ทฤษฎีใหม่ของการกำเนิดเซลล์ที่มีนิวเคลียส

By: terminus
Writer
on Sat, 13/12/2014 - 16:49

ในทางชีววิทยาเราสามารถแบ่งเซลล์ของสิ่งมีชีวิตออกได้หลักๆ 2 ประเภทคือ 1) เซลล์ยูคารีโอต (Eukaryotic cell) หมายถึงเซลล์ที่มีนิวเคลียส เช่น โปรโตซัว, เซลล์รา, เซลล์พืช, เซลล์สัตว์ และ 2) เซลล์โปรคารีโอต (Prokaryotic cell) หมายถึงเซลล์ที่ไม่มีนิวเคลียส เช่น แบคทีเรีย

นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันมานานแล้วว่าเซลล์ยูคารีโอตเกิดจากเซลล์โปรคารีโอตเซลล์หนึ่ง "กิน" เซลล์โปรคารีโอตเข้าไปแล้วดันไม่ย่อย เซลล์โปรคารีโอตทั้งตัวกินและตัวถูกกินเลยวิวัฒนาการอยู่แบบมีผลประโยชน์ร่วมกัน เซลล์โปรคารีโอตที่เป็นตัวกินก็กลายเป็นเจ้าบ้าน เป็นเจ้าของเซลล์ไป ส่วนตัวที่ถูกกินก็กลายเป็นผู้อยู่อาศัยซึ่งลดสภาพเป็นแค่ออร์แกเนลล์ส่วนหนึ่งของเซลล์ ได้แก่ ไมโทคอนเดรีย, คลอโรพลาสต์ ทฤษฎีนี้มีชื่อว่า "Endosymbiosis" อันได้รับการบุกเบิกโดย Lynn Margulis นักชีววิทยาชื่อดังผู้ซึ่งเสียชีวิตไปเมื่อพฤศจิกายน 2011

แต่ปัญหาเรื่องของลำดับขั้นตอนก็ยังคงอยู่ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าบรรพบุรุษของเซลล์ยูคารีโอตน่าจะเป็นสมาชิกของหรือมีบรรพบุรุษร่วมกับ Domain Archaea เพราะ Archaea กับยูคารีโอตมีลักษณะชีววิทยาเชิงโมเลกุลบางอย่างเหมือนกัน ปัญหาคือ Archaea ตัวหนึ่งจะก้าวข้ามขั้นตอนตั้งแต่การสร้างนิวเคลียสซึ่งไม่เคยมีมาก่อนแล้วไปไล่จับกินชาวบ้านได้อย่างไร? การสร้างนิวเคลียส (--หรือถ้าจะให้ถูกก็ต้องเรียกว่า--การสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส) อย่างที่พบเห็นในเซลล์ยูคารีโอตนั้นไม่น่าจะใช่กระบวนการที่สามารถบังเอิญเกิดได้ในชั่วข้ามคืนแน่ๆ เพราะเยื่อหุ้มนิวเคลียสเป็น lipid bilayer ซ้อนกันสองชั้น, มีรู nuclear pore ที่ควบคุมซับซ้อน, เชื่อมต่อกับร่างแห Endoplasmic reticulum เป็นเครือข่ายที่ควบคุมกลไกหลักๆ ในเซลล์ นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยพบ Archeae ที่มีชีวิตในปัจจุบันตัวไหนเลยที่มีลักษณะของเครือข่ายเยื่อภายในเซลล์ใกล้เคียงกับยูคารีโอต

นักวิทยาศาสตร์ลูกพี่ลูกน้องสองคน ได้แก่ David Baum แห่ง University of Wisconsin และ Buzz Baum แห่ง University College London คิดว่า หากมองในมุมกลับจากความเชื่อปัจจุบัน ปัญหาดังกล่าวจะไม่ได้มืดแปดด้านอย่างที่คิดเลย นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันสันนิษฐานจากมุมมองที่ว่าบรรพบุรุษยูคารีโอตเริ่มปั้นนิวเคลียสด้วยการบุ๋มเยื่อหุ้ม (invagination) เข้าไปข้างในเพื่อล้อมรอบสารพันธุกรรม แยกกั้นออกเป็นนิวเคลียสและไซไตพลาสซึม (cytoplasm) แต่ในมุมมองของสองลูกพี่ลูกน้อง Baum นิวเคลียสทั้งลูกนั่นแหละที่เคยเป็นบรรพบุรุษดั้งเดิมของยูคารีโอต ส่วนไซโตพลาสซึมเกิดจากการขยายเยื่อออกสู่ข้างนอก

ตามความคิดของ David และ Buzz Baum บรรพบุรุษของยูคารีโอตซึ่งในที่นี้เรียกว่า Eocyte มีผนังเซลล์ (S-layer) หุ้มล้อมรอบ ต่อมาเยื่อหุ้มเซลล์ของ Eocyte เริ่มแทงทะลุผนัง S-layer ยื่นออกมาเป็นโครงสร้างคล้ายนิ้วเล็กๆ ที่เรียกว่า "bleb" ซึ่งเจ้านิ้วเล็กๆ นี้จะทำหน้าที่เหมือนขาเทียมของอะมีบา ไปล้อมกินเซลล์อื่นหรือแหล่งอาหาร


