ปฐมกาลของสรรพชีวิต…กับการกำเนิดของโลกและจักรวาล

ทุกอย่างนิ่งสนิทราวกับนิรันดร...ไม่มีแม้แต่กาลเวลามาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ……

ไม่มีใครทราบว่าสภาวะเช่นนี้เกิดขึ้นนานเท่าไร… เพราะ ณ ขณะนั้นแม้แต่ “กาลเวลา” ยังไม่ถือกำเนิดขึ้น

แต่ในความเงียบ และนิ่งสงัดนั้น…จักรวาลทั้งมวลกำลังหดตัวเข้า..เล็กลง…เล็กลง… จนถึงขีดสุด เหลือเพียงขนาดอณูอะตอมเท่านั้น สภาวะเช่นนั้นรู้จักกันในนามของ “สภาวะซิงกูลาริที (Singularity)”

ทันใดนั้นเองสิ่งที่ไม่มีใครทราบว่าเกิดขึ้นได้อย่างไรก็อุบัติขึ้น…การระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาลที่เรียกกันว่า “บิก แบง (Big Bang)” ได้เกิดขึ้นพร้อมๆ กับการกำเนิดของ “เวลา” ในเศษเสี้ยวของเสี้ยววินาที (10-43วินาที) อุณหภูมิความร้อนนับล้านล้านองศา (1027 องศาเซลเซียส) ได้แผ่กระจายรังสีจนทั่วจักรวาล หลอมรวมให้องค์ประกอบของอณูอะตอม อันประกอบด้วย ควากซ์ อิเล็คตรอน นิวตรอน และโปรตอน ได้ก่อกำเนิดขึ้นและหลอมรวมจนกลายเป็นอะตอม.. เป็นกลุ่มก๊าซร้อน เป็นธาตุต่างๆ จนกลายเป็นดวงดาวของแกแล็คซี่ต่างๆ ในท้ายที่สุด…นับถอยหลังได้ราว 15,000 ล้านปีก่อน!

จากการเกิดบิกแบงในครั้ง “ปฐมกาล” คงไม่เป็นการกล่าวอ้างที่เกินจริงไปนัก ถ้าจะกล่าวว่า “การกำเนิดของสรรพสิ่ง..ทั้งมีชีวิตและไม่มีชีวิตบนโลก ย่อมเกี่ยวพันกับการกำเนิดของโลกและจักรวาลด้วยกันทั้งสิ้น” แต่คำถามที่ว่า “อะไรเป็นจุดหักเหให้ชีวิตได้ถือกำเนิดขึ้นมา และแตกต่างจากสิ่งไม่มีชีวิต?” ยังคงเป็นคำถามที่ค้างคาใจของนักวิทยาศาสตร์มาช้านาน….

นับจนถึงปัจจุบันโลกได้ถือกำเนิดขึ้นราว 6,200 ล้านปี โดยในระยะแรกสภาพบรรยากาศของโลกเต็มไปด้วยก๊าซร้อน และลาวาจากภูเขาไฟระเบิด อุณหภูมิของโลกร้อนเสียจนไม่มีสิ่งมีชีวิตชนิดใดสามารถดำรงอยู่ได้ แต่แล้วเพียงแค่หนึ่งพันล้านปีต่อมา สิ่งมีชีวิตชนิดแรกที่ใกล้เคียงกับสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินก็ถือกำเนิดขึ้น… "ชีวิต” เกิดขึ้นได้อย่างไร? “ชีวิต” มาจากไหนในช่วงระยะเวลาสั้นๆ? ณ วันนี้ คำถามเหล่านี้ยังคงไม่มีคำตอบ และกำลังท้าทายรอให้นักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ได้ค้นพบต่อไป….

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามตั้งสมมติฐาน และทำการทดลองพิสูจน์หา “จุดกำเนิดของชีวิต” มาเป็นเวลาหลายทศวรรษ การทดลองจำลองเหตุการณ์การกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่มีผู้กล่าวขวัญถึง และเป็นที่ยอมรับกันมากที่สุดคือ การทดลองของ สแตนลีย์ มิลเลอร์ (Stanley L. Miller) ราวต้นทศวรรษ 1950 ณ ห้องปฏิบัติการ มหาวิทยาลัยชิคาโก ซึ่งเขาได้พิสูจน์ว่า กรดอะมิโนซึ่งเป็นโมเลกุลพื้นฐานของชีวิตเกิดจากปฎิกิริยาเคมีในยุคแรกของการกำเนิดโลก!

