กำเนิดของชีวิต

ผลการเรียนรู้ ให้นักเรียนสามารถ
1. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายกำเนิดของสิ่งมีชีวิต
2. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายกำเนิดของเซลล์โพรคาริโอต เซลล์ยูคาริโอตและความสัมพันธ์ระหว่างเซลล์โพรคาริโอตและเซลล์ยูคาริโอต

ให้นักเรียนพิจารณาตารางธรณีกาล

มาตราธรณีกาล

และจากภาพ 20-9 ตามแนวคิดของโอพาริน ให้นักเรียนแล้วร่วมกัน
1. สืบค้น วิเคราะห์ อภิปราย ลำดับเหตุการณ์กำเนิดของสิ่งมีชีวิต
2. สิ่งมีชีวิตกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร ?
3. สิ่งมีชีวิตชนิดแรกที่เกิดขึ้นน่าจะมีโครงสร้างเซลล์แบบใด ?
4. สิ่งมีชีวิตมีลำดับวิวัฒนาการมาอย่างไร ?
5. ลำดับขั้นตอนการเกิดสิ่งมีชีวิตตามแนวคิดของโอพารินเป็นอย่างไร ?
6. วิวัฒนาการทางเคมีเกิดขึ้นมาได้อย่างไร ?
เพราะเหตุใดจึงพบ DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตมากกว่า RNA ?

ภาพที่ 20-9 แนวคิดกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกของโอพาริน
ก. บรรยากาศของโลกในยุคแรก ๆ มีึการสร้าง NH₃ , H₂O , H₂ , CH₄
ข. เกิดโมเลกุลของกรดอะมิโน น้ำตาล กรดไขมัน กลีเซอรอล
ค. เกิดโมเลกุลของพอลิแซ็กคาไรด์ ลิพิด โปรตีนและกรดนิวคลีอิค
ง. เริ่มปรากฎเซลล์เริ่มแรกของสิ่งมีชีวิต
(ที่มา : สสวท., 2548 , หน้า 168)            

กำเนิดโลกและสิ่งมีชีวิต

           สิ่งมีชีวิตมีกำเนิดมาบนโลกนี้เมื่อไร และเกิดขึ้นได้อย่างไร เป็นความอยากรู้ของมนุษย์มานานแล้ว ในสมัยโบราณ มีความเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตมีกำเนิดมาจากพระเจ้าสร้างขึ้น บ้างก็เชื่อว่า ชีวิตเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ แล้วเปลี่ยนแปลงมาเป็นสิ่งมีชีวิตตามทฤษฎีการเกิดเองโดยธรรมชาติ (Spontaneous theory) ซึ่งมีนักปราชญ์สมัยก่อนๆ สนับสนุนแนวคิดนี้ เช่น ทาเลส (Thales) อนาซิแมนเดอร์ (Anaximader) หรือ Aristotle เป็นต้น
           ในยุคสมัยต่อมา ความรู้และวิทยากรต่าง ๆ เจริญมากขึ้น ความคิดเห็นเกี่ยวกับกำเนิดของสิ่งมีชีวิตเริ่มเปลี่ยนแปลงไปและขัดแย้งกับความคิดเดิมอยู่บ้างเช่น ฟรานเซลโก เรดิ (Francisco Redi) หลุย ปลาสเตอร์ (Louise Pasteur) ได้ทดลองโดยออกแบบและสร้างเครื่องมือขึ้นมาและได้ข้อสรุปว่าสิ่งมีชีวิตเกิดมาจากสิ่งมีชีวิตเสมอ แต่ก็ยังไม่ได้คำตอบแน่ชัดว่า สิ่งมีชีวิตเริ่มแรกเกิดขึ้นมาได้อย่างไร
           ความคิดในยุคสมัยปัจจุบัน วิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้ามากขึ้น โดยเฉพาะความรู้ทางด้านชีวเคมีและอินทรีย์เคมี แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดของสิ่งมีชีวิตจึงเปลี่ยนไปจากเดิม และพยายามพิสูจน์ให้เป็นได้ชัดเจนว่าสิ่งมีชีวิตมีกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร เช่น
           ฮัลเดน (J.B.S. Haldane) พ.ศ. 2467, มูทเนอร์ (R. Bentner) และ โอปาริน (A.I. oparin) บุคคลทั้งสามได้กล่าวทำนองเดียวกันว่า สิ่งมีชีวิตไม่สามารถเกิดขึ้นได้เองในช่วงเวลาสั้น ๆ เพียงขั้นตอนเดียว แต่ต้องใช้เวลานานมากโดยกระบวนการวิวัฒนาการทางเคมีอย่างช้า ๆ เป็นการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากโมเลกุลง่าย ๆ ประกอบขึ้นด้วยสารอินทรีย์ซึ่งต้องมีธาตุคาร์บอน ไนโทรเจน ไฮโดรเจน และออกซิเจนประกอบอยู่ ทำให้เชื่อว่า โลกในสมัยแรกระยะหนึ่งนั้นมีภาวะเหมาะสมที่ทำให้ธาตุทั้ง 4 ชนิดมาประกอบกันได้แล้วกลายเป็นสารประกอบส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิต ดังภาพที่ 20-9
           จากแนวคิดของโอพาริน นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่ากรดนิวคลีอิคชนิดแรกที่เกิดขึ้น คือ RNA ทำหน้าที่ได้ทั้งเป็นสารพันธุกรรมและเอนไซม์ในปฏิกิริยาต่าง ๆ ของกระบวนการเมแทบอลิซึม เมื่อ RNA มีวิวัฒนาการขึ้นมาแล้ว การสังเคราะห์ DNA จึงเกิดขึ้นภายหลัง (รายละเอียดในเรื่อง ยีนและโครโมโซม) จากโครงสร้างของ DNA ที่เป็นสองสายพันกันเป็นเกลียวทำให้ DNA มีโครงสร้างโมเลกุลที่แข็งแรงกว่า RNA จากแบบแผนการจำลองตัวเองของ DNA (DNA replication) ทำให้มีมิวเทชันน้อยกว่า RNA จึงมีโอกาสอยู่รอดได้มากกว่า ดังนั้นการคัดเลือกโดยธรรมชาตินอกจากจะเกิดขึ้นในระดับของสิ่งมีีชีวิตแล้วยังเกิดในระดับโมเลกุล

