<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/37345" type="text/javascript"></script>

ปฐมกาลของสรรพชีวิต กับการกำเนิดของโลกและจักรวาล ในระยะแรกโลกเต็มไปด้วยก๊าซร้อน และลาวาจากภูเขาไฟระเบิด อุณหภูมิของโลกร้อนมากจนไม่มีสิ่งมีชีวิตใดสามารถอยู่ได้ จนเวลาผ่านไปเป็นล้านปีจึงมีสิ่งมีชีวิตถือกำเนิดขึ้น ผู้เขียน: ศิรศักดิ์ เทพาคำ ชมแล้ว: 119,984 ครั้ง post ครั้งแรก: Thu 19 June 2008, 10:21 am ปรับปรุงล่าสุด: Wed 19 November 2008, 4:53 pm อยู่ในส่วน: วิชาการ.คอม, วิทยาศาสตร์, ดาราศาสตร์, เรียนต่อ

ศิรศักดิ์ เทพาคำ
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ขอบคุณข้อมูลภายใต้ความร่วมมือของนิตยสาร @ll Biotech และ วิชาการ.คอม
http://www.biotec.or.th/Guru/

                     ปฐมกาลของสรรพชีวิต…กับการกำเนิดของโลกและจักรวาล
   
ในความเงียบที่ยิ่งกว่าเงียบ… ในที่ที่ไกลโพ้นจนเกินจินตนาการ…

ทุกอย่างนิ่งสนิทราวกับนิรันดร...ไม่มีแม้แต่กาลเวลามาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ……

ไม่มีใครทราบว่าสภาวะเช่นนี้เกิดขึ้นนานเท่าไร… เพราะ ณ ขณะนั้นแม้แต่ “กาลเวลา” ยังไม่ถือกำเนิดขึ้น

แต่ในความเงียบ และนิ่งสงัดนั้น…จักรวาลทั้งมวลกำลังหดตัวเข้า..เล็กลง…เล็กลง… จนถึงขีดสุด เหลือเพียงขนาดอณูอะตอมเท่านั้น สภาวะเช่นนั้นรู้จักกันในนามของ “สภาวะซิงกูลาริที (Singularity)”

                 ทันใดนั้นเองสิ่งที่ไม่มีใครทราบว่าเกิดขึ้นได้อย่างไรก็อุบัติขึ้น…การระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาลที่เรียกกันว่า “บิก แบง (Big Bang)” ได้เกิดขึ้นพร้อมๆ กับการกำเนิดของ “เวลา” ในเศษเสี้ยวของเสี้ยววินาที (10-43วินาที) อุณหภูมิความร้อนนับล้านล้านองศา (1027 องศาเซลเซียส) ได้แผ่กระจายรังสีจนทั่วจักรวาล หลอมรวมให้องค์ประกอบของอณูอะตอม อันประกอบด้วย ควากซ์ อิเล็คตรอน นิวตรอน และโปรตอน ได้ก่อกำเนิดขึ้นและหลอมรวมจนกลายเป็นอะตอม.. เป็นกลุ่มก๊าซร้อน เป็นธาตุต่างๆ จนกลายเป็นดวงดาวของแกแล็คซี่ต่างๆ ในท้ายที่สุด…นับถอยหลังได้ราว 15,000 ล้านปีก่อน!

                 จากการเกิดบิกแบงในครั้ง “ปฐมกาล” คงไม่เป็นการกล่าวอ้างที่เกินจริงไปนัก ถ้าจะกล่าวว่า “การกำเนิดของสรรพสิ่ง..ทั้งมีชีวิตและไม่มีชีวิตบนโลก ย่อมเกี่ยวพันกับการกำเนิดของโลกและจักรวาลด้วยกันทั้งสิ้น” แต่คำถามที่ว่า “อะไรเป็นจุดหักเหให้ชีวิตได้ถือกำเนิดขึ้นมา และแตกต่างจากสิ่งไม่มีชีวิต?” ยังคงเป็นคำถามที่ค้างคาใจของนักวิทยาศาสตร์มาช้านาน….

