องค์ประกอบรหัสพันธุกรรมครบชุดจากอุกกาบาต

 

ภาพตามแนวคิดว่าอุกกาบาตนำพานิวคลีโอเบสมาที่โลกยุคโบราณ นิวคลีโอเบสแสดงเป็นโครงสร้างโมเลกุลซึ่งอะตอมไฮโดรเจนเป็นทรงกลมสีขาว, คาร์บอนสีดำ, ไนโตรเจนสีฟ้า และออกซิเจนสีแดง

     นักวิทยาศาสตร์รายงานใน Nature Communications วันที่ 26 เมษายนว่า หินอวกาศที่ตกลงบนโลกในช่วงร้อยปีหลังนี้มีเบส 5 ชนิดที่เก็บข้อมูลในสารพันธุกรรมดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ ในขณะที่ดีเอ็นเอ/อาร์เอ็นเอไม่น่าจะก่อตัวขึ้นในอุกกาบาตได้ แต่การค้นพบนี้ก็แสดงว่าชิ้นส่วนทางพันธุกรรมเหล่านี้มีอยู่พร้อมนำส่งและอาจช่วยในการพัฒนาโมเลกุลคำสั่งบนโลกยุคต้น

     นิวคลีโอเบส(nucleobase) เหล่านั้นแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม คือ เพียวรีน(purine) ได้แก่ อะดีนีน(adenine; A)และกัวนีน(guanine; G) และพิริมิดีน(pyrimidine) ได้แก่ ไซโตซีน(cytosine; C), ไธมีน(thymine; T) และยูราซิล(uracil; U) เมื่อรวมกับ “กระดูกสันหลัง” ที่เป็นน้ำตาล(ในกรณี ดีเอ็นเอเป็นน้ำตาลดีออกซีไรโบส ส่วนอาร์เอ็นเอเป็นน้ำตาลไรโบส) และฟอสเฟต จะเป็นรหัสพันธุกรรมสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก ไม่ว่าองค์ประกอบพื้นฐานสำหรับชีวิตเหล่านี้มาจากอวกาศ หรือก่อตัวขึ้นในบ่อน้ำอุ่นจากสารเคมีบนโลก ก็ยังคงไม่ทราบ แต่การค้นพบใหม่ได้เพิ่มหลักฐานที่บอกว่าสารตั้งต้นสำหรับชีวิตเดิมมาจากอวกาศ นักวิจัยบอก

     นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบเพียวรีน(A G) ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลหกเหลี่ยมที่เกาะอยู่กับโมเลกุลห้าเหลี่ยม(Imidazole) และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ในอุกกาบาตมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 นักวิจัยยังได้เห็นร่องรอยของยูราซิล แต่ยังคงไม่พบพิริมิดีน(ไซโตซีนและไธมีน) มีโครงสร้างขนาดเล็กกว่า โดยมีเพียงโมเลกุลหกเหลี่ยมเท่านั้น 

      จนกระทั่งบัดนี้ เราได้ชุดเบสทั้งหมดที่พบในดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอสิ่งมีชีวิตบนโลกจนครบแล้ว และพวกมันก็อยู่ในอุกกาบาต Daniel Glavin นักดาราศาสตร์เคมี ที่ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดในกรีนเบลท์ มารีแลนด์ กล่าว

นิวคลีโอเบส(nucleobase) แบ่งออกได้เป็นสองกลุ่มคือ เพียวรีน(purine) ได้แก่ อดีนีน(adenine; A) และกัวนีน(guanine; G) ส่วน พิริมิดีน(pyrimidine) ได้แก่ ไซโตซีน(cytosine; C), ไธมีน(Thymine; T) และ ยูราซิล(uracil; U)

      เมื่อไม่กี่ปีก่อน Yasuhiro Oba นักธรณีเคมีจากมหาวิทยาลัยฮอกไกโดในซัปโปโร ญี่ปุ่น และเพื่อนร่วมงานได้สร้างสรรค์เทคนิคที่จะสกัดและแยกสารประกอบเคมีต่างๆ อย่างนุ่มนวล จากฝุ่นอุกกาบาตที่ละลายและจากนั้นก็วิเคราะห์ วิธีการตรวจจับของเรามีความไวมากกว่าที่เคยปรับใช้ในการศึกษาก่อนหน้านี้หลายสิบเท่า Oba กล่าว เมื่อสามปีก่อน นักวิจัยใช้เทคนิคเดียวกันเพื่อค้นพบไรโบส น้ำตาลที่จำเป็นต่อชีวิต ในอุกกาบาตที่อุดมด้วยคาร์บอน(carbonaceous meteorite) สามก้อน