           สรุป

           บรรยากาศของโลกในยุคแรก ๆ ทำให้เกิดการสังเคราะห์สารเคมีอย่างง่าย ๆ เช่น NH₃ H₂O H₂ และ CH₄ ต่อมาสารเคมีเหล่านี้ มีวิวัฒนาการเกิดเป็นโมเลกุลที่มีโครงสร้างซับซ้อนคือ กรดอะมิโน กรดไขมัน น้ำตาลและกลีเซอรอลเป็นต้น จนกระทั่งเกิดกรดนิวคลีอิก ครูชี้แจงเพิ่มเติมว่าแนวคิดที่ว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากสิ่งไม่มีชีวิตนั้นสามารถเกิดขึ้นได้ครั้งเดียวในโลก ซึ่งในปัจจุบันไม่สามารถเกิดขึ้นได้อีก เนื่องจากสภาพแวดล้อมไม่เหมาะสมต่อการเกิดสิ่งมีชีวิตจากสิ่งไม่มีชีวิต โดยในขั้นตอนแรกของการเกิดสิ่งมีชีวิตจะเป็นวิวัฒนาการทางเคมีเกิดเป็นเซลล์แรกเริ่ม เซลล์แรกเริ่มนี้สามารถแบ่งตัวได้และมีสารพันธุกรรมเกิดขึ้นโดยสารพันธุกรรมชนิดแรกที่เกิดขึ้นคือ RNA ก่อนที่จะมีวิวัฒนาการเป็น DNA ซึ่งเป็นวิวัฒนาการระดับโมเลกุล แต่การที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีสารพันธุกรรมเป็น DNA ยกเว้นไวรัสบางชนิดเนื่องจาก DNA มีโครงสร้างโมเลกุลที่แข็งแรงกว่า RNA นั่นคือเป็นผลมาจากกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ที่เกิดขึ้นในระดับโมเลกุลนั่นเอง
           คำถามเพิ่มเติม
           ให้นักเรียนร่วมกันศึกษาภาพที่ 20-10 และภาพที่ 20-11 เพื่อหาคำตอบว่า นักวิทยาศาสตร์ท่านใดที่พิสูจน์แนวคิดของโอพารินว่าเป็นไปได้ และเซลล์เริ่มแรกเกิดได้อย่างไร

การทดลองของ Stanley Miller

           ในปี พ.ศ. 2496 สแตนเลย์ มิลเลอร์ (Stanley Miller) ได้ทำการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวคิดของโอพาริน โดยแสดงให้เห็นว่าสารประกอบอย่างง่ายของสิ่งมีชีวิต เช่น กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ชนิดอื่นรวมทั้งสารอินทรีย์ เช่น ยูเรีย สามารถเกิดขึ้นได้ภายในชุดการทดลองที่คาดว่าเป็นสภาวะของโลกในระยะเวลานั้น คือ ไม่มีออซิเจน แต่มีแก๊สมีเทน แอมโมเนีย น้ำและแก๊สไนโตรเจน โดยมีแหล่งพลังงานจากไฟฟ้าดังภาพที่ 20-10

ภาพที่ 20-10 มิลเลอร์และอุปกรณ์การทดลอง เพื่อพิสูจน์แนวคิอดของโอพาริน
(ที่มา : สสวท., 2548 หน้า 169)

           นอกจากนี้ยังมีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายท่านที่ทำการทดลองคล้ายกับมิลเลอร์ โดยใช้สารตั้งต้นและพลังงานอย่างอื่น เช่น สารกัมมันตรังสี รังสีอัลตราไวโอเลต พบว่าได้ผลเช่นเดียวกันและเกิดเบสพิวรีนและไพริมิดีนอีกด้วย
           เมื่อสารโมเลกุลใหญ่เกิดขึ้นได้ตามแนวคิดของโอพาริน สารอินทรีย์เหล่านี้จะประกอบเป็นเซลล์เริ่มแรกได้อน่างไร ?
           ซิดนีย์ ฟอกซ์ (Sidney Fox) นักชีวเคมีชาวอเมริกันและคณะได้แสดงให้เห็นว่า เซลล์เร่ิมแรกเกิดจากกรดอะมิโนได้รับความร้อนและมีการรวมกลุ่มกัน ซึ่งมีสมบัติหลายประการที่คล้ายกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เช่น มีการเจริญเติบโต สามารถเพิ่มจำนวนโดยการแตกหน่อและมีกระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้น ดังภาพที่ 20-11

ภาพที่ 20-11 การเกิดเซลล์เร่ิมแรกตามแนวคิดของซิดนีย์ ฟอกซ์
(ที่มา : สสวท., 2548, หน้า 169)

           สรุปแนวคิดเกี่ยวกับกำเนิดของสิ่งมีชีวิต
           1. สแตนเลย์ มิลเลอร์เป็นผู้พิสูจน์แนวคิดของโอพาริน
           2. ซิดนีย์ ฟอกซ์ เสนอว่าเซล์เริ่มแรกเกิดจากกรดอะมิโนได้รับความร้อนและมีการรวมกลุ่มกันมีสมบัติหลายประการเหมือนสิ่งมีชีวิต

Prokaryotic and Eukaryotic