dấu vết như bao con người kiệt xuất và dũng cảm khác nuôi khát vọng khám phá tam giác quỷ để rồi vĩnh viễn không thể trở về quê hương, xứ sở? Thật khó nói trước, nhưng chắc chắn một điều, đã sợ thì không phải hào kiệt, đã là hào kiệt thì ắt không sợ.

Khi đến tam giác quỷ, đột nhiên tất cả đồng hồ của nhóm nghiên cứu đều chậm ba mươi phút. Bầu trời đột nhiên đen kịt, la bàn không hoạt động. Nước biển trắng toát như nước mắt quỷ. Những cơn gió từ bốn hướng đồng loạt thổi vù vù. Chúng lạnh lẽo và điên cuồng như thần gió bắc Boreas. Ngay dưới mũi tàu hình thành một xoáy nước. Xoáy nước kêu òng ọc như tiếng quỷ dữ nguyền rủa. Viên thuyền trưởng thét lên inh tai:
_Tất cả bám chặt vào thuyền, cẩn thận kẻo rơi xuống nước, thề có chúa chúng ta sẽ vượt qua xoáy nước này. Xoáy nước ngày càng dằn dữ, bầu trời càng lúc càng tối hơn nữa, những cơn gió điên cuồng như muốn xé nát con tàu khốn khổ ra.

Thuyền trưởng ngoan cường như một chiến binh chiến đấu với sức mạnh kinh hồn bạt vía của thiên nhiên. Ông nắm chặt bánh lái như viên tướng dũng mãnh nắm chặt thanh trường kiếm. Ông hô to cho tất cả mọi người trên thuyền nghe rõ, giọng vừa oai hùng vừa lạc quan:
_Móng vuốt ác quỷ nơi tam giác quỷ không giết được chúng ta đâu. Khi về tất cả các bạn sẽ được vinh danh nơi quảng trường danh vọng của thời đại. Cả thế giới sẽ biết đến tên tuổi các bạn vì các bạn được sinh ra trong chính giấc mơ của mình còn tôi sẽ được ăn tối cùng vợ tôi ở nhà hàng sang trọng nhất Chicago. Chao ôi! Cà phê ở đó ngon lắm.

Bây giờ không biết là bao nhiêu giờ vì đồng hồ nhảy số liên tục, kỳ lạ là con số liên tiếp thụt lùi. Nhóm trưởng nhóm nghiên cứu khoa học, Benjamin Ferud nói trong sự ngỡ ngàng:
_Chẳng lẽ giả thuyết về sự biến động của nhân trái đất là đúng sao? Nếu bí ẩn về tam giác quỷ Bermuda đúng với giả thuyết của Corocoavicov thì chỉ cần trụ vững đủ lâu thì nguy hiểm sẽ qua đi, chúng ta sẽ sống.
Thuyền trưởng con tàu đang vật lộn với ác thần thiên nhiên nhưng ông không quên nở nụ cười trên môi, Ông ngoái đầu lại phía sau và quả quyết:
_Vậy thì cứ tin ở tôi, chúng ta sẽ sống!

Phải chăng sự dũng cảm vô song của viên thuyền trưởng và các nhà nghiên cứu khoa học đã làm cảm động trời xanh. Sau một hồi đặt tính mạng lên bàn cân sinh tử, thiên nhiên đã dịu cơn thịnh nộ. Thuyền trưởng và mọi người hô to: “Sống rồi, thành công rồi!”.

Thêm mười hai ngày sương gió nữa. Thuyền về đến đất Thuỵ Điển. Một tháng sau, hai mươi bảy nhà khoa học kiệt xuất công bố kết quả nghiên cứu khoa học của họ: Những tai nạn đáng sợ trên tam giác quỷ Bermuda liên quan đến việc thay đổi chu trình thời gian, chiều thứ tự. Nhân trái đất không nằm ở trung tâm địa cầu mà dưới tác động lực hấp dẫn Của mặt trởi, mặt trăng và các hành tinh khác, nhân trái đất bị kéo về phía chúng. Khi quay nhân dường như “lăn” phía dưới lớp vỏ, gây ra dòng ngược của macma nằm giữa chúng và như một hệ quả, xuất hiện trường điện từ. Ngoài ra do lực quay của hành tinh nghiêng nên nhân đi lên, đi xuống, mùa hè ở Bắc Bán Cầu, mùa đông ở Nam Bán Cầu. Lòng dẫn của macma nằm ở chính đây. Thời gian qua đi, nhân đập vào vỏ, gây ra chuyển động của lục địa, sự trôi dạt của các cực từ trường và sự phun của núi lửa. Xích đạo của nhân trái đất ở vỹ tuyến 28, chính trên chiều rộng này, thiên nhiên đã giăng những cái bẫy bí ẩn của mình: năm bẫy về phía bắc xích đạo, năm bẫy về phía nam. Nếu kết nối chúng một cách tưởng tượng bằng năm đường thẳng ta sẽ có hai ngũ giác đều. Ở các đỉnh của ngũ giác là những chiếc bẫy này, nơi các con tàu và máy bay biến mất không dấu vết, nơi có những con tàu không có thuỷ thủ đoàn hoặc họ bị chết hết trong khoang. Một trong những cái bẫy này là tam giác quỷ Bermuda.

Kết quả công bố ra cả thế giới sững sờ, kinh ngạc và từ đây, cả thời đại lẫn thế giới sẽ không bao giờ quên viên thuyền trưởng cùng hai mươi bảy nhà nghiên cứu can trường và kiệt xuất đã chơi ván cờ sinh tử với tự nhiên gian mãnh để cả nhân loại giải được câu đố Bermuda.

*LƯU Ý:

  • Điểm truyền thông: chiếm 40% tổng điểm, được tính dựa trên lượt react, comment và share của Bài Dự thi. Bài Dự thi hoàn thành sớm sẽ có quyền lợi về điểm truyền thông.
  • CÁCH THỨC TÍNH ĐIỂM: (Chỉ tính điểm khi đã like page)
  1. Like: 1 điểm/lượt
  2. Các cảm xúc khác: 2 điểm/lượt
  3. Share chế độ công khai (Public): 3 điểm/lượt
  4. Like (đối với bài viết trên website): 2 điểm/lượt
  • Thời gian đóng cổng bình chọn: 23h59′ ngày 11/08/2020
  • Ban Tổ chức không chịu trách nhiệm về tính chính xác của kiến thức thức khoa học được sử dụng trong Bài Dự thi.

[SCIENTIFACT #3]

ENGLISH

MÀU XANH LAM TRONG TỰ NHIÊN

Gần 3/4 diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi màu xanh của đại dương. Thậm chí khi ngước lên bầu trời đa phần ta sẽ thấy màu xanh da trời bao phủ khắp muôn nơi. Có thể nói các màu xanh lam, xanh nước biển là màu phổ biến nhất trên hành tinh, nhưng liệu có phải vậy? Bạn đã bao giờ tận mắt thấy một cái cây có lá xanh nước biển, hay những con vật có bộ lông hay bộ cánh màu xanh lam tuyệt đẹp chưa? Thực tế thì xanh lam là một trong những màu hiếm nhất trong tự nhiên, trong khi đó màu xanh lá cây lại là màu xanh phổ biến nhất trong tự nhiên. Bạn thậm chí có thể thắc mắc: quả việt quất cũng phổ biến mà có màu xanh còn gì? Quả đúng là màu xanh lam vẫn tồn tại trong tự nhiên: Một số loài cây có hoa hoặc thậm chí là lá màu xanh lam. Loài ếch và chim công có màu xanh lam sặc sỡ. Thậm chí một phần không nhỏ dân số có mắt màu xanh. Tuy vậy, so với các màu sắc khác, màu xanh vẫn là một màu vô cùng hiếm gặp (mà quả việt quất thực tế có màu tím chứ không phải xanh lam đâu).

  1. Trước tiên, tại sao lại có màu sắc?

Ánh sáng vừa có tính chất của sóng, vừa có tính chất của hạt. Bởi vậy, nó có thể có nhiều bước sóng khác nhau, tương ứng với các màu sắc khác nhau; chúng ta có thể quan sát ánh sáng mặt trời tách thành các màu sắc riêng biệt khi cầu vồng xuất hiện. Khi một vật hấp thụ một số bước sóng và tán xạ các bước sóng còn lại vào mắt, những màu sắc ta nhìn thấy chính là những sóng bị tán xạ lại. Mặc dù các bước sóng năng lượng thấp vẫn thiết yếu cho cây, nhưng cây hấp thụ năng lượng chủ yếu từ bước sóng xanh lam với năng lượng lớn so với các màu sắc khác mà ta nhìn thấy, để lại màu xanh lá tán xạ từ lá cây tới mắt chúng ta. Một phần do vậy, động vật có màu xanh lam lại trở nên nổi bật so với môi trường của nó, làm nó dễ trở thành mục tiêu tấn công của các loài ăn thịt.