                 นับจนถึงปัจจุบันโลกได้ถือกำเนิดขึ้นราว 6,200 ล้านปี โดยในระยะแรกสภาพบรรยากาศของโลกเต็มไปด้วยก๊าซร้อน และลาวาจากภูเขาไฟระเบิด อุณหภูมิของโลกร้อนเสียจนไม่มีสิ่งมีชีวิตชนิดใดสามารถดำรงอยู่ได้ แต่แล้วเพียงแค่หนึ่งพันล้านปีต่อมา สิ่งมีชีวิตชนิดแรกที่ใกล้เคียงกับสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินก็ถือกำเนิดขึ้น… "ชีวิต” เกิดขึ้นได้อย่างไร? “ชีวิต” มาจากไหนในช่วงระยะเวลาสั้นๆ? ณ วันนี้ คำถามเหล่านี้ยังคงไม่มีคำตอบ และกำลังท้าทายรอให้นักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ได้ค้นพบต่อไป….

                 นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามตั้งสมมติฐาน และทำการทดลองพิสูจน์หา “จุดกำเนิดของชีวิต” มาเป็นเวลาหลายทศวรรษ การทดลองจำลองเหตุการณ์การกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่มีผู้กล่าวขวัญถึง และเป็นที่ยอมรับกันมากที่สุดคือ การทดลองของ สแตนลีย์ มิลเลอร์ (Stanley L. Miller) ราวต้นทศวรรษ 1950 ณ ห้องปฏิบัติการ มหาวิทยาลัยชิคาโก ซึ่งเขาได้พิสูจน์ว่า กรดอะมิโนซึ่งเป็นโมเลกุลพื้นฐานของชีวิตเกิดจากปฎิกิริยาเคมีในยุคแรกของการกำเนิดโลก!

                 ในขวดทดลองเขาได้จำลองสถานการณ์ “มหาสมุทร” เมื่อ 4,000 ล้านปีที่แล้ว โดยการให้ความร้อน จนน้ำกลายเป็นไอ แล้วหมุนวนผ่านหลอดทดลองต่าง ๆ ส่วนบนของขวดทดลองเปรียบได้กับชั้นบรรยากาศซึ่งประกอบไปด้วย ก๊าซมีเธน ก๊าซแอมโมเนีย ก๊าซไฮโดรเจน และไอน้ำ จากนั้นก็จำลองฟ้าแลบฟ้าผ่าโดยการบังคับให้ก๊าซต่างๆ ทำปฏิกิริยาผ่านประจุไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน จากนั้นนำไอน้ำและก๊าซที่ได้จากหลอดทดลองไปผ่านกระบวนการควบแน่น และผสมกับน้ำส่วนที่เป็น “มหาสมุทร” เขาพบว่าน้ำที่ได้ในขวดทดลองมีกรดอะมิโน เจือปนอยู่เป็นจำนวนมาก!

                 จากการทดลองพบว่า มีไกลซีน (glycine) ปรากฎให้เห็นหลังจากการทำปฏิกิริยาในชั้นบรรยากาศ (จำลอง) และผลิตเป็นสารประกอบอย่างง่ายเช่น ฟอร์มัลดีไฮด์ (formaldehyde) และ ไฮโดรเจนไซยาไนด์ (Hydrygen cyanide) ซึ่งสารประกอบทั้งสองได้กลายเป็นองค์ประกอบของชุดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต่อไป

หลายปีต่อมา (ภายหลังการทดลองนี้) ได้มีอุกกาบาตตกใกล้กับเมืองเมอร์ชิสัน ประเทศออสเตรเลีย (Murchison, Australia) จากการสำรวจรอบๆ บริเวณ เป็นที่น่าประหลาดใจว่า มีกรดอะมิโนชนิดเดียวกับที่พบในการทดลองของมิลเลอร์จำนวนมากในบริเวณที่อุกกาบาตตก…! เหตุการณ์ครั้งนั้นยิ่งทำให้ทฤษฎีของมิลเลอร์น่าเชื่อถือยิ่งขึ้น…

                 อันที่จริงแนวคิดของมิลเลอร์ได้แรงบันดาลใจมาจากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย อเล็กแซนเดอร์ โอปาริน (Alexander I Oparin) และนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ฮาลเดน (J.B.S.Haldane) ในปี 1930 ที่ได้ชี้ให้เห็นว่าสารประกอบอินทรีย์ที่จำเป็นต่อชีวิตจะไม่สามารถรวมตัวกันได้บนโลก ถ้าในชั้นบรรยากาศเต็มไปด้วยก๊าซออกซิเจนดังเช่นปัจจุบัน เนื่องจากออกซิเจนจะเข้าไปแย่งจับกับไฮโดรเจนอะตอมจากสารประกอบอื่น ซึ่งจะรบกวนการทำปฏิกิริยาแปรสภาพจากโมเลกุลสารอินทรีย์อย่างง่ายๆ ให้กลายเป็นสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลซับซ้อน โอปาริน และฮาลเดนได้เสนอแนวคิดที่ว่าบรรยากาศของโลกในยุคแรกๆ คล้ายกับสภาพบรรยากาศนอกโลก ซึ่งมีออกซิเจนน้อยแต่อุดมไปด้วยก๊าซไฮโดรเจนจำนวนมาก ดังนั้นไฮโดรเจนอะตอมจึงสามารถเข้าทำปฏิกิริยากับก๊าซต่างๆ เช่น มีเธน (CH4) และแอมโมเนีย (NH3) ซึ่งอาจทำให้แปรสภาพเป็นสารอินทรีย์ต่างๆ ที่มีความซับซ้อนได้ง่ายขึ้น