ภาพจาก PhysOrg

คราวนี้ด้วยความบังเอิญ Eocyte ได้ไปจะเอ๋เข้ากับแบคทีเรียบรรพบุรุษของไมโทคอนเดรียเข้าและดักจับเอาไว้เป็นตัวประกัน พอได้ครอบครองเครื่องยนต์พลังงานสูงไว้ในเงื้อมมือ Eocyte จึงกลายเป็นเสือติดปีก ขยายร่างต่อไปอีก bleb ที่เคยเป็นนิ้วเล็กๆ ก็ไม่เล็กอีกต่อไปแล้ว bleb แต่ละอันมีน้ำมีนวลบวมขยายใหญ่ขึ้นจนประชิดและเริ่มประสานเยื่อรวมกัน ผนัง S-layer เริ่มบางลง

ของเหลวข้างใน bleb ก็คือจุดเริ่มต้นของไซโตพลาสซึม บรรพบุรุษไมโทคอนเดรียที่เคยถูกขังอยู่ในกรงขังชั่วคราวของ bleb ก็หลุดเข้ามาอยู่ในไซโตพลาสซึมและกลายเป็นทาสออร์แกเนลล์ไปโดยสมบูรณ์แบบ ผ่านต่อไปเรื่อยๆ เยื่อหุ้มของ bleb รอบนอกก็ประสานเป็นเนื้อเดียวกันกลายเป็นเยื่อหุ้มของเซลล์ยูคารีโอตไป ผนัง S-layer สลายหายเกลี้ยงเพราะหมดความจำเป็นแล้ว เยื่อหุ้มเซลล์ดั้งเดิมของ Eocyte ก็กลายเป็นเยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นใน รูที่ bleb แทงทะลุผนัง S-layer ออกมาในทีแรกก็วิวัฒนาการความซับซ้อนกลายเป็นรู nuclear pore และในท้ายที่สุด ช่องว่างภายในไซโตพลาสซึมที่เยื่อหุ้มของ bleb ไม่ได้ประสานกันสนิทก็หลงเหลือกลายเป็น perinuclear space (ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอกและชั้นใน) กับ lumen ของ Endoplasmic reticulum ซึ่งเชื่อมกันเป็นเครือข่ายร่างแหท่อขนาดใหญ่ภายในเซลล์

David Baum ซึ่งเป็นต้นคิดของทฤษฎีนี้ตั้งแต่สมัยที่เขายังเป็นนักศึกษาปริญญาตรีเมื่อ 30 ปีที่แล้ว ตั้งชื่อแนวคิดนี้ว่า "Inside-out model" ซึ่งตัว David Baum มองย้อนอดีตกลับไปว่าแนวคิดแหวกแนวระดับฐานรากอย่างนี้คงจะต้องอาศัยความไร้เดียงสาของเด็ก ป.ตรี นั่นแหละถึงคิดออกมาได้

ส่วน Buzz Baum ผู้สมรู้ร่วมคิด ก็เชื่อว่า ต่อให้ถ้าในอนาคต แนวคิด Inside-out model ถูกพิสูจน์ว่าผิด การทดลองเพื่อที่จะพิสูจน์ดังกล่าวก็น่าจะเป็นผลดีแก่วงการชีววิทยา และมันยังเป็นตัวอย่างที่แสดงให้นักศึกษาหรือนักวิจัยหน้าใหม่เห็นว่าพวกเขายังมีโอกาสในการสร้างความเปลี่ยนแปลงระดับทฤษฎีฐานรากของชีววิทยาได้เสมอ

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน BMC Biology doi:10.1186/s12915-014-0076-2

ที่มา - PhysOrg 1, 2

4 Comments

tontpong's picture

มาฟินเอาสองย่อหน้าท้ายสุดนี่แล @_@

ยิ่งยุคนี้ ชิวอยุ่บ้านหรือกลางทุ่งสวนไร่นาก้อหาเปเปอรเด็ดๆ มาอ่านเอาไว้เปนฐานความรุได้ ไม่ต้องรอมันหลุดแล้วรีบโหลดก่อนเจอลบ.. ต่อไป สิ่งใหม่ๆ จะถุกคิดหรือสร้างโดยเดกมัธยมหรือประถมก้อคงไม่แปลก ไม่ต้องรอเปนดอกเตอรหรือโปรเฟสเซอรแล้วถึงจะมีสิทธประกาศศักดา

mementototem's picture

สงสัยครับ แล้วแบบนี้ เม็ดเลือดแดงจัดเป็นเซลล์โปรคารีโอตไหมครับ มันไม่มีนิวเคลียส ไม่มีออร์กาแนลด้วย...

terminus's picture

เซลล์เม็ดเลือดแดงก็จัดเป็น eukaryotic cell ครับ เพราะเซลล์ต้นกำเนิด Hematopoietic stem cell มันมีนิวเคลียสเหมือนเซลล์อื่นๆ ในร่างกายเรา ลักษณะการไม่มีนิวเคลียสเป็นลักษณะที่หายไปตามชะตาของมัน