Trước đây lâu lắm, cá voi là động vật có vú ở đất liền nhưng rồi trở lại biển, tiến hóa thành loài vật lớn và thông minh nhất địa cầu. Thế kỷ 18, người ta săn cá voi để lấy mỡ. Dầu cá voi chế biến từ mỡ của nó được thu hoạch và buôn bán trên khắp thế giới. Cá voi bị săn nhiều đến nỗi gần tuyệt chủng. Phải phát triển thêm 250 năm nữa, con người mới hiểu rằng điều kỳ diệu ở cá voi không phải là mỡ của nó nhưng là khả năng tạo ra dòng điện 6 tới 12 vôn chỉ từ các nguyên tố kali, natri và canxi. Điều đó rất đáng kể vì cá voi chỉ dựa vào tôm krill và cá nhỏ để sống và tạo ra năng lượng. Khả năng sinh hóa tạo ra điện ấy là một hiện tượng mà Reynold nghiên cứu. Suốt ba thập kỷ, ông đã thậ̣n trọng theo dõi nhịp đập của tim cá voi.
Reynolds tự hỏi làm thế nào trái tim của loài hữu nhũ to lớn phi thường ấy có thể thích ứng với những biến chuyển vật lý và sinh lý học đáng kể của nó. Với mỗi nhịp đập, tim cá voi, nằm giữa lớp mỡ dầy, bơm hơn 1.100 lít máu qua các mạch máu với chiều dài tổng cộng 160 triệu kilomet, và như thế trong suốt thời gian sống khoảng 80 năm mà không cần bảo quản hay chữa trị gì cả. Trong khi bắp thịt, van, động mạch và tĩnh mạch tiến hóa theo thời gian, Reynolds suy nghĩ làm sao cá voi có thể phân phối điện trong thân hình vĩ đại của nó và điều hòa nhịp đập của trái tim lớn hơn tim của tổ tiên của nó xưa kia một ngàn lần, khi cá voi chỉ lớn bằng con chó. Không có trường hợp ngưng tim nào được biết ở loài cá voi. Nếu như tim chúng ta nằm giữa mỡ như thế, nó sẽ hoàn toàn ngưng hoạt động.
Reynolds đặt các câu hỏi chủ yếu sau: Chúng ta học được gì từ hiện tượng ấy? Có hướng dẫn nào không? Không ai có thể trả lời. Ông bắt đầu tìm hiểu thật cặn kẽ mọi điều có thể về tim của cá voi và những loài hữu nhũ khác. Với ý muốn ghi âm và vẽ biểu đồ nhịp tim cá voi, ông thiết kế một máy ghi điện tâm đồ gắn vào thân cá và truyền dữ liệu qua vệ tinh đến trung tâm nghiên cứu của ông ở Bogotá. Mặc dù chúng ta có thể hình dung được việc thiết kế và chế tạo máy móc cũng như xây dựng hệ thống truyền dữ liệu điện tử khó khăn như thế nào, nhưng cách thức gắn máy ghi địa tâm đồ vào cá voi mới là một kỳ công thật sự. Reynolds đã làm việc đó bằng tay, mỗi lần chỉ ở một con cá, từ một chiếc thuyền không mui giữa sóng nước đại dương. Thật là khoa học mạo hiểm!
Sự nghiệp nghiên cứu về tim của Reynolds kéo dài năm thập kỷ nhưng đam mê của ông không giới hạn ở cá voi. Ông ghi điện tâm đồ của hơn 200 loài vật, có loài nhỏ như ruồi, có loài hay lẩn tránh như cá heo hồng ở vùng Amazon, hoặc tò mò như giông mào trên quần đảo Galapagos. Đến nay, Reynolds và ê kíp của ông đã thu thập hơn 10.000 điện tâm đồ cá voi. Để nghe dưới nước, họ sử dụng những hệ thống lọc âm thanh hiện đại mà lúc đầu người ta thiết kế để nghe lén bí mật quân sự. Điều này khiến việc nghiên cứu được dễ dàng vì không cần gắn thiết bị vào thân cá voi. Cuối cùng, ê kíp của Reynolds thu thập được rất nhiều dữ liệu nên ông đã có thể mô tả chính xác hoạt động của tim cá voi. Nhiều dữ liệu đáng chú ý khác được tiết lộ từ việc mổ xẻ xác cá voi chết vì mắc cạn. Một số nhà khoa học mặc nhận rằng cá voi có những kênh tế bào dường như chỉ dành cho việc dẫn những dòng điện bên trong và chung quanh trái tim của nó. Những dòng điện này điều tiết hoạt động của tim cá voi và có khả năng điều chỉnh hướng đi của chúng để tránh những mô hư hỏng.
Tính hiếu kỳ của Reynolds đã thúc đẩy ông nghiên cứu sâu hơn, chứ không dừng lại ở việc quan sát nhịp đập tim cá voi. Để hiểu trên bình diện phân tử cách thức kali, natri và canxi kết hợp thành dòng điện mà không cần cả pin lẫn dây kim loại, ông nghiên cứu toàn thể sự hình thành và chuyển hóa của tim cá voi từ lúc nó mới là phôi trong bụng mẹ. Ông ghi các kết quả của mình vào một trái tim ảo ba chiều. Sử dụng phần mềm tiêu chuẩn AutoDesk dành cho ngành kỹ sư, ông cho phép những nhà khoa học khác và bác sĩ khoa tim tiếp cận những thông tin gốc được trình bày một cách sinh động.
