วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา >>

กำเนิดโลกและสิ่งมีชีวิต

ชีวิตเป็นผลิตผลของการออกแบบและการสร้างระบบอย่างสร้างสรรค์ขึ้นอย่างเฉพาะเจาะจง ปัจจุบันเหล่านักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่า ชีวิตบนโลกนี้เริ่มต้นจากความเหมาะสมหรืออาจจะเรียกว่า เป็นอุบัติเหตุก็ได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น โดยที่เซลล์ที่มีชีวิตหนึ่งเท่านั้น โดยที่เซลล์ที่มีชีวิตหนึ่งเซลล์เป็นที่รวมของโมเลกุลที่ไร้ชีวิตนับหลายพันล้านโมเลกุลต้องใช้พลังงาน มีกลไกการทำงานอย่างเหมาะเจาะ เซลล์จะตายเมื่อขาดพลังงานหรือกลไกการทำงานภายในเซลล์บกพร่อง คุณสมบัติของกลุ่มก้อนโมเลกุลนี้สามารถขยายพันธุ์ได้ ซึ่งถือว่าเป็นคุณสมบัติของชีวิต และเมื่อชีวิตเกิดขึ้นแล้ว สิ่งที่ตามมาคือ การต่อสู้เพื่อความอยู่รอด จากชีวิตชนิดเดียวสืบทอดได้ลักษณะต่างๆ มากมายและหลายหลายที่เหมาะสมมากกว่าจึงสามารถอยู่รอดได้ ผู้ที่มีลักษณะไม่เหมาะสมก็ล้มหายตายจากไป ตามหลักการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

จุดกำเนิดของชีวิต ส่วนประกอบพื้นฐานสองส่วนของชีวิต คือ ดี เอ็น เอ ( ดีอ๊อกซีไรโบนิวคลีอิค แอซิด-สารพันธุกรรม ) และโปรตีน ถ้าเราลองเอาเชื้อไวรัสมาพิจารณาดู สิ่งที่เราพบคือ ดี เอ็น เอ และโปรตีน ดี เอ็น เอ จะถอดรหัสให้โมเลกุลของโปรตีนซึ่งทำให้สิ่งมีชีวิตมีลักษณะหลากหลายรูปแบบที่เห็นอยู่ในปัจจุบันนี้แม้แต่ตัวมนุษย์เอง

ดี เอ็น เอ เป็นอณูของพันธุกรรมที่ถูกถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่ง ซึ่งดี เอ็น เอ ที่อยู่ภายในแต่ละเซลล์นั้นมีความยาวประมาณ 2 เมตร ม้วนขดอยู่ ลักษณะทุกอย่างของสิ่งมีชีวิตถูกกำหนดอยู่ใน ดี เอ็น เอ นั่นเอง ส่วนโปรตีนเป็นโมเลกุลของโครงสร้างร่างกายเป็นเอ็มไซม์ และเป็นส่วนเสริมสร้างร่างกาย จากความรู้เรื่องคุณสมบัติทางเคมีของสารทั้งสองนี้ ช่วยให้เราสรุปได้ว่า ชีวิตเป็นผลจากการสรรสร้างขึ้นมาอย่างเฉพาะเจาะจง

องค์ความรู้ของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่เรื่องวิวัฒนาการทางเคมีของชีวิต วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งโลกพัฒนาตัวเองจากการทำลายของแสงอาทิตย์ และสามารถใช้พลังงานให้กำเนิดชีวิตได้ ทำให้ยอมรับว่าชีวิตค่อยๆเปลี่ยนจากสิ่งที่ไม่มีชีวิต ซึ่งเป็นการเชื่อมโยงกันระหว่างโมเลกุลแล้วค่อยๆ ซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นในความพยายามอธิบายของกำเนิดชีวิต อย่างแรกที่สุดเราควรพิจารณาจุดเริ่มต้นของโมเลกุลของสารอินทรีย์ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่สำคัญของการก่อสร้างชีวิตก่อน แล้วจึงมาพิจารณว่าโมเลกุลของสารอินทรีย์จะมารวมกันในเซลล์ของชีวิตอย่างไร

ในปี ค.ศ. 1954 เอช ซี ยูเรย์ นักธรณีเคมี และ เอส แอล มิลเล่อร์ นักชีวเคมี ทำการทดลองโดยเอาก๊าซมีเทน ( CH4 ) แอมโมเนีย ( NH4) ไฮโดรเจน (H2) และไอน้ำ ( H2O) ทำปฏิกิริยากันในห้องทดลอง โดยใช้อุปกรณ์ มีกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงาน ทิ้งไว้ 1 สัปดาห์ เมื่อนำเอาสารที่ได้จากปฎิกิริยาเคมีมาวิเคราะห์ดูเกิดมีโมเลกุลของสาร 20 ชนิด 6 ใน 20 ชนิดนี้ เป็นกรดอมิโนที่สำคัญ คือ ไกลซีน อลานิน กรดกลูตามิค กรดแอสปาติค วาลิน โปรลิน

