โมเลกุลเยื่อหุ้มเซลส์ในอวกาศ

 

     กำเนิดของชีวิตเป็นหนึ่งในคำถามข้อใหญ่ที่สุดที่ยังไม่ได้คำตอบในทางวิทยาศาสตร์ ปริศนาชิ้นหนึ่งก็คือ ชีวิตเริ่มต้นบนโลกเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน เพียงไม่กี่ร้อยล้านปีหลังจากการก่อตัวของระบบสุริยะ และเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบโมเลกุลสำคัญยิ่งๆ จำนวนมาก แล้วองค์ประกอบเหล่านี้ทั้งหมดมีอยู่ได้รวดเร็วมากได้อย่างไร

     คำอธิบายหนึ่งที่เป็นไปได้ก็คือ โลกได้รับโมเลกุลสารตั้งต้นของชีวิตมาจากอวกาศ แนวคิดนี้ก็คืออวกาศนั้นเต็มไปด้วยเมฆก๊าซและฝุ่นที่ประกอบด้วยโมเลกุลอินทรีย์ที่จำเป็นต่อชีวิตทั้งหมดไว้ แท้ที่จริงแล้ว นักดาราศาสตร์ได้สำรวจพบวัตถุดิบเหล่านี้ในเมฆก๊าซ พวกเขาเห็นกรดอะมิโนซึ่งเป็นสารตั้งต้นของโปรตีนและเป็นเครื่องจักรของชีวิต พวกเขายังเห็นกระทั่งสารตั้งต้นของไรโบนิวคลีโอไทด์
(ribonucleotides) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่สามารถเก็บข้อมูลในรูปของดีเอ็นเอ

     แต่ก็ยังมีองค์ประกอบที่สำคัญมากอื่นต่อชีวิต เป็นโมเลกุลที่ก่อตัวเมมเบรนที่สามารถบรรจุห่อหุ้มและปกป้องโมเลกุลของชีวิตไว้ซึ่งเรียกว่า สิ่งที่คล้ายเซลส์(protocells) บนโลก เมมเบรนของเซลส์ทุกชนิดประกอบขึ้นด้วยโมเลกุลที่เรียกว่า ฟอสโฟลิปิด
(phospholipids) แต่ไม่เคยมีการสำรวจพบในอวกาศจนกระทั่งบัดนี้

ภาพจากศิลปินแสดงเยื่อหุ้มเซลส์ โดยมีส่วน "หัว" ที่ชอบน้ำ หันออกภายนอกและภายในเซลส์ credit: Kateryna Kon/Shutterstock

     Victor Rivilla จากศูนย์ดาราศาสตร์ชีววิทยาสเปน ในกรุงมาดริด และเพื่อนร่วมงาน ได้ทำการตรวจจับ เอทานอลลามีน
(ethanolamine) ในอวกาศได้เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของฟอสโฟลิปิดอย่างง่ายที่สุด การค้นพบนี้บอกว่า ตัวกลางในอวกาศ(interstellar medium) นั้นพรั่งพรูไปด้วยสารตั้งต้นของชีวิต นี่เป็นนัยยะที่สำคัญไม่เพียงแต่ต่อทฤษฎีกำเนิดของชีวิตบนโลกเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อดาวเคราะห์และดวงจันทร์ที่เอื้ออาศัยได้ในแห่งหนอื่นในเอกภพด้วย

     ทีมทำการค้นพบโดยการวิเคราะห์แสงจากเมฆก๊าซและฝุ่นก้อนหนึ่งซึ่งเรียกว่า G+0.693-0.027 ซึ่งอยู่ห่างจากใจกลางทางช้างเผือกออกมาเพียง 390 ปีแสงเท่านั้น นักดาราศาสตร์รู้จักพื้นที่นี้มานานแล้วว่าเป็นแหล่งโมเลกุลอินทรีย์, น้ำแข็ง และอนุภาคฝุ่นอย่างอุดมสมบูรณ์ เอธานอลลามีนมีสูตรเคมี NH₂CH₂CH₂OH(มีลักษณะเป็นกรดอะมิโนแอลกอฮอล์) ทีมจำลองสเปคตรัมที่โมเลกุลนี้น่าจะสร้างขึ้นในอุณหภูมิที่เย็นที่คาดไว้ในเมฆนี้ จากนั้นพวกเขาก็มองหาและพบหลักฐานสเปคตรัมนี้อย่างชัดเจนในแสงที่ผ่านทะลุเมฆมา รายงานการค้นพบเผยแพร่ใน Proceedings of the Nation Academy of Sciences

