คุณคิดว่าสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุด จะเล็กซักแค่ไหนกันเชียว แมลงเล็กตัวเล็กอย่างแมลงหวี่ที่บินตอมหน้าคุณไปมา หรือส่งเสียงหึ่ง ๆ เวลาบินผ่านหูของคุณ เล็กพอหรือยัง จริง ๆ แล้วมันมีเล็กกว่านั้นอีก เล็กที่สุด เล็กกว่าที่คุณจะคิดจินตนาการถึง มันมีแค่เซลล์เดียว แต่พวกมันก็ไม่ได้มีแค่ชนิดเดียว
 

ในโลกเรานี้มีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอยู่มากมายหลายล้านพันธุ์ มีตั้งแต่สายพันธุ์ที่พอมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า อย่าง Volonia Ventricosa ขนาดประมาณ 4 - 5 เซนติเมตรโดยเฉลี่ย ไปจนถึงพันธุ์ที่มีเซลล์เดียวซึ่งเล็กจนตาเปล่ามองไม่เห็น มองผ่านแว่นขยายก็ยังมองไม่เห็น คุณต้องมีกล้องจุลทรรศน์เพื่อจะมองเห็นมัน และแน่นอนว่าการศึกษาชีวิตของเจ้าสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเช่นนี้ก็ไม่ใช่เรื่องง่าย

มันช่างน่าสงสัยว่าทำไมสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่มีขนาดหลากหลาย แต่ไม่มีใหญ่ขนาดเท่าไก่ ช้าง หรือวาฬ ทำไมมันถึงต้องมีขนาดเล็ก ปัจจัยที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวต้องมีขนาดเล็กอาจจะอยู่ที่องค์ประกอบของเซลล์และสัดส่วนของพื้นที่ผิวและปริมาตร เนื่องจากเซลล์ที่เรากำลังพูดถึงอยู่นั้นเป็นเซลล์ที่มีความกว้าง ความยาว และความสูง เหมือนกับสิ่งมีชีวิตเท่าไป มันไม่ได้เรียบแบนเหมือนกับรูปวาด และแต่ละเซลล์มีนิวเคลียส มีสารต่าง ๆ มีของเหลว มีหน่วยเล็ก ๆ อยู่ภายในมากมาย เซลล์จำเป็นต้องได้รับอาหาร และกำจัดของเสีย ออกจากเซลล์ และนั่นเป็นหนึ่งในกิจกรรมพื้นฐานของทุกชีวิต
 

แต่เนื่องจากมันมีเพียงแค่เซลล์เดียว ระบบการจัดการนำเข้าและส่งสิ่งต่าง ๆ ออกจากเซลล์เกิดขึ้นผ่าน Cell Membrane เยื่อหุ้มเซลล์ สมมติเราย่อมันให้กลายเป็นแค่รูป 2 มิติ เพื่อความง่ายในการคิดคำนวน อัตราส่วนของพื้นที่ภายในเซลล์ ซึ่งเราสมมติแทนปริมาณสสารภายในเซลล์และเส้นรอบวงของเซลล์คือเยื่อหุ้มเซลล์ อัตราส่วนของพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นเมื่อขนาดเซลล์ใหญ่ขึ้น เพิ่มขึ้นด้วยความรวดเร็วมากกว่า ขนาดเส้นรอบวงหรือขอบของเซลล์อย่างมาก
 

สมมติว่าเรามีเซลล์เป็นสี่เหลี่ยมจตุรัสที่มีความกว้างและยาวด้านละ 1 ไมโครเมตร เพื่อความง่ายในการคำนวนเราจะได้พื้นที่ภายในเซลล์เป็น 1 ตารางไมโครเมตร ในขณะที่ เส้นรอบรูปคือ 4 ไมโครเมตร อัตราส่วนของ เส้นรอบและพื้นที่ภายในคือ 4:1 แต่หากเซลล์ใหญ่ขึ้นเป็นด้านละ 20 ไมโครเมตร เราจะได้อัตราส่วนเป็น 80:400 หรือ 1:5 ซึ่งจะเห็นได้ว่า พื้นที่ภายในขยายขึ้นอย่างมาก และมันทำให้การนำเข้าสารที่มีประโยชน์ต่อเซลล์อย่างเช่นสารอาหารหรือแม้แต่อ็อกซิเจนซึ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิต เข้าไปในเซลล์และกระจายไปยังส่วนต่าง ๆ ทำได้ช้ากว่าเดิมมาก เพราะเส้นรอบรุปในตัวอย่างนี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นเร็วเหมือนกับปริมาณพื้นที่ภายใน และแน่นอนว่าการส่งออกของเสียที่เกิดขึ้นจากเซลล์ออกไปด้านนอกก็เป็นปัญหาเช่นกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นกับเซลล์ ในชีวิตจริงซึ่งทรงต่าง ๆ ในสามมิติ และมันมีปัญหามากกว่าตัวอย่างที่กล่าวมาข้างต้นด้วยซ้ำเนื่องจากหากเราเทียบอัตราส่วนของพื้นที่ผิวและปริมาตร ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าพื้นที่เยื่อหุ้มเซลล์มาก ๆ