ในขวดทดลองเขาได้จำลองสถานการณ์ “มหาสมุทร” เมื่อ 4,000 ล้านปีที่แล้ว โดยการให้ความร้อน จนน้ำกลายเป็นไอ แล้วหมุนวนผ่านหลอดทดลองต่าง ๆ ส่วนบนของขวดทดลองเปรียบได้กับชั้นบรรยากาศซึ่งประกอบไปด้วย ก๊าซมีเธน ก๊าซแอมโมเนีย ก๊าซไฮโดรเจน และไอน้ำ จากนั้นก็จำลองฟ้าแลบฟ้าผ่าโดยการบังคับให้ก๊าซต่างๆ ทำปฏิกิริยาผ่านประจุไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน จากนั้นนำไอน้ำและก๊าซที่ได้จากหลอดทดลองไปผ่านกระบวนการควบแน่น และผสมกับน้ำส่วนที่เป็น “มหาสมุทร” เขาพบว่าน้ำที่ได้ในขวดทดลองมีกรดอะมิโน เจือปนอยู่เป็นจำนวนมาก!

จากการทดลองพบว่า มีไกลซีน (glycine) ปรากฎให้เห็นหลังจากการทำปฏิกิริยาในชั้นบรรยากาศ (จำลอง) และผลิตเป็นสารประกอบอย่างง่ายเช่น ฟอร์มัลดีไฮด์ (formaldehyde) และ ไฮโดรเจนไซยาไนด์ (Hydrygen cyanide) ซึ่งสารประกอบทั้งสองได้กลายเป็นองค์ประกอบของชุดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต่อไป

หลายปีต่อมา (ภายหลังการทดลองนี้) ได้มีอุกกาบาตตกใกล้กับเมืองเมอร์ชิสัน ประเทศออสเตรเลีย (Murchison, Australia) จากการสำรวจรอบๆ บริเวณ เป็นที่น่าประหลาดใจว่า มีกรดอะมิโนชนิดเดียวกับที่พบในการทดลองของมิลเลอร์จำนวนมากในบริเวณที่อุกกาบาตตก…! เหตุการณ์ครั้งนั้นยิ่งทำให้ทฤษฎีของมิลเลอร์น่าเชื่อถือยิ่งขึ้น…

อันที่จริงแนวคิดของมิลเลอร์ได้แรงบันดาลใจมาจากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย อเล็กแซนเดอร์ โอปาริน (Alexander I Oparin) และนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ฮาลเดน (J.B.S.Haldane) ในปี 1930 ที่ได้ชี้ให้เห็นว่าสารประกอบอินทรีย์ที่จำเป็นต่อชีวิตจะไม่สามารถรวมตัวกันได้บนโลก ถ้าในชั้นบรรยากาศเต็มไปด้วยก๊าซออกซิเจนดังเช่นปัจจุบัน เนื่องจากออกซิเจนจะเข้าไปแย่งจับกับไฮโดรเจนอะตอมจากสารประกอบอื่น ซึ่งจะรบกวนการทำปฏิกิริยาแปรสภาพจากโมเลกุลสารอินทรีย์อย่างง่ายๆ ให้กลายเป็นสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลซับซ้อน โอปาริน และฮาลเดนได้เสนอแนวคิดที่ว่าบรรยากาศของโลกในยุคแรกๆ คล้ายกับสภาพบรรยากาศนอกโลก ซึ่งมีออกซิเจนน้อยแต่อุดมไปด้วยก๊าซไฮโดรเจนจำนวนมาก ดังนั้นไฮโดรเจนอะตอมจึงสามารถเข้าทำปฏิกิริยากับก๊าซต่างๆ เช่น มีเธน (CH₄₎ และแอมโมเนีย (NH₃) ซึ่งอาจทำให้แปรสภาพเป็นสารอินทรีย์ต่างๆ ที่มีความซับซ้อนได้ง่ายขึ้น

จากแนวคิดดังกล่าวทำให้ต่อมามีการทดลองอีกเป็นจำนวนมากที่ได้ยืนยัน ปรากฏการณ์การกำเนิดของกรดอะมิโน ว่าสามารถเกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายในสภาพที่ออกซิเจนต่ำ (reducing condition) และไม่พบกรดอะมิโน หรือพบได้น้อยมากในสภาพแวดล้อมที่มีปริมาณก๊าซออกซิเจนสูง (oxidizing condition)

ในปี 1961 ฮวน โอโร (Juan Oro) แห่งมหาวิทยาลัยฮุสตัน (University of Houston) ได้พยายามพิสูจน์ว่ากรดอะมิโนจะสามารถเกิดขึ้นได้เองในปฏิกิริยาที่ง่ายกว่าการทดลองของมิลเลอร์หรือไม่ โดยเขาเพียงผสมไฮโดรเจน ไซยาไนด์ และแอมโมเนีย ลงในสารละลายโดยปราศจากการเติมอัลดีไฮด์เพื่อเร่งปฏิกิริยา เป็นที่น่าประหลาดใจว่า เขาก็ยังสามารถพบกรดอะมิโนในสารละลายด้วย ยิ่งไปกว่านั้นเขากลับพบ “อะดินีน” โมเลกุลที่มีความซับซ้อนปนอยู่เป็นจำนวนมาก!