Hơn nữa, khác với những màu như xanh lá, đỏ, vàng được tạo bởi các sắc tố tạo màu trong cơ thể sinh vật, màu xanh lam vô cùng khó để tổng hợp hóa học trong tự nhiên. 

2. Vậy thì màu xanh lam từ đâu đến? 

Tự nhiên đã có giải pháp khác: tạo ra màu xanh từ cấu trúc của lông hoặc cơ thể các sinh vật đó. Một số bộ phận trên cơ thể các sinh vật đó có các lớp vỏ hoặc bên trong lông có cấu trúc chồng lên nhau có thể phản xạ ánh sáng. Khi ánh sáng đi qua các bộ phận có cấu tạo đặc biệt này, ánh sáng bị khúc xạ và phản xạ theo cách đặc biệt, khiến cho các bước sóng khác xanh giao thoa lẫn nhau, chỉ có màu xanh lam là không bị tác động. Do vậy, một số loài thực vật và động vật có màu xanh. Gần như tất cả sinh vật có màu xanh lam đều có cơ chế này. Tất nhiên vẫn có trường hợp động vật có thể tự nhuộm xanh bản thân bằng sắc tố, như loài bướm Nessaea obrinus, đây có lẽ là sinh vật duy nhất trên Trái Đất làm được điều này.

Mặc dù ngày nay nhân loại đã khám phá được cách tạo màu xanh nhân tạo nhờ phẩm màu, điều mà chỉ có một số ít loài động vật mới làm được, nhưng tạo hóa vẫn thật kì diệu khi đã tạo ra những phương pháp sáng tạo để tạo nên màu xanh lam khi phương pháp hóa học thất bại. Sinh học và vật lý tưởng như không liên quan đến nhau nhưng thực chất hòa hợp với nhau một cách hoàn hảo, tô điểm cho cuộc sống muôn màu chúng ta.

*Nguồn tham khảo:

Luiggi, C. (2013, January 31). Color from Structure. Retrieved from https://www.the-scientist.com/cover-story/color-from-structure-39860

Arnold, K. (2019, March 02). What Are the Colors in a Peacock’s Feathers? Retrieved from https://sciencing.com/colors-peacocks-feathers-8259752.html

Lowe, A. (2019, August 20). Natural Wonder: Why is the colour blue so rare in nature? Retrieved from https://biodiversityrevolution.wordpress.com/2019/08/20/natural-wonder-why-is-the-colour-blue-so-rare-in-nature/

Runkle, E. (2016, August). Red Light and Plant Growth. Retrieved from https://gpnmag.com/article/red-light-and-plant

BLUE IN NATURE

Nearly three-fourths of the earth is covered in the blue shade of ocean. Even when looking up to the sky, we will usually see the color blue everywhere. We can say blue is the most popular color on the planet but is that so? Have you ever seen a tree with blue leaves or animals with beautiful blue feathers or blue wings? In fact, blue is one of the rarest colors in nature, way less common than green. You might even wonder: What about blueberries, which are common and blue? Well, it’s true that blue still exists in nature: some plants have blue flowers or even blue leaves. Frogs and peacocks can have vivid blue color. Additionally, a small portion of the population has blue eyes. However, despite all that, compared to other colors, blue is still extremely rare (and blueberries are actually purple rather than blue).

  1. First, why is there color?

Light has both properties of a wave and a particle, which means that it can have different wavelengths corresponding to different colors. We can observe sunlight splitting into distinct colors when a rainbow appears. When an object absorbs certain wavelengths and scatters the remaining wavelengths into our eyes, the colors we see are the scattering waves. Although low-energy wavelengths are still essential for plants, they absorb energy primarily from blue light with the highest-energy wavelengths and leave green light scattering from the leaves to our eyes. Due to that, the blue animal stands out from its environment, making it an easy target for predators.

Moreover, unlike colors such as green, red, and yellow, which are created by pigments in the body, blue is extremely difficult to be synthesized in nature.

2. So where does blue come from?

Nature has found a different solution: to create blue from the structure of those creatures’ feathers or bodies. Some parts of the organism have shells or overlapping structures inside their hair that reflect light. When light travels through these specially constructed parts, it is refracted and reflected in a special way, causing wavelengths other than blue to interfere with each other. Therefore, some plants and animals are blue. Nearly all blue creatures have this mechanism. Of course, there are still cases where animals can dye themselves with pigments, like Obrina Olivewing butterflies (Nessaea obrinus), which is probably the only creature on Earth that can do this.

Although humankind has discovered how to create artificial green today by dyes, which is something only a few animals can do, nature is still so miraculous to have created innovative methods to make blue when the chemical method fails. Biology and physics seem to be unrelated yet, in fact, perfectly harmonize, adorning our colorful lives.

*Citation:

Luiggi, C. (2013, January 31). Color from Structure. Retrieved from https://www.the-scientist.com/cover-story/color-from-structure-39860

Arnold, K. (2019, March 02). What Are the Colors in a Peacock’s Feathers? Retrieved from https://sciencing.com/colors-peacocks-feathers-8259752.html

Lowe, A. (2019, August 20). Natural Wonder: Why is the colour blue so rare in nature? Retrieved from https://biodiversityrevolution.wordpress.com/2019/08/20/natural-wonder-why-is-the-colour-blue-so-rare-in-nature/

Runkle, E. (2016, August). Red Light and Plant Growth. Retrieved from https://gpnmag.com/article/red-light-and-plant

[3. Light bulbs]

English

Sau thất bại muối mặt tuần trước, tôi đã lại đang tiếp tục lên kế hoạch cho sáng chế cần phải phá hủy tiếp theo. Trước mặt tôi là hai sáng chế với tầm quan trọng vượt bậc: bóng đèn điện, và kỹ thuật in ấn.

Thật là khó để chọn giữa hai phát minh này. Không cần phải bàn cãi, cả hai đều đã, theo cách riêng của mình, vĩnh viễn thay đổi bộ mặt của thế giới. Với bóng đèn điện, ánh sáng từ chúng, ngay cả dù chỉ là những chiếc bóng điện đời đầu, cũng đã hoàn toàn áp đảo ánh sáng mập mờ từ những chiếc đèn dầu và nến. Nhờ nguồn ánh sáng mạnh mẽ và dồi dào ấy, cuộc sống con người đã trở nên tốt đẹp hơn rất nhiều. Về phía ngược lại, kĩ thuật in ấn cũng không thể coi thường: chỉ với nó mà chúng ta mới có những cuốn sách để đọc mà không phải nhờ đến những bản chép tay với giá cả đắt đỏ mà chỉ những gia đình quyền quý mới có thể sở hữu. Không ngoa khi nói rằng kỹ thuật in ấn đã là chất xúc tác mạnh nhất cho quá trình truyền bá kiến thức và văn minh của nhân loại.

Tuy vậy, tầm quan trọng là một chuyện, còn việc ngăn chặn phát minh xảy ra lại là một chuyện khác. Lịch sử của kỹ thuật in là một quá trình kéo dài xuyên suốt lịch sử văn minh nhân loại. Từ những năm đầu sau Công Nguyên, người Trung Hoa đã sử dụng những bản khắc gỗ để phục vụ cho quá trình in ấn. Cụ thể, có những bằng chứng rằng từ năm 220 sau Công nguyên, ở Trung Hoa đã thịnh hành kỹ thuật in bằng bản khắc gỗ nổi, trong đó những con chữ được in nổi trên một bản khắc gỗ trước khi được bôi mực để áp lên giấy, một cơ chế gần giống với giấy than ngày nay. Vào năm 1040, nhà phát minh Tất Thăng đã sử dụng con chữ nổi rời để làm gọn quá trình in ấn qua việc sắp xếp các con chữ để tạo thành bản in thay vì phải khắc cả bản như trước. Trong khi đó, vào năm 1439, nhà sáng chế người Đức Johannes Gutenberg đã kết hợp sử dụng chữ rời và các cải tiến khác trong nghề in để tạo ra chiếc máy in hoàn chỉnh đầu tiên của nhân loại. Đó chỉ là những dấu mốc quan trọng nhất – ngoài ra chắc chắn còn vô số các đóng góp khác trong tiến trình hơn một thiên niên kỉ trên nữa.

