นักวิทย์ญี่ปุ่นไขปริศนาพันล้านปี “ชีวิต” มาจากไหน เกิดขึ้นได้อย่างไร?

เมื่อโลกเกิดขึ้นมาเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อน สิ่งที่เกิดมาพร้อมกัน มีแต่เพียงสารอนินทรีย์ต่าง ๆ สารอินทรีย์บางชนิด และสิ่งที่ไม่มีชีวิตเท่านั้น จึงเป็นเรื่องที่น่าอัศจรรย์ว่า จากสิ่งไม่มีกลับกลายมาเป็นมีได้อย่างไร นี่คือหนึ่งในปริศนาที่มนุษย์พยายามหาคำตอบมาโดยตลอดว่า “ชีวิตมาจากไหน?”

นานมาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์พยายามตั้งสมมติฐานว่า สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นมาจากอะไรกันแน่ ตั้งแต่อริสโตเติลในยุคกรีกที่เชื่อว่า ของอะไรก็ตาม หากปล่อยทิ้งไว้ก็จะมีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นมาเอง (ซึ่งแน่นอนว่าไม่จริง)

ถอดรหัสพันธุกรรม “แมงกะพรุนอมตะ” กรุยทางสู่การยืดอายุขัยมนุษย์

วิจัยใหม่พบ ต้นตอโควิด-19 ไม่ใช่แล็บอู่ฮั่น แต่มาจากตลาดค้าสัตว์

นาซาเผยโฉม 5 ภาพจากกล้อง “เจมส์ เว็บบ์” ยกระดับการไขปริศนาของจักรวาล

มาจนถึงข้อสันนิษฐานที่เชื่อกันมากที่สุดในปัจจุบันว่า “สิ่งมีชีวิตเกิดจากสารอินทรีย์” เพราะมีความเป็นไปได้มากที่สุดแล้ว มากกว่าที่จะบอกว่าสิ่งมีชีวิตมาจากนอกโลก หรือเกิดขึ้นมาจากอะไรก็ได้

ทฤษฎีนี้เชื่อว่า สารประกอบอินทรีย์ในธรรมชาติเกิดการรวมตัวกันเรื่อย ๆ กลายเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นซึ่งไม่สลายตัวไป กลายเป็นโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ จากนั้นโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่นี้ก็ไปรวมเข้ากับน้ำ ซึ่งมีอยู่มากในอดีต ในสภาวะที่เหมาะสม เกิดเยื่อหุ้มลอมรอบโมเลกุล เรียกลักษณะนี้ว่า “Coacervate” หรือระบบโมเลกุล

เมื่อ Coacervate เหล่านี้มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ในที่สุดก็เกิดกระบวนการ “เพิ่มจำนวนตัวเอง (Self-Replication)” เกิดการแบ่งตัว และกลายเป็นเซลล์สิ่งมีชีวิตในที่สุด

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้มีช่องโหว่อยู่จุดหนึ่ง นั่นคือ การที่ Coacervate มีขนาดใหญ่ขึ้น นำไปสู่การแบ่งตัวได้อย่างไร? ซึ่งล่าสุด ดูเหมือนว่านักวิทยาศาสตร์จากญี่ปุ่นจะค้นพบคำตอบนี้แล้ว

พวกเขาพบว่า วัตถุทรงกลมขนาดเล็กที่จำลองตัวเองได้ซึ่งเรียกว่า “Coacervate Droplet” อาจจะเป็นกุญแจที่แสดงให้เห็นว่า สารอินทรีย์ ซึ่งเป็นเรื่องของเคมี มาสู่ ชีวิต หรือเรื่องทางชีววิทยาได้อย่างไร

ผศ.มัตสึโอะ มุเนยูกิ ผู้เชี่ยวชาญด้านเคมี จากวิทยาลัยวิทยาศาสตร์บูรณาการเพื่อศึกษาชีวิต มหาวิทยาลัยฮิโรชิมา 1 ใน 2 ผู้นำทีมวิจัย กล่าวว่า “ทฤษฎีสิ่งมีชีวิตเกิดมาจากเคมีได้รับการเสนอครั้งแรกในช่วงปี 1920 โดยเชื่อว่าชีวิตมีต้นกำเนิดมาจากการก่อตัวของโมเลกุลขนาดใหญ่จากโมเลกุลขนาดเล็ก”