                 จากแนวคิดดังกล่าวทำให้ต่อมามีการทดลองอีกเป็นจำนวนมากที่ได้ยืนยัน ปรากฏการณ์การกำเนิดของกรดอะมิโน ว่าสามารถเกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายในสภาพที่ออกซิเจนต่ำ (reducing condition) และไม่พบกรดอะมิโน หรือพบได้น้อยมากในสภาพแวดล้อมที่มีปริมาณก๊าซออกซิเจนสูง (oxidizing condition)

                 ในปี 1961 ฮวน โอโร (Juan Oro) แห่งมหาวิทยาลัยฮุสตัน (University of Houston) ได้พยายามพิสูจน์ว่ากรดอะมิโนจะสามารถเกิดขึ้นได้เองในปฏิกิริยาที่ง่ายกว่าการทดลองของมิลเลอร์หรือไม่ โดยเขาเพียงผสมไฮโดรเจน ไซยาไนด์ และแอมโมเนีย ลงในสารละลายโดยปราศจากการเติมอัลดีไฮด์เพื่อเร่งปฏิกิริยา เป็นที่น่าประหลาดใจว่า เขาก็ยังสามารถพบกรดอะมิโนในสารละลายด้วย ยิ่งไปกว่านั้นเขากลับพบ “อะดินีน” โมเลกุลที่มีความซับซ้อนปนอยู่เป็นจำนวนมาก!

อะดินีน เป็นหนึ่งในสี่สารประกอบ (เบส) สำคัญ ที่เป็นองค์ประกอบหลักของอาร์เอ็นเอ และดีเอ็นเอ อะดินีนยังเป็นส่วนประกอบของ เอทีพี (ATP: Adenine Triphosphate) ซึ่งเป็นสารประกอบสำคัญที่ให้พลังงานแก่สิ่งมีชีวิตทั้งมวล!

การทดลองของโอโรชี้ให้เห็นว่า “จุดกำเนิดของชีวิต” ไม่ได้เกิดขึ้นยากเย็นอย่างที่คิด

                 การทดลองในระยะต่อมาได้แสดงให้เห็นถึงการเกิดกรดนิวคลีอิกชนิดต่างๆ จากการทำปฏิกิริยา ไฮโดรเจนไซยาไนด์ และสารประกอบไซยาโนเจน (Cyanogen: C₂N₂) และ ไซยาโนอะเซททิลีน (Cyanoacetylene: HC₃N) และพิสูจน์ให้เห็นว่า กรดนิวคลีอิก และส่วนประกอบของโปรตีนเกิดขึ้นได้อย่างไร ในสภาวะแรกของการกำเนิดชีวิตบนโลก

                 ยิ่งไปกว่านั้นสิ่งอัศจรรย์ก็คือ สารประกอบเหล่านั้นสามารถพบได้ในอวกาศ กรดอะมิโนหลายจำพวกที่มีบางส่วนพบในการทดลองของมิลเลอร์ ถูกพบในซากอุกกาบาตที่อุดมไปด้วยคาร์บอน พร้อมกับอะดินีน และกัวนีน (purine bases) น้ำ แอมโนเนีย ฟอร์มัลดีไฮด์ ไฮโดรเจนไซยาไนด์ และไซยาโนอะเซททิลีน ก็พบได้เช่นกันในบริเวณที่มีดวงดาวเกิดขึ้นมาใหม่ หรือในบริเวณที่เรียกว่า Interstellar Dust Clouds

