สารคดีเรื่องเซลล์ ตอนสารเคมีแห่งชีวิต

สารคดีเรื่อง “เซลล์” ตอนที่ 2 “สารเคมีของชีวิต” The Cell Episode 2 Chemistry of Life

การทดลองบีบฟองน้ำผ่านผ้ากรองให้กลายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย กลายเป็นน้ำคั้นฟองน้ำ แต่เซลล์ของฟองน้ำกลับมารวมกันได้ใหม่อีกครั้ง

เซลล์รู้ได้อย่างไรว่าต้องทำอะไร มีอะไรเกิดขึ้นในเซลล์? หากเราตอบคำถามพวกนี้ได้ เราอาจจะได้คำตอบว่าอะไรที่ทำให้มีชีวิตขึ้นมา

นักวิทยาศาสตร์อดีตรู้ว่าสิ่งมีชีวิตต่างประกอบกันขึ้นมาด้วยเซลล์ ไม่ว่าจะเป็นสัตว์ หรือพืช

ค.ศ. 1968 นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาเคมีของเม็ดเลือดขาว เพื่อต้องการทราบว่าเซลล์ประกอบด้วยอะไรบ้าง โดยใช้หนองที่ได้จากทหารเป็นแหล่งของเม็ดเลือดขาว แล้วก็ใช้เมือกในกระเพาะหมู ซึ่งมีเอนไซม์เปปซิน ซึ่งใช้ย่อยเม็ดเลือดขาว และศึกษานิวเคลียสในเม็ดเลือดขาวได้

ในนาทีที่ 8 ของคลิปจะได้เริ่มศึกษานิวเคลียสของเม็ดเลือดขาว ซึ่งนอกจากจะพบไนโตรเจน คาร์บอนแล้ว ยังพบฟอสฟอรัส ซึ่งในตอนนี้เราทราบว่าฟอสฟอรัสเป็นส่วนของกรดนิวคลีอิก แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในตอนนั้นยังไม่รู้จักนิวเคลียสดีนัก และยังไม่เข้าใจว่านิวเคลียสมีหน้าที่อย่างไร

การศึกษาเซลล์ ใช้ไข่ของสัตว์เช่นปลาในการศึกษา เพราะเป็นแหล่งของเซลล์ที่กำลังแบ่งตัว

นักวิทยาศาสตร์สมัยก่อนเชื่อว่าเซลล์แบ่งตัวโดยการคอดแล้วก็แบ่งเป็นสองเซลล์อย่างละครึ่งๆ แต่ในความเป็นจริงแล้ว เมื่อศึกษาให้ละเอียดมากยิ่งขึ้น นักวิทยาศาสตร์พบว่าเซลล์มีการแบ่งส่วนของโครงสร้างบางอย่างที่ติดสีและแบ่งออกก่อนการแบ่งเซลล์ นั่นคือการมองเห็นสิ่งที่เรียกว่าโครโมโซมกำลังแบ่งตัวนั่นเอง (นาทีที่ 14)

การศึกษาเม่นทะเล (sea urchin) ที่จับมาจากก้นอ่าว (นาที 15) ที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาส่วนของอวัยวะสืบพันธุ์ของเม่นทะเลที่เรียกว่าโกแนด (gonad) เราจะเห็นดร.มาเรีย อินา อาร์นอน แห่ง Stazione Zoologica Anton Dohrn, Naples แสดงการรับประทานส่วนนี้ของเม่นทะเล ซึ่งมีน้ำขาวๆ ซึ่งก็คือสเปิร์มของเม่นทะเลอยู่ด้วย ชาวประมงเรียกมันว่านมของเม่นทะเล

นักวิทยาศาสตร์ใช้โกแนดของเม่นทะเลในการศึกษาเพราะมันสร้างสเปิร์มและไข่นับล้านให้ศึกษา และถ้าอยากให้เม่นทะเลวางไข่ ก็จับมันสะบัดขึ้นลงไปมา (นาทีที่ 17) เม่นทะเลจะวางไข่ (spawn) และสามารถนำมาศึกษาการปฏิสนธิ (fertilization) ได้ และหลังการปฏิสนธิ จะมีนิวเคลียสใหม่เกิดขึ้น

ทุกครั้งที่เซลล์แบ่งตัว โครโมโซมจะแบ่งอย่างเท่าๆกันทุกครั้ง แต่นักวิทยาศาสตร์ในสมัยก่อนยังไม่ทราบว่าโครโมโซมมีหน้าที่อย่างไร

หากเพิ่มโครโมโซมเข้าไปในเซลล์ (นาที่ที่ 19) ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ เราจะเห็นว่าการแบ่งตัวของเซลล์จะผิดปกติ

