ต้นกำเนิดสิ่งมีชีวิต (The origin of life)

เนื้อเรื่อง

ต้นกำเนิดสิ่งมีชีวิต (The origin of life) ตอบข้อสงสัยกันว่า "สิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร" ผู้เขียน: ดร. ฉัตรชัย งามเรียบสกุล อยู่ในส่วน: ชีววิทยา, วิทยาศาสตร์ ปรับปรุงล่าสุด: 16:59 วันที่ 28 มีนาคม 2550 เข้าชมแล้ว: 580 ครั้ง (รวมทุกหน้า)

ทุกสายพันธุ์บนโลก ล้วนมีต้นกำเนิดมาจากจุดเดียวกัน ???

 

หลายท่านคงจะสงสัยกันนะครับว่า "สิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร" แต่ก่อนที่จะตอบคำถามข้อนี้ เราคงต้องตอบคำถามข้อแรกๆ ก่อนที่ว่า "สิ่งมีชีวิตคืออะไร" ซึ่งแม้แต่นักวิทยาศาสตร์เอง ก็ยังหาคำจำกัดความที่แน่ชัดไม่ได้





สิ่งมีชีวิต (Life) หากจะอธิบายกันในแนววิวัฒนาการ (Evolution) ของ C. Darwin และ A. Wallace ซึ่งได้รับการยอมรับทั่วๆไปจากนักชีววิทยา สิ่งมีชีวิตคือ สิ่งที่สามารสืบพันธุ์ได้ (Reproduction) ให้ลูกหลานที่มีความหลากหลายขึ้น (Variation) และกลายเป็นต้นทุนสำหรับธรรมชาติ ที่จะคัดเลือกหรือกรอง (Natural selection) ให้บางลักษณะบางชนิด ผ่านไปได้ นั้นคืออยู่รอดต่อไป และบางลักษณะบางชนิดไม่ผ่าน หรือสูญพันธุ์ไป ตัวกรองตามธรรมชาตินี้ นอกจากสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ (Physical environment) แล้วยังรวมถึงสิ่งแวดล้อมทางชีวภาพด้วย (Biological environment) คำอธิบายอื่นๆ ของคำว่าชีวิตนั้น ส่วนใหญ่ต้องมีข้อยกเว้นเพิ่มเติม





ความหมายที่ยกมานี้คิดว่าใกล้ที่สุดกับบทความในคอลัมน์นี้ เพื่อที่เราจะได้พูดถึงต่อไป ดูเหมือนว่าแค่เริ่ม เรื่องก็ค่อนค้างยุ่งยากเสียแล้ว ไม่ต้องตกใจครับเราจะค่อยๆทำความเข้าใจกัน ...





ลองคิดกันเล่นๆนะครับว่า เราทุกคนต่างก็มีพ่อและแม่ พ่อและแม่ของเราก็มีพ่อและแม่เป็นผู้ให้กำเนิด (ปู่ย่าตายาย) ปู่ย่าตายายของเราก็มีผู้ให้กำเนิด หากเราสืบสายตระกูลย้อนหลังไปเรื่อยๆ เราอาจจะพบว่าคนทุกคนบนโลกมีกำเนิดมาจาก มนุษย์ชายหญิงคู่แรกคู่เดียว (ไม่รู้เป็น Adam กับ Eve หรือเปล่า) หากเราย้อนหลังต่อไปเรื่อยๆ เราอาจจะพบว่า มนุษย์มีบรรพบุรุพร่วมกับลิง





นักชีววิทยากลุ่มหนึ่งเชื่อว่า ถ้าเรายังจะย้อนหลังต่อไปเรื่อยๆอีก ของทุกสายพันธุ์บนโลก (รวมทั้งสัตว์ พืช และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ) ล้วนมีต้นกำเนิดมาจากจุดเดียวกัน จากสิ่งมีชีวิตแรก ที่มีลักษณะคล้าย สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวแบบง่าย (prokaryotic cell) ที่ไม่มีผนังล้อมสารพันธุกรรม (DNA) และโครงสร้างอื่นๆภายในเซลล์





ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ค่อนข้างยอมรับแล้วว่า สิ่งมีชีวิตบนโลกเริ่มจากแบบง่ายๆ เช่นพวกคล้าย Bacteria แล้วมีวิวัฒนาการขึ้นไปเรื่อยๆ มีการรวมกันของหลายๆเซลล์เป็นหนึ่งสิ่งมีชีวิต มีการแบ่งหน้าที่ของเซลล์ให้ทำงานที่แตกต่างกัน มีความสลับซับซ้อนเพิ่มขึ้น และหลากหลายอย่างที่เราเห็นๆ กันอยู่ในปัจจุบัน คำถามมันก็มีอยู่ว่า "แล้วสิ่งมีชีวิตตัวแรกเกิดขึ้นได้อย่างไร เมื่อไร และที่ไหน?"





เรารู้ว่าโลกมีกำเนิดเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน โดยการประมาณเจากอายุของหินบนดวงจันทร์ และเมื่อประมาณ 3.8 พันล้านปีก่อน ร่องรอยของสิ่งมีชีวิตก็เริ่มมีจารึกในหิน (Chemical traces of life พบที่ Greenland) สำหรับ fossils ที่เก่าแก่ที่สุด ที่บอกเราว่า สิ่งมีชีวิตเป็นตัวเป็นตนสมบูรณ์เกิดขึ้นแล้วนั้น มีอายุประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน (พบที่ Western Australia) ชึ่งมีลักษณะคล้าย cyanobacteria (blue-green algae หรือ สาหร่ายสี่น้ำเงินแกมเขียว, พวก prokaryote) ในปัจจุบัน ตอนนี้เราก็พอทราบแล้วว่า สิ่งมีชีวิตตัวแรกคงเกิดขึ้นในระหว่าง 4.5 ถ ึง 3.8 พันล้านปีก่อน แล้วที่ไหนล่ะ อันนี้มีสมมุติฐานประมาณ 4 แห่งด้วยกันครับ คือ ในอากาศ ในน้ำตื้น ใต้ทะเลลึก (พบ fossils อายุประมาณ 3.2 พันล้านปีก่อนเร็วๆนี้) และมาจากนอกโลก ต้องเข้าใจก่อนว่าบรรยากาศโลกเมื่อสมัยแรกๆไม่เหมือนกับตอนนี้ ตอนนั้นออกซิเจนมีน้อยมาก (ออกซิเจนเป็นก๊าซที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ในปัจจุบันขาดไม่ได้ ก็ใช้สำหรับหายใจนี่ครับ) ที่สำคัญคือทุกที่ๆ กล่าวมานั้น จะต้องมีน้ำเป็นองค์ประกอบ เมื่อเร็วๆนี้คงจะได้ยินข่าวว่า NASA พบร่องรอยของน้ำบนดาวอังคาร ก็เลยทำให้คิดว่าน่าจะมีสิ่งมีชีวิตอยู่ด้วย

