สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้มาอย่างไรนั้น ยังไม่มีนักวิทยาศาสตร์ท่านใดสามารถพิสูจน์ได้อย่างชัดเจน มีเพียงสมมุติฐานเกี่ยวกับกำเนิดของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์หลายท่านในอดีตได้ตั้งสมมติฐานถึงกำเนิดของสิ่งมีชีวิตชนิดแรกบนโลก โดยเชื่อกันว่าสิ่งมีชีวิตสามารถกำเนิดขึ้นเองได้จากสิ่งไม่มีชีวิต ซึ่งเป็นอิทธิพลของความเชื่อทางศาสนา ต่อมา หลุยส์ พาสเตอร์ (Louis Pasteur) ได้ทำการวิจัยและพิสูจน์ได้ว่า สิ่งมีชีวิตกำเนิดมาจากสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ทำให้เกิดข้อสงสัยว่า สิ่งมีชีวิตแรกเริ่มของโลกถือกำเนิดมาได้อย่างไร

แนวคิดของโอพาริน และการทดลองต่อๆ มา

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

จากแนวคิดของโอพาริน นักวิทยาศาสตร์ได้สันนิษฐานว่า กรดนิวคลิอิกชนิดแรกที่เกิดขึ้น คือ RNA เนื่องจาก RNA ทำหน้าที่ได้สองอย่าง คือ เป็นสารพันธุกรรม และเอนไซม์ในปฏิกิริยาต่างๆ ของกระบวนการเมแทบอลิซึม เมื่อ RNA มีวิวัฒนาการขึ้นมาแล้ว การสังเคราะห์ DNA จึงเกิดขึ้นภายหลัง

โครงสร้างของ DNA จึงประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันเป็นเกลียวทำให้ DNA มีโครงสร้างโมเลกุลที่แข็งแรงกว่า RNA ซึ่งเป็นพอลินิวคลีโอไทด์ 1 สาย นอกจากนี้ DNA ยังมีกลไกลในการแก้ไขหรือตรวจสอบความถูกต้อง ขณะที่มีการจำลอง DNA (DNA replication) ทำให้มีมิวเทชันน้อยกว่า RNA จึงมีโอกาสอยู่รอดได้มากว่า ดังนั้น การคัดเลือกโดยธรรมชาตินอกจากจะเกิดขึ้นในระดับของสิ่งมีชีวิตแล้ว ยังเกิดขึ้นในระดับโมเลกุลด้วย

สแตนเลย์ มิลเลอร์ (Stanley Miller) ได้ทำการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวคิดของโอพาริน โดยแสดงให้เห็นว่า สารประกอบอย่างง่ายของสิ่งมีชีวิต เช่น กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ชนิดอื่น รวมทั้งสารอินทรีย์ เช่น ยูเรีย สามารถเกิดขึ้นได้ภายในชุดการทดลองที่คาดว่าเป็นสภาวะของโลกในระยะเวลานั้น คือ ไม่มีออกซิเจน แต่มีแก๊สมีเทน แอมโมเนียม น้ำ และแก๊สไฮโดรเจน โดยมีแหล่งพลังงานจากไฟฟ้า

นอกจากนี้ ยังมีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายท่านที่ทำการทดลองคล้ายกับมิลเลอร์ โดยใช้สารตั้งต้นและพลังงานอย่างอื่น เช่น สารกัมมันตรังสี รังสีอัลตร้าไวโอเลต พบว่าได้ผลเช่นเดียวกัน และเกิดเบสพิวรีนและไพริมิดีนอีกด้วย

ต่อมา ซิดนีย์ ฟอกซ์ (Sidney Fox) นักชีวเคมีชาวอเมริกันและคณะ ได้แสดงให้เห็นว่า เซลล์เริ่มแรกเกิดจากกรดอะมิโนได้รับความร้อนและมีการรวมกลุ่มกัน ซึ่งมีคุณสมบัติหลายประการที่คล้ายกันกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เช่น การมีการเจริญเติบโต สามารถเพิ่มจำนวนโดยการแตกหน่อ และมีกระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้น เป็นต้น

กำเนิดของเซลล์โพคาริโอต

จากหลักฐานของซากดึกดำบรรพ์ เริ่มพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตเมื่อประมาณ 3,500 ล้านปีที่ผ่านมา และมีวิวัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตจำนวนมากในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า สิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการมาจากเซลล์เริ่มแรก น่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์โพคาริโอต เช่น แบคทีเรีย เนื่องจากบรรยากาศของโลกในยุคนั้นมีออกซิเจนเพียงเล็กน้อย ดังนั้น สิ่งมีชีวิตที่พบน่าจะดำรงชีวิตแบบไม่ใช้ออกซิเจน และไม่สามารถสร้างอาหารขึ้นเองได้ แล้วมีวิวัฒนาการต่อมาเป็นสิ่งมีชีวิตที่ดำรงโดยการสร้างอาหารเองได้ด้วยกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี เช่นเดียวกับอาเคียร์แบคทีเรียในปัจจุบัน

ต่อมาเริ่มมีวิวัฒนาการของแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงจากโมเลกุลของน้ำ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้ปริมาณของแก๊สออกซิเจนในบรรยากาศเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก และเป็นปัจจัยที่เอื้อต่อการเกิดวิวัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์ยูคาริโอต

กำเนิดของเซลล์ยูคาริโอต

ลักษณะที่เด่นชัดของเซลล์ยูคาริโอต คือ มีสารพันธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส ซึ่งแตกต่างจากเซลล์โพรคาริโอตที่สารพันธุกรรมแขวนลอยในไซโทพลาซึม นอกจากนี้ ในเซลล์ยูคาริโอตยังพบโครงสร้างอื่นๆ ที่สำคัญ เช่น ไมโทคอนเดรีย คลอโรพลาสต์เอนโด พลาสมิกเรติคูลัม โครงสร้างที่ซับซ้อนของเซลล์ยูคาริโอตเหล่านี้ กำเนิดมาจากโครงสร้างอย่างง่ายของเซลล์โพรคาริโอต

จากภาพ แสดงการกำเนิดของเซลล์ยูคาริโอต พบว่าการเจริญเติบโตของเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ล้อมรอบบริเวณที่มีสารพันธุกรรมอยู่ แล้วจึงพัฒนาเป็นนิวเคลียส ทำให้เซลล์ยูคาริโอต และมีเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ขณะที่ไมโทคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์ เกิดจากเซลล์โพคาริโอตขนาดเล็กเข้าไปอาศัยอยู่ภายในเซลล์โพรคาริโอตขนาดใหญ่นั่นเอง

แนวคิดนี้มีหลักฐานสนับสนุนหลายอย่าง เช่น ไมโทคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์ สามารถแบ่งตัวเพิ่มจำนวนได้เอง มีเยื่อชั้นในที่บรรจุเอนไซม์ในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน มี DNA และไรโบโซมที่คล้ายคลึงกับแบคทีเรียจากการกำเนิดของเซลล์โพรคาริโอต และเซลล์ยูคาริโอต จนกระทั่งมีวิวัฒนาการเป็นความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน

พัดชา วิจิตรวงศ์