ชีวิตอาจถูกปั้นแต่งขึ้นในเจลดินเหนียว

By: terminus
Writer
on Fri, 15/11/2013 - 18:20

ในแรกเริ่มเดิมที ดาวเคราะห์โลกของเรายังไม่มีสิ่งมีชีวิตใดๆ การทดลองหลายชิ้นชี้ให้เห็นว่าสารอินทรีย์ที่เป็นตัวตั้งต้นชีวิตน่าจะเริ่มขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีในโลกยุคบรรพกาล (การทดลองที่โ่ด่งดังที่สุดคงเป็นการทดลองของ Miller–Urey ใน ค.ศ. 1953) แล้วปฏิกิริยาก็ค่อยๆ ทวีความซับซ้อนขึ้น จากปฏิกิริยาเคมีก็กลายเป็นชีวเคมี อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนักชีววิทยาก็ยังคงไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัดว่าปฏิกิริยาที่ให้กำเนิดชีวิตนั้นมีขั้นตอนความเป็นมาอย่างไร

หนึ่งในปัญหาต้นกำเนิดแห่งชีวิตที่ติดใจนักชีววิทยามากๆ คือ ปฏิกิริยาชีวเคมีไม่มีทางเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องสม่ำเสมอจนวิวัฒนาการเป็นชีวิตได้เว้นแต่ว่าสารตั้งต้นถูกกักรวมกันอยู่ในปริมาตรจำกัด

ไม่ว่าชีวิตจะเริ่มต้นในทะเลหรือในบึง สารตั้งต้นก็น่าจะโดนกระแสน้ำพัดไปพัดมา ต่อให้ไม่โดนกระแสน้ำพัดกระจาย สาย DNA หรือ RNA ที่อยู่เปลือยเปล่าก็ย่อมจะถูกย่อยสลายอยู่ดี ไม่เหลือข้อมูลพันธุกรรมอะไรให้ส่งต่อ ฉะนั้นก่อนที่สิ่งมีชีวิตจะวิวัฒนาการเยื่อหุ้มเซลล์ขึ้นมา ชีวิตจะต้องมี "บ้าน" คอยปกป้องสารชีวเคมีจากกระแสน้ำและการย่อยสลาย

คำถาม คือ บ้านแห่งชีวิตอยู่ที่ไหน?

บางคนก็เชื่อว่าปฏิกิริยาชีวเคมีของชีวิตเกิดแทรกอยู่ในร่องหินรอบปากภูเขาไฟใต้สมุทร บางคนก็เชื่อว่ามันเกิดอยู่ในรูของหินพัมมิซ ล่าสุดทีมวิจัยที่นำโดย Dan Luo แห่งมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์เสนอทฤษฎีขึ้นมาอีกชิ้นว่า "ปฏิกิริยาชีวเคมีแห่งชีวิตเกิดขึ้นในแร่ดินเหนียว (clay mineral)"

แร่ดินเหนียวหมายถึงกลุ่มแร่ hydrous aluminum silicates ที่เป็นอนุภาคขนาดเล็กละเอียดและมีโครงสร้างเป็นแผ่นระนาบ ต่างจากคำว่า "ดินเหนียว" เป็นคำสามัญที่รวมเรียกดินที่มีเนื้ออนุภาคขนาดเล็กละเอียด ดินเหนียวส่วนใหญ่จะมี clay mineral เป็นองค์ประกอบและมีเนื้อของตะกอนอินทรีย์ปะปน

Dan Luo ไม่ได้เอาข้อสรุปนี้มาจากการอ่านเทพนิยายกรีกหรือจีน แต่งานหลักของเขานั้นเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนในห้องทดลอง และหนึ่งวัสดุหลักที่เขาจำเป็นต้องใช้ก็คือ hydrogel เทคนิคการสังเคราะห์โปรตีนที่เขาใช้นั้นจำลองมาจากการสร้างโปรตีนภายใจเซลล์ เขาจะเติมวัตถุดิบ ได้แก่ กรดอะมิโน, DNA, RNA, และเอนไซม์อื่นๆ ลงไปในหลอดแก้วที่บรรจุ hydrogel เอาไว้ ในสภาพนี้ hydrogel จะทำหน้าที่ช่วยจับโมเลกุลของวัตถุดิบดึงให้พวกมันเข้ามาทำปฏิกิริยากัน ไม่ให้มันวิ่งพล่านสวนกันมั่วๆ วืดๆ

เนื่องจาก hydrogel สังเคราะห์มีราคาแพง ทีมวิจัยของ Dan Luo จึงค้นหาวัสดุใหม่ที่จะเอามาทำหน้าที่แทน หนึ่งในวัสดุที่พวกเขาหยิบเอามาทดลองคือแร่ดินเหนียว พวกเขาเอาแร่ดินเหนียวใส่ลงไปในสารละลายน้ำทะเลและทิ้งให้มันตกตะกอน เมื่อปล่อยไว้สักพัก แร่ดินเหนียวที่ก้นขวดก็จะตกตะกอนจับกันอย่างหลวมๆ มีสภาพคล้าย hydrogel ซึ่งเรียกว่า "clay hydrogel"

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า clay hydrogel ทำหน้าที่ช่วยในการสังเคราะห์โปรตีนจาก DNA ได้ดีเลยทีเดียว DNA สายคู่เกือบ 100% ถูกจับอยู่กับอนุภาคแร่ดินเหนียว ส่วน RNA สายเดี่ยวนั้นจับอยู่ประมาณ 10-60% (ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของ RNA ที่เติมลงไป) นอกจากนั้น Dan Luo ยังค้นพบว่า clay hydrodel สามารถก่อตัวได้แม้ว่าจะเติม clay mineral เพียงเล็กน้อยลงในน้ำทะเล (หนึ่งในล้านส่วน)

ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของ clay hydrogel ทำให้ Dan Luo ฉุกคิดขึ้นมาได้ว่าเขาอาจจะเจอเข้ากับคำตอบของปริศนากำเนิดแห่งชีวิตแล้ว (หรืออย่างน้อยก็ "คำใบ้") แอ่งโคลนของแร่ดินเหนียวน่าจะเป็นสิ่งที่หาได้ไม่ยากนักในโลกยุคบรรพกาล และหากเทียบเวลาทางธรณีวิทยาดู ยุคที่แร่ซิลิกาเริ่มถูกชะไหลออกมาจากหินก็เป็นช่วงเดียวกับที่สารชีวเคมีขนาดใหญ่เริ่มโผล่ขึ้นมาบนโลกพอดี ตรงนี้เป็นหลักฐานสนับสนุนว่า clay hydrogel จากการตกตะกอนของแร่ดินเหนียวเป็นตัวเร่งให้ปฏิกิริยาชีวเคมีที่ซับซ้อนสามารถเกิดขึ้นได้

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน Scientific Reports doi:10.1038/srep03165

ที่มา - Futurity