ภาพจาก http://origins.jpl.nasa.gov/

ย้อนกลับเข้าเรื่องนะครับ นอกจากนี้นักวิทย์คิดว่าต้องมีสารองค์ประกอบอื่นๆ ด้วยเช่น ไฮโดรเจน, มีเทน, และ แอมโมเนีย น่าจะเป็นสสารพื้นฐาน ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานเข้าไป เช่น ฟ้าผ่า หรือความร้อนจากปล่องไฟใต้ทะเลลึก (deep sea hydrothermal vents) ก็จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีขึ้น ทำให้ได้สารใหม่ (หรือจนกระทั่งเป็นสิ่งมีชีวิต) ทั้งนี้ทั้งนั้น ทั้งหมดเป็นเพียงแค่สมมุติฐาน เพราะแม้ว่าจะได้มีการทดลอง เลียนแบบสภาวะต่างๆ ที่คิดว่าน่าจะให้กำเนิดสิ่งมีชีวิตได้ ผลที่ได้ก็เป็นเพียงแค่โมเลกุลง่ายๆ ซึ่งยังห่างไกลกับคำว่าสิ่งมีชีวิต อันนี้เลยทำให้นักวิทย์หลายท่านคิดว่า สิ่งมีชีวิตน่าจะมาจากนอกโลก ก็ไม่ทราบนะครับว่ามาจากไหน มีคนให้ชื่อนักวิทย์กลุ่มนี้ว่า Improbabilist (ยากที่จะเป็นไปได้) ในกลุ่มนี้มีคนดังอย่าง Francis Crick (Nobel laureate, คนพบโครงสร้างของDNA กับ J. Watson) ครั้งหนึ่งเขาพูดว่า "The origin of life appears to be almost a miracle" อีกกลุ่มหนึ่ง บอกว่ามันต้องเกิดขึ้นแน่ๆในโลกนี่แหละ แค่เรายังไม่สามารบอกได้อย่างแน่นอนว่าอย่างไร กลุ่มนี้ได้ชื่อว่า Inevitablilist (เลี่ยงไม่ได้ต้องเกิดขึ้นอย่างแน่นอน) เพราะเชื่อว่า เมื่อทุกอย่างพร้อม (อนินทรีย์สารและปัจจัยต่างๆ) ชีวิตจะต้องเกิดขึ้นอย่างแน่นอน Richard Dawkins (นักวิทย์นักเขียนชื่อดัง) เป็นหนึ่งในกลุ่มนี้ หากเป็นไปตามกลุ่ม Improbablilist คำถามก็ยังคงอยู่เพียงแค่ย้ายสถานที่ ที่ว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร (ไม่ว่าจะมาจากที่ไหน)





หากมันเกิดขึ้นจริง นักวิทย์ (โดยเฉพาะนักชีวเคมี) พอจะคาดการณ์ได้ว่า น่าจะมีลำดับเหตุการณ์สำคัญๆ (Key steps) ดังนี้


1. การสังเคราะห์โมเลกุลเดี่ยว (Abiotic synthesis of monomers เช่น amino acids, nucleotides)


2. การรวมตัวกันของพวกโมเลกุลเดี่ยวเป็น polymers (Polymerisation of monomers เช่น protein, nucleic acids)


3. การรวมกันของพวก polymers แล้วมีคุณสมบัติแตกต่างจากสิ่งแวดล้อมรอบตัว (มีคุณสมบัติ membrane selectivity, permeability) และอาจมีการสะสมพลังงานในตัว


4. การเกิดขึ้นของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ถึงจุดนี้มีคำถามต่อไปให้ขบคิด แล้วอะไรล่ะ ที่เป็นสารพันธุกรรมตัวแรก ปกติในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต DNA เป็นสารพันธุกรรม (ไวรัส มีRNA เป็นสารพันธุกรรมด้วย, ไวรัสเป็นตัวปัญหาตัวหนึ่งที่ทำให้คำนิยามของคำว่าสิ่งมีชีวิต ไม่ลงเอยเสียที) และจะมีการแปลงรหัสเป็น RNA ทั้งนี้ด้วยความช่วยเหลือจากเอนไซม์ (ซึ่งเป็นสารพวกโปรตีนเป็นตัวเร่งปฎิกิริยา) ก่อนที่จะมีการอ่านรหัสเพื่อสังเคราะห์โปรตีนตามรหัสในDNAนั้นๆ ทั้งนี้อีกครั้งด้วยความช่วยเหลือจากเอนไซม์