อย่างไรก็ดีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางชนิดก็ปรับตัวเพื่อให้มีขนาดของเซลล์ใหญ่ขึ้น พร้อมกับมีพื้นที่ผิวที่มากขึ้นเพียงพอต่อการใช้งาน เช่น สาหร่ายเซลล์เดียวสายพันธุ์ Caulerpa Taxifolia ซึ่งสามารถโตและมีความยาวออกไปถึง 30 เซนติเมตร และนั่นเป็นเพราะว่ามันปรับตัวให้มีรอยหยักเหมือนกับใบไม้ มีนิวคลิอายจำนวนมากกระจายอยู่ตามส่วนต่าง ๆ ของเซลล์เพื่อให้สามารถควบคุม และทำงานได้เหมือนสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เพียงแต่ไม่มีเยื่อกั้นระหว่างเซลล์เท่านั้นเอง แต่ขนาดและพื้นที่ผิวเองก็ไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยเดียวที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวมีขนาดเล็ก แต่การที่มีขนาดเล็กทำให้มันไม่ต้องคำนึงถึงกฎฟิสิกส์พื้นฐานของโลกนี้หลาย ๆ ข้อได้ เช่นหากมันมีขนาดเล็กมาก ๆ มันก็สามารถลอยไปในอากาศได้ง่ายหรือแม้แต่เคลื่อนที่ไปบนผิวน้ำมีแรงตึงผิวคอยช่วยพยุงไว้ เป็นต้น

และถ้าหากจะมองว่าเซลล์เล็ก ๆ นี้คงไม่ได้มีพิษสงอะไรมาก อันที่จริงสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหลายสายพันธุ์เองก็ทำให้เกิดโรคที่ร้ายแรงต่อร่างกายเรา หรือสิ่งมีชีวิตอื่น แต่หากจะนึกถึงสิ่งมีชีวิตเซล์เดียวที่ทำให้เกิดผลกระทบขนาดใหญ่ที่สุดของโลก เราอาจจะต้องศึกษาย้อนกลับไปหลายพันล้านปี เมื่อครั้งที่โลกเรายังไม่ได้มีก๊าซออกซิเจนในชั้นบรรยากาศเยอะขนาดนี้ ในยุคนั้นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวชนิดหนึ่งในอุบัติขึ้น และผลของการมีอยู่และขยายพันธุ์ของมันทำให้เกิดยุคน้ำแข็งครั้งแรกของดาวดวงนี้ ในยุคนั้นดาวของเรายังไม่ได้เต็มไปด้วยออกซิเจนปริมาณมากในอากาศ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวชนิด Anaerobic

กล่าวคือไม่ได้ใช้ออกซิเจนในการดำรงชีวิต แต่นักวิทยาศาสตร์คาดกันว่า มีสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งที่เริ่มขึ้นมาอยู่บริเวณผิวน้ำและดูดซับพลังงานแสง และทำปฏิกิริยากับก๊าซที่มีอยู่มากในอากาศในขณะนั้นอย่างคาร์บอนไดออกไซต์และได้รับพลังงานซึ่งเป็นน้ำตาลพร้อมกับปล่อยออกซิเจนออกมา กระบวนการเหมือนกับที่เกิดขึ้นในการสังเคราะห์แสงของพืช เมื่อแหล่งพลังงานจากแสงอาทิตย์มีอยู่มากมาย คาร์บอนไดออกไซต์และน้ำก็เช่นกัน สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวนี้คือบรรพบุรุษของ Cyanobacteria หรือต้นตระกูลของสาหร่ายเซลล์เดียวในปัจจุบันนั่นเอง

การขยายตัวของประชากรสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้เป็นจำนวนมากอย่างรวดเร็วนี้เองที่ทำให้ชั้นบรรยากาศในขณะนั้นปนเปื้อนไปด้วยมลพิษ สารที่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นในขณะนั้น คือสิ่งที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน มันคือออกซิเจน และเมื่อเวลาผ่านไปหลายล้านปีปริมาณออกซิเจนในอากาศก็เพิ่มขึ้นมาก จนเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ ที่อาศัยอยู่ในตอนนั้นจนพวกมันสูญพันธุ์หายไปเกือบหมด 2.5 พันล้านปีก่อนดาวดวงนี้คือสุสาน เพราะสิ่งมีชีวิตต่างล้มหายตายจากไปเนื่องจากพิษของออกซิเจน ผลกระทบต่อมาคือก๊าซมีเทนที่เคยมีอยู่มากในชั้นบรรยากาศและทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกซึ่งกักเก็บความร้อนไว้ในโลก ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและเกิดเป็นน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์ซึ่งไม่ได้กักเก็บความร้อนมากเหมือนกับมีเทน อุณหภูมิของดาวจึงลดต่ำลงจนกลายเป็นยุคน้ำแข็งที่ยาวนาน ก่อนที่จะค่อยๆอุ่นขึ้นเนื่องจากปริมาณของออกซิเจนเริ่มอยู่ในจุดสมดุลเหมือนในปัจจุบันและสิ่งมีชีวิตต่างปรับตัวให้เข้ากับสัดส่วนของก๊าซต่าง ๆ ที่มีในอากาศได้แล้ว

ผลกระทบของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวขนาดเล็ก ไม่ได้เป็นเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่อาจจะมองข้ามได้เลย เนื่องจากทุกอย่างที่เกิดขึ้นส่งผลกระทบต่อวงจร สิ่งมีชีวิตอื่น หรือแม้แต่สภาพแวดล้อมโดยรอบทั้งหมดและก่อนจะวนกลับมากระทบกับต้นตอในที่สุด มันทำให้ยิ่งต้องตระหนักว่าหากเรา มนุษย์ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดใหญ่กว่า บรรพบุรุษของสาหร่ายเซลล์เดียวมากหลายเท่า ปรับเปลี่ยนสมดุลย์ของสัดส่วนก๊าซในอากาศอีกครั้ง โอโซนในชั้นบรรยากาศลดลง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ยุคน้ำแข็งก็อาจจะเกิดขึ้นได้อีกครั้งเร็ว ๆ นี้

ขอบคุณภาพปก : Pixabay