ภาคผนวก ก
การทำงานร่วมกันเป็นทีมเพื่อชีวิตจะดำรงอยู่ได้
สิ่งมีชีวิตไม่อาจดำรงอยู่บนแผ่นดินโลกได้หากปราศจากการทำงานร่วมกันเป็นทีมระหว่างโมเลกุลโปรตีนกับโมเลกุลของกรดนิวคลิอิก (ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ) ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต. ให้เรามาพิจารณาพอสังเขปถึงรายละเอียดบางอย่างของการทำงานร่วมกันเป็นทีมอย่างน่าทึ่งของโมเลกุล เพราะการทำงานดังกล่าวเป็นสาเหตุทำให้หลายคนรู้สึกว่ายากที่จะเชื่อว่าเซลล์ชีวิตอุบัติขึ้นโดยบังเอิญ.
เมื่อมองเข้าไปในร่างกาย ณ ระดับเซลล์หรือกระทั่งภายในเซลล์ที่เล็กมากจนมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น เราจะพบว่าร่างกายของเราโดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยโมเลกุลโปรตีน. โมเลกุลเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบขึ้นด้วยกรดอะมิโนที่มีลักษณะเป็นเส้นยาวเหมือนริบบิ้นที่บิดพับเป็นรูปร่างต่าง ๆ. บ้างก็ม้วนพันกันเป็นลูกกลม บ้างก็พับทบกันคล้ายจีบของหีบเพลงชัก.
โปรตีนบางชนิดทำงานร่วมกับโมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายไขมันเพื่อสร้างเยื่อหุ้มเซลล์. บางชนิดก็ช่วยนำออกซิเจนจากปอดไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย. โปรตีนบางชนิดทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ย่อยอาหาร โดยจะแยกโปรตีนชนิดต่าง ๆ ที่อยู่ในอาหารออกเป็นกรดอะมิโน. นี่เป็นเพียงส่วนเล็กน้อยในภารกิจนับพัน ๆ อย่างที่โปรตีนทำ. นับว่าถูกต้องที่จะบอกว่า โปรตีนเป็นพนักงานผู้เชี่ยวชาญของชีวิต หากปราศจากโปรตีนชีวิตจะดำรงอยู่ไม่ได้. โปรตีนเองก็ดำรงอยู่ไม่ได้เช่นกันถ้าไม่ประสานสัมพันธ์กับดีเอ็นเอ. แต่ดีเอ็นเอคืออะไร? มีลักษณะเช่นไร? มันทำงานประสานกับโปรตีนอย่างไร? นักวิทยาศาสตร์ผู้ปราดเปรื่องหลายคนชนะรางวัลโนเบลเพราะค้นพบคำตอบนี้. แต่เราไม่จำเป็นต้องเป็นนักชีววิทยาชั้นสูงเพื่อจะเข้าใจเรื่องดังกล่าว.
โมเลกุลสำคัญ
เซลล์ประกอบด้วยโปรตีนเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้น จำเป็นต้องมีโปรตีนใหม่ตลอดเวลาเพื่อคงสภาพเซลล์, สร้างเซลล์ใหม่, และเพื่อช่วยให้ง่ายต่อการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีภายในเซลล์. คำสั่งที่จำเป็นต่อการสร้างโปรตีนบรรจุอยู่ในโมเลกุลดีเอ็นเอ (deoxyribonucleic acid). ให้เรามาพิจารณาดีเอ็นเอใกล้ ๆ เพื่อจะเข้าใจดีขึ้นว่าโปรตีนถูกสร้างอย่างไร.
โมเลกุลดีเอ็นเออยู่ในนิวเคลียสของเซลล์. นอกจากบรรจุคำสั่งที่จำเป็นต่อการสร้างโปรตีนแล้ว ดีเอ็นเอยังเก็บและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมจากเซลล์รุ่นหนึ่งไปยังรุ่นถัดไปอีกด้วย. โมเลกุลดีเอ็นเอมีลักษณะเป็นเส้นเกลียวคล้ายบันไดเวียน (เรียกกันว่า “ดับเบิลเฮลิกซ์” หรือ “เกลียวคู่”). สายเกลียวแต่ละเส้นของบันไดเวียนดีเอ็นเอประกอบด้วยส่วนเล็ก ๆ จำนวนมากมายเรียกว่า นิวคลีโอไทด์ ซึ่งจะเป็นเบสชนิดใดชนิดหนึ่งในเบสสี่ชนิด อันได้แก่ อะดีนิน (เอ), กัวนิน (จี), ไซโตซิน (ซี), และ ไทมิน (ที). โดยการจับคู่ “อักษร” ในดีเอ็นเอนี้—ไม่ว่าจะเป็นเอคู่กับที หรือจีคู่กับซี—จะก่อเป็นขั้นบันไดแต่ละขั้นในบันไดเวียนดับเบิลเฮลิกซ์. บันไดนี้ประกอบด้วยยีนนับพัน ๆ ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม.