Vậy không thể nào ngăn cản máy in được – phát minh ấy là cả một tiến trình và đã dần dần thành hình thông qua nhiều phát minh nhỏ lẻ mà không có bước đột phá nào. Vậy còn bóng đèn điện thì sao? Quá trình phát triển của nó tập trung chủ yếu ở thế kỉ 19, với sợi carbon phát sáng của nhà hóa học Humphry Davy, đến đèn sợi platin của Joseph Wilson Swan, và cuối cùng thành hình sau hơn 5000 lần thử nổi tiếng của nhà phát minh Edison. Với lịch sử phát triển tóm gọn trong chỉ một thế kỉ như vậy, tôi tự tin rằng tôi sẽ có thể ngăn cản được phát minh này. Hơn nữa, khác hẳn với các nhà phát minh trước đó, bóng đèn của Edison là chiếc bóng đèn đầu tiên cháy sáng đủ lâu và do đó phù hợp với sản xuất hàng loạt. Chắc chắn, nếu không có được sự cần cù và nhẫn nại của ông, chiếc bóng điện đã không thể thành hình.

Điều đó làm ông, không ai khác, sẽ là mục tiêu tiếp theo của tôi.

—————————————

Menlo Park, năm 1875.

Với phát hiện “sợi phát sáng” của Davy, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã và đang lao vào nghiên cứu một chiếc bóng đèn điện hiệu quả. Và ngay ở trung tâm nghiên cứu này chính là nơi tụ tập của những phát minh đó. Khác với các phòng thí nghiệm truyền thống, Menlo Park là một phòng thí nghiệm công nghiệp, và người chủ của nó, Thomas Alva Edison, không chỉ là một nhà sáng chế mà còn là một nhà kinh doanh tài giỏi. Ông cũng đã gây dựng được lòng tin ở nhân viên với không chỉ cách ứng xử của mình, mà còn vì chính sách đãi ngộ vô cùng tốt.

Tình hình này căng thẳng phết. Có lẽ cách mua chuộc nhân viên của tôi như lần trước sẽ khó có tác dụng, đồng thời việc can thiệp từ phía bên ngoài cũng sẽ thiếu hiệu quả hơn rất nhiều. Chính vì thế, tôi muốn trở thành một người bên trong tổ chức. 

Vì vậy, việc đầu tiên tôi làm là liên hệ với Henry Woodward và Matthew Evans, hai nhà sáng chế người Canada đã được trao bằng sáng chế đèn sợi đốt carbon trong bóng đèn nitơ một năm trước đó. Trong vòng một năm qua, họ đã không thể thương mại hóa thành công sản phẩm của mình, và đây chính là cơ hội của tôi. Cùng một lúc, tôi với vai trò mai mối đứng ra liên hệ công ty của Edison với hai nhà sáng chế tội nghiệp kia và đề nghị Edison mua lại bằng sáng chế của họ. Công việc diễn ra vô cùng trôi chảy, và chỉ hai tháng sau quá trình chuyển nhượng đã được hoàn tất, sớm hơn 4 năm so với tiến trình thật của lịch sử là vào năm 1879. Bù lại, tôi nhận được sự tin tưởng và lên làm quản lý bộ phận mua bán của phòng nghiên cứu.

OK, vậy việc dễ hơn nhiều rồi. Đúng như dự tính, với việc có được mẫu bóng đèn tiên tiến nhất thời đó trong tay, Edison lao vào nghiên cứu mà không đợi đến đầu năm 1878 như tiến trình thật. Tuy vậy, sự tăng tốc trong quá trình nghiên cứu này không hề có hại cho tôi, mà ngược lại lại còn rất có lợi nữa. Bằng việc cho ông ta tiếp cận phát minh này sớm hơn, tôi mong muốn khiến quá trình nghiên cứu phụ thuộc vào việc làm đầy bóng đèn bằng khí nitơ – một lỗi mà hai nhà phát minh người Canada đã mắc phải. Bản chất của bóng đèn sợi đốt là sự tỏa sáng do nhiệt của của sợi đốt trong đèn, và trong quá trình đó không tránh khỏi hao tổn do sự ăn mòn của sợi. Chính vì thế, việc làm chậm sự hao tổn này chính là chìa khóa cho một bóng đèn sáng lâu. Thoạt tiên, nitơ có vẻ là một lựa chọn tốt do tính trơ của khí này khi không phản ứng với phần lớn các kim loại ở nhiệt độ thường nhờ sự có mặt của liên kết ba bền vững giữa hai nguyên tử khí trong phân tử. Tuy vậy, ở nhiệt độ cao hoạt tính của nitơ tăng mạnh do nhiệt lượng đã có đủ để phá vỡ liên kết ba này, và do đó ăn mòn kim loại làm giảm tuổi thọ bóng đèn. Tiêu chuẩn hiện đại để giải quyết vấn đề này là một hỗn hợp chủ yếu là khí argon với rất ít nitơ trộn vào trong, nhưng ngay cả khi chưa phát hiện ra hỗn hợp này thì một môi trường gần chân không cũng hoạt động tốt hơn khí nitơ nguyên chất ở áp suất thường rất nhiều.

Việc này sẽ cho tôi thêm chút thời gian. Tuy vậy, cũng không thể lơ là được.

—————————————–

Để bào mòn sức chịu đựng của con người vốn nổi tiếng kiên nhẫn này, tôi cần sử dụng mọi biện pháp có thể để đánh lạc hướng ông ta khỏi thay đổi chất khí trong bóng đèn. 

Mỗi ngày, tôi xuất hiện ở phòng lab đúng hai tiếng đồng hồ tổng cộng để xử lí công việc của bộ phận mua bán, đồng thời sử dụng cỗ máy thời gian để di chuyển giữa các ngày. Nhờ đó, tôi có thể đi qua thời gian nhanh hơn rất nhiều so với người bình thường.

“Chuyện quái gì đang xảy ra vậy? Hôm nọ là dây tóc quá dày nên không thể cháy sáng được, hôm nay thì bóng đèn lại vỡ toác ra thế này! Làm sao mà có thể hoàn thành thí nghiệm cái kiểu này được!”

“Xin lỗi! Các cậu dùng cái này thử xem!”

Nhìn các nhân viên thí nghiệm cãi cọ với nhau, tôi cười thầm trong lòng. 

Đúng vậy, tôi đã trực tiếp nhờ người của mình tìm đặt mua một nguồn hàng kém chất lượng để trộn vào với nguồn hàng thật. Bóng đèn nứt, dây điện hỏng, bơm chân không rò rỉ,… tất cả đều có hết và chờ được sử dụng. 

Và chắc chắn là không ai sẽ nghi ngờ. Do mỗi thí nghiệm lỗi một kiểu khác nhau, hơn nữa không phải thí nghiệm nào cũng sai lệch. Thật dễ dàng để đổ lỗi cho quy trình.

Chỉ duy nhất có hai thứ luôn không thay đổi.

Đầu tiên, nguồn cung khí nitơ luôn dồi dào và ở chất lượng tốt nhất, đảm bảo đủ dùng cho tất cả các thí nghiệm.

Thứ hai…

“Ê, thử vật liệu khác đi!”

“OK, vật liệu gì tiếp? Ở đây có dây thép hợp kim, dây crôm, dây titan… Chọn dây nào?”

“Thế còn vonfram thì sao?”

“Có đâu? Thôi cứ thử các cái khác đi đã. Biết đâu được?”

Dây vonfram không bao giờ có. Tôi đảm bảo điều đó. Không. Bao. Giờ.

Trích đoạn nhật ký của Thomas Edison, trưởng phòng thí nghiệm Menlo Park:

Thường thì tôi làm việc ở quanh khu này và luôn sẵn sàng cho bất cứ ai cần gặp – nhưng thỉnh thoảng tôi đi một vài chuyến công việc, và khi đó những người không gặp được tôi luôn nhận được chỉ dẫn từ người trong khu là “Thầy Phù thủy Menlo Park đang đi có việc.” Gọi thế cũng vui phết đấy chứ, nhưng chắc là phải nhắc nhở mọi người không dùng cái biệt danh ấy nữa, kì cục chết đi được.