Trên cơ sở quan sát của mình, ông xem xét lại các nguyên tắc cơ bản của máy điều hòa nhịp tim. Ngày nay, thiết bị kéo dài đời sống của hàng triệu người ấy gần như có mặt ở khắp nơi. Nhưng nó được nối với bên trong trái tim và chạy bằng pin, chớ không có khả năng tạo ra dòng điện tự nhiên. Tuy nhiên, hàng trăm ngàn lần hư hỏng đã gây khó khăn cho việc sử dụng thiết bị ấy. Điều đó thúc đẩy Reynolds suy nghĩ ngoài phạm vi của sự hiển nhiên. Lúc đầu, ông do dự vì ý tưởng của mình quá đơn giản. Lấy cảm hứng từ cá voi, ông nghĩ mình có thể tạo ra những ống có kích thước nhỏ như một tế bào để cải thiện việc phân phối dòng điện trong cả trái tim. Ông dự kiến sẽ thay thế thiết bị mà ông đã góp phần sáng chế bằng những ống carbon nano có tác dụng như một máy điều hòa nhịp tim. Cuộn carbon nhỏ tí ti không thay thế chức năng tự nhiên của tim nhưng chỉ chuyển dòng điện từ mô khỏe mạnh sang mô hư hỏng. Đó là một lối tư duy cách mạng: dựa trên khả năng tạo ra điện hiện có và chỉ cải thiện tính dẫn điện.
Ý tưởng cách mạng thứ hai dựa trên hiểu biết của ông về việc cá voi, mọi loài vật có vú khác và ngay cả ruồi cũng tạo ra điện và dẫn điện mà không cần pin cũng như dây kim loại. Những loài khác nhau trên hành tinh của chúng ta đã học cách làm ra lượng điện cần thiết từ rất nhiều nguồn năng lượng: trọng lực, chênh lệch nhiệt độ, chênh lệch độ pH, động năng, năng lượng áp điện từ sức ép của tim và máu, năng lượng từ khí carbonic và kim loại sinh học nội sinh. Các nghiên cứu của Reynolds dẫn đến kết luận là tất cả những ứng dụng của các loài kể trên đều có hiệu quả và trên thực tế đã được thử thách suốt hàng triệu năm.
Ông đã thiết kế một loạt máy móc y tế mới vận hành như trong tự nhiên – nghĩa là không cần đến dây dẫn hay máy phát điện. Ông tập trung vào cách thức cá voi phát ra xung điện liên tục từ nguồn năng lượng cực nhỏ và điều tiết những phản ứng hóa học giữa kali, natri và canxi. Các thiết bị y tế và hệ thống giám sát cơ thể mà ông sáng chế và công ty khởi nghiệp CoroCare cung cấp chỉ dựa vào những nguồn năng lượng hiện hữu trong và chung quanh thân thể con người.
Ứng dụng đầu tiên mang đặc tính ấy là máy điều hòa nhịp tim nano do Reynolds chế tạo, một thiết bị chỉ dài 700 nanomet (700 phần triệu của một milimet) được điều khiển bởi bộ vi xử lý mới nhất. Nó mô phỏng những kênh dẫn điện của cá voi và đã tỏ ra có khả năng hiện thực trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, lý lẽ ủng hộ nó là hoạt động hiệu quả ở cá voi không thuyết phục được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Thuốc (Food and Drug Administration) của Mỹ. Chi phí để phát triển nguyên mẫu thành một dụng cụ y học mà cơ quan ấy chấp nhận nằm trong khoảng từ 100 triệu đến 500 triệu đô la. Mặc dù Reynolds chỉ có một vốn ban đầu hạn chế, nhưng ông dự trù sẽ nhận được tiền trả trước cho những phát minh phụ để chi cho các thử nghiệm lâm sàng như theo qui định.
Thật dễ hiểu tại sao các công ty dẫn đầu thị trường máy điều hòa nhịp tim như Medtronic, Johnson & Johnson và Boston Scientific, những công ty nắm chắc thị trường trong nhiều thập kỷ nữa sẽ chống lại đổi mới ấy. Họ đang hưởng phí bản quyền từ mỗi ca phẫu thuật, cũng như ngành công nghiệp dược sẽ bán thuốc cho người bệnh suốt cuộc đời còn lại của họ. Làm sao các nhà sản xuất máy trợ tim quan trọng nhất có thể chấp nhận một đổi mới sẽ cắt giảm nguồn thu nhập bảo đảm lên tới 50.000 đô la từ mỗi người được chẩn đoán là mắc chứng rối loạn nhịp tim và tiền bán thuốc bình quân cũng khoảng 50.000 đô la nữa? Tất cả những chi phí ấy sẽ chỉ còn 500 đô la cho mỗi trường hợp. Việc đặt dây dẫn điện nano được thực hiện với một ống thông và không buộc phải dùng thuốc gây mê toàn thân. Vì người bệnh có lẽ không cần tiếp tục uống thuốc nữa, tổng số tiền công ty bảo hiểm phải trả sẽ hạ xuống còn 1/2000. Vì vậy, các hãng bảo hiểm nên nhanh chóng tiếp nhận ứng dụng này.
GS.TS Gunter Pauli
