ชีวิตวิวัฒนาการมากกว่าหนึ่งครั้งหรือไม่? นักวิจัยกำลังเข้าใกล้คำตอบ

ชีวิตวิวัฒนาการมากกว่าหนึ่งครั้งหรือไม่? นักวิจัยกำลังเข้าใกล้คำตอบ

ประทับเวลา: 1 มิถุนายน 2023 10:00 น

จากจุดกำเนิดอันต่ำต้อย สิ่งมีชีวิตได้ทำให้โลกทั้งใบติดเชื้อด้วยรูปแบบที่สวยงามไม่รู้จบ การกำเนิดของชีวิตเป็นเหตุการณ์ทางชีววิทยาที่เก่าแก่ที่สุด ซึ่งเก่าแก่จนไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนหลงเหลืออยู่ นอกจากการมีอยู่จริงของชีวิต สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามมากมาย และหนึ่งในคำถามที่น่าสนใจที่สุดคือ กี่ครั้งแล้วที่ชีวิตเกิดขึ้นอย่างน่าอัศจรรย์จากองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกวิวัฒนาการเพียงครั้งเดียว หรือสิ่งมีชีวิตต่างๆ ถูกตัดออกจากเสื้อผ้าที่แตกต่างกัน? คำถามที่ว่าสิ่งมีชีวิตเกิดมานั้นยากเพียงใดนั้นน่าสนใจไม่น้อย เพราะมันสามารถให้ความกระจ่างเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น

กำเนิดของชีวิตเป็นคำถามสำคัญในชีววิทยาสมัยใหม่ และอาจเป็นคำถามที่ยากที่สุดที่จะศึกษา เหตุการณ์นี้เกิดขึ้น สี่พันล้านปีก่อนและเกิดขึ้นในระดับโมเลกุล ทำให้มีหลักฐานฟอสซิลหลงเหลืออยู่เพียงเล็กน้อย

มีการแนะนำจุดเริ่มต้นที่มีชีวิตชีวามากมายตั้งแต่ซุปดั้งเดิมที่ไม่น่ารับประทานไปจนถึงนอกโลก แต่ฉันทามติทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันคือชีวิตเกิดขึ้นจากโมเลกุลที่ไม่มีชีวิตในกระบวนการทางธรรมชาติที่เรียกว่า abiogenesis ซึ่งเป็นไปได้มากในความมืดของ ช่องระบายความร้อนใต้ทะเลลึก. แต่ถ้าชีวิตเกิดมาครั้งเดียว ทำไมจะไม่เกิดขึ้นอีกล่ะ?

Abiogenesis คืออะไร?

นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอขั้นตอนต่างๆ ติดต่อกันสำหรับการสร้างสิ่งมีชีวิต เรารู้ว่าโลกอุดมไปด้วยสารเคมีหลายชนิด เช่น กรดอะมิโน ซึ่งเป็นโมเลกุลชนิดหนึ่งที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์หรือน้ำตาล ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของชีวิต การทดลองในห้องปฏิบัติการเช่นสัญลักษณ์ การทดลองของ Miller-Ureyได้แสดงให้เห็นว่าสารประกอบเหล่านี้สามารถก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติได้อย่างไรภายใต้สภาวะที่คล้ายกับโลกยุคแรก สารประกอบเหล่านี้บางส่วนอาจมาถึงโลกโดยขี่อุกกาบาต

ต่อจากนั้น โมเลกุลอย่างง่ายเหล่านี้จะรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ไขมัน โปรตีน หรือกรดนิวคลีอิก ที่สำคัญ กรดนิวคลีอิก—เช่น DNA สายคู่หรือลูกพี่ลูกน้องสายเดี่ยว อาร์เอ็นเอ—สามารถเก็บข้อมูลที่จำเป็นในการสร้างโมเลกุลอื่นๆ DNA มีความเสถียรมากกว่า RNA แต่ในทางตรงข้าม RNA สามารถเป็นส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาเคมีที่สารประกอบสร้างสำเนาของตัวมันเอง นั่นคือการจำลองตัวเอง

พื้นที่ สมมติฐาน "โลก RNA" แสดงให้เห็นว่าชีวิตในวัยเด็กอาจใช้ RNA เป็นวัสดุสำหรับทั้งยีนและการจำลองแบบก่อนที่จะมี DNA และโปรตีนเกิดขึ้น

เมื่อระบบข้อมูลสามารถสร้างสำเนาของตัวเองได้ การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะเริ่มขึ้น สำเนาใหม่ของโมเลกุลเหล่านี้บางส่วน (ซึ่งบางคนเรียกว่า "ยีน") จะมีข้อผิดพลาดหรือการกลายพันธุ์ และการกลายพันธุ์ใหม่บางส่วนจะปรับปรุงความสามารถในการจำลองแบบ ของโมเลกุล ดังนั้น เมื่อเวลาผ่านไป จะมีสำเนาของการกลายพันธุ์เหล่านี้มากกว่าโมเลกุลอื่นๆ ซึ่งบางส่วนจะสะสมการกลายพันธุ์ใหม่เพิ่มเติม ทำให้เร็วขึ้นและมีจำนวนมากขึ้น เป็นต้น

ในที่สุด โมเลกุลเหล่านี้อาจพัฒนาขอบเขตไขมัน (ไขมัน) ที่แยกสภาพแวดล้อมภายในของสิ่งมีชีวิตออกจากภายนอก ก่อตัวเป็นโปรโตเซลล์ โปรโตเซลล์สามารถรวบรวมและจัดระเบียบโมเลกุลที่จำเป็นในปฏิกิริยาทางชีวเคมีได้ดีขึ้น ทำให้เกิดเมแทบอลิซึมที่มีประสิทธิภาพ

ชีวิตที่ทำซ้ำ?