Nói thế nào thì nói, ngày hôm nay vẫn là một trong chuỗi ngày thảm họa của tôi trong nỗ lực cải tiến bóng đèn điện. Suốt hai năm qua – chuỗi thí nghiệm bóng đèn dây tóc bắt đầu từ 1875 mà nay đã là 1877 rồi – mà tình hình cũng chẳng khá khẩm lên là mấy. Xen lẫn với các lần thí nghiệm thất bại thường xuyên do vô số lý do khác nhau là các thí nghiệm dù diễn ra thành công nhưng cũng không thể nào vượt quá được 5 giờ đồng hồ chiếu sáng liên tiếp.

Liệu tôi có thiếu gì không?

Nghĩ đi, Edison. Đừng cho điều gì là hiển nhiên, hãy nghĩ đến những thứ điên rồ nhất có thể đi. Đây không phải là lần đầu tiên đúng không? Mày đã từng ngồi ấp trứng thay một con gà hồi mày chưa đi học. Mày từng làm nổ tung một đoàn tàu do thí nghiệm hóa học của mày. Gần 50 năm cuộc đời sau đó và mày có khá hơn gì không? Hẳn khả năng quan sát của mày phải khá lên chứ nhỉ?

Bình tĩnh, và suy xét từng bộ phận nào.

Tôi đã thay đổi dây tóc bóng đèn hàng ngàn lần rồi. Trong những vật liệu có tiềm năng mà tôi nghĩ ra được, có dây tóc vonfram là tôi băn khoăn nhiều nhất , cơ mà bên bộ phận mua bán cũng chưa thể nào lấy được dây tóc vonfram đủ tốt để dành cho thí nghiệm. Tuy vậy, tôi có linh cảm rằng đó không phải thứ tôi cần. Ít nhất, là bây giờ.

Hình dáng của bóng đèn cũng đã được thử nghiệm với nhiều kiểu khác nhau. Từ cặp đôi người Canada với chiếc bóng đèn dài hình tuýp, tôi đã thử hình cầu và hiện tại là hình quả lê. Tuy vậy, tôi chắc chắn rằng đó không phải yếu tố khiến phát minh của tôi thất bại.

Một điều chắc chắn nữa là không phải do nguồn điện. Nếu nguồn điện hỏng, thí nghiệm của tôi có lẽ đã thất bại ngay từ đầu. Hơn nữa, rất nhiều thí nghiệm đã đạt tới mức nhiệt độ cần thiết để duy trì sự cháy sáng của bóng điện. Không, chắc chắn không phải là do nó.

Vậy còn duy nhất khí dùng để đưa vào đèn. Nhưng nitơ là một khí trơ đúng không? Nó không phản ứng với kim loại. Vậy thì làm sao nó sai được?

Vậy mà tôi lại có cảm giác rằng nó sai. Cái linh cảm đã theo tôi suốt cả nghiệp sáng chế hàng thập kỉ qua ấy.

Vậy nếu nó sai, có lẽ tôi nên bỏ nó đi..?

***
Lại là một ngày bình thường như bao ngày khác.

Buổi sáng sớm, đến trước ca làm việc. Chào nhân viên nhập hàng qua đêm, tiễn ra về tận cửa phòng nghiên cứu luôn. Còn một mình thì kiểm tra những thùng hàng chất lượng kém người của mình đã chuyển đến. Đảm bảo nguồn khí nitơ luôn có đủ, và kiểm tra kĩ lại xem có mua vonfram hay các hợp kim của nó không.

Chưa đầy nửa tiếng sau, công việc đã hoàn thành. Mà thực ra tôi cũng chẳng lo bị phát hiện mấy. Đã hai hôm nay rồi Edison có đến phòng nghiên cứu đâu. Nghe bảo ông ta bị ốm nặng sau mấy đêm liền không ngủ sau làm thí nghiệm. Đến con trai ông ta còn không được vào cái căn phòng riêng khóa kín của ông ấy.

Thông cảm vậy. Ai bị thất bại nhiều thế chẳng stress đến chết…

Đúng lúc ấy, tiếng hò reo xuất hiện ở bên ngoài cửa phòng. Edison bước vào, hai hốc mắt của ông thâm tím, nhưng khóe môi của ông nở một nụ cười. Một nụ cười chiến thắng. Trên tay ông ta là một hòm đồ chứa đầy dây điện lằng nhằng.

“Các bạn, hôm nay tôi có chiếc bóng đèn này! Đây là một phiên bản y hệt chiếc bóng đèn tôi đang có ở nhà, tôi đã cải tiến nó bằng việc hút toàn bộ không khí ra và cho bóng đèn cháy trong môi trường chân không; và chiếc bóng ấy đã sáng suốt 3 ngày vừa qua và vẫn đang sáng tiếp… Cuối cùng chúng ta đã thành công!”

Hóa ra ông ta ở nhà suốt mấy ngày vừa qua để thử sáng chế này! Kể cả vậy, nó cũng không thể đến nhanh như thế…

Lợi dụng không khí phấn khởi của các nhân viên phòng thí nghiệm, tôi lẻn ra đằng sau, nhảy lên cỗ máy thời gian và đặt đích đến trong thời gian một tuần.

Vừa bước vào phòng thí nghiệm, tôi đã nhìn thấy trong góc phòng chiếc bóng đèn sáng vàng được bao quanh bởi các nhân viên phòng thí nghiệm. Không ai trong số họ đã về nhà trong suốt mấy ngày hôm qua.

Phải rồi, thiên tài thì vẫn là thiên tài. Tôi đã đánh giá thấp khả năng sáng chế của ông ta – của con người với hơn 1000 bằng sáng chế này. Chỉ với một khoảnh khắc lóe sáng, ông ta đã hoàn thiện nên một kì tích, bất chấp tất cả khó khăn, cạm bẫy mà tôi đã giăng ra.

Chúc mừng Edison. Ván này ông thắng.

***
Buổi sáng cái ngày ngay sau lúc mà chiếc đèn bắt đầu sáng, trên bàn làm việc của Edison xuất hiện một lá đơn nghỉ việc. Người trưởng phòng mua bán xin được rời vị trí của mình để về chăm sóc cho người nhà ở quê.

***
Mẹ ơi, lần này con lại thua nữa rồi. Thua tâm phục khẩu phục.

Tôi vừa cầu nguyện vừa suy nghĩ…

Tôi tưởng tôi đã nắm chắc phần thắng, nhưng cuối cùng lại bị đánh bại vào phút chót. Không, tôi chưa từng tác động được một chút nào tới khả năng thiên tài. Nói cách khác, tôi chưa từng có cơ hội thắng?

Vậy tại sao tôi lại cảm thấy nhẹ nhõm thế này?

Phải rồi, tôi chỉ cần cố gắng hơn nữa. Nỗ lực hơn nữa.

Trải qua ba lần, các kế hoạch của tôi đang ngày càng hoàn thiện hơn. Tôi không còn bất cẩn như các lần đầu nữa. Chắc chắn một ngày, tôi sẽ thành công.

Không. Lần sau tôi sẽ thành công.

——————————————————————————————–

After last week’s failure, I have been working on the next invention to destroy again. In front of me were two inventions of immense importance: electric light bulbs, and printing techniques.

It is difficult to choose between these two inventions. There is no need to argue: both have, in their own way, permanently changed the face of the world. With electric light bulbs, the light from them, even in their most primitive form, had completely overwhelmed the dim light from oil lamps and candles. Thanks to that powerful and abundant light source, human life has become a lot better. On the other hand, printing technology cannot be underestimated: only with it can we have books to read without having to rely on expensive manuscripts that previously only noble families can own. It is no exaggeration to say that printing technology has been the strongest catalyst for the spread of human knowledge and civilization.

However, the importance is only one factor; whether the invention is preventable or not also needs to be emphasized. The history of printing technology is a long process throughout the history of human civilization. From the early years of the first millenium, the Chinese had used woodblocks for printing. In particular, there is evidence that this technique appeared as early as 220 BC in China, in which the letters were embossed on a woodblock before the ink is applied and the woodblock is pressed onto the paper, a mechanism very similar to today’s carbon paper. In 1040, the inventor Tat Thang used separate woodblocks to simplify the printing process by arranging the letters to create a print instead of having to engrave the whole copy as before. Meanwhile, in 1439, German inventor Johannes Gutenberg combined the use of removable letters and other innovations in printing to create the first complete printer of mankind. Those are just the most important milestones – there are certainly countless other contributions in the process over that long millennium.