อะดินีน เป็นหนึ่งในสี่สารประกอบ (เบส) สำคัญ ที่เป็นองค์ประกอบหลักของอาร์เอ็นเอ และดีเอ็นเอ อะดินีนยังเป็นส่วนประกอบของ เอทีพี (ATP: Adenine Triphosphate) ซึ่งเป็นสารประกอบสำคัญที่ให้พลังงานแก่สิ่งมีชีวิตทั้งมวล!

การทดลองของโอโรชี้ให้เห็นว่า “จุดกำเนิดของชีวิต” ไม่ได้เกิดขึ้นยากเย็นอย่างที่คิด

การทดลองในระยะต่อมาได้แสดงให้เห็นถึงการเกิดกรดนิวคลีอิกชนิดต่างๆ จากการทำปฏิกิริยา ไฮโดรเจนไซยาไนด์ และสารประกอบไซยาโนเจน (Cyanogen: C₂N₂) และ ไซยาโนอะเซททิลีน (Cyanoacetylene: HC₃N) และพิสูจน์ให้เห็นว่า กรดนิวคลีอิก และส่วนประกอบของโปรตีนเกิดขึ้นได้อย่างไร ในสภาวะแรกของการกำเนิดชีวิตบนโลก

ยิ่งไปกว่านั้นสิ่งอัศจรรย์ก็คือ สารประกอบเหล่านั้นสามารถพบได้ในอวกาศ กรดอะมิโนหลายจำพวกที่มีบางส่วนพบในการทดลองของมิลเลอร์ ถูกพบในซากอุกกาบาตที่อุดมไปด้วยคาร์บอน พร้อมกับอะดินีน และกัวนีน (purine bases) น้ำ แอมโนเนีย ฟอร์มัลดีไฮด์ ไฮโดรเจนไซยาไนด์ และไซยาโนอะเซททิลีน ก็พบได้เช่นกันในบริเวณที่มีดวงดาวเกิดขึ้นมาใหม่ หรือในบริเวณที่เรียกว่า Interstellar Dust Clouds

อาจเป็นเหตุ “บังเอิญ” หรือ ด้วยเหตุใดก็ตามที่สารประกอบอินทรีย์ในอวกาศ มีโครงสร้างเดียวกับสารประกอบที่เกิดจากการทดลองเคมีจำลองสภาพการเกิดของโลกในยุคแรกๆ และดูเหมือนว่าทฤษฎีของโอปาริน และฮาลเดนจะสมเหตุสมผลและสามารถอธิบาย “จุดกำเนิดของชีวิต” ได้เป็นอย่างดี…หากไม่มีการค้นพบสภาพของบรรยากาศโลกในอดีตที่แท้จริง…

หลักฐานสภาพบรรยากาศของโลกซึ่งค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ได้ชี้ให้เห็นว่า โลกในสมัยก่อนไม่ได้มีลักษณะดังเช่นมิลเลอร์ได้ตั้งสมมติฐานไว้ คือเต็มไปด้วยก๊าซไฮโดรเจน และขาดออกซิเจน !!

ซึ่งการค้นพบดังกล่าวได้สั่นคลอนทฤษฎี “จุดกำเนิดชีวิต” ของนักวิทยาศาสตร์จำนวนมาก และทำให้มีข้อสงสัยว่าสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นในหลอดทดลองจำลองสภาพบรรยากาศของโลกในอดีต สามารถเกิดขึ้นได้เองไม่ว่าในชั้นบรรยากาศจะมีปริมาณไฮโดรเจน มีเธน และ แอมโมเนีย สูงขึ้นหรือน้อยลงเพียงไร…และเพื่ออธิบายการค้นพบสารประกอบอินทรีย์ในห้วงอวกาศ ทำให้มีการชักนำทฤษฎี “จุดกำเนิดชีวิต” ขึ้นอีกบทหนึ่ง…นั่นคือ กรดอะมิโน และสารประกอบอินทรีย์สำคัญของสิ่งมีชีวิตอาจมาจาก นอกโลก ในห้วงอวกาศ จากการที่มีอุกกาบาตตกจำนวนมาก หรือ ดาวหางพุ่งชนโลก เมื่อ 4,000 ล้านปีก่อน

