นักวิทย์ญี่ปุ่นไขปริศนา ต้นกำเนิดชีวิตมนุษย์ จากหยดละอองเล็กๆ

นักวิทยาศาสตร์ญี่ปุ่นเสนอ หยดละอองที่จำลองตัวเองได้อาจเป็นคำตอบของ “การกำเนิดชีวิตบนโลก” ต้นกำเนิดชีวิตมนุษย์

ต้นกำเนิดชีวิตมนุษย์ – นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮิโรชิมาและจากศูนย์วิจัยของบริษัทเคียวเซรา (Kyocera) ประเทศญี่ปุ่นได้เสนอ ‘สิ่งเชื่อมโยงที่ขาดหาย’ ในที่มาของการกำเนิดชีวิตบนโลกว่าอาจเป็นหยดละอองเล็ก ๆ (Droplet) ที่พัฒนากลายเป็นเซลล์แรกสุด และเป็นตัวแทนของวิวัฒนาการจากเคมีสู่ชีววิทยา
.
“ (สมมติฐาน) วิวัฒนาการทางเคมีมีการเสนอขึ้นครั้งแรกในปี 1920 มาจากแนวคิดที่ว่าชีวิตมีต้นกำเนิดมาจากการก่อตัวของโมเลกุลขนาดเล็กที่เรียบง่าย” มุเนยูกิ มัตซิโอะ (Muneyuki Matsuo) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเคมีจากมหาวิทยาลัยฮิโรชิมากล่าว
.
“ตั้งแต่นั้นมา ก็มีการศึกษาเพื่อตรวจสอบสมมติฐานโลกของ RNA (RNA world hypothesis) เป็นจำนวนมาก มันเป็นเสารพันธุกรรมเดียวที่จำลองตัวเองได้ก่อนที่จะกลายเป็นดีเอ็นเอ (DNA) และโปรตีน อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านั้น ที่มาของการรวมตัวของโมเลกุลขนาดเล็กเหล่านี้ยังคงเป็นเรื่องลึกลับกว่า 100 ปี มันเป็นความเชื่อมโยงที่ขาดหายไประหว่างเคมีและชีววิทยาในการกำเนิดชีวิต”
.
เซลล์เป็นสิ่งมีชีวิตในทางชีววิทยา และการเกิดขึ้นของเซลล์แรกในประวัติศาสตร์ของชีวิตบนโลกนั้นเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเกิดจากโมเลกุลเคมี ซึ่งก็คือกรดอะมิโนที่ไม่มีชีวิตรวมตัวกันกลายเป็น RNA และ DNA
.
ดังนั้น คำตอบที่ว่า สิ่งไม่มีชีวิตพัฒนารวมตัวกันกลายเป็นสิ่งชีวิตได้อย่างไร ถือเป็นเรื่องราวปริศนาเกี่ยวกับวิวัฒนาการทางเคมีที่กลายไปสู่ชีววิทยาของการกำเนิดชีวิต มัตซึโอะและ เคนสุเกะ คุริฮารระ (Kensuke Kurihara) นักวิจัยจากเคียวเซราจึงได้พัฒนาสิ่งที่มีชื่อว่า ‘Proliferating coacervate droplets’ ขึ้นมา
.
“Proliferating coacervate droplets คือการเชื่อมโยงที่ขาดหายไประหว่างเคมีและชีววิทยาในต้นกำเนิดของชีวิต” รายงานระบุ “การศึกษานี้อาจใช้เพื่ออธิบายการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกบนโลกดึกดำบรรพ์” เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ
.
พวกเขาเชื่อว่าสารเคมีที่อิสระของโลกยุคแรกเริ่มมาจากธรรมชาติที่เกิดขึ้นภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่สูง จากนั้นจึงเย็นตัวลงกลายเป็นสภาวะที่เป็นมิตรต่อการเกิดชีวิตมากขึ้น ซึ่งเขย่ารวมตัวกันในของเหลว (น้ำ) แต่ปัญหาคือการแพร่กระจายและการคัดลอกตัวเอง (แบบเดียวกับ RNA และ DNA ทำได้)
.
“การเพิ่มตัวเองต้องมีกระบวนการสร้างพอลิเมอร์ (Polymer,โมเลกุลขนาดใหญ่) และการประกอบตัวเองที่เกิดขึ้นเองในสภาวะเดียวกัน” มัตซึโอะกล่าว ดังนั้นพวกเขาจึงสร้างโปรโตเซลล์ที่จำลองตัวเองได้ในห้องปฏิบัติการ
.
โดยเริ่มต้นจากการรวมอนุพันธ์ของกรดอะมิโนเพื่อสร้างโมเลกุลขนาดเล็ก จากนั้นใส่ลงในน้ำที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศปกติ โมเลกุลเหล่านั้นควบแน่นเป็นเปปไทด์ (Peptide, กรดอะมิโนสายยาว) กลายเป็นเหมือนละอองที่ลอยอยู่ในน้ำ และเมื่อเติมกรดอะมิโนเตรียมไว้มากขึ้น (ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติ) ละอองเหล่านั้นก็ขยายใหญ่ขึ้นและเริ่มแบ่งตัว
.
แต่ที่น่าสนใจที่สุดคือ กรดนิวคลีอิก (Nucleic acid, สารประกอบที่มีโมเลกุลเป็นพอลิเมอร์) เข้มข้นบางชนิดสามารถนำส่งข้อมูลทางพันธุกรรมได้ ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะอยู่รอดได้ในสิ่งแวดล้อม แสดงให้เห็นกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
.
โดยสรุปแล้วละอองที่แพร่กระจายเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็นภาชนะเพื่อรวม RNA, Lipid (ลิพิด, สารชีวโมเลกุลชนิดหนึ่ง) และเปปไทด์ในช่วงประวัติศาสตร์ยุคแรก ๆ ของโลก พวกมันสามารถรวมตัวกันและเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อย ๆ รวมทั้งสามารถแสดงพฤติกรรมที่คล้ายคลึงกันของชีวิตในทางชีววิทยาได้
.
“เราได้ทดลองเกี่ยวกับความลึกลับที่มีมาอย่างยาวนานว่าบรรพบุรุษพรีไบโอติก (Prebiotic, จุลินทรีย์ประเภทหนึ่ง) ว่าสามารถเพิ่มจำนวนและอยู่รอดได้อย่างไรโดยการคัดเลือกที่เข้มข้นที่สุด” มัตซึโอะกล่าว “แทนที่จะเป็นสมมติฐานของโลก RNA เราพบว่า ‘โลกของละออง’ อาจเป็นคำอธิบายที่แม่นยำยิ่งขึ้นเนื่องจากผลการวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่าละอองกลายเป็นการรวมกันของโมเลกุลที่วิวัฒนาการได้ หนึ่งในนั้นได้กลายเป็นบรรพบุรุษร่วมกันของเรา”