     ในการศึกษาใหม่ Oba และเพื่อนร่วมงานร่วมมือกับนักดาราศาสตร์เคมีที่นาซา เพื่อวิเคราะห์ตัวอย่างหนึ่งในสามก้อนเดิม และเพิ่มเติมอีกสามก้อนใหม่ เพื่อมองหาองค์ประกอบที่จำเป็นอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น คือ นิวคลีโอเบส นักวิจัยคิดว่าเทคนิคการสกัดที่นุ่มนวลมากขึ้น ซึ่งใช้น้ำเย็นกับอุลตราโซนิกแทนที่จะเป็นกรดฟอร์มิคร้อนตามปกติ จะรักษาโมเลกุลให้ไม่บุบสลาย เราใช้ความพยายามในการสกัดนิวคลีโอเบสที่บอบบางมากๆ เหล่านี้ Glavin กล่าว วิธีการสกัดเหมือนเป็นการสกัดเย็น แทนที่จะทำแบบชาร้อน นอกจากนี้ยังใช้วิธีวิเคราะห์ที่ไวขึ้นกว่าเดิม

     ด้วยเทคนิคนี้ Glavin, Oba และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบปริมาณของเบสและสารประกอบอื่นๆ ที่มีความเกี่ยวข้องกับชีวิตในตัวอย่างจากอุกกาบาต 4 ชนิดที่ตกลงบนโลกเมื่อหลายทศวรรษก่อน ในออสเตรเลีย(อุกกาบาตเมอร์ชิสัน), เคนตักกี้(อุกกาบาตเมอร์เรย์) และบริติชโคลัมเบีย(อุกกาบาตทากิชเลค) จากทั้งสี่ตัวอย่างทีมได้พบและตรวจสอบอดีนีน, กัวนีน, ไซโตซีน, ยูราซิล และไธมีน และยังพบสารประกอบอีกมากมายที่เกี่ยวข้องกับเบสเหล่านี้ และมีกรดอะมิโนอีกสองสามชนิด เราได้พบนิวคลีโอเบสพิริมิดีนที่หลากหลายและไอโซเมอร์โครงสร้างของพวกมันจากสารสกัดของเมอร์ชิสันทั้ง 2 ตัวอย่าง ซึ่งเกือบทั้งหมดไม่เคยพบมาก่อนในอุกกาบาตเลย ทีมเขียนไว้ในรายงาน

ภาพอธิบายโครงสร้างดีเอ็นเอ(deoxyribonucleic acid) และอาร์เอ็นเอ(ribonucleic acid) ในรายละเอียด โดยจะมีความแตกต่างที่ RNA เป็น เกลียวสายเดียว(single strand) และ น้ำตาลที่มีเป็นน้ำตาลไรโบส เบสพิริมิดีนเป็น ยูราซิล ในขณะที่ DNA เป็น double helix ที่หมุนเป็นเกลียวคล้ายบันไดวน ส่วนน้ำตาลเป็น ดีออกซิไรโบส เบสพิริมิดีน เปลี่ยนจากยูราซิล เป็นไธมีน

     การศึกษายังได้จำลองสภาวะในอวกาศสังเคราะห์เพียวรีนและพิริมิดีนขึ้นมาได้ ได้ให้หลักฐานเพิ่มเติมว่าปฏิกิริยาเคมีในดาวเคราะห์น้อยสามารถสร้างองค์ประกอบของชีวิตขึ้นมาได้บางส่วน ซึ่งอาจนำส่งมาสู่โลกโบราณโดยการชนของอุกกาบาตหรือกระทั่งเป็นฝุ่นตกลงมา

     เป็นปริศนามานานแล้วว่า เพราะเหตุใดจึงพบเฉพาะเพียวริน ในอุกกาบาตโดยไม่มีพิริมิดีนเลย การทดลองในห้องทดลองจำลองสภาวะในห้วงอวกาศบอกว่าทั้งสองชนิดสามารถก่อตัวขึ้นได้ในปฏิกิริยาเคมีที่เหนี่ยวนำด้วยแสงภายในเมฆโมเลกุล นอกจากนี้ปฏิกิริยาเคมีลักษณะนั้นยังสามารถเกิดได้โดยตรงภายในหินอวกาศด้วย Oba กล่าวว่า ในเมื่อสามารถสังเคราะห์เพียวรีนและพิริมิดีนได้ในสภาพแวดล้อมนอกโลก ใครๆ ก็คาดว่าน่าจะพบโมเลกุลอินทรีย์ที่มีความหลากหลายอย่างมากในอุกกาบาต ส่วนสาเหตุที่ไม่พบพิริมิดีนในการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้ Oba บอกว่