กำเนิดของชีวิต

สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นมาได้อย่างไรนั้น ยังไม่มีนักวิทยาศาสตร์ท่านใดสามารถพิสูจน์ได้อย่างชัดเจน มีเพียงสมมุติฐานเกี่ยวกับกำเนิดของสิ่งมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์ในอดีตหลายท่านได้ตั้งสมมติฐานถึงกำเนิดของสิ่งมีชีวิตชนิดแรกบนโลก โดยเชื่อกันว่าสิ่งมีชีวิตสามารถกำเนิดขึ้นเองได้จากสิ่งไม่มีชีวิตซึ่งเป็นอิทธิพลของความเชื่อทางศาสนา ต่อมาหลุยส์พาสเตอร์ (LouisPasteur) ได้ทำการวิจัยและพิสูจน์ได้ว่าสิ่งมีชีวิตกำเนิดมาจากสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ทำให้เกิดข้อสงสัยว่า สิ่งมีชีวิตแรกเริ่มของโลกถือกำเนิดมาได้อย่างไร 

 ในปี พ.ศ.2467 นักชีวเคมีชาวรัสเซีย เอ ไอ โอพาริน (A.L.Oparin) ได้เสนอแนวคิดว่า สิ่งมีชีวิตไม่สามารถเกิดได้ขึ้นเองในช่วงเวลาสั้นๆ เพียงขั้นตอนเดียว แต่ต้องใช้เวลานานมากโดยกระบวนการวิวัฒนาการทางเคมีอย่างช้าๆ เป็นการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากโมเลกุลง่ายๆ เป็นโมเลกุลที่ซับซ้อน แนวคิดกำเนิดของชีวิตบนพื้นผิวโลกของโอพารินมีขั้นตอนต่างๆดังนี้

ที่มาภาพ : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ.
หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติมชีววิทยา เล่ม 5 (หน้า168).พิมพ์ครั้งที่ 3. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว,2550

จากแนวคิดของโอพาริน นักวิทยาศาสตร์ ได้สันนิษฐานว่ากรดนิวคลิอิกชนิดแรกที่ เกิดขึ้นคือ RNA เนื่องจาก RNA ทำหน้าที่ได้สองอย่างคือ เป็นสารพันธุกรรมและเอนไซม์ในปฏิกิริยาต่างๆของกระบวนการเมแทบอลิซึม เมื่อ RNA มีวิวัฒนาการขึ้นมาแล้วการสังเคราะห์ DNA จึงเกิดขึ้นภายหลัง นักเรียนได้ทราบมาแล้วว่าโครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันเป็นเกลียวทำให้ DNAมีโครงสร้างโมเลกุลที่แข็งแรงกว่า RNA ซึ่งเป็นพอลินิวคลีโอไทด์ 1 สาย นอกจากนี้ DNA ยังมีกลไกลในการแก้ไขหรือตรวจสอบความถูกต้อง ขณะที่มีการจำลอง DNA (DNA replication) ทำให้มีมิวเทชั่นน้อยกว่า RNA จึงมีโอกาสอยู่รอดได้มากว่า ดังนั้นการคัดเลือกโดยธรรมชาตินอกจากจะเกิดขึ้นในระดับของสิ่งมีชีวิตแล้ว ยังเกิดขึ้นในระดับโมเลกุลด้วย

ในปี พ.ศ. 2496 สแตนเลย์ มิลเลอร์ (Stanley Miller) ได้ทำการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวคิดของโอพาริน โดยแสดงให้เห็นว่าสารประกอบอย่างง่ายของสิ่งมีชีวิต เข่น กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ ชนิดอื่นรวมทั้งสารอินทรีย์ เช่น ยูเรีย สามารถเกิดขึ้นได้ภายในชุดการทดลองที่คาดว่าเป็นสภาวะของโลกในระยะเวลานั้น คือไม่มีออกซิเจน แต่มีแก๊สมีเทน แอมโมเนียม น้ำและแก๊สไฮโดรเจน โดยมีแหล่งพลังงานจากไฟฟ้า 

ที่มาภาพ : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ.หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติมชีววิทยา เล่ม 5 (หน้า169).พิมพ์ครั้งที่ 3. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว,2550

