บทที่ 4 วิวัฒนาการ

สิ่งมีชีวิตชนิดแรกของโลก

4.28 – 3.77 พันล้านปีก่อน อาจเป็นช่วงเวลาที่โลกมีสิ่งมีชีวิตอุบัติขึ้นแล้วก็เป็นได้ ดูจากรายงานการค้นพบซากดึกดำบรรพ์ (fossil) โบราณในประเทศแคนาดา

Origin_of_Life_in_Canadian_Quartz _20170301

ตำราเรียนทางชีววิทยาหรือวิวัฒนาการทั่วไปมักกล่าวถึงช่วงเวลาประมาณ 3.8 – 3.5 พันล้านปีก่อน ที่น่าจะมีสิ่งมีชีวิตอุบัติขึ้นบนโลก

หลายคนอาจยังไม่เชื่อนัก แต่ผลงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ก็คอบให้ทุกคนลองไปอ่านกันอยู่ (ดังลิงก์ด้านล่าง)

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง

Advertisements
บทที่ 2 เซลล์

เพลงเกี่ยวกับเซลล์

เป็นวิดีโอคลิปเพลงฝรั่ง เกี่ยวกับเซลล์และองค์ประกอบของเซลล์ ทั้งเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ ในชื่อว่า The Cell Song โดย Glenn Wolkenfeld

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง:

บทที่ 2 เซลล์, บทที่ 4 วิวัฒนาการ

กว่าจะมาเป็นเซลล์ยูคารีโอต

งานวิจัยในวารสารออนไลน์ Biology Direct กล่าวถึงวิวัฒนาการแสดงการเปลี่ยนแปลงจากโปรคารีโอต (prokaryote) สู่ยูคารีโอต (eukaryote) ซึ่งถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก มันทำให้เซลล์ซับซ้อนขึ้น สิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนและหลากหลายมากขึ้นในเวลาต่อมา

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าจุดเปลี่ยนของเซลล์สู่การเป็นยูคารีโอตนั้นเกิดจากการพัฒนาขึ้นของระบบเยื่อหุ้มภายในเซลล์ (endomembrane system) ซึ่งนำไปสู่การเกิดนิวเคลียส

ในความเป็นจริงนั้น การศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อนนั้นเป็นเรื่องยาก มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนหลายกลุ่มเสนอโมเดลอธิบายต้นกำเนิดของเซลล์ยูคารีโอตขึ้นมา

ในที่นี้เป็นแนวคิดที่ว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการภายในเซลล์ที่เกิดหลายเหตุการณ์ขึ้นพร้อมๆกัน เกิดวิวัฒนาการร่วมกัน (coevolution)

ณ จุดหนึ่งของวิวัฒนาการ การเกิดระบบเยื่อหุ้มภายในเกิดขึ้นควบคู่ไปกับกำเนิดโครงร่างของเซลล์ (cytoskeleton) ซึ่งทำให้เกิดนิวเคลียส และการเกิดขึ้นของสิ่งที่จะแบ่งเซลล์แบบไมโตติกได้ขึ้นมาพร้อมกันกไปด้วย หรือกล่าวได้ว่าวิวัฒนาการที่ทำให้เกิดยูคารีโอตคือเหตุการณ์ที่ทำให้เซลล์แบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ (compartmentation) และกลไกการแบ่งดีเอ็นเอ

เรามักมองวิวัฒนาการของยูคารีโอตว่าเกิดจากการมีเยื่อหุ้มภายในมาหุ้มโครมาติน (chromatin) แต่แท้จริงแล้วมันอาจมีหลายเหตุการณ์เกิดขึ้นพร้อมกัน มากกว่าที่จะเกิดต่อเนื่องเป็นลำดับเรียงๆกันไป

มีแนวคิดที่เชื่อว่าพันธุกรรมเป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้เกิดวิวัฒนาการไปของเซลล์ แต่ในความเป็นจริงแล้วมันอาจเกิดจากการกินกันของเซลล์ที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในภายหลัง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามหาทางอธิบาย และใช้หลักฐานต่างๆที่พบในการยืนยันความเป็นไปได้ของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง:

บทที่ 1 สารเคมีแห่งชีวิต, บทที่ 2 เซลล์

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

บทที่ 1 สารเคมีแห่งชีวิต, บทที่ 2 เซลล์

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

บทที่ 1 สารเคมีแห่งชีวิต, บทที่ 2 เซลล์

เซลล์ ตอนอาณาจักรที่ซ่อนเร้น

สารคดีชุด “The Cell” ของ BBC ออกอากาศในปีค.ศ. 2009 เกี่ยวกับประวัติศาสตร์อันยาวนานของการศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์ และด้านอื่นๆที่เกี่ยวข้อง

ในตอนแรกนี้ดร.อดัม รัทเทอร์ฟอร์ดนำเสนอเรื่องราวของการค้นพบเซลล์ (cell) และความมหัศจรรย์ของชีวิต (life) ที่ต่างก็ประกอบขึ้นด้วยเซลล์

บทที่ 1 สารเคมีแห่งชีวิต, บทที่ 2 เซลล์

อนินทรียเซลล์

ชื่อแปลกประหลาดของเรื่องนี้มาจากโครงการวิจัยชื่อ Modular Redox-Active Inorganic Chemical Cells: iCHELLs ที่ตีพิมพ์ในวรสร Angewandte Chemie โดยทีมของดร.โครนิน

ในข่าวนี้กล่าวถึงการวิจัยเพื่อที่จะสร้างเซลล์จากสารอนินทรีย์ ปกติแล้วเซลล์ของเราหรือของสิ่งมีชีวิตต่างๆเป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์ที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลัก แต่นักวิทยาศาสตร์ต้องการสร้างเซลล์จากสารอนินทรีย์ (inorganic) ให้มีคุณสมบัติเหมือนเซลล์ เช่นเพิ่มจำนวนตัวเองได้ หรือสืบพันธุ์ได้นั่นเอง และอาจวิวัฒนาการได้อีกด้วย

หากทำสำเร็จก็จะมีประโยชน์ต่อการนำไปใช้ด้านต่างๆ รวมทั้งข้อโต้แย้งอื่นๆว่ามันอาจจะทำลายโลกได้เพราะเราไม่รู้จะจัดการมันยังไง

ที่มา: BBC News – Glasgow University in bid to create ‘inorganic life’.