So there’s no stopping the printer – that invention is a process and has gradually taken shape through many small inventions without any breakthrough. So what about electric light bulbs? Its development focused primarily in the 19th century, beginning with the glowing carbon fiber of chemist Humphry Davy, to the platinum lamp of Joseph Wilson Swan, and eventually took shape after more than 5,000 famous experiments by the inventor Edison. With such a brief history of development in just one century, I am confident that I will be able to prevent this invention. Moreover, unlike previous inventors, Edison’s light bulb was the first light bulb to last long enough and therefore suitable for mass production. Certainly, without his diligence and patience, the electric light would not have formed.

That had made him, out of all people, my next target.

——————————————

Menlo Park, 1875.

With Davy’s “glowing fiber” discovery, researchers around the world have been working on an efficient electric light bulb. And this research center right here is the gathering place of all those innovations. Unlike traditional laboratories, Menlo Park is an industrial laboratory, and its owner, Thomas Alva Edison, is not only an inventor but also a talented businessman. He has also built up trust in employees with not only his conduct, but also because of the extremely good remuneration policy.

The situation is tense. Perhaps the way I bribed the employees like last time would hardly work, and the intervention from the outside will also be much less effective. Therefore, I want to become a person within the organization.

So the first thing I did was contact Henry Woodward and Matthew Evans, two Canadian inventors who had received a patent for their carbon fiber nitrogen lamp a year earlier. Over the past year, they have not been able to successfully commercialize their products, and this is my opportunity. As a matchmaker, I linked Edison’s company with the two poor inventors and asked Edison to buy back their patents. The contract went very smoothly, and only two months after, the transfer was completed, 4 years earlier than the actual historical transfer in 1879. In return, I received trust and became the manager of the purchasing department of the research center

OK, this has become so much easier. As expected, with the most advanced light bulb model at the time in his hands, Edison plunged into research without waiting until early 1878 as to how the real history went. However, this acceleration in this research process is not harmful to me; on the contrary, it is very beneficial. By giving him access to this invention earlier, I wanted to make his research process dependent on nitrogen-filled lamps – a mistake that two Canadian inventors made. The mechanics of an incandescent light bulb is basically all about the light caused by great temperature from the fiber in the lamp, and in the process it is inevitable that the wear and tear of the fiber will inevitably occur. Therefore, slowing down this loss is the key to a long-lifespan light bulb. At first, nitrogen seems to be a good choice due to the inertness of this gas as it does not react with the majority of metals at room temperature, thanks to the presence of a stable triple bond between the two gas atoms in the molecule. However, at high temperatures the activity of nitrogen increases sharply because the heat is already sufficient to break the triple bond, and thus metal corrosion will happen and reduce the bulb’s lifespan. The modern standard for solving this problem is a mixture of mostly argon gas with very little nitrogen mixed in, but even before the mixture was discovered, a near-vacuum environment would work much better than pure nitrogen gas at regular pressure.

This will give me some time. However, I simply cannot afford to be careless at any point.

—————————————–

In order to deplete the stamina of this famously patient inventor, I will need to use all possible methods to distract him from changing the gas in the light bulb.

Every day, I showed up in the lab exactly two hours in total to handle the affairs of the sales department, while using the time machine to travel between the days. Thanks to that, I was able to go through time a lot faster than normal people.

“What the hell is going on? The other day, the filament was too thick to burn, and today the light bulb cracked! How can we finish the experiment if things like this keeps happening! ”

“Sorry! You guys try this out!”

Seeing the laboratory staff quarreling with each other, I chuckled inside.

Yes, I directly asked my people to order materials of inferior quality to mix with the high-quality ones. Cracked bulbs, broken wires, leaking vacuum pumps, etc. are all available and waiting to be used.

And certainly no one will doubt. Because each error is a different type, and moreover, not every experiment is ruined this way. It’s easy to just blame the “faulty” experimental procedures.

Only two things remain always the same, however.

First, the supply of nitrogen is always plentiful and of the best quality, and is sufficient for all experiments.

Secondly…

“Hey, try another material!”

“OK, what’s next? There’s alloy steel wire, chrome wire, titanium wire … Which one to choose? ”

“What about tungsten?”

“There’s none of it! Just try the other ones. Who knows if these wires would work?”

There are absolutely no traces of tungsten in this research lab. I guarantee you that. Never. Ever.

Excerpt from the diary of Thomas Edison, head of Menlo Park laboratory:

I usually work around this area and, thus, am always available to anyone who needs to meet. Nevertheless, a few business trips occur occasionally, which by then people who cannot see me always get directions from residents in the area, “The Wizard of Menlo Park is on a business trip.” It’s quite delightful to be called that, but I probably should remind people not to use that nickname anymore: it sounds so weird.

However said, today is still one of my terrible days in an attempt to improve the light bulb. Over the past two years – the experiments on filament light bulbs have been carried out since 1875 – the situation hasn’t evolved much. Mixed with frequently failed attempts due to a variety of reasons are ones that, despite their success, cannot exceed 5 hours of continuous lighting.

Am I missing anything?

Think about it, Edison. Don’t take anything for granted, think of the craziest things you can imagine. This is not the first time, right? You used to hatch an egg on your own when you had not gone to school. You once exploded a train due to your chemical experiment. Nearly 50 years later in life, are you any better? Should you be able to observe better, shouldn’t you?

Stay calm, and consider each component.

I have changed the filament of the light bulb thousands of times already. Of the potential materials I could think of, the tungsten filament is the one I am most concerned about; however, the sales department was unable to get qualified tungsten filaments for the experiment. Nonetheless, I have a hunch that it’s not what I need. No, at least not for now.

There have also been various experiments to find the optimal shape for the light bulbs. From the Canadian couple with the long tube-shaped bulbs, I have tried the spherical ones and now the pear-shaped ones. However, I am sure that is not the factor that caused my invention to fail.

One thing that is definitely not the cause is the electricity supply. If the power supply fails, my experiments would have failed in the first place. Furthermore, many have reached the temperature required to maintain the light bulb’s combustion. No, certainly not because of it.

There only leaves us with the gas in the bulb. But is nitrogen an inert gas? It does not react with metals. So how is it wrong?

Yet I got the feeling that it was wrong: the premonition that has followed me throughout the inventing industry for decades.

So if it’s wrong, maybe I should get rid of it ..?

***
It was an ordinary day like any other day.

Early in the morning, before my shift. Greet the delivery workers who have worked overnight and send them off at the door of the research room, check. Examine by myself the containers with poor-quality materials my people had moved in, check. Make sure the source of nitrogen is always sufficient and double-checked to see if I have purchased tungsten or its alloys, check.

Less than half an hour later, the work was finished. I don’t worry much about being caught actually. Edison had not been to the lab for two days. I heard that he was seriously ill after several sleepless nights, experimenting. Even his son could not enter his locked private room.

Let’s sympathize with that poor man. Whoever fails that much would probably stress to death anyway…

At that moment, cheers arose from outside the room. Edison entered, his eyes sockets bruised, yet in the corners of his lips bloomed a smile. A winning smile. In his hand was a chest full of messy wires.

“Everyone, today I have this light bulb! It is an identical version of the light bulb I have at home, only with a deciding improvement: sucking all the air out and letting the light burn in a vacuum. In fact, that bulb has been shining for the past three days and still continues to shine. We have finally succeeded!”

It turned out he had been at home for the past few days trying this out! Even so, how come he could complete it so quickly …

Taking advantage of the excited atmosphere of the lab staff, I sneaked behind, jumped on the time machine, and set the destination a week later.

As soon as I walked into the laboratory, I saw in the corner of the room a bright yellow light surrounded by laboratory workers. None of them had been home during the past few days.

Yes, a genius is still a genius. I underestimated the capacity of his patent – a human being with more than 1,000 patents for his inventions. With just a flash, he has realized a “miracle” despite all the difficulties and pitfalls that I had set.

Congratulations to you, Edison. You have won it this time.

***
In the morning the day after the bulb began to shine, a resignation letter appeared on Edison’s desk. The head of the sales department would like to leave his position to take care of his family back in his hometown.