                 อาจเป็นเหตุ “บังเอิญ” หรือ ด้วยเหตุใดก็ตามที่สารประกอบอินทรีย์ในอวกาศ มีโครงสร้างเดียวกับสารประกอบที่เกิดจากการทดลองเคมีจำลองสภาพการเกิดของโลกในยุคแรกๆ และดูเหมือนว่าทฤษฎีของโอปาริน และฮาลเดนจะสมเหตุสมผลและสามารถอธิบาย “จุดกำเนิดของชีวิต” ได้เป็นอย่างดี…หากไม่มีการค้นพบสภาพของบรรยากาศโลกในอดีตที่แท้จริง…

หลักฐานสภาพบรรยากาศของโลกซึ่งค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ได้ชี้ให้เห็นว่า โลกในสมัยก่อนไม่ได้มีลักษณะดังเช่นมิลเลอร์ได้ตั้งสมมติฐานไว้ คือเต็มไปด้วยก๊าซไฮโดรเจน และขาดออกซิเจน !!

                 ซึ่งการค้นพบดังกล่าวได้สั่นคลอนทฤษฎี “จุดกำเนิดชีวิต” ของนักวิทยาศาสตร์จำนวนมาก และทำให้มีข้อสงสัยว่าสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นในหลอดทดลองจำลองสภาพบรรยากาศของโลกในอดีต สามารถเกิดขึ้นได้เองไม่ว่าในชั้นบรรยากาศจะมีปริมาณไฮโดรเจน มีเธน และ แอมโมเนีย สูงขึ้นหรือน้อยลงเพียงไร…และเพื่ออธิบายการค้นพบสารประกอบอินทรีย์ในห้วงอวกาศ ทำให้มีการชักนำทฤษฎี “จุดกำเนิดชีวิต” ขึ้นอีกบทหนึ่ง…นั่นคือ กรดอะมิโน และสารประกอบอินทรีย์สำคัญของสิ่งมีชีวิตอาจมาจาก นอกโลก ในห้วงอวกาศ จากการที่มีอุกกาบาตตกจำนวนมาก หรือ ดาวหางพุ่งชนโลก เมื่อ 4,000 ล้านปีก่อน 

 

                 หรืออาจเป็นไปได้ว่าชีวิตไม่ได้กำเนิดขึ้นบนผิวโลก แต่อาจเกิดขึ้นใต้ทะเลลึก.. ดังเช่นที่มาร์ติน (Martin) และรัซเซล (Russell) ได้เสนอทฤษฎีใหม่ที่ว่า องค์ประกอบพื้นฐานของชีวิต (กรดอะมิโน) ถือกำเนิดขึ้นมาภายในเซลล์รังผึ้ง (Honeycomb) ที่เกิดจากการตกผลึกของธาตุเหล็กซัลไฟด์ (Iron Sulfide) ใต้พื้นทะเลลึกเมื่อประมาณ 4,000 ล้านปีที่แล้ว (Martin and Russell, 2002) และแม้ว่าหลายคนจะเห็นด้วยว่า ช่องว่างในผลึกของเหล็กซัลไฟด์ จะมีสภาวะที่เหมาะสมในการกำเนิดสารอินทรีย์พื้นฐานของชีวิตเพียงไรก็ตาม แต่ทฤษฎีดังกล่าวก็ไม่ได้ตอบคำถาม หรือเติมข้อมูลส่วนที่ขาดหายไปให้เต็มได้ว่า สารอินทรีย์พื้นฐานเหล่านั้นจะสามารถเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุล ที่มีความสลับซับซ้อน เช่นเอ็นไซม์ต่างๆ ซึ่งเป็นกลไกสำคัญของชีวิตได้อย่างไร?

                 สมมติฐานที่น่าเชื่อถืออีกบทหนึ่งซึ่งพยายามอธิบายจุดกำเนิดของชีวิต โดยอาศัยกลไกและกระบวนการจำลองตัวเองของอาร์เอ็นเอในธรรมชาติ สมมติฐานที่ว่าก็คือ “สมมติฐานโลกอาร์เอ็นเอ (RNA-world Hypothesis)” โดยมีแนวคิดที่ว่านิวคลีโอไทด์โมเลกุล ที่ประกอบกันขึ้นมาเป็นอาร์เอ็นเอ เกิดจากการรวมตัวของปฏิกิริยาเคมีระหว่างน้ำตาลไรโบส ผสมกับกรดนิวคลีอิก และฟอสเฟต จากนั้นโมเลกุล “ไรโบนิวคลีโอไทด์” ที่เกิดจากการรวมตัวเหล่านี้ได้เชื่อมต่อกันจนกลายเป็น “สายโพลีเมอร์” จำนวนมาก ซึ่งหนึ่งในจำนวนนั้นสามารถจำลองตัวเองขึ้นมาใหม่ได้ แม้ทฤษฎีนี้ฟังดูน่าจะเป็นไปได้แต่ทว่าในสภาวะที่ไม่มีเอ็นไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าการสังเคราะห์น้ำตาลไรโบสเป็นไปได้ยากมาก