กรดอมิโน มีความสำคัญเพราะเป็นโมเลกุลของชีวิต กรดอมิโนเป็นชิ้นส่วนพื้นฐานของการสร้างโปรตีน ซึ่งเป็นหนึ่งในโครงสร้างหลักองค์ประกอบของชีวิตร้อยละ 50 ของน้ำหนักแห้งของแต่ละเซลล์ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วย กรดอมิโน อาจอยู่ในรูปเชิงเดี่ยวหรือรวมกันในรูปโปรตีนก็ได้

เชื่อว่ากรดอมิโนทั้งหมดที่เกิดขึ้นสามารถรวมกันได้ในสภาวะที่เหมาะสมช่วงหนึ่งที่เกิดขึ้นในโลกอดีต

โมเลกุลที่สำคัญของชีวิตตัวอื่นก็ถูกสร้างขึ้นมาได้เช่นกันในห้องทดลองระยะหลัง ประกอบด้วย อะดินิน ที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของทั้งดี เอ็น เอ และ อาร์ เอ็น เอ อย่างน้อยที่สุดโมเลกุลบางตัวที่เป็นกุญแจ ของชีวิตและผลผลิตของชีวิตถูกสร้างขึ้นในบรรยากาศของโลกดึกดำบรรพ์

การเกิดของโมเลกุลที่สร้างขึ้นภายในเงื่อนไขในห้องทดลองทำให้คิดได้ว่า คล้ายคลึงกับการสร้างชิ้นส่วนของชีวิตของโลกในยุคต้น ขณะที่โลกเย็นลงและไอน้ำจำนวนมากในบรรยากาศรวมตัวกันเป็นของเหลว และตกลงมายังพื้นโลก ละลายแร่ธาตุลงไปสะสมกันในมหาสมุทรดึกดำบรรพ์ พิจารณาจากผลการทดลองของมิลเลอร์ - ยูเรย์ คาดคะเนได้ว่า หยดน้ำที่ได้จากการทดลองประกอบด้วย นิวคลีโอไทด์ กรดอะมิโน และสารประกอบอื่น ๆ ก็เหมือนกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดในบรรยากาศอดีตนั่นเอง

มหาสมุทรในโบราณไม่ใช่สถานที่ที่น่ารื่นรมย์ และสิ่งที่น่าเปลก คือ เราเชื่อว่า ชีวิตเริ่มต้นมาจากแร่ธาตุบนผิวโลกที่ร้อนละลายรวมกับน้ำฝนลงไปสะสมในทะเล เรียกว่า น้ำซุป มีสารประกอบแอมโมเนียฟอร์มาดีไฮด์ กรดฟอร์มิก ไซยาไนด์ มีเทน ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และไฮโดรคาร์บอน คำถาม คือชีวิตเกิดด้วยวิธีการอย่างไร

โมเลกุลชนิดต่างๆ เหล่านี้มารวมกันอยู่ในน้ำ บางครั้งการรวมกันของโมเลกุลบางชนิดรวมตัวได้ขนาดใหญ่พอที่จะมองเห็นได้ ( เปรียบเทียบได้กับเราเอาน้ำมันและน้ำส้มใส่ขวดเขย่าเข้าด้วยกัน จะเกิดฟองเป็นฟองกลมๆเล็กๆ จากนั้นแต่ละฟองจะมารวมกันขนาดใหญ่ขึ้น ) ฟองเล็กๆ ที่เกิดขึ้นนี้ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1-2 ไมโครเมตร ฟองเหล่านี้เกิดขึ้นเองจากโมเลกุลไขมันที่ละลายอยู่ในน้ำ เรียกว่า โคเเอคเซอร์เวท ( Coacervate ) ฟองเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นมาจากน้ำซุปในมหาสมุทรดึกดำบรรพ์ โดยการรวมตัวของไขมันหรือของโปรตีน ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าเป็นบันได้ขั้นแรกของวิวัฒนาการขององค์ประกอบของเซลล์