***
Mom, I lost again this time: absolutely defeated.

I prayed while thinking…

I thought I was sure of winning but ended up being defeated at the last minute. No, I never had any impact on his genius ability. In other words, I have never even had a chance to win?

So why am I feeling so relieved?

That’s right, I just need to try harder with further efforts.

Over three times, my plans are getting better and better. I am no longer careless like previous times. Surely one day, I will succeed.

No. I will succeed next time.

[Fragments of Science #3]

English

Hãy tưởng tượng một ngày đẹp trời nào đó, bạn đang ngồi trong nhà vuốt ve chú mèo cưng. Bỗng, có tiếng chuông cửa. Bạn bị triệu tập lên đồn công an. Có một vụ án bí ẩn xảy ra vài hôm trước ở phía sau trường bạn. Một camera đã quay được cảnh bạn đi ra sau trường vào khoảng thời gian đó. Nhưng vụ án gì cơ? Bạn chẳng biết gì hết.

Công an nói vẫn cần phải lấy mẫu máu của bạn để xét nghiệm DNA phục vụ điều tra. Đúng rồi! Chẳng ngần ngại gì, bạn đồng ý. DNA của bạn không có tại hiện trường nghĩa là bạn vô tội. Sao bạn lại không nghĩ đến nhỉ?

Bạn trở về nhà, tâm trạng vẫn chưa thôi phấp phỏng. Khi nào mới có thể chắc chắn rằng bạn không liên quan đến vụ án này? Người ta sẽ làm gì với DNA của bạn để xác định bạn và thủ phạm là một hay hai người khác nhau? Làm như thế sẽ không có sai sót gì chứ?

Bạn mở máy tính lên, vào công cụ tìm kiếm, “Làm sao để phân biệt DNA của mọi người với nhau”. Từ khóa này tệ quá. Hai trang đầu tiên hiện ra chẳng liên quan gì đến điều bạn muốn tìm: Wikipedia của “DNA” và “Hệ gen người”. 

Bạn nghĩ rằng mình có thể bỏ qua “DNA”. DNA là một đại phân tử có ở mọi loài trên Trái Đất, với cấu trúc xoắn kép gồm hai mạch song song ngược chiều. Một phân tử DNA được cấu tạo bởi các phân tử nhỏ hơn được gọi là nucleotide. Có bốn loại nucleotide là A, T, G, C; cấu trúc phân tử của chúng gần giống nhau, chỉ khác biệt về một vài điểm mấu chốt. DNA được cấu tạo theo nguyên tắc bổ sung: A luôn ghép với T, và G luôn ghép với C thành các cặp nucleotide, và các cặp lại nối tiếp nhau theo chiều dọc tạo thành một phân tử DNA dài. Còn trang “Hệ gen người” cho bạn biết, bộ gen của một người gồm 46 phân tử DNA cuộn xoắn thành các cấu trúc gọi là nhiễm sắc thể, trong đó bao gồm 2 nhiễm sắc thể giới tính và 22 cặp nhiễm sắc thể tương đồng có hình dạng, kích thước giống nhau. Hệ gen người chứa tổng cộng khoảng 3,2 tỷ bp (viết tắt cho base pair, nghĩa là “cặp nucleotide” đấy!), và mọi người chỉ khác biệt nhau về khoảng 0,1% của con số đó. Dù vậy, một tỷ lệ lớn hơn của hệ gen có thể được ứng dụng trong quy trình mà bạn đang muốn tìm hiểu – một quy trình với cái tên thật hay ho: “Xác định dấu vân tay DNA”. 

Bạn tiếp tục tìm kiếm xem những trình tự ấy là gì. Ồ, người ta có thể dùng DNA ty thể, hay DNA của nhiễm sắc thể Y (nếu bạn là con trai), và còn rất nhiều cách khác. Nhưng cách làm phổ biến nhất, cũng là cách mà khả năng cao nhất DNA của bạn sẽ được xử lý, chính là sử dụng những trình tự được gọi là STR, viết tắt cho “short tandem repeat”, đơn giản nghĩa là “trình tự lặp lại ngắn”. 

Bạn gõ vào thanh tìm kiếm, “STR và những ứng dụng của nó”. Một “alen STR” được cấu tạo từ những trình tự đơn vị dài từ 1 đến 6 nucleotide. Những trình tự này được lặp đi lặp lại, có thể giống hệt nhau hoặc khác nhau đôi chút, tạo thành những đoạn DNA với số lần lặp và độ dài đa dạng giữa mọi người với nhau, dù không bao giờ vượt quá 1000 bp. Một “locus STR” gồm hai alen STR; giống như các alen của một gen, hai alen của một locus STR nằm ở vị trí giống nhau trên hai nhiễm sắc thể tương đồng. Đặc điểm quan trọng nhất khiến người ta chọn STR làm “dấu vân tay DNA” là nó rất đa dạng. Số lượng STR trong hệ gen là rất lớn; chúng phân bố không đều, nhưng trung bình cứ khoảng 2000 bp ta lại gặp một STR. Và trong một nhóm khoảng hai chục người không có mối quan hệ họ hàng, khi xét riêng một locus STR nào đó, hoàn toàn có khả năng không tìm được hai người nào có số lần lặp giống nhau ở cả hai alen. 

Nhưng trên thế giới có hơn bảy tỉ người, nên rõ ràng dựa vào chỉ một locus STR để xác định danh tính là chưa đủ đáng tin cậy. Tuy nhiên nếu ta xét cùng lúc 12 đến 16 STR, xác suất để hai người hoàn toàn xa lạ có số lần lặp của các STR đó giống hệt nhau là khoảng một trên mười tỷ – tức là trong thực tế, khả năng xảy ra chuyện đó gần như bằng không. Thật vậy, trên thế giới, để xác định được chính xác danh tính từng người, người ta thường sử dụng một hệ thống 13 locus STR được gọi chung là CODIS (viết tắt cho “chỉ số DNA tổng hợp”). Tất nhiên cũng hoàn toàn có thể sử dụng thêm các locus khác để bổ trợ cho 13 STR này, nếu cần độ chính xác cao hơn nữa.

Một tính chất khác của STR được ứng dụng trong xác định mối quan hệ huyết thống, đó là các STR cũng được truyền từ đời bố mẹ đến đời con theo các quy luật di truyền cổ điển. Mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng của bạn gồm hai chiếc, một từ bố và một từ mẹ. Như vậy nghĩa là một nửa số nhiễm sắc thể của bạn có nguồn gốc từ bố, nửa còn lại là bạn được mẹ truyền cho. Mỗi alen STR nằm ở một vị trí nhất định trên một nhiễm sắc thể, và được truyền lại cho đời con cùng với nhiễm sắc thể đó. Vì vậy giống như nhiễm sắc thể, khi xét một nhóm các STR bất kỳ, bạn sẽ luôn tìm được xấp xỉ một nửa số alen STR của bạn xuất hiện trong kết quả xét nghiệm của bố hay mẹ bạn.

STR vừa rất đa dạng ở mọi người, vừa được truyền lại từ bố mẹ sang con. Bạn thấy điều này có gì đó quen thuộc. Đúng thế, gen cũng có những tính chất như vậy. Và các gen khác nhau hình thành là do đột biến. Vậy có phải các STR cũng được hình thành như thế không?

Bạn tiếp tục tò mò tìm kiếm…

“STR được hình thành như thế nào?”

Tuyệt vời, bạn đã đúng – đột biến đã tạo nên sự đa dạng của STR. Thậm chí tốc độ đột biến ở STR còn cao hơn gen từ 1000 đến 10 triệu lần, do đa số STR đều nằm trong những trình tự

ADN không tham gia tạo thành các đặc điểm trên cơ thể và không bị chọn lọc tự nhiên tác động. Được chấp nhận rộng rãi nhất trong các cách giải thích sự hình thành một STR là mô hình trượt mạch trong nhân đôi ADN. Bạn đã biết cách ADN được nhân đôi. Đầu tiên hai mạch của ADN gốc tách khỏi nhau, sau đó ở mỗi mạch gốc, một mạch mới sẽ được tổng hợp. Rồi mạch mới sẽ liên kết với mạch ban đầu, tạo thành phân tử ADN con hoàn chỉnh. Hai mạch ADN ấy thường chỉ có một cách duy nhất để liên kết với nhau, là tuân theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T, G liên kết với C. Nhưng STR gồm những trình tự lặp đi lặp lại, nên một vị trí trên mạch mới có thể liên kết với rất nhiều vị trí trên mạch gốc. Bạn nghĩ đến những lúc mình mặc một chiếc áo sơ mi; các cúc áo và các khuyết đều giống nhau, và bạn đã không ít lần cài cúc lệch. Áo sơ mi chỉ có vài chiếc cúc nên bạn dễ dàng tháo ra và cài lại, nhưng một đại phân tử với hàng nghìn đơn phân lại khác – trong nhiều trường hợp, đơn giản hơn cả vẫn là cắt đi hoặc thêm vào các nucleotide để hai mạch ADN liên kết hoàn toàn được với nhau. Số lần lặp của một alen STR có thể thay đổi khá dễ dàng do sự cắt và nối đó.