เมื่อพบว่าหากมีความผิดปกติของการแบ่งเซลล์เกิดขึ้น การแบ่งเซลล์จะผิดปกติ และเม่นทะเลจะไม่เกิดขึ้น ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าข้อมูลที่อยู่ในโครโมโซมเป็นสิ่งสำคัญที่ควบคุมการทำงานของสิ่งมีชีวิต นั่นคือสารพันธุกรรมที่ส่งผ่านจากรุ่นหนึ่งสู่รุ่นหนึ่งได้

ในนิวยอร์ก โทมัส ฮันท์ มอร์แกน ศึกษาแมลงหวี่ ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นสัตว์ต้นแบบของการศึกษาชีววิทยา มันสืบพันธุ์ได้รวดเร็ว มีวงชีวิตสั้น มีโครโมโซม 4 คู่ และทำให้มอร์แกนเป็นเจ้าของแล็บที่มีชื่อว่า The Fly Lab

วันหนึ่ง (นาทีที่ 24) มอร์แกนพบแมลงหวี่ตัวผู้ที่มีตาสีขาว แทนที่จะเป็นตาสีแดง และเมื่อจับมันผสมกับแมลงหวี่เพศเมียตาสีแดงธรรมดา ทำให้ได้รุ่นลูกที่มีตาสีแดงเป็นส่วนใหญ่ แต่ตัวที่มีตาสีขาว เป็นตัวผู้เท่านั้น ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้มอร์แกนทราบว่าลักษณะที่ทำให้เกิดลักษณะตาสีขาวนั้นอยู่บนโครโซมเพศ และสิ่งที่ทำให้เกิดลักษณะต่างของสิ่งมีชีวิตควบคุมโดยสิ่งที่เรียกว่ายีน (gene)

แต่ยีนคืออะไร?

กริฟฟิทศึกษาแบคทีเรีย ว่ามันฆ่าเจ้าบ้านอย่างไร เพื่อหาวัคซีนป้องกันโรคปอดบวม ซึ่งเขาพบว่าแบคทีเรียที่ผ่านความร้อน ไม่ทำให้หนูทดลองตาย แต่พอผสมแบคทีเรียที่ผ่านความร้อน กับแบคทีเรียที่ไม่ทำให้หนูตาย ก็พบว่ามันกลับทำให้หนูตาย กริฟฟิทคิดว่าสิ่งที่อยู่ในแบคทีเรียที่ทำให้หนูตาย ถูกผ่านไปยังแบคทีเรียธรรมดา ซึ่งทำให้หนูตายได้ นั่นคือการค้นพบยีน แต่เขาไม่ได้ทำเรื่องนั้นต่อเพราะต้องไปทำวัคซีน

เอเวอรี ออสวอล (Avery Oswald) ศึกษางานของกริฟฟิท ซึ่งก็เป็นผู้เชี่ยวชาญทางด้านโรคปอดบวมเช่นกัน (นาที 32) ที่ห้องแล็บของเขานั้นศึกษาสารเคมีในแบคทีเรียว่าโมเลกุลอะไรที่ถูกส่งผ่านไปแล้วทำให้แบคทีเรียก่อโรค

ออสวอลเอาคาร์โบไฮเดรทออกไป เอาโปรตีนออกไป ฯลฯ จนกระทั่งเขาทดลองเอาดีเอ็นเอออกไป เขาก็พบว่าความสามารถในการทำให้เกิดโรคของแบคทีเรียนั้นหมดไป เป็นการค้นพบว่าสารอย่างดีเอ็นเอเป็นสิ่งที่ควบคุมลักษณะของเซลล์

แล้วดีเอ็นเอควบคุมเซลล์อย่างไร? (นาที่ 35) ก่อนอื่นนักวิทยาศาสตร์ต้องรู้เสียก่อนว่าดีเอ็นเอหน้าตาเป็นอย่างไร นักวิทยาศาสตร์ใช้เอ็กซเรย์ในการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล การกระเจิงของเอ็กซเรย์ทำให้เราศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลได้ว่าอะตอมของอะไรอยู่ตรงไหน

โรซาลิน แฟรงคลิน (นาที่ 37) ต้องทำแล็บตอนกลางคืน เพราะคิดว่าการใช้เอ็กซเรย์นั้นอันตรายกับคนทั่วไป หลังจากโรซาลินเตรียมตัวอย่างดีเอ็นเอสำเร็จ ก็ถ่ายภาพโครงสร้างของดีเอ็นเอ และนำภาพนั้นมาเพื่อดูว่าอะตอมใดอยู่ตรงไหน แต่ละภาพต้องใช้เวลานานนับ 19 ชั่วโมงในการถ่ายภาพ และภาพที่ 51 ก็ได้ภาพที่ชัดเจนที่สุด

เจมส์ วัตสัน และฟรานซิส คริก ได้ภาพที่ 51 นี้ไป (นาที 39) ซึ่งนำไปสู่การประกาศว่าค้นพบความลับของชีวิต โครงสร้างของดีเอ็นเอ ที่มีลักษณะเป็นเกลียวคู่ (double helix) ที่มีแกนเป็นน้ำตาลและฟอสเฟต ตรงกลางมีคู่เบสของอะดีนีนที่จับคู่กับไทมีน ในขณะที่ไซโตซีนจับกับกัวนีน