1. โคเเอคเซอร์เวท สร้างขอบเขตชั้นนอกเป็นเนื้อเยื่อ 2 ชั้น คล้ายกับเยื่อหุ้มเซลล์
2. โคเเอคเซอร์เวท โตขึ้นโดยการรวมโมเลกุลย่อยๆ เข้ามาจากสิ่งที่อยู่ล้อมรอบ
3. โคแอคเซอร์เวท จะค่อยๆ คอดเข้าแล้วแบ่งออกเป็น 2 เหมือนแบคทีเรียแบ่งตัว
4. โคเเอคเซอร์เวท ประกอบด้วยกรดอมิโนและสามารถใช้ประโยชน์จากกรดอมิโนเหล่านี้ เพื่อสะดวกในการเกิดปฏิกริยาเคมีต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่พบในเซลล์สิ่งมีชีวิต

กระบวนการวิวัฒนาการเคมีของฟองโคแอคเซอร์เวท นี้ เกิดขึ้นก่อนกำเนิดชีวิต ฟองเล็กๆ เหล่านี้เกิดขึ้นจำนวนมากมายมหาศาลในทะเลดึกดำบรรพ์ เวลาผ่านไปหลายล้านปี ฟองเล็กๆ ที่ซับซ้อนนี้สามารถรวบรวมโมเลกุลเข้ามาและใช้พลังงานจากทะเลในอดีต ซึ่งทำให้อยู่ได้ บางฟองอาจแตกไป และเมื่อฟองเหล่านี้โตขึ้นเรื่อยๆ จนโตพอที่จะแยกออกเป็นฟองใหม่ ซึ่งเหมือนฟองเก่า เป็นฟองลูก ฟองพ่อเเม่ ฟองลูกก็โตขึ้นอีก โดยการรวมคุณลักษณะที่เหมาะสมที่ได้จากพ่อแม่ ฟองเล็กๆ บางฟองบางโอกาสเปลี่ยนแปลงรูปร่างใหม่ถ่ายทอดต่อไป

ณ จุดนี้ถือว่าชีวิตเริ่มต้นแล้วกระบวนการวิวัฒนาการเคมีของฟองโคแอคเซอร์เวท นี้ เกิดขึ้นก่อนกำเนิดชีวิต ฟองเล็กๆ เหล่านี้เกิดขึ้นจำนวนมากมายมหาศาลในทะเลดึกดำบรรพ์ เวลาผ่านไปหลายล้านปี ฟองเล็กๆ ที่ซับซ้อนนี้สามารถรวบรวมโมเลกุลเข้ามาและใช้พลังงานจากทะเลในอดีต ซึ่งทำให้อยู่ได้ บางฟองอาจแตกไป และเมื่อฟองเหล่านี้โตขึ้นเรื่อยๆ จนโตพอที่จะเแยกออกเป็นฟองใหม่ ซึ่งเหมือนฟองเก่า เป็นฟองลูก ฟองพ่อเเม่ ฟองลูกก็โตขึ้นอีก โดยการรวมคุณลักษณะที่เหมาะสมที่ได้จากพ่อแม่ ฟองเล็กๆ บางฟองบางโอกาสเปลี่ยนแปลงรูปร่างใหม่ถ่ายทอดต่อไป ณ จุดนี้ถือว่าชีวิตเริ่มต้นแล้ว

เซลล์ที่เก่าเเก่ที่สุด เมื่อเกิดชีวิตเริ่มแรกแล้ว คำถามต่อไป คือ รูปร่างของเซลล์แรกเป็นอย่างไร เมื่อมองย้อนไปในอดีตก่อนชีวิตจะปรากฏขึ้นเมื่อโลกเย็นลง ความเย็นจากผิวโลกลงลึกได้เพียง 50 กิโลเมตร ประมาณว่าใจกลางของโลกอุณหภูมิสูง 4,000-6,000 องศาเซลเซียล ดังนั้นโลกสามารถมีสิ่งมีชีวิตอยู่ได้เนื่องจากมหาสมุทรก่อตัวขึ้นนั่นเองช่วยให้พื้นโลกเย็นลง นักวิทยาศาสตร์พบหินที่มีอายุเก่าแก่ที่สุดในโลก คำนวณอายุโดยใช้วิธีการวัดรังสีจากไอโซโทปได้ 3,900 ล้านปี หินที่พบนี้ไม่มีซากสิ่งมีชีวิตอยู่ แสดงว่าชีวิตยังไม่เกิดขึ้น ลักษณะของหินบิดโค้งงออนุมานได้ว่า น่าจะก่อตัวขึ้นจากทะเล ต่อมาพบหินอายุประมาณ 3,500 ล้านปี มีซากสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมากอยู่ จึงทำให้รู้ว่าชีวิตมีจุดกำเนิดหลังจากกำเนิดโลก 1,100 ล้านปี