เขาบอกว่า “ตั้งแต่นั้นมา มีการศึกษาจำนวนมากเพื่อตรวจสอบสมมติฐานดังกล่าว อย่างไรก็ตาม ที่มาของการรวมตัวของโมเลกุลที่ขยายจากโมเลกุลขนาดเล็กยังคงเป็นเรื่องลึกลับมาเป็นเวลาประมาณร้อยปีแล้ว”

มัตสึโอะร่วมมือกับ คุริฮาระ เคนสุเกะ นักวิจัยของ KYOCERA Corporation เพื่อหาคำตอบว่า สารเคมีในโลกยุคแรกเริ่มกลายเป็นสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร ตอนแรกพวกเขาคิดว่ามันมีความเกี่ยวพันกับสิ่งแวดล้อม การผสมผสานภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูง แล้วเย็นลงในสภาวะที่เป็นมิตรต่อชีวิตมากขึ้น แต่มันก็ยังเหมือนขาดอะไรบางอย่างไป “มันมีความเชื่อมโยงบางอย่างที่ขาดหายไประหว่างเคมีและชีววิทยาในการกำเนิดของชีวิต”

มัตสึโอะและคุริฮาระจึงออกแบบและสังเคราะห์ “พรีไบโอติกโมโนเมอร์ (Prebiotic Monomer)” ชนิดใหม่จากอนุพันธ์ของกรดอะมิโน ซึ่งเป็นหน่วยเล็กที่สุดของโปรตีน เพื่อเป็นสารตั้งต้นของการเกิดเซลล์จากโมเลกุลโปรตีน

เมื่อเติมน้ำที่อุณหภูมิห้องที่ความดันบรรยากาศ พวกเขาพบว่า อนุพันธ์ของกรดอะมิโนจะควบแน่น จัดเรียงเป็นเปปไทด์ แล้วเกิดเป็นเหมือนหยดน้ำเล็ก ๆ ซึ่งก็คือ Coacervate Droplet

หยดเปปไทด์นี้จะมีขนาดและจำนวนเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อได้รับกรดอะมิโนมากขึ้น นักวิจัยยังพบว่า หยดเปปไทด์นี้สามารถรวมเข้ากับกรดนิวคลีอิก ซึ่งเป็นสารพันธุกรรม และพวกมันมีแนวโน้มที่จะอยู่รอดในสภาพแวดล้อมภายนอกได้ และอาจกลายเป็นสิ่งมีชีวิตในที่สุด

“หยด Coacervate Droplet นี้สามารถทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมระหว่าง 'เคมี' และ 'ชีววิทยา' ในการกำเนิดของชีวิต การศึกษานี้อาจใช้เพื่ออธิบายการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตแรกในโลกยุคดึกดำบรรพ์ได้” มัตสึโอะกล่าว

นักวิจัยวางแผนที่จะดำเนินการศึกษากระบวนการวิวัฒนาการต่อไปจากอนุพันธ์ของกรดอะมิโนไปจนถึงเซลล์ที่มีชีวิตดึกดำบรรพ์ ตลอดจนปรับปรุงการศึกษาเพื่อตรวจสอบและศึกษาต้นกำเนิดของชีวิตและการวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่อง

แม้นี่จะยังยังไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้อง 100% แต่ก็เป็นก้าวสำคัญของการไขปริศนาที่มีมายาวนานหลายร้อยหลายพันปีว่า ชีวิตเกิดมาจากอะไรกันแน่ และวันหนึ่งเราอาจจะได้รู้กันว่า บรรพบุรุษของทุกชีวิตบนโลกมาจากที่ใด

เรียบเรียงจาก Hiroshima University

ภาพจาก AFP / Hiroshima University