                 เป็นที่ทราบกันดีว่าน้ำตาลไรโบสสามารถสังเคราะห์ขึ้นได้จากการทำปฏิกิริยาเคมีหลายขั้นตอนของสารประเภทฟอร์มัลดีไฮด์ แต่ทว่าเมื่อปฏิกิริยาเสร็จสิ้นมักพบว่ามีน้ำตาลชนิดอื่นเกิดขึ้น ปะปนมาด้วยจำนวนมาก ซึ่งน้ำตาลเหล่านี้กลับกลายเป็นอุปสรรคสำคัญในการอธิบาย “สมมติฐานโลกอาร์เอ็นเอ” เนื่องจากน้ำตาลเหล่านี้จะเข้ามาแย่งจับกับกรดนิวคลีอิก และกลายเป็นสารประกอบที่ยับยั้งการสร้างอาร์เอ็นเอ และการจำลองตัวในท้ายที่สุด…

                 แม้จะมีผู้เสนอแนวคิดต่างๆ มากมายเกี่ยวกับสมมติฐานโลกอาร์เอ็นเอ      หากทว่าจนถึงปัจจุบันยังไม่มีผู้ใดค้นพบปฏิกิริยาเคมีลูกโซ่การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอที่เกิดขึ้นในธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์   อย่างไรก็ตาม จากหลักฐานการวิวัฒนาการของจุลินทรีย์ในยุคดึกดำบรรพ์ ก็ได้ชี้ให้เห็นว่าวิวัฒนาการของอาร์เอ็นเอมีความสำคัญต่อการกำเนิดของชีวิตเพียงไร ทั้งนี้เนื่องจากอาร์เอ็นเอ เป็นกุญแจสำคัญในการสร้างโปรตีน อีกทั้งยังมีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดการสร้างดีเอ็นเอ และการกำเนิดของเซลล์

ปริศนา “จุดกำเนิดของชีวิต” คงยังไม่สามารถหาคำตอบได้ในเร็ววัน แต่ก็ดูเหมือนว่าในระหว่างทางนั้น เราจะได้รับความรู้และเข้าใจกลไกต่างๆ ของชีวิตมากขึ้นเป็นลำดับตามความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เช่นนั้นจึงอาจมีซักวันที่เราจะสามารถหาคำตอบ “ชีวิตมาจากไหน ?” พร้อมๆ กับตอบคำถามว่า “จุดกำเนิดของสรรพสิ่งเกิดขึ้นได้อย่างไร ?”

-------------------------------------------------------------------------------------------
เอกสารนี้เผยแพร่ใน
          - วารสาร @ll BIOTECH ปีที่ 1 ฉบับที่ 4 เดือนเมษายน 2546
          - http://www.biotec.or.th/biotechnology-th/newsdetail.asp?id=3359

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 7 พ.ย. 2551 (20:55)

อุอุ

อ่านไม่เข้าใจจ

BEE BEE
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 10 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 48 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 7 พ.ย. 2551 (23:52)

สุดยอดเลยอะครับ

phifi
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 1 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 128 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 20 พ.ย. 2551 (10:17)

ได้ความรู้เพิ่มขึ้นครับ

สปา บทความ เรื่องเล่าดี ๆ [/url] อันชอบ

bad_bads
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 87 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 50 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 22 พ.ย. 2551 (12:27)

ชอบมากเลยครับ

don2204
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 13 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 48 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 5 ธ.ค. 2551 (23:06)

ขอบคุณครับผม  garmin 205 gps garmin 305 gps garmin 350 gps garmin 760 gps

dentalimplant
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 145 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 51 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

เทคโนโลยีชีวภาพปริทรรศน์
(www.biotec.or.th)

ผู้ชมข้อมูลนี้แล้ว 6,027 ครั้ง
เป็นสมาชิก: นานกว่า 9 เดือน
แบ่งปันความรู้ 0 ครั้ง
ได้รับดาว 74 ดวง

โหวตเพิ่มดาว

Hot Links

ขอบคุณผู้สนับสนุน