ซากของสิ่งมีชีวิตที่หลงเหลืออยู่ในหินถือว่าเป็นประวัติศาสตร์ของชีวิต ลักษณะรูปร่างง่ายมากเหมือนกับเซลล์ของแบคทีเรียที่พบกันอยู่ในทุกวันนี้ ขนาดวัดได้เส้นผ่าศูนย์กลาง 1- 2 ไมโครเมตร เซลล์เดี่ยวนี้มีโครงสร้างภายในเพียงเล็กน้อยและไม่มีระยางค์ เราเรียกว่า โปรคารี-โอท ( prokaryotes ) เป็นภาษากรีก หมายถึง ไม่มีนิวเคลียส นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า โปรคารีโอท คือ แบคทีเรีย หลังจากนั้นไม่มีสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างซับซ้อนกว่านี้เกิดขึ้นอีกเลยจนเวลาผ่านไป 1,500 ล้านปี ดังนั้น อย่างน้อย 2,000 ล้านปี ( เกือบครึ่งหนึ่งของอายุโลก ) ถือว่าเป็นโลกของเเบคทีเรียหรือแบคทีเรียครอบครองโลก

แบคทีเรียที่สังเคราะห์มีเทน ( Methane-producing bacteria ) ถ้าเช่นนั้นแบคทีเรียเริ่มแรกมีลักษณะอย่างไร บางทีอาจเป็นไปได้ว่าแบคทีเรียเริ่มแรกยังคงอยู่ถึงปัจจุบัน คือ เเบคทีเรียที่สังเคราะห์มีเทนได้ มีรูปร่างง่ายมาก สามารถมีชีวิตอยู่ได้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีอ๊อกซิเจนกับเป็นพิษต่อมันอีก แบคทีเรียชนิดนี้ใช้คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ทำปฏิกริยากับน้ำสังเคราะห์มีเทนออกมา

เซลล์ของเเบคทีเรียสังเคราะห์มีเทนนี้เหมือนกับเซลล์แบคทีเรียทั่วไปคือมี ดี เอ็น เอ เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกประกอบด้วยโมเลกุลของไขมัน และเมตาโบลิซึมของมันขึ้นอยู่กับพลังงาน แต่เมื่อพิจารณาดูรายละเอียดของเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ของเเบคทีเรียชนิดนี้พบว่า ต่างจากของแบคทีเรียทั่วไป แตกต่างกันที่ปฏิกริยาทางชีวเคมีพื้นฐานในแง่ของขบวนการสร้างผนังเซลล์และสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ วิธีการอ่านข่าวสารของดี เอ็น เอ และการสร้างพลังงานในการยังชีพ

เเบคทีเรียสังเคราะห์แสง ( Photosynthetic bacteria ) มีการค้นพบก้อนหินอายุประมาณ 3,000-5,000 ล้านปี มีซากของแบคทีเรียติดอยู่ รูปร่างคล้ายลูกปัดทีร้อยเรียงกันเป็นสายยาว คล้ายไซยาโนแบคทีเรียปัจจุบัน ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่สามารถจับพลังงานจากแสงแดดและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานเคมีภายในเซลล์ได้แบคทีเรียชนิดนี้สังเคราะห์แสงได้เหมือนพืช ในยุคที่โลกมีแบคทีเรียชนิดนี้อาศัยอยู่เป็นจำนวนมาก พื้นผิวโลกน้ำ หรือบริเวณที่มันอยู่จะมีสีสรร เพราะเม็ดสีของมัน

แบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงได้มีความสำคัญมากในประวัติศาสตร์ของชีวิตบนโลก ชื่อ ไซยาโนแบคทีเรีย ( cyanobacteria ) บางครั้งเรียก สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ( blue-green alage ) แบคทีเรียชนิดนี้มีลักษณะคล้ายเม็ดคลอโรฟิลล์ที่ทำหน้าที่ช่วยสังเคราะห์แสงในพืชบวกกับเม็นสิน้ำเงินหรือสีแดง ไซยาโนแบคทีเรียผลิตก๊าซอ๊อกซิเจนจากกิจกรรมสังเคราะห์แสง และเมื่อมันปรากฏขึ้นในโลกนี้อย่างน้อย 3,000 ล้านปี มันมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มปริมาณความเข้มข้นของก๊าซอ๊อกซิเจนในบรรยากาศของโลกจากเดิมที่เคยมีปริมาณต่ำกว่าร้อยละ 1 เพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ 21 หมุนเวียนอยู่ในบรรยากาศโลก ไซยา-โนแบคทีเรียยังรับผิดชอบนการสะสมหินปูนขนาดมหาศาลบนผิวโลกและในทะแลด้วย

« ย้อนกลับ | หน้าถัดไป »

พัฒนาการของโลก
การเกิดของเมฆ
กำเนิดชีวิต
การเกิดสิ่งมีชีวิตของอริสโตเติล
การสูญพันธุ์