ยีนบรรจุด้วยข้อมูลที่จำเป็นต่อการสร้างโปรตีน. ลำดับคู่อักษรต่าง ๆ ในยีนประกอบกันเป็นรหัสหรือพิมพ์เขียวที่สั่งการว่าควรสร้างโปรตีนชนิดใด. ฉะนั้น ดีเอ็นเอพร้อมด้วยหน่วยย่อยต่าง ๆ จึงเป็นโมเลกุลที่สำคัญยิ่งต่อชีวิต. หากไม่มีรหัสคำสั่ง โปรตีนชนิดต่าง ๆ ก็ไม่อาจเกิดขึ้น ชีวิตก็จะไม่มี.
ตัวกลาง
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพิมพ์เขียวสำหรับการสร้างโปรตีนถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสของเซลล์ แต่สถานที่จริงสำหรับการสร้างโปรตีนอยู่ภายนอกนิวเคลียส จึงจำเป็นต้องมีผู้ช่วยเพื่อนำรหัสพิมพ์เขียวจากนิวเคลียสออกมายัง “สถานก่อสร้าง.” โมเลกุลอาร์เอ็นเอ (ribonnucleic acid) รับหน้าที่นี้. ในเชิงเคมีแล้วโมเลกุลอาร์เอ็นเอคล้ายโมเลกุลดีเอ็นเอ และจำเป็นต้องใช้อาร์เอ็นเอหลายชนิดเพื่อปฏิบัติภารกิจดังกล่าว. ให้เรามาพิจารณาละเอียดลงไปอีกถึงกระบวนการอันซับซ้อนสุดยอดนี้ซึ่งสร้างโปรตีนที่สำคัญยิ่งต่อชีวิตโดยความช่วยเหลือของอาร์เอ็นเอ.
งานเริ่มต้นในนิวเคลียสของเซลล์ โดยเกลียวดีเอ็นเอส่วนหนึ่งจะแยกออกจากกัน เพื่อเปิดทางให้อักษรอาร์เอ็นเอเข้าไปเชื่อมกับอักษรดีเอ็นเอที่รอรับอยู่บนสายเกลียวดีเอ็นเอเส้นหนึ่ง. เอนไซม์จะตามอักษรอาร์เอ็นเอเข้าไปเพื่อทำให้อาร์เอ็นเอเชื่อมต่อกันเป็นสาย. โดยวิธีนี้ อักษรดีเอ็นเอจะถูกเปลี่ยนไปเป็นอักษรอาร์เอ็นเอ เกิดเป็นสิ่งที่คุณอาจเรียกว่า ภาษาดีเอ็นเอ. สายโซ่อาร์เอ็นเอที่ก่อตัวขึ้นใหม่นี้จะแยกออกไป และแล้วบันไดดีเอ็นเอก็จะเชื่อมต่อกันอีกครั้ง.
หลังจากทำการปรับแต่งเพิ่มเติม อาร์เอ็นเอชนิดตัวนำรหัสแบบพิเศษเฉพาะนี้ก็อยู่พร้อม. มันจะเคลื่อนออกมาจากนิวเคลียส และมุ่งหน้าสู่บริเวณผลิตโปรตีน ที่ซึ่งอักษรอาร์เอ็นเอจะถูกถอดรหัส. อักษรอาร์เอ็นเอแต่ละชุดซึ่งชุดหนึ่งมีสามตัวจะสร้าง “คำ” ที่ต้องใช้กรดอะมิโนชนิดพิเศษ. อาร์เอ็นเออีกชนิดหนึ่งจะคอยดักจับกรดอะมิโนพิเศษนี้โดยอาศัยความช่วยเหลือของเอนไซม์ และนำมันมายัง “สถานก่อสร้าง.” ขณะที่รหัสอักษรอาร์เอ็นเอถูกอ่านและแปล ก็จะเกิดเป็นสายโซ่กรดอะมิโนที่ยาวขึ้นเป็นลำดับ. สายโซ่นี้จะม้วนพันกันเป็นรูปลักษณะพิเศษไม่เหมือนใคร เกิดเป็นโปรตีนชนิดหนึ่ง ซึ่งในร่างกายของเราอาจมีมากกว่า 50,000 ชนิด.
