สารคดีเรื่องเซลล์ ตอนประกายชีวิต

หลักฐานของการกำเนิดชีวิตที่อยู่ในหินโบราณ ซากดึกดำบรรพ์ของเซลล์ อายุล้านปี  ชีวิตกำเนิดขึ้นจากเซลล์ อาจจเป็นเพียงเซลล์เพียงเซลล์เดียวก็ได้ ที่เกิดขึ้นและรอดมาจนสืบทอดต่อกันมาจนกระทั่งปัจจุบัน

เราจะสร้างเซลล์ขึ้นมาเองจากการไม่มีอะไรเลยได้หรือไม่?

การสร้างเซลล์ขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการฟังแล้วเหมือนเป็นเรื่องเหลือเชื่อ แต่นักวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงเซลล์ที่มีอยู่ตามธรรมชาติตามความต้องการของตนได้บ้างแล้ว

ในห้องปฏิบัติการของดร.สตีเฟน เดล คาร์เดย์เรย์ (นาทีที่ 3) แสดงให้เห็นว่าเราสามารถเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของแบคทีเรียธรรมดาให้สร้างน้ำมันดีเซลให้เราได้

ปริศนาของการสร้างเซลล์สิ่งมีชีวิตก็คือ อะไรคือการนำสารเคมีที่ไม่มีชีวิตมารวมกัน แล้วทำให้มันมีชีวิตขึ้นมาได้

ผู้ดำเนินรายการเข้าห้องสมุดไปหาหนังสือ “กำเนิดสปีชีส์” ฉบับที่ตีพิมพ์ครั้งแรก แล้วเปิดไปหน้า 484 (นาทีที่ 8)  ที่ดาร์วินกล่าวว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้ล้วนสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่เราต่างมีร่วมกัน แม้ว่าดาร์วินจะไม่ได้กล่าวถึงว่ากำเนิดของบรรพบุรุษนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรก็ตาม

ในยุคเดียวกันนี้ สิ่งที่ในโปรแกรมก่อนหน้านี้ได้กล่าวถึงไปก็คือความเข้าใจของเราที่ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายนั้นประกอบขึ้นด้วยเซลล์ ไม่ว่าจะเป็นพืชหรือสัตว์ก็ตาม และเซลล์เกิดขึ้นจากเซลล์ด้วยกันเท่านั้น และหากรวมสองเรื่องนี้เข้าด้วยกันแล้ว ก็จะเห็นได้ว่าสรรพชีวิตนั้นล้วนเกี่ยวดองกัน

ดาร์วินเขียนจดหมายถึงเพื่อนเขา (นาทีที่ 11) ซึ่งในภายหลังนักวิทยาศาสตร์ได้เห็นว่าดาร์วินกำลังพยายามอธิบายกำเนิดของชีวิต โดยบอกว่าหากมีสารเคมีทั้งหลายเช่นแอมโนเมีย มีกระแสไฟฟ้าแล้ว โปรตีนสามารถเกิดขึ้น และเปลี่ยนแปลงไปได้ ซึ่งในปีค.ศ. 1920 นักวิทยาศาสตร์รัสเซียอย่างโอปารินและฮาร์เดนของอังกฤษคิดไอเดียแบบเดียวกันขึ้นมาว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นมาได้อย่างไร จนกระทั่งเกิดเกซลล์ขึ้น (Oparin-Haldane Hypothesis)

ที่ทะเลสาบโมโน (นาทีที่ 14) แสดงให้เห็นว่าทะเลสาบที่มีน้ำเค็มและเป็นด่างมากก็ยังมีสิ่งมีชีวิตอยู่ ในปีค.ศ. 1952 นักเรียนอายุ 20 ปีชื่อสแตนลีย์ มิลเลอร์ สนใจงานของโอปารินและฮาร์เดนมาก ก็เลยลองทำการทดลอง แต่อาจารย์ของมิลเลอร์ไม่ค่อยเชื่อเท่าไหร่ เลยให้เวลาทำการทดลองเพียงแค่หกเดือน

มิลเลอร์ทำการทดลองโดยการปล่อยให้ก๊าซต่างๆคล้ายกับบรรยากาศของโลกในอดีตที่โอปารินเสนอ ผ่านกระแสไฟฟ้า ส่วนน้ำที่ควบแน่นลงมาเริ่มมีสีที่เปลี่ยนไป ส่วนน้ำที่ได้นั้นเขาก็นำไปทำโครมาโตกราฟฟี และสิ่งที่เขาพบก็คือกรดอะมิโน 5 ชนิด ซึ่งเมื่อนำมารวมกันมันก็จะกลายเป็นโปรตีน ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นทั้งโครงสร้าง และมีหน้าที่ควบคุมการทำงานต่างๆเช่นในเอนไซม์ต่างๆ

การค้นพบเช่นนี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในอดีตเช่นในการทดลองนำไปสู่สิ่งมีชีวิตได้

แม้ว่ามิลเลอร์จะเสียชีวิตไปแล้ว แต่ลูกศิษย์ของมิลเลอร์ ศ.เจฟฟรีย์ บาดา (นาทีที่ 21) พบกล่องบรรจุผลการทดลองของมิลเลอร์ บางกล่องมาจากการทดลองที่มิลเลอร์จำลองผลของภูเขาไฟเข้าไปด้วย และเมื่อนักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันศึกษาตัวอย่างจากการทดลองของมิลเลอร์ด้วยเครื่องมือที่ทันสมัย สิ่งที่พบก็คือกรดอะมิโนอีกจำนวนมากหมายหลายชนิด หรือประมาณ 25 ชนิด มากกว่าที่มิลเลอร์รายงานนับห้าเท่า และอาจจะมีมากกว่านี้อีก