     แม้ว่าจะไม่เคยพบเห็นในอวกาศมาก่อน แต่นักดาราศาสตร์ก็เคยพบเอธานอลลามีนในอุกกาบาต แล้วมันไปอยู่ในอุกกาบาตได้อย่างไรก็ยังคงเป็นหัวข้อที่ถกเถียงกัน โดยนักวิจัยบางส่วนอ้างว่ามันน่าจะก่อตัวได้เฉพาะผ่านปฏิกริยาที่ไม่ปกติชุดหนึ่งบนดาวเคราะห์น้อยต้นกำเนิดอุกกาบาต การค้นพบใหม่จึงบอกว่าเอธานอลลามีนนั้นแพร่กระจายมากกว่านั้น บนโลกเอง มันก่อตัวเป็นส่วนหัวที่ชอบน้ำ(hydrophilic) ของโมเลกุลฟอสโฟลิปิดซึ่งจะเรียงประกอบเข้าด้วยกันกลายเป็นเยื่อหุ้มเซลส์(cell membrane) ซึ่งมีสองชั้นทำหน้าที่บรรจุองค์ประกอบของเซลส์ไว้ภายใน โดยส่วนหัวที่ชอบน้ำนี้เป็นส่วนที่หันออกที่ด้านในและด้านนอกของเยื่อหุ้ม

เมฆโมเลกุลก๊าซ G+0.693-0.027 ซึ่งอยู่ที่ใจกลางกาแลคซี ซึ่งสำรวจพบเอธานอลลามีน ส่วนประกอบหนึ่งในฟอสโฟลิปิดที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มเซลส์

     Rivilla และเพื่อนร่วมงานบอกว่าการค้นพบมันในเมฆก๊าซบอกว่า เอธานอลลามีนน่าจะถูกนำส่งจากเนบิวลาที่ให้กำเนิดดวงอาทิตย์(proto-solar nebula) สู่วัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์(planetesimals) และวัตถุขนาดเล็กในระบบสุริยะ และสุดท้ายก็มาที่ดาวเคราะห์ของเรา นี่อาจจะนำไปสู่การก่อตัวเซลส์ในซุปสารตั้งต้นชีวภาพ(prebiotic soup) ซึ่งบรรพบุรุษสิ่งมีชีวิตชนิดแรกสุดถือกำเนิดขึ้นมา

     ข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Yerkes ขนาด 40 เมตร และ IRAM ขนาด 30 เมตร ได้พบสัญญาณแผ่วๆ จากเอธานอลลามีนในเมฆก๊าซแต่มีปริมาณที่สูงจนน่าตกใจ การศึกษาต่อๆ ไปยังบอกว่า การชนที่เกิดขึ้นช้าๆ ระหว่างชิ้นฝุ่นและก๊าซ ได้สร้างปฏิกิริยาที่นำไปสู่การก่อตัวของสสารกลุ่มหนึ่งที่มีไฮโดรเจน, ไนโตรเจนและคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ ซึ่งรวมถึง เอธานอลลามีนด้วย

      แต่ก็มีแนวคิดอิสระว่า เอธานอลลามีนก็อาจจะนำไปสู่การก่อตัวของสิ่งที่คล้ายเซลส์ในตัวกลางในอวกาศด้วย เมื่อมันอุดมไปด้วยองค์ประกอบสารตั้งต้นชีวภาพอื่นๆ เช่น น้ำและกรดอะมิโน ซึ่งองค์ประกอบเหล่านี้ก็จะถูกสิ่งที่คล้ายเซลส์ห่อหุ้มไว้โดยธรรมชาติ ผลที่ได้ก็จะกลายเป็นก้อนหม้อรวมสารตั้งต้นชีวิตที่พร้อมใช้งาน ซึ่งจะส่งมาที่โลก หรือวัตถุอื่นๆ ที่ผ่านเข้ามาใกล้

     แน่นอนว่ายังไม่มีคำตอบสุดท้ายสำหรับคำถามว่าชีวิตเริ่มต้นบนโลกได้อย่างไร แต่งานวิจัยนี้ก็ได้แสดงว่าคงไม่น่าจะเป็นปริศนาอีกต่อไปว่าวัตถุดิบของชีวิตมาจากไหน ผลสรุปเหล่านี้บ่งชี้ว่าเอธานอลลามีนก่อตัวขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพในอวกาศ และถ้ามันพัฒนาได้บนโลกในยุคต้น มันก็น่าจะมีส่วนในการรวบรวมตัวและวิวัฒนาการช่วงต้นของเยื่อหุ้มรุ่นดึกดำบรรพ์ Rivilla กล่าว คำถามต่อไปก็คือ แล้วเกิดอะไรขึ้นหลังจากนั้น

แหล่งข่าว astronomy.com : first evidence of cell membrane molecules in space  
                phys.org : prebiotic ethanolamine found in a molecular cloud near the center of the Milky Way
                iflscience.com : peculiar molecule detected in cloud near galactic center could be precursor to life