และหากแยกสายของดีเอ็นเอออกต่างกัน เราสามารถจำลองอีกสายหนึ่งขึ้นได้จากอีกสายหนึ่งที่มีอยู่ นั่นคือการค้นพบการจำลองดีเอ็นเอ (นาที 42)

มีอะไรอยู่ในดีเอ็นเอ? เราพบว่าภายในดีเอ็นเอมีข้อมูลสำหรับการสร้างโปรตีนอยู่

สารคดี What is Life ในนาที 43 นำเสนอเกี่ยวกับการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscope) ในการศึกษาเซลล์ มีการแสดงภาพของการจัดแสดงสิ่งที่จัดแสดงเป็นโครงสร้างของเซลล์จำลองขนาดใหญ่ แบบที่เราเดินเข้าไปดูได้ ปัจจุบันเราใช้คอมพิวเตอร์ในการสร้างแบบจำลองของเซลล์

นาทีที่ 45 นำไปสู่การศึกษาจีโนม หรือข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต แต่จากข้อมูลเหล่านี้นำไปสู่เซลล์ที่มีลักษณะต่างกันได้อย่างไร นาทีที่ 46 ผู้ดำเนินรายการทดลองเอาไฟมาลวกแขนตัวเอง เพื่อนำเสนอว่าแผลจะรักษาตัวเองได้อย่างไร รายการนำเสนอการทำงานของเซลล์หลายๆแบบในการรักษาบาดแผล จนกระทั่งแผลหายได้ในที่สุด

เซลล์ที่มีพันธุกรรมเหมือนๆกันนี้ ทำงานหน้าที่ต่างๆกัน รู้ได้อย่างไรว่าเซลล์แต่ละประเภทต้องทำอะไร

คำตอบมาจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาแมลงหวี่ในค.ศ. 1980 ว่าเซลล์มีข้อมูลสำหรับการสร้างสิ่งมีชีวิตทั้งตัวได้อย่างไร ในนาทีที่ 49 เราจะได้เห็นแมลงหวี่ที่มีขางอกอยู่บนหัว และเมื่อเปรียบเทียบพันธุกรรมกับแมลงหวี่ปกติ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทราบว่ามียีนที่ควบคุมการสร้างอวัยวะต่างๆอยู่ ศ.วอลเตอร์ เจ. แกริง (Walter J. Gehring) แห่งมหาวิทยาลัยเบเซิล พบตำแหน่งของยีนต่างๆ และนำมาสร้างเป็นแผนที่ยีน (genetic map)

นาที่ 51 เราได้ดูการการทำงานของระบบพันธุกรรมในการควบคุมการเจริญของตัวอ่อนของแมลงหวี่ ซึ่งประกอบด้วยสวิทช์ที่จะเปิดปิดการทำงานของยีน และนอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังพบการทำงานของระบบเดียวกันนี้ในสัตว์ชนิดอื่นเช่นกัน

ในค.ศ. 1995 นักเรียนของแกริงพบยีนที่ควบคุมการสร้างตาของแมลงหวี่ และเป็นยีนที่คล้ายกับที่ทำให้เกิดตาในหนู และนักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองทำสิ่งประหลาด ก็คือการนำยีนที่ทำให้เกิดตาในหนูไปใส่ในตัวอ่อนแมลงหวี่ แต่ตัวอ่อนของแมลงหวี่ไม่รอด เพราะมันพยายามสร้างตาไปทั่วบนตัวอ่อนของแมลงหวี่ในนาที 54 ที่พบว่าตาของหนูเกิดขึ้นในหลายๆส่วนของร่างกาย แต่มันไม่ใช่เหมือนตาของหนู แต่เป็นตาของแมลงหวี่ เพราะเซลล์ของแมลงหวี่สามารถอ่านข้อมูลให้สร้างตาได้

การที่เราสามารถเอายีนของหนู ไปทำให้แมลงหวี่สร้างตาในแมลงหวี่ได้ แสดงว่าสิ่งมีชีวิตต่างมีบรรพบุรุษร่วมกัน และการศึกษากำเนิดของเซลล์ ยังแสดงให้เห็นถึงกำเนิดของชีวิตอีกด้วย

ในเซลล์ที่มีดีเอ็นเอ แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของสารพันธุกรรม และทำให้เรารู้ว่าเซลล์ทำงานอย่างไร นิวเคลียสทำงานอย่างไร และสารพันธุกรรมทำงานอย่างไร

ในโปรแกรมต่อไป ซึ่งเป็นตอนสุดท้ายจะไปศึกษากำเนิดของชีวิต รวมถึงการสร้างสิ่งมีชีวิตจากสิ่งไม่มีชีวิต ว่าจะเป็นไปได้หรือไม่

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s