เซลล์ของสิ่งมีชีวิต แรกบนโลกเริ่มต้นได้อย่างไร? เรื่องราวการกำเนิดชีวิตที่ยังคงลึกลับและสร้างคำถามให้กับนักวิทยาศาสตร์มานานหลายร้อยปี ในตอนนี้งานวิจัยใหม่ได้ให้เบาะแสอะไรบางอย่างที่อาจนำไปสู่คำตอบที่ใหญ่กว่าได้

เซลล์ของสิ่งมีชีวิต – “เมื่อถึงจุดหนึ่ง เราทุกคนก็สงสัยว่าเรามาจากไหน?” รามานารายานาน คริชนามูร์ที (Ramanarayanan Krishnamurthy) จากสถาบันวิจัยสคริปป์ ในแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา กล่าว “การค้นพบนี้ช่วยให้เราเข้าใจสภาพแวดล้อมของโลกยุคแรกได้ดีขึ้น เพื่อให้เราสามารถค้นพบต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต และวิธีที่ชีวิตสามารถวิวัฒนาการบนโลกยุคแรกได้”

ราว 4 พันล้านปีก่อน ขณะที่โลกกำลังก่อตัวขึ้นใหม่ ๆ ซึ่งเต็มไปด้วยอะตอมและโมเลกุลทางเคมีจำนวนมาก พวกมันเหล่านี้ไม่มีชีวิต เป็นเพียงกลุ่มอะตอมที่เกาะอยู่ด้วยกันเท่านั้น ทว่าเมื่อเวลาและสภาพแวดล้อมบนโลกผ่านไป มันกลับกลายเป็นสิ่งใหม่ขึ้นมานั่นคือเซลล์

นักวิทยาศาสตร์ไม่มีคำตอบว่ามันเปลี่ยนจากโมเลกุลเคมีมาเป็นอะไรบางอย่างที่มี ‘ชีวิต’ ขึ้นมาได้อย่างไร ไม่มีใครตอบได้ แม้จะมีความพยายามอย่างต่อเนื่อง แต่กระบวนการนั้นก็ยังคงเป็นเหมือนเมฆหมอกสีดำปกคลุมอยู่ ทว่า เราเห็นหลักฐานที่ไม่สามารถปฏิเสธได้ว่าโลกได้สร้างชีวิตขึ้นมาจริง ๆ นั่นก็คือเราที่กำลังอ่านบทความนี้อยู่

“ทำไมเราถึงมีชีวิต? เหตุใดกฎเคมีจึงทำให้ชีวิตที่นี่ดูเป็นเช่นนี้” แมทธิว พาวเนอร์ (Matthew Powner) ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยลอนดอนคอลเลจที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยนี้ กล่าว มันเป็น “คำถามที่น่าอัศจรรย์ที่สุดที่เราสามารถตอบได้”

แม้สิ่งมีชีวิตทั้งในอดีตและปัจจุบันจะมีรูปลักษณ์ที่แตกต่างกันอย่างมาก ทั้งคอยาว หนักเกือบร้อยตัน มีครีบ มีหาง และมีเส้นผม แต่ทั้งหมดก็ถูกสร้างจาก “องค์ประกอบทางเคมีพื้นฐานเดียว” เรามีรหัสบนดีเอ็นเอเหมือนกับฉลามในมหาสมุทร และแบบเดียวกับหอยทากที่เคลื่อนไหวอย่างช้า ๆ ตามกองใบไม้ ชีวิตบนโลก A,T,C และ G ซึ่งเป็นกรดเบสบนดีเอ็นเอเหมือนกัน แตกต่างกันตรงที่การเรียงลำดับและปริมาณเท่านั้น

ดีเอ็นเอเหล่านี้ไม่มีชีวิต พวกมันเป็นแค่กลุ่มโมเลกุลที่เกาะอยู่ด้วยกันซึ่งม้วนตัวอยู่ในเซลล์’ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงลองคิดนอกกรอบด้วยการหันไปหาสิ่งที่เรียกว่า ‘โปรโตเซลล์’ (Protocells) ซึ่งเป็นเซลล์ตั้งต้นของเซลล์ร่างกายอื่น ๆ ในช่วงการเกิดขึ้นของชีวิต มันช่วยให้ดีเอ็นเออยู่ได้อย่างปลอดภัยภายใต้การปกป้องของแนวโมเลกุลไขมัน (ผนังเซลล์)

การเข้าใจว่าโปรโตเซลล์เกิดขึ้นได้อย่างไร อาจช่วยให้เราเข้าใจว่าชีวิตแรกเกิดขึ้นได้อย่างไรง่ายขึ้น