ในนาทีที่ 24 เกี่ยวกับเรื่องดีเอ็นเอ ที่วัตสันและคริกนำเสนอเกี่ยวกับโครงสร้างของมัน หนึ่งปีให้หลังงานของมิลเลอร์ ต่อมาคริกอธิบายว่าเซลล์สร้างโปรตีนอย่างไรได้จากข้อมูลในดีเอ็นเอ ในนาทีที่ 26 จะได้ดูการ์ตูนการสร้างโปรตีนจากข้อมูลบนดีเอ็นเอ หรือ Central Dogma ทางชีววิทยานั่นเอง

ในเวลาต่อมานักวิทยาศาสตร์สามารถหาลำดับเบสของยีนได้ และในเวลาต่อมาอีกเราสามารถตัดต่อยีนของสิ่งมีชีวิต เช่นนำยีนของมนุษย์ใส่เข้าไปในแบคทีเรียได้ และในรายการเราได้เห็นการนำยีนเรืองแสงสีเขียวของแมงกระพรุนใส่เข้าไปในยีสต์

ดีเอ็นเอสามารถใช้ในการควบคุมเซลล์ต่างๆได้ แสดงให้เห็นว่าเราทั้งหลายต่างเกิดขึ้นมาจากบรรพบุรุษร่วมแบบเดียวกันตามที่ดาร์วินได้เขียนเอาไว้

แล้วดีเอ็นเอเกิดขึ้นมาได้อย่างไรในตอนแรก?

ในนาทีที่ 33 มาดูว่าดีเอ็นเอกำเนิดขึ้นมาอย่างไร รายการพาเราไปดูงานทางด้าน astrobiology หรือชีววิทยานอกโลก โดยการศึกษาหินที่มาจากอวกาศ ที่มีอายุกว่า 4.6 พันล้านปีก่อน

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พบก็คือสารอินทรีย์ที่มาจากนอกโลก และอาจเป็นตัวจุดประกายชีวิตบนโลก

สิ่งที่อยู่ในอุกกาบาตคือเบสที่เป็นองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก ซึ่งแสดงให้เห็นจากอายุของมันแสดงให้เห็นว่าสารเคมีของสารพันธุกรรมเหล่านี้มีอยู่ก่อนหน้านี้แล้วในอวกาศก่อนที่ดาวเคราะห์โลกถือกำเนิดขึ้นเสียอีก

แล้วของทุกสิ่งที่ไม่ว่าจะเป็นสารพันธุกรรม และโปรตีนเข้าไปอยู่ในเซลล์เดียวกันได้อย่างไร?

ที่ Harvard มี Origin of Life Initiative (นาทีที่ 40) ทางรายการพาเราไปพบกับ Prof Jack Szostak เกี่ยวกับกำเนิดของเซลล์ แล้วเซลล์แรกสุดเกิดขึ้นได้อย่างไรเมื่อยังไม่มีเซลล์ใดเลย

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาด้วยกรดไขมัน (fatty acid) ว่าน่าจะเป็นต้นกำเนิดของเซลล์ เมื่อผสมกับน้ำ เราพบว่ามันผสมกัน แต่ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ สิ่งที่เราเห็นคือโครงสร้างที่เกิดขึ้นเรียกว่าโพรโตเซลล์ (protocell) ที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเซลล์แรกเริ่มอาจจะมีหน้าตาแบบนี้

มันมีพฤติกรรมหลายอย่างเช่นเมื่อเพิ่มกรดไขมันเข้าไป มันก็ทำเหมือนว่ามันกินกรดไขมันเพิ่มเข้าไป และเมื่อเป่าลมลงไป เราก็เห็นว่าเจ้าโพรโตเซลล์เหล่านี้แยกตัวออกจากกัน เหมือนเซลล์ที่แบ่งตัวออก และการแบ่งเซลล์ในยุคแรกเริ่ม อาจต้องใช้แรงจากธรรมชาติมาช่วยกระทำเช่นนี้

เราจะสร้างเซลล์ที่มีชีวิตขึ้นมาเองได้หรือไม่?

นักวิทยาศาสตร์ลองเอาชีววิทยาผสมกับวิศวกรรมเกิดเป็นสาขาที่เรียกว่า Synthetic Biology (นาทีที่ 46) ทางรายการกลับมายัง Harvard และพบกับ Prof Gearge Church ที่ศึกษาว่าเซลล์ต้องการอะไรเป็นอย่างน้อยในการที่จะทำให้มันมีชีวิต

ไรโบโซมกลายเป็นสิ่งที่เป็นกุญแจที่สำคัญของชีวิต

เราจะสร้างไรโบโซมขึ้นในห้องแล็บได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ยังต้องกลับมาเพื่อสร้างดีเอ็นเอก่อน แต่ตอนนี้เราสังเคราะห์ดีเอ็นเอที่มีลำดับเบสที่เราต้องการขึ้นเองได้แล้ว แล้วค่อยนำดีเอ็นเอนี้ไปสร้างไรโบโซมสังเคราะห์ภายนอกเซลล์ได้ (นาทีที่ 53) ซึ่งในที่นี้ใช้โปรตีนจากหิ่งห้อยทำให้เห็นว่าการสร้างไรโบโซมสำเร็จ

ในอนาคตนักวิทยาศาสตร์ตั้งใจที่จะสร้างองค์ประกอบที่เหลือเพื่อนำมารวมกันเพื่อให้เกิดเป็นเซลล์ที่มีชีวิตได้ต่อไป

3 thoughts on “สารคดีเรื่องเซลล์ ตอนประกายชีวิต

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