คำถามมันก็เกิดขึ้นว่าถ้า DNA เป็น สารพันธุกรรมตัวแรก ยังไม่มีการสร้างเอนไซม์ DNAจะถูกแปลงรหัสให้เป็น RNA ได้อย่างไร เพราะเมื่อไม่มี RNA ก็ยังไม่มีโปรตีนพวกเอนไซม์ ต่อมามีการค้นพบว่า RNA มีคุณสมบัติอย่างเอนไซม์ได้ (biological catalyst) ทำให้นักวิทย์มองเห็นความเป็นไปได้ของข้อ 4. นี้ขึ้นมาทันที เลยคิดว่าสารพันธุกรรมตัวแรกน่าจะเป็น RNA และด้วย RNA ที่สามารทำงานแบบเอนไซม์ได้ จึงสามารสังเคราะห์โปรตีนได้ ต่อมาอาจเป็นเพราะเหตุผลของความเสถียรภาพ DNA ได้เข้ามาแทนที่ RNA ในการทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรม หรือโปรตีนเลยทีเดียวที่สามารทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรมได้ในระยะแรกเริ่ม แต่ยังไม่มีการยืนยันในสมมุติฐานอันนี้ (มีเพียงรายงานว่าโปรตีนขนาดเล็ก สามารถจำลองตัวเองได้)





ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้ล้วนเป็นสมมุติฐาน ที่ยังต้องพิสูจน์กันต่อไป จะเห็นได้ว่าการเกิดขึ้นของชีวิตนั้นค่อนข้างมหัศจรรย์ทีเดียว สิ่งมีชีวิตมีอยู่ทั่วทุกหนทุกแห่ง (ทั่วทุกแห่งจริงๆ) ไม่ว่าจะบนที่สูงเทียบฟ้า ในอากาศ บนดิน ใต้ดิน ใต้ทะเลลึก หรือกระทั่งในปล่องภูเขาไฟ แม้ด้วยเทคโนโลยีที่สูงสุดในปัจจุบัน มนุษย์ก็ยังไม่ทราบอย่างแน่ชัดว่าสิ่งมีชีวิตบนโลก ถือกำเนิดขึ้นได้อย่างไร คำถามนี้คงจะท้าทายมนุษย์ไปอีกค่อนข้างนาน และยังมีคำถามเพิ่มอีกนิดหนึ่งว่า แล้วจริงหรือที่ทุกสิ่งมีชีวิตบนโลกมีกำเนิดมาจาก เซลล์แรกเซลล์เดียว เป็นไปได้ไหมที่มีการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต หลายๆแห่งพร้อมๆกัน หากมีการเกิดขึ้นขึ้นมาจริงๆ





ด้วยเหตุที่นักวิทยาศาสตร์เองยังหาคำตอบที่แน่นอนไม่ได้ ไม่นานมานี้ ก็มีกลุ่มคนกลุ่มหนึ่งในอเมริกา ซึ่งเชื่อว่า สิ่งมีชีวิตถูกสร้างขึ้นมาโดยผู้สร้าง (creator) ได้มีชัยชนะในการที่ให้โรงเรียนในรัฐของตน สอนเรื่องการสร้างโลกแก่นักเรียน เรื่องนี้ไม่ทราบว่าจะอธิบายเป็นความก้าวหน้าอย่างไรดี คงต้องเป็นหน้าที่ของท่านผู้อ่านเองในการพิจารณา หรือใครจะรู้ ปัญหาเรื่องกำเนิดสิ่งมีชีวิตอาจจะมีคำตอบในไม่ช้านี้ คิดเห็นอย่างไรเขียนมาเล่ากันฟังบ้างนะครับ แล้วจะเล่าเรื่องสนุกๆให้ฟังอีก พบกันใหม่ฉบับหน้า สวัสดีครับ





อ่านเพิ่มเติมได้ที่

http://www.thaied.net/Library/Biological/index.php3?link=

http://216.167.84.216/Library/Biological/july8/lifearth.htm

http://www.sigmaxi.org/amsci/articles/95articles/cdeduve.html

http://www.sciam.com/explorations/112596explorations.html

http://www.sciam.com/askexpert/biology/biology15.htm

http://www.mesozoic.demon.co.uk/chemical.htm

http://www.geocities.com:0080/CapeCanaveral/Lab/2948/originoflife.html

http://www.origins.rpi.edu

http://origins.jpl.nasa.gov/

http://www.mattox.com/genome/