ในงานวิจัยใหม่นี้ ทีมงานได้ตรวจสอบกระบวนการที่มีชื่อว่า ‘ฟอสโฟรีเลชั่น’ (phosphorylation) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ถูกเพิ่มอะตอมของฟอสฟอรัสเข้าไป ทำให้กลุ่มไขมันทรงกลมหรือโปรโตเซลล์พัฒนาตัวเองกลายเป็นเซลล์ที่ซับซ้อน ทำงานได้หลากหลาย มีเสถียรภาพ และออกฤทธิ์ทางเคมีมากขึ้น

ทีมวิจัยตั้งสมมติฐานว่า เนื่องจากกระบวนการนี้แพร่หลายมากในการทำงานทางชีววิทยาของร่างกายปัจจุบัน ดังนั้น ‘ฟอสโฟรีเลชั่น’ เองก็น่าจะอยู่มาตั้งแต่เซลล์แรกกำเนิดขึ้นเมื่อราว 4 พันล้านปีก่อน พวกเขาจึงสร้างสภาพแวดล้อมในช่วงก่อนที่จะมีชีวิตแรกขึ้นมา (ตามความรู้ที่มีอยู่ในปัจจุบัน)

ทีมงานได้รวมสารเคมีต่าง ๆ เช่นกรดไขมัน และกลีเซอรอลลงไปสภาพแวดล้อมเหล่านั้น พร้อมกับปรับอุณหภูมิและความเป็นกรดเบสเล็กน้อย จากนั้นก็สังเกตปฏิกิริยาเคมีของสารผสมเหล่านั้นและเพิ่มเติมสารใหม่ ๆ และปฏิกิริยาใหม่ เช่น การเลียนแบบฟ้าผ่า

ปรากฎว่าถุงที่เป็นกรดไขมันและกลีเซอรอลเกิดขึ้นได้และกลายเป็นเซลล์ด้วยกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่นในการทดลองนี้ มันจึงให้เบาะแสที่ว่า ในยุคแรกอาจมีสภาพแวดล้อมทางเคมีคล้ายกับในการทดลอง และนั่นก็หมายความว่า กระบวนการนี้อาจมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการทำให้โมเลกุลเปลี่ยนตัวเองเป็นเซลล์ ซึ่งเกิดขึ้นแทบจะทันทีที่สภาพแวดล้อมเอื้ออำนวย

“เราได้ค้นพบวิถีทางหนึ่งที่เป็นไปได้ว่า ฟอสโฟไลปิด (ผนังเซลล์ที่มีฟอสฟอรัสผสมอยู่) สามารถเกิดขึ้นได้อย่างไรในระหว่างกระบวนการวิวัฒนาการทางเคมี” แอชโฮก เดนิซ (Ashok Deniz) ศาสตราจารย์จากภาควิชาชีววิทยาเชิงบูรณาการโครงสร้างที่สถาบันวิจัยสคริปป์ กล่าว

“เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นที่ได้เปิดเผยว่าเคมีในยุคแรก ๆ อาจมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้เกิดชีวิตบนโลกได้อย่างไร การค้นพบของเรายังบอกเป็นนัยถึงฟิสิกส์ที่น่าสนใจมากมายที่อาจมีบทบาทสำคัญไปตลอดทางจนถึงเซลล์สมัยใหม่ (ปัจจุบัน)”

ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่า “กระบวนการฟอสโฟรีเลชั่น” เป็น “หนึ่งในปัจจัย” ที่ผลักดันให้เกิดชีวิต มันทำให้โครงสร้างผนังเซลล์มึความเสถียรมากขึ้นในสภาพแวดล้อมยุคแรกที่คาดเดาไม่ได้และรุนแรง ช่วยให้เซลล์นั้นอยู่รอดและวิวัฒนาการต่อไป ทีมงานวางแผนที่จะตรวจสอบให้ลึกลงไปในกระบวนการนี้ โดยหวังว่าจะได้เบาะแสเพิ่มเติม

“เราไม่สามารถย้อนเวลากลับไปได้ เราไม่สามารถกลับไปสู่ต้นกำเนิดของชีวิตได้ เราไม่สามารถหาตัวอย่างจากกรอบเวลานั้นได้” พาวเนอร์ กล่าว “ศักยภาพเดียวของเราที่จะแก้ไขปัญหานั้นได้อย่างแท้จริงคือ การสร้างมันขึ้นมาใหม่โดยเริ่มต้นจากศูนย์ ปรับโครงสร้างเซลล์ และทำความเข้าใจว่าต้องใช้อะไรบ้างในการสร้างสิ่งมีชีวิต”

สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล

ที่มา
https://www.cell.com/chem/abstract/S2451-9294(24)00069-X
https://www.eurekalert.org/news-releases/1036040
https://www.sciencealert.com/we-may-finally-know-how-the-first-cells-on-earth-formed

อ่านเพิ่มเติม สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ถึงตัวจะเล็ก แต่ทำหน้าที่ยิ่งใหญ่