Abiogenesis อาจเกิดขึ้นมากกว่าหนึ่งครั้ง โลกสามารถให้กำเนิดโมเลกุลที่จำลองตัวเองได้หลายครั้ง และบางทีชีวิตในวัยเด็กเป็นเวลาหลายพันหรือหลายล้านปีก็ประกอบด้วยโมเลกุล RNA ที่จำลองตัวเองที่แตกต่างกันจำนวนมาก โดยมีต้นกำเนิดที่เป็นอิสระต่อกัน อนิจจา เนื่องมาจากธรรมชาติอันเก่าแก่และเล็กจิ๋วของกระบวนการนี้ เราอาจไม่มีทางรู้ได้

การทดลองในห้องปฏิบัติการจำนวนมากประสบความสำเร็จในการทำซ้ำที่แตกต่างกัน ขั้นตอนของ abiogenesisพิสูจน์ได้ว่าสามารถเกิดขึ้นได้มากกว่า XNUMX ครั้ง แต่เราไม่มีความแน่นอนว่าสิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นในอดีต

คำถามที่เกี่ยวข้องอาจเป็นได้ว่าชีวิตใหม่เกิดขึ้นจากกระบวนการสร้างไบโอเจเนซิสหรือไม่ขณะที่คุณกำลังอ่านข้อความนี้ สิ่งนี้ไม่น่าเป็นไปได้มาก โลกยุคแรกนั้นปราศจากสิ่งมีชีวิตและสภาพทางกายภาพและทางเคมีก็แตกต่างกันมาก ทุกวันนี้ หากที่ไหนสักแห่งบนโลกมีสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโมเลกุลที่จำลองตัวเองใหม่ปรากฏขึ้น พวกมันจะถูกสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่กลืนกินทันที

สิ่งที่เรารู้ก็คือสิ่งมีชีวิตที่ยังหลงเหลืออยู่ทั้งหมดสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกันสุดท้ายของชีวิตสากลตัวเดียวที่ใช้ร่วมกัน (หรือที่เรียกว่า ลูก้า). หากมีบรรพบุรุษอื่น ๆ พวกเขาจะไม่ทิ้งลูกหลานไว้ข้างหลัง หลักฐานสำคัญสนับสนุนการมีอยู่ของ LUCA ทุกชีวิตบนโลกใช้รหัสพันธุกรรมเดียวกัน นั่นคือความสอดคล้องกันระหว่างนิวคลีโอไทด์ใน DNA ที่เรียกว่า A, T, C และ G—และกรดอะมิโนที่พวกมันเข้ารหัสในโปรตีน ตัวอย่างเช่น ลำดับของนิวคลีโอไทด์ ATG ทั้งสามจะสอดคล้องกับกรดอะมิโนเมไทโอนีนเสมอ

อย่างไรก็ตาม ในทางทฤษฎีแล้ว อาจมีความแตกต่างของรหัสพันธุกรรมระหว่างสปีชีส์มากกว่า แต่ทุกชีวิตบนโลกใช้รหัสเดียวกันโดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในบางสายเลือด วิถีทางชีวเคมี เช่น เส้นทางที่ใช้ในการเผาผลาญอาหาร ยังสนับสนุนการมีอยู่ของ LUCA; ทางเดินที่เป็นอิสระหลายสายอาจวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษที่แตกต่างกัน แต่บางส่วน (เช่นเส้นทางที่ใช้ในการเผาผลาญน้ำตาล) นั้นใช้ร่วมกันในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ในทำนองเดียวกัน ยีนที่เหมือนกันหลายร้อยยีนมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยการสืบทอดมาจาก LUCA เท่านั้น

การสนับสนุนที่ฉันชอบสำหรับ LUCA มาจาก Tree of Life การวิเคราะห์อิสระ บางส่วนใช้กายวิภาค เมแทบอลิซึม หรือลำดับพันธุกรรม ได้เปิดเผยรูปแบบลำดับชั้นของความสัมพันธ์ที่สามารถแสดงเป็นต้นไม้ได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเรามีความเกี่ยวข้องกับชิมแปนซีมากกว่าสิ่งมีชีวิตอื่นๆ บนโลก ลิงชิมแปนซีและเรามีความเกี่ยวข้องกับกอริลล่าและลิงอุรังอุตังและอื่นๆ

คุณสามารถเลือกสิ่งมีชีวิตแบบสุ่มใดก็ได้ ตั้งแต่ผักกาดหอมในสลัดของคุณไปจนถึงแบคทีเรียในโยเกิร์ตที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และหากคุณย้อนเวลากลับไปได้ไกลพอ คุณจะได้แบ่งปันสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่จริง บรรพบุรุษร่วมกัน. นี่ไม่ใช่คำอุปมา แต่เป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์

นี่เป็นหนึ่งในแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งที่สุด นั่นคือเอกภาพแห่งชีวิตของดาร์วิน หากคุณกำลังอ่านข้อความนี้ แสดงว่าคุณอยู่ที่นี่ด้วยเหตุการณ์การเจริญพันธุ์ต่อเนื่องยาวนานนับพันล้านปี แม้จะน่าตื่นเต้นพอๆ กับการคิดถึงสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นซ้ำๆ บนโลกของเราหรือที่อื่นๆ เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นยิ่งกว่าที่รู้ว่าเรามีความเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกใบนี้สนทนา

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

เครดิตภาพ: จิโอวานนี่ แคนเซมี / Shutterstock.com

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์