แม้แต่กระบวนการที่โปรตีนม้วนพันกันก็เป็นเรื่องน่าทึ่ง. ในปี 1996 นักวิทยาศาสตร์จากส่วนต่าง ๆ ของโลก “พร้อมด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เยี่ยมที่สุดของพวกเขา แข่งขันกันแก้ปัญหาทางชีววิทยาที่ซับซ้อนที่สุดปัญหาหนึ่ง นั่นคือ วิธีที่โปรตีนตัวหนึ่งซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนที่เรียงต่อกันเป็นเส้นยาว ม้วนพันตัวเองเป็นรูปร่างที่ประณีตซับซ้อนตามบทบาทหน้าที่ของมันในชีวิต. . . . ผลลัพธ์แทบไม่ต้องพูดถึง คอมพิวเตอร์แพ้ โปรตีนชนะ. . . . นักวิทยาศาสตร์กะประมาณว่า หากจะไขปัญหาการม้วนพันกันของโปรตีนขนาดเฉลี่ยทั่วไป ซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโน 100 ตัว โดยลองทุก ๆ โอกาสที่เป็นไปได้ จะต้องใช้ถึง 1027 ปี (หนึ่งพันล้านล้านล้านล้าน) ปี.”—เดอะ นิวยอร์ก ไทมส์.
เราได้พิจารณาเพียงย่อ ๆ ถึงวิธีที่โปรตีนตัวหนึ่งถูกสร้างขึ้น แต่คุณก็เห็นได้ว่า กระบวนการดังกล่าวซับซ้อนเหลือเชื่อจริง ๆ. คุณทราบไหมว่าสายโซ่ที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน 20 ตัว เกิดขึ้นภายในเวลาเท่าไร? ประมาณหนึ่งวินาที! และกระบวนการนี้เกิดขึ้นตลอดเวลาในเซลล์ของร่างกายเรา ทั่วทุกส่วนตั้งแต่ศีรษะจรดเท้า.
จุดสำคัญคืออะไร? แม้จะมีปัจจัยอื่น ๆ มากมายนับไม่ถ้วนเข้ามาเกี่ยวข้อง แต่การทำงานร่วมกันเป็นทีมซึ่งจำเป็นต่อการสร้างและดำรงไว้ซึ่งชีวิตนั้นน่าครั่นคร้าม. และสำนวน “การทำงานร่วมกันเป็นทีม” ก็ยังไม่เหมาะสมพอที่จะอธิบายอันตรกิริยาที่แม่นยำซึ่งจำเป็นต่อการสร้างโมเลกุลโปรตีน เพราะโปรตีนจำเป็นต้องได้รับข้อมูลจากโมเลกุลดีเอ็นเอ และดีเอ็นเอก็ต้องพึ่งโมเลกุลอาร์เอ็นเอพิเศษเฉพาะหลายชนิด. อีกทั้งเราไม่อาจมองข้ามเอนไซม์หลากหลายชนิด ซึ่งต่างก็มีบทบาทเฉพาะและเป็นบทบาทที่สำคัญยิ่ง. ขณะที่ร่างกายของเราสร้างเซลล์ใหม่ซึ่งเกิดขึ้นนับพัน ๆ ล้านครั้งต่อวันโดยที่เราไม่รู้ตัว มันต้องอาศัยส่วนประกอบทั้งสามคือ ดีเอ็นเอ, อาร์เอ็นเอ, และโปรตีน. คุณสามารถเข้าใจได้ว่าทำไมวารสารนิว ไซเยนติสต์ จึงให้ความเห็นว่า “ถ้าเอาส่วนหนึ่งส่วนใดในสามส่วนนี้ออกไป ชีวิตจะยุติ.” หรือถ้าจะพูดให้ชัดขึ้นก็คือ หากปราศจากการทำงานร่วมกันเป็นทีมอย่างครบถ้วนสมบูรณ์แล้วละก็ ชีวิตไม่มีทางจะเกิดขึ้นได้.
มีเหตุผลไหมที่แต่ละส่วนของทีมโมเลกุลนี้เกิดขึ้นเองในเวลาเดียวกัน, สถานที่เดียวกัน, และได้รับการปรับตั้งอย่างแม่นยำจนพวกมันสามารถรวมตัวกันทำสิ่งน่ามหัศจรรย์ขึ้นมาได้?
อย่างไรก็ดี มีคำอธิบายอีกอย่างหนึ่งเกี่ยวด้วยวิธีที่ชีวิตบนแผ่นดินโลกอุบัติขึ้น. มีหลายคนที่เชื่อว่าชีวิตเป็นผลงานอันละเอียดประณีตของผู้ออกแบบที่ทรงไว้ซึ่งเชาวน์ปัญญาระดับสูงสุด.