“วิวัฒนาการ” เป็นกระบวนการที่มหัศจรรย์และใช้เวลายาวนาน เป็นกระบวนการสำคัญที่ทำให้เกิดความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลกเราทุกวันนี้ โดยสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับใหญ่ เช่น วิวัฒนาการของแขนขา หรือวิวัฒนาการในระดับเซลล์ที่ต้องส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์
ล่าสุด ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบสัญญาณของเหตุการณ์สำคัญในสิ่งมีชีวิตที่อาจจะไม่เกิดขึ้นเป็นเวลาอย่างน้อย 1 พันล้านปี นั่นคือการสังเกตเห็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “ไพรมารีเอนโดซิมไบโอซิส” (Primary Endosymbiosis)
ไพรมารีเอนโดซิมไบโอซิสคือขั้นแรกของปรากฏการณ์ที่สิ่งมีชีวิต 2 รูปแบบรวมตัวกันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตเดียว เป็นเหตุการณ์ที่หายากอย่างไม่น่าเชื่อ ครั้งล่าสุดที่เกิดกระบวนการนี้คือเมื่อพันล้านปีก่อน ซึ่งทำให้เกิด “พืช” (Plant) ขึ้นมาบนโลก
ไพรมารีเอนโดซิมไบโอซิสครั้งล่าสุดนี้เกิดขึ้นในห้องแล็บ โดยเกิดระหว่างสาหร่ายทะเลชนิดหนึ่งและแบคทีเรีย
เอนโดซิมไบโอซิสเกิดขึ้นเมื่อจุลินทรีย์ชนิดหนึ่งกลืนกินอีกตัวหนึ่ง จากนั้นจะเริ่มใช้สิ่งมีชีวิตที่ถูกกินเข้าไปเป็นอวัยวะภายใน สิ่งมีชีวิตที่เป็นฝ่ายกิน (โฮสต์) จะให้ประโยชน์หลายประการแก่สิ่งมีชีวิตที่ถูกกิน (เอนโดซิมเบียนต์) ทั้งสารอาหาร พลังงาน และการปกป้องคุ้มครอง
จนถึงจุดหนึ่ง เมื่อเอนโดซิมเบียนต์ไม่สามารถอยู่รอดได้ด้วยตัวเองอีกต่อไป มันจะกลายเป็น “ออร์แกเนลล์” (Organelle) หรืออวัยวะสำหรับโฮสต์
ไทเลอร์ โคล จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซ หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “หายากมากที่จะเกิดออร์แกเนลล์จากสิ่งเหล่านี้ ครั้งแรกที่มันเกิดขึ้น มันก่อให้เกิดชีวิตที่ซับซ้อน”
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า ที่ผ่านมา ตลอดระยะเวลา 4.6 พันล้านปีของโลก เคยเกิดเอนโดซิมไบโอซิสเพียง 2 ครั้งเท่านั้น และทุกครั้งก่อให้เกิดความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับการวิวัฒนาการ
เอนโดซิมไบโอซิสครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 2.2 พันล้านปีก่อน สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เรียกว่า “อาร์เคีย” (Archaea) ได้กลืนแบคทีเรียเข้าไปจนวิวัฒนาการกลายเป็นไมโตคอนเดรีย (Mitochondria) หรือส่วนประกอบในเซลล์ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งผลิตพลังงานที่หลายคนคุ้นเคยกันดีในวิชาชีววิทยาระดับมัธยม
ส่วนเอนโดซิมไบโอซิสครั้งที่ 2 เกิดขึ้นประมาณ 1 พันล้านปีที่แล้ว เมื่อเซลล์ขั้นสูงกลืนกินไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) เข้าไป ไซยาโนแบคทีเรียสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงแดดและกลายเป็นออร์แกเนลล์ที่เรียกว่า “คลอโรพลาสต์” (Chloroplast) หรือส่วนประกอบที่สร้างอาหารผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis)
การเกิดขึ้นของคลอโรพลาสต์นี่เองที่ทำมาสู่การกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่สามารถผลิตอาหารจากแสงแดด นั่นคือพืชสีเขียว
โคลบอกว่า “ทุกสิ่งที่ซับซ้อนยิ่งกว่าเซลล์แบคทีเรียก็เนื่องมาจากเหตุการณ์แรก และประมาณหนึ่งพันล้านปีก่อน มันเกิดขึ้นอีกครั้งกับคลอโรพลาสต์ และนั่นทำให้เรามีพืช”
ส่วนเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอซิสครั้งล่าสุด ซึ่งเชื่อว่าจะเป็นครั้งที่ 3 นี้ คาดว่าอาจทำให้เกิดการวิวัฒนาการครั้งใหญ่ในสาหร่าย
เดิมทีสาหร่ายจะเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศเป็นแอมโมเนียเพื่อนำไปใช้ในกระบวนการเซลล์อื่น ๆ ได้ แต่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากไซยาฌนแบคทีเรีย
ทีมนักวิจัยพบว่า สาหร่ายทะเลเซลล์เดียว Braarudosphaera bigelowii ได้กลืนกินไซยาโนแบคทีเรียเข้าไป ทำให้สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้โดยตรง และรวมเข้ากับองค์ประกอบอื่น ๆ เพื่อสร้างสารประกอบที่มีประโยชน์มากขึ้น นี่คือสิ่งที่พืชปกติไม่สามารถทำได้
ไนโตรเจนเป็นสารอาหารที่สำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิต และพืชมักจะได้รับไนโตรเจนจากความสัมพันธ์ร่วมกันกับแบคทีเรียที่แยกออกจากพืชหรือสาหร่าย
ในตอนแรกทีมวิจัยคิดว่าสาหร่าย B. bigelowii มีความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับแบคทีเรียที่เรียกว่า UCYN-A แต่พวกเขาพบว่าพวกมันใกล้ชิดกันมากกว่านั้น
อัตราส่วนขนาดระหว่างสาหร่ายและแบคทีเรีย UCYN-A ยังคงใกล้เคียงกันในสายพันธุ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับสาหร่าย B. bigelowii การเจริญเติบโตดูเหมือนจะถูกควบคุมโดยการแลกเปลี่ยนสารอาหารหลักที่เชื่อมโยงกับกระบวนการเผาผลาญ การประสานอัตราการเติบโตนี้ทำให้นักวิจัยมองว่า UCYN-A กำลังกลายเป็นเหมือนออร์แกเนลล์
โจนาธาน เซห์ร นักสมุทรศาสตร์จุลินทรีย์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซ หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นกับออร์แกเนลล์ถ้าย้อนดูที่ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ มันก็เหมือนกัน พวกมันจะปรับขนาดตามเซลล์”
หากต้องการค้นหาหลักฐานเพิ่มเติมว่าแบคทีเรียตัวนี้กลายเป็นออร์แกเนลล์แล้วจริงหรือไม่ พวกเขาจำเป็นต้องมองให้ลึกเข้าไปข้างใน จึงเกิดการศึกษาต่อยอดด้วยการใช้การถ่ายภาพรังสีเอ็กซ์ขั้นสูงเพื่อดูภายในเซลล์สาหร่าย B. bigelowii ที่มีชีวิต
ผลการศึกษาเผยให้เห็นว่า การจำลองแบบ (Replication) และการแบ่งเซลล์ (Cell Division) ของสาหร่ายโฮสต์และแบคทีเรีย UCYN-A เป็นไปแบบสัมพันธ์กัน ถือเป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่าขณะนี้ กระบวนการรวมสิ่งมีชีวิตขั้นต้น หรือไพรมารีเอนโดซิมไบโอซิส กำลังดำเนินอยู่
แคโรลิน ลาราเบลล์ นักวิทยาศาสตร์ประจำคณะวิทยาศาสตร์ชีวภาพของห้องปฏิบัติการเบิร์กลีย์ และผู้อำนวยการศูนย์เอ็กซ์เรย์แห่งชาติสหรัฐฯ หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “มีคำถามว่าสิ่งนี้ยังคงเป็นเอนโดซิมเบียนต์อยู่ หรือมันกลายเป็นออร์แกเนลล์ที่แท้จริงไปแล้ว? … เราแสดงให้เห็นด้วยการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ว่ากระบวนการจำลองและการแบ่งตัวของโฮสต์สาหร่ายและเอนโดซิมเบียนต์สอดประสานกัน ถือเป็นหลักฐานแรกที่ชัดเจนมาก”
พวกเขายังเปรียบเทียบโปรตีนของแบคทีเรีย UCYN-A ที่แยกได้กับโปรตีนภายในเซลล์สาหร่าย ทีมวิจัยพบว่า แบคทีเรียที่แยกได้สามารถสร้างโปรตีนที่ต้องการได้เพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้น มันต้องการสาหร่ายโฮสต์เพื่อจัดหาโปรตีนที่เหลือที่จำเป็นสำหรับการดำรงชีวิต
เซห์รบอกว่า “นั่นเป็นหนึ่งในจุดเด่นของบางสิ่งที่กำลังเปลี่ยนจากเอนโดซิมเบียนต์ไปสู่ออร์แกเนลล์ พวกมันเริ่มทิ้งชิ้นส่วน DNA และจีโนมของพวกมันก็เล็กลงเรื่อย ๆ และพวกมันก็เริ่มพึ่งพาเซลล์แม่สำหรับผลิตภัณฑ์ยีนเหล่านั้นหรือโปรตีนเองเพื่อถูกขนส่งเข้าไปในเซลล์”
ทีมวิจัยเชื่อว่า สิ่งนี้บ่งชี้ว่า UCYN-A ถือเป็นออร์แกเนลล์ที่สมบูรณ์ พวกเขาตั้งชื่อมันว่า “ไนโตรพลาสต์” (Nitroplast) และอาจเริ่มวิวัฒนาการมาตั้งแต่เมื่อประมาณ 100 ล้านปีก่อน
คำถามอื่น ๆ มากมายเกี่ยวกับ UCYN-A และสาหร่ายโฮสต์ยังคงไม่ได้รับคำตอบ และทีมวิจัยยังวางแผนที่จะศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับไนโตรพลาสต์ ว่ามีอยู่ในเซลล์อื่นหรือไม่ และประโยชน์ของพวกมันคืออะไร ตัวอย่างเช่น สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวางในด้านการเกษตรหรือไม่คำพูดจาก สล็อต777
โคลบอกว่า “มันเปิดมุมมองใหม่เกี่ยวกับการตรึงไนโตรเจน และอาจให้เบาะแสว่าออร์แกเนลล์ดังกล่าวสามารถนำไปใช้กับพืชไร่ได้อย่างไร”
อ่านงานวิจัยฉบับเต็มที่นี่ (1) (2)
เรียบเรียงจาก Berkeley Lab / Popular Science
"ชาบี" ตำหนิลา ลีกา น่าอายไม่มีโกลไลน์ หลังบาร์ซ่า พ่าย เรอัล มาดริด
“บิ๊กโจ๊ก” ยื่นเอาผิดพนักงานสอบสวน-นายกฯ มั่นใจได้กลับมาแน่! คำพูดจาก สล็อต777