นอกจากนี้ยังมีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายท่านที่ทำการทดลองคล้ายกับมิลเลอร์ โดยใช้สารตั้งต้นและพลังงานอย่างอื่น เช่นสารกัมมันตรังสีรังสีอัลตร้าไวโอเลตพบว่าได้ผลเช่นเดียวกันและเกิดเบสพิวรีนและไพริมิดีนอีกด้วยเมื่อสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่เกิดขึ้นได้ตามแนวคิดของโอพาริน แล้วสารอินทรีย์เหล้านี้จะประกอบเป็นเซลล์เริ่มแรกได้อย่างไรต่อมาซิดนีย์ ฟอกซ์ (Sidney Fox) นักชีวเคมีชาวอเมริกันและคณะได้แสดงให้เห็นว่า เซลล์เริ่มแรกเกิดจากกรดอะมิโนได้รับความร้อนและมีการรวมกลุ่มกัน ซึ่งมีคุณสมบัติหลายประการที่คล้ายกันกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เช่น การมีการเจริญเติบโต สามารถเพิ่มจำนวนโดยการแตกหน่อและมีกระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นเป็นต้น

ที่มาภาพ : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ.หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติมชีววิทยา เล่ม 5 (หน้า169).พิมพ์ครั้งที่ 3. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว,2550  

จากหลักฐานของซากดึกดำบรรพ์เริ่มพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตเมื่อประมาณ 3,500 ล้านปีที่ผ่านมา และมีวิวัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตจำนวนมากในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าสิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการมาจากเซลล์เริ่มแรก น่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์โพคาริโอต เช่น แบคทีเรีย

 เนื่องจากบรรยากาศของโลกในยุคนั้นมีออกซิเจนเพียงเล็กน้อยดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่พบน่าจะดำรงชีวิตแบบไม่ใช้ออกซิเจนและไม่สามารถสร้างอาหารขึ้นเองได้และมีวิวัฒนาการต่อมาเป็นสิ่งมีชีวิตที่ดำรงโดยการสร้างอาหารเอง ได้ด้วยกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีเช่นเดียวกับอาเคียร์แบคทีเรียในปัจจุบัน

ต่อมาเริ่มมีวิวัฒนาการของแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงจากโมเลกุลของน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้ปริมาณของแก๊สออกซิเจนในบรรยากาศเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก และเป็นปัจจัยที่เอื้อต่อการเกิดวิวัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์ยูคาริโอตในปัจจุบันสิ่งที่น่าสงสัยคือ เซลล์ยูคาริโอตถือกำเนิดมาได้อย่างไร

เซลล์โปรคาริโอต หรือ โพคาริโอต 

ลักษณะที่เด่นชัดของเซลล์ยูคาริโอตคือ มีสารพันธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส ซึ่งแตกต่างจากเซลล์โพรคาริโอตที่สารพันธุกรรมแขวนลอยในไซโทพลาซึมนอกจากนี้ในเซลล์ยูคาริโอตยังพบโครงสร้างอื่นๆที่สำคัญ เช่น ไมโทคอนเดรีย คลอโรพลาสต์เอนโด พลาสมิกเรติคูลัม 

โครงสร้างที่ซับซ้อนของเซลล์ยูคาริโอตเหล่านี้กำเนิดมาจากโครงสร้างอย่างง่ายของเซลล์โพรคาริโอตได้อย่างไร???

ที่มาภาพ : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ.หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติมชีววิทยาเล่ม 5 (หน้า171).พิมพ์ครั้งที่ 3. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว,2550

จากภาพแสดงการกำเนิดของเซลล์ยูคาริโอต พบว่าการเจริญเติบโตของเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ล้อมรอบบริเวณที่มีสาร พันธุกรรมอยู่แล้วจึงพัฒนาเป็นนิวเคลียสทำให้เซลล์ยูคาริโอตและมีเอนโดพลา สมิกเรติคูลัม ขณะที่ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เกิดจากเซลล์โพคาริโอตขนาดเล็กเข้าไปอาศัย อยู่ภายในเซลล์โพรคาริโอตขนาดใหญ่นั่นเอง แนวคิดนี้มีหลักฐานสนับสนุนหลายอย่าง เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์สามารถแบ่งตัวเพิ่มจำนวนได้เอง มีเยื่อชั้นในที่บรรจุเอนไซม์ในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน มี DNA และไรโบโซมที่คล้ายคลึงกับแบคทีเรียจากการกำเนิดของเซลล์โพรคาริโอตและเซลล์ยูคาริโอต จนกระทั่งมีวิวัฒนาการเป็นความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน