Hãy bắt đầu bằng chính việc giải thích khái niệm của đa dạng sinh học. Bởi theo định tính, chúng ta cứ nghĩ là khi số loài trên Trái đất càng nhiều thì đa dạng sinh học càng có vai trò quan trọng. Nhưng Vincent Bansaye (Trung tâm toán ứng dụng thuộc Đại học Bách khoa Pháp-CMAP) thì lại đưa ra câu hỏi: “Sự đóng góp vào đa dạng sinh học sẽ như thế nào khi ta tính tới một bên là hai loài kiến, bên kia là một loài kiến và một loài chuột nhím?”.
Câu hỏi này thoạt tiên có vẻ ngớ ngẩn, nhưng trên thực tế lại là một vấn đề rất đáng xem xét. Như thể là xem liệu đa dạng sinh học có gặp trục trặc gì không khi đột nhiên có sự biến mất của hai loài động vật có vú chính (mang tính biểu tượng cao), hay khi chỉ có một loài bọ cánh cứng xa lạ biến mất, nhưng loài bọ này lại có một vai trò quan trọng trong hệ sinh thái.
Hàng ngàn những câu hỏi tương tự có thể được đưa ra chỉ có thể giải quyết thông qua những bài toán phức tạp, bằng những công cụ chính xác của ngành khoa học vốn từ lâu có vai trò thống trị này.
Sylvie Méléard, một nhà toán học cũng thuộc CMAP vừa phát triển một mô hình toán có khả năng miêu tả các tiến trình dẫn tới sự xuất hiện của các loài mới. “Để làm được điều này, chúng tôi đã đưa vào mô hình nhiều hiện tượng đa dạng khác nhau, từ các vấn đề về đột biến gene xuất hiện trong quá trình sinh sản của một cá thể tới ảnh hưởng của môi trường đối với dân số”, Sylvie nói. Chính nhờ các định lý này mà chúng tôi có thể đi tới việc giải thích các điều kiện tạo ra các giai đoạn tiến hóa hoặc sự xuất hiện của các loài mới.
Để đi sâu và cụ thể hơn nữa, Sylvia đã yêu cầu một trong những nghiên cứu sinh của mình tập trung vào giải quyết câu hỏi: Bắt đầu từ ngưỡng nào, một loài sẽ buộc phải biến mất? “Các mô hình cổ điển đã không thể trả lời được câu hỏi này bởi chúng không phù hợp đối với các loài có dân số ít. Nhưng nếu tính đến sự biến thiên về gene của các cá thể trong một nhóm nhỏ, chúng tôi đang cố tìm hiểu xem tại sao sự xuất hiện của các đột biến gene không có tác động mạnh trong một nhóm lớn nhưng ngược lại có thể đẩy nhanh sự biến mất của một loài có dân số ít hơn”.
 Nhiều mô hình toán học đã giúp giải quyết các vấn đề phức tạp trong sinh học như đột biến gene, tác động tương hỗ của các protein |
Một trường hợp khác là việc áp dụng các công cụ toán học giúp biết được dân số cụ thể của một loài từ các thông tin không hoàn chỉnh. Vincent Bansaye tóm tắt câu chuyện này như sau: “Khi đi dạo ở trong rừng, tôi nhìn thấy một con sóc. Khoảng 20 phút sau, tôi lại nhìn thấy một con sóc khác, cách đó chừng một cây số. Những thông tin này liệu có giúp tôi đưa ra các dữ liệu về dân số của sóc trong khu rừng hay không?”, câu hỏi được đặt ra.
Toán học có thể giúp việc điều tra dân số của các loài bình thường rất khó quan sát được thực hiện một cách dễ dàng hơn.
Những nghiên cứu của nhà khoa học này cùng một đồng nghiệp khác, Amaury Lambert thuộc Khoa sinh học, ĐH Sư phạm Paris về ảnh hưởng của các mẫu cư dân tới sự tiến hóa của dân số các loài có thể cho phép đưa ra các biện pháp bảo tồn trong bối cảnh địa bàn sinh sống của các loài hoang dã ngày một thu hẹp lại.
Denis Couvert, Giám đốc Cơ quan bảo tồn, phục hồi và theo dõi dân số các loài mới đây cũng đã nói rõ điều này trong một bài báo của tờ Échos, “Người ta không thể thu gọn đa dạng sinh học bằng các phương trình đơn giản. Tuy nhiên, các mô hình toán học cho phép tạo ra một cách tiếp cận chính xác và khách quan hơn đối với các hệ sinh thái”. Và Sylvie Méléard đưa ra kết luận: “Có thể hơi quá khi khẳng định rằng toán học sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong nghiên cứu đa dạng sinh học. Nhưng chắc chắn, các ngành toán sẽ đưa ra góc nhìn mới cho các nghiên cứu trong lĩnh vực này”.
Toán học trong nghiên cứu về di truyền
Toán học có một vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các căn bệnh cơ thần kinh liên quan tới di truyền. Tại Paris, từ năm 2006, Bộ phận Tổ hợp gene các vi khuẩn đã tham gia Chương trình nghiên cứu quốc tế chống lại các chứng loạn dưỡng trong cơ. Alessandra Carbone đã tiến hành một điều tra về các bệnh liên quan tới protein. Nhà khoa học nữ vừa được giải thưởng Irène-Joliot-Curie này giải thích: “Hiện nay, người ta đã biết được một số loại gene có ảnh hưởng tới căn bệnh nhưng vai trò cụ thể của các protein được mã hóa trong gene đã gây ra các rối loạn này là như thế nào thì chưa được rõ lắm”. Để làm sáng tỏ điều này, bà đã tiến hành một dự án nghiên cứu khổng lồ: sử dụng các mô hình toán học trong máy tính để cụ thể hóa các tác động tương hỗ giữa 2.000 protein hiện diện trong con người. Hay là việc trả lời câu hỏi: hai protein được lấy ngẫu nhiên có vị trí sắp xếp như thế nào trong khoảng 100.000 tới 500.000 cách sắp xếp khác nhau. Dù có sử dụng hệ thống hàng trăm nghìn máy tính cực mạnh của mạng lưới cộng đồng thế giới (World Community Grid), để kiểm tra được các mối liên hệ này vẫn đòi hỏi thời gian cỡ hàng thế kỷ. Như vậy, không có cách nào khác là phải “đoán” trước đâu là những điểm tích cực (những điểm có một chức năng sinh học) trên mỗi protein, từ đó giới hạn được số lượng protein cần phải tiến hành thử nghiệm. Làm thế nào để đạt được điều đó? Các nhà sinh học biết rằng nếu các protein khác nhau ở mỗi loài thì chúng đều chứa những điểm hoạt động tích cực tương tự nhau, tương ứng với các cặn bã của ADN chung cho tất cả các loài. Về mặt lý thuyết mà nói thì hoàn toàn có khả năng xác định, với một mức xác suất chấp nhận được, các mẫu mã hóa đối với một mẩu protein “thú vị” nào đó. “Nhờ các công việc chuẩn bị này, chúng ta có khả năng kết thúc các tính toán trong giai đoạn từ nay tới tháng 5/2011”, Alessandra Carbone tiên đoán.
Mathieu Grousson – Tia Sáng