Bài báo bạn đang đọc kết lại bằng những ưu điểm khác của STR. Nó có thể cho kết quả rất chính xác mà không cần có lượng mẫu thu thập lớn hay chất lượng mẫu cao. Bởi mọi tế bào trong cơ thể bạn đều có ADN giống nhau, nên mẫu thử có thể được lấy từ bất cứ đâu: phổ biến và thuận tiện nhất là máu, ngoài ra còn chân tóc, dịch niêm mạc má, da, thậm chí là xương và dịch não tủy. Tốc độ xác định danh tính qua STR lại rất nhanh; kết quả có thể thu được chỉ trong chưa đến 24 giờ. Vì thế nên STR không chỉ được dùng trong những mục đích như hỗ trợ phá án hay xác định mối quan hệ huyết thống, mà còn là phương pháp thuận tiện nhất để lập nên những cơ sở dữ liệu ADN khổng lồ. Tính đến đầu năm nay, đã có 69 quốc gia xây dựng cơ sở dữ liệu ADN cấp nhà nước đều bằng phương pháp này.

Công an sẽ có thông tin về các STR của bạn sớm thôi, nhưng bạn chợt nhớ ra mình vẫn chưa biết thông tin ấy được tìm ra như thế nào. Bạn gõ vội vào bàn phím, “Quy trình giám định ADN”. Kết quả tìm kiếm chỉ ra quy trình này gồm hai bước: PCR và điện di mao quản. PCR, viết tắt cho Polymerase Chain Reaction (phản ứng chuỗi kéo dài ADN) là phản ứng để tạo ra một lượng lớn ADN có trình tự giống một mẫu có sẵn trong thời gian ngắn. Kỹ thuật điện di mao quản – nghĩa là làm các phân tử được đặt trong một ống có đường kính rất nhỏ di chuyển bằng tác dụng của điện trường – khi được dùng trên ADN có thể xác định độ dài của phân tử đến từng nucleotide.

Bước đầu tiên của quy trình PCR là tách hoàn toàn ADN khỏi mẫu mô, tế bào ban đầu. Tiếp theo, người ta cần thiết kế những đoạn mồi ADN để đánh dấu điểm bắt đầu và kết thúc sao chép trên phân tử ADN mẫu. Trình tự của mồi PCR là một phần trình tự của STR cần xác định độ dài. Mồi trong giám định ADN được gắn thêm các nhóm chức có khả năng phát tín hiệu huỳnh quang để thuận tiện cho bước điện di. Trong giám định ADN, người ta thường làm PCR của một vài (thường là 4) locus STR khác nhau cùng một lúc; khi đó, mỗi STR đều được thiết kế đoạn mồi riêng với các nhóm chức phát huỳnh quang khác màu nhau. ADN tinh sạch và đoạn mồi sau đó được đưa vào bên trong một thiết bị gọi là máy PCR cùng những thành phần cần thiết khác. Sự nhân đôi ADN sau đó diễn ra hoàn toàn tự động trong máy PCR khi máy làm tăng, giảm nhiệt độ của hỗn hợp bên trong máy theo chu kỳ. Một chu kỳ nhiệt của máy PCR diễn biến khá phức tạp, nhưng có hai mốc nhiệt độ quan trọng nhất trong một chu kỳ. Khi nhiệt độ tăng cao trên 90°C, hai mạch ADN sẽ tách rời nhau, và phản ứng nhân đôi ADN sẽ diễn ra trong pha nhiệt độ thấp (50 – 55°C) sau đó. Với điểm đầu và cuối của STR đã được đánh dấu, cần ít nhất ba chu kỳ thay đổi nhiệt độ để tách riêng được trình tự STR từ ADN mẫu, và sau đó chúng tiếp tục được nhân lên để thu được đủ lượng ADN cho công đoạn điện di.

Quy trình “đếm” số lần lặp của một STR thực sự bắt đầu ở bước điện di mao quản. ADN thường tích điện âm trong dung dịch, vì vậy nếu đặt chúng trong điện trường, chúng sẽ dịch chuyển dần về phía cực dương. Các mẫu ADN sau khi được nhân lên bằng PCR được đặt vào trong một ống dài 50 đến 100 cm với đường kính chưa đến 0.1 mm, chứa chất đệm dùng trong điện di. Khi được đặt trong điện trường tạo bởi điện áp 20 – 30 kV, ADN sẽ di chuyển rất nhanh qua ống từ phía có điện âm đến phía có điện dương. Người ta đo tín hiệu huỳnh quang phát ra để xác định thời điểm ADN đi đến đầu bên kia của ống. Những phân tử ngắn sẽ đi nhanh hơn những phân tử dài, và những phân tử ADN được sao ra từ cùng một STR có độ dài như nhau, phát cùng màu huỳnh quang và di chuyển cùng nhau. Dựa vào thời gian bắt được tín hiệu huỳnh quang ở đầu kia của ống, người ta sẽ suy ra được độ dài cụ thể của mỗi alen STR.

Một quy trình phức tạp. Điều đó càng chứng tỏ rằng chẳng dễ dàng để tìm ra điều khiến bạn khác biệt với mọi người, dù hiểu theo bất cứ nghĩa nào. Nhưng dấu ấn của bạn sẽ còn lại trong mọi việc bạn làm, ở mọi nơi bạn đến, và nhờ đó, cuộc đời này sẽ biết bạn là ai.

Nguồn tham khảo:

Phạm, Hùng Văn. (2009). PCR và dấu vân tay DNA. Từ PCR và realtime PCR: Các vấn đề cơ bản và các áp dụng thường gặp (tr. 70-80). Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam: Nhà xuất bản Y học.

BioMedia.vn. (2016, 19 tháng Một). Kỹ thuật PCR (Phần 1). Lấy từ https://biomedia.vn/review/ky-thuat-pcr-phan-1.html

BioMedia.vn. (2016, 17 tháng Hai). Điện di (Phần 1). Lấy từ https://biomedia.vn/review/dien-di-phan-1.html

Machado, H., Granja, R. (2020). DNA Databases and Big Data. Từ Forensic Genetics in the Governance of Crime (tr. 57-70). Singapore: Palgrave Pivot. doi:https://doi.org/10.1007/978-981-15-2429-5_5

Yang, Y., Xie, B., & Yan, J. (2014). Application of Next-generation Sequencing Technology in Forensic Science. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 12(5), 190-197. doi:10.1016/j.gpb.2014.09.001

Fan, H., & Chu, J. (2007). A Brief Review of Short Tandem Repeat Mutation. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 5(1), 7-14. doi:10.1016/s1672-0229(07)60009-6

Imagine a day with such nice weather when you are sitting in the house stroking your kitten. Suddenly, there is a doorbell: you have received a summon to the police station. There has been a mysterious case happening a few days ago at the back of your school. A camera has captured you walking there around that time. But what case? You know nothing.

Police say it is still necessary to take a sample of your blood to test DNA for investigation. That’s right! Without hesitation, you agree. Your DNA not on the scene means you’re innocent. Why didn’t you think about it?

You return home, yet still nervous. When can you be sure you are not involved in this case? What will they do with your DNA to identify yourself and the culprit as one or two different people? Would there be any mistake using that method?

You turn on your computer and type on the search bar, “How to distinguish people’s DNA from each other’s”. This keyword is terrible. The first two pages are unrelated to what you are looking for: Wikipedia page for DNA and the Human genome.