ผลึกเซลล์รังผึ้งของธาตุเหล็กซัลไฟด์ ซึ่งคิดว่าเป็นสภาพแวดล้อมที่เป็น จุดกำเนิดของชีวิต

สมมติฐานที่น่าเชื่อถืออีกบทหนึ่งซึ่งพยายามอธิบายจุดกำเนิดของชีวิต โดยอาศัยกลไกและกระบวนการจำลองตัวเองของอาร์เอ็นเอในธรรมชาติ สมมติฐานที่ว่าก็คือ “สมมติฐานโลกอาร์เอ็นเอ (RNA-world Hypothesis)” โดยมีแนวคิดที่ว่านิวคลีโอไทด์โมเลกุล ที่ประกอบกันขึ้นมาเป็นอาร์เอ็นเอ เกิดจากการรวมตัวของปฏิกิริยาเคมีระหว่างน้ำตาลไรโบส ผสมกับกรดนิวคลีอิก และฟอสเฟต จากนั้นโมเลกุล “ไรโบนิวคลีโอไทด์” ที่เกิดจากการรวมตัวเหล่านี้ได้เชื่อมต่อกันจนกลายเป็น “สายโพลีเมอร์” จำนวนมาก ซึ่งหนึ่งในจำนวนนั้นสามารถจำลองตัวเองขึ้นมาใหม่ได้ แม้ทฤษฎีนี้ฟังดูน่าจะเป็นไปได้แต่ทว่าในสภาวะที่ไม่มีเอ็นไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าการสังเคราะห์น้ำตาลไรโบสเป็นไปได้ยากมาก

เป็นที่ทราบกันดีว่าน้ำตาลไรโบสสามารถสังเคราะห์ขึ้นได้จากการทำปฏิกิริยาเคมีหลายขั้นตอนของสารประเภทฟอร์มัลดีไฮด์ แต่ทว่าเมื่อปฏิกิริยาเสร็จสิ้นมักพบว่ามีน้ำตาลชนิดอื่นเกิดขึ้น ปะปนมาด้วยจำนวนมาก ซึ่งน้ำตาลเหล่านี้กลับกลายเป็นอุปสรรคสำคัญในการอธิบาย “สมมติฐานโลกอาร์เอ็นเอ” เนื่องจากน้ำตาลเหล่านี้จะเข้ามาแย่งจับกับกรดนิวคลีอิก และกลายเป็นสารประกอบที่ยับยั้งการสร้างอาร์เอ็นเอ และการจำลองตัวในท้ายที่สุด…

แม้จะมีผู้เสนอแนวคิดต่างๆ มากมายเกี่ยวกับสมมติฐานโลกอาร์เอ็นเอ หากทว่าจนถึงปัจจุบันยังไม่มีผู้ใดค้นพบปฏิกิริยาเคมีลูกโซ่การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอที่เกิดขึ้นในธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์

อย่างไรก็ตาม จากหลักฐานการวิวัฒนาการของจุลินทรีย์ในยุคดึกดำบรรพ์ ก็ได้ชี้ให้เห็นว่าวิวัฒนาการของอาร์เอ็นเอมีความสำคัญต่อการกำเนิดของชีวิตเพียงไร ทั้งนี้เนื่องจากอาร์เอ็นเอ เป็นกุญแจสำคัญในการสร้างโปรตีน อีกทั้งยังมีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดการสร้างดีเอ็นเอ และการกำเนิดของเซลล์

ปริศนา “จุดกำเนิดของชีวิต” คงยังไม่สามารถหาคำตอบได้ในเร็ววัน แต่ก็ดูเหมือนว่าในระหว่างทางนั้น เราจะได้รับความรู้และเข้าใจกลไกต่างๆ ของชีวิตมากขึ้นเป็นลำดับตามความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เช่นนั้นจึงอาจมีซักวันที่เราจะสามารถหาคำตอบ “ชีวิตมาจากไหน ?” พร้อมๆ กับตอบคำถามว่า “จุดกำเนิดของสรรพสิ่งเกิดขึ้นได้อย่างไร ?”

ทั้งนี้เพราะทุกสรรพสิ่งในจักรวาลล้วนมาจากจุดกำเนิดเดียวกันนั่นเอง!