You think you can skip the “DNA” page, which probably tells you that DNA is a macromolecule found in every species on Earth consisting of two parallel chains that are oriented in opposite directions and coil around each other to form a double helix. A DNA molecule is made up of smaller molecules called nucleotides. There are four types of nucleotides: A, T, G, C, whose molecular structures are almost identical, differing only a few key attributes. DNA is made up following the complementarity principle: A and T always go together to make pairs of nucleotides and so do G and C, and the pairs follow up vertically to form a long DNA molecule. The “Human Genome” page informs you that a person’s genome consists of 46 DNA molecules twisted into structures called chromosomes, which include two sex chromosomes and 22 couples of homologous chromosomes, which each couple shares the same shape and size. The human genome contains a total of about 3.2 billion bp (short for base pair, meaning “nucleotide pair”!), and only about 0.1% of that number can differ us from each other. However, a larger proportion of the genome can be applied to the process you want to know more about – one with a really cool name: “DNA fingerprinting.”

You keep looking for what the steps are. Oh, it turns out that people can use mitochondrial DNA, or Y chromosome DNA (if you’re a male), and there are many other ways. However, the most common way, which is also the most likely way your DNA will be processed, is to use tracts called STRs, short for “short tandem repeats”.

You type in the search bar, “STRs and its applications”. An “STR allele” is made up of segments of DNA that are typically 1-6 base pairs in length. These segments are repeated, identically or somewhat differently, forming DNA tracts with varying the numbers of repeats and lengths among people, though never above 1,000 bp. An “STR locus” consists of two STR alleles; like alleles of a gene, the two alleles of an STR locus are in the same position on two homologous chromosomes. The most important trait that makes STRs a “DNA fingerprint” is its remarkable diversity. The number of STRs in the genome is enormous, and they are unevenly distributed, but on average there is an STR every 2,000 bp. And in a group of about two dozen unrelated people, when considering a particular STR locus, there may be no two people who share the same number of repeats in both alleles.

Nevertheless, there are over seven billion people in the world, so obviously relying on just one STR locus to identify identities is not reliable enough. However, if we look at 12 to 16 STR at the same time, the probability of two completely strange people having the same number of repeats of those STRs is about one in ten billion – which, in fact, means that the possibility of it happening is almost zero. Indeed, in the world, to identify the exact identity of each person, people often use a system of 13 STR loci generally known as CODIS (abbreviated for “Combined DNA Index System”). Of course, it is also possible to use other loci to complement these 13 STRs, if more accuracy is needed.

Another feature of STR is applied in determining blood relations, which is that STR is also transmitted from parents to children according to the classic laws of heredity. Each of your couples of homologous chromosomes is a set of one maternal and one paternal chromosome. That means half of your chromosomes are from your father, and the other half is from your mother. Each STR allele is located in a specific position on a chromosome and is passed down to the offspring along with that chromosome. So like chromosomes, when you consider any group of STRs, you’ll always find approximately half of your STR alleles appearing in the test results of your parents.

STR is both extremely diverse in everyone and passed from parent to child. Hmm, this sounds familiar. Yes, genes have the same properties. And the different genes formed are due to mutations. So is that also how STs are formed?

Your curiosity keeps you searching…

“How are STRs formed?”

Marvelous! You’re right – mutations have made STRs’ diversity. In fact, the mutation rate in STRs is 1,000 to 10 million times higher than genes, because most STRs are in the DNA regions that are not involved in forming body characteristics and not affected by natural selection.

The most widely accepted explanation of the formation of an STR is the sliding-chains model in DNA replication. You already know how DNA is replicated. First, the two strands of the original DNA are separated from each other, and each original strand then serves as a template for the production of its counterpart. The original DNA strand will then connect with the newly synthesized strand to form a new helix. These two DNA strands usually have only one way to connect with each other, which is to follow the Complementarity principle: A binds to T, G binds to C. But each STR consists of repeated sequences, so one position on the new strand can bond with many positions on the original strand. Think of times when you wear a dress shirt: the buttons and buttonholes are the same, and you’ve mismatched them so many times. The shirt only has a few buttons so you can easily remove and rematch them. However, it’s really a different situation for a macromolecule with thousands of monomers – in many cases, the most simple ways are cutting or adding nucleotides so that the two DNA strands are completely interconnected. The number of repeats of an STR allele can change quite easily due to those cuts and joins. 

The article you are reading concludes with other advantages of STR: It can give very accurate results without the need for large or high-quality samples. Because every cell in your body has the same DNA, the sample can be taken from anywhere: the most common and convenient is blood, in addition to hair roots, cheek mucus, skin, even bone, and cerebrospinal fluid. The rate of identification through STRs is very fast; results can be obtained in less than 24 hours. Therefore, STR is used not only for purposes such as to help solve crimes or to identify blood relations but also to be the most convenient method to create huge DNA databases. Up to the beginning of this year, there have been 69 countries that built national DNA databases using this method. 

The police will have information about your STRs soon, but you suddenly remember that you still do not know how that information is found. You immediately type, “DNA verification process”. The search results indicate this process consists of two steps: PCR and capillary electrophoresis. PCR, short for Polymerase Chain Reaction, is a reaction to create large amounts of DNA that have the same sequence as the accessible sample in a short time. Capillary electrophoresis technology – that is, making molecules placed in a very small diameter tube move by the action of an electric field – when used on DNA can determine the length of the molecule to the accuracy of each unit nucleotide. 

The first step in the PCR process is to completely separate the DNA from the original tissue or cell sample. Next, DNA primers need to be designed to mark the beginning and the end of the replication on the sample DNA molecule. The sequence of PCR primers is part of the sequence of STR that needs to be determined in length. PCR primers for DNA examination are attached with functional groups capable of transmitting fluorescence signals to facilitate the electrophoresis step. In DNA testing, people often do PCR of several (usually 4) different STR loci simultaneously, with each STR having its own primer design with different color fluorescence groups. The purified DNA and the primer are then inserted inside a device called a PCR machine with other necessary components. The DNA replication then takes place automatically in the PCR machine, with the machine increasing and decreasing the temperature of the mixture inside according to the user-set cycle. A thermal cycle of a PCR machine is quite complicated, yet there are the two most important temperature points in a cycle. When the temperature rises above 90°C, the two  DNA strands will separate, and the DNA replication reaction will take place in the low- temperature phase (50 – 55 ° C) afterward. Given that the beginning and ending of the DNA sequence have been marked, it takes at least three temperature change cycles to separate the STR sequence from the sample DNA, and then they continue to replicate to obtain enough DNA for the electrophoresis step. 

The process of “counting” the number of repeats of an STR actually begins at the capillary electrophoresis step. DNA is often negatively charged in solutions, so if placed in an electric field, they would move gradually towards the anode. DNA samples after being replicated by PCR are then placed in a 50 to 100 cm long tube with a diameter of less than 0.1 mm, which contains a buffer used in electrophoresis. When placed in an electric field created by a voltage of 20 – 30 kV, the DNA travels quickly through the tube from the negative side to the positive side. The fluorescence signal is measured to determine when the DNA reaches the other end of the tube. Short molecules travel faster than long molecules, and DNA molecules made up of the same STR have the same length, glow in the same fluorescent color, and travel together. Based on the time it takes to catch the fluorescence signal at the other end of the tube, we will be able to deduce the specific length of each STR locus. 

A complex process. It proves that it is not easy to find what makes you different from people, in any sense. But your mark will remain in everything you do, wherever you go, and in this way, life will know who you are.

References:

Phạm, Hùng Văn. (2009). PCR và dấu vân tay DNA. Từ PCR và realtime PCR: Các vấn đề cơ bản và các áp dụng thường gặp (tr. 70-80). Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam: Nhà xuất bản Y học.

BioMedia.vn. (2016, 19 tháng Một). Kỹ thuật PCR (Phần 1). Lấy từ https://biomedia.vn/review/ky-thuat-pcr-phan-1.html

BioMedia.vn. (2016, 17 tháng Hai). Điện di (Phần 1). Lấy từ https://biomedia.vn/review/dien-di-phan-1.html

Machado, H., Granja, R. (2020). DNA Databases and Big Data. Từ Forensic Genetics in the Governance of Crime (tr. 57-70). Singapore: Palgrave Pivot. doi:https://doi.org/10.1007/978-981-15-2429-5_5

Yang, Y., Xie, B., & Yan, J. (2014). Application of Next-generation Sequencing Technology in Forensic Science. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 12(5), 190-197. doi:10.1016/j.gpb.2014.09.001

Fan, H., & Chu, J. (2007). A Brief Review of Short Tandem Repeat Mutation. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 5(1), 7-14. doi:10.1016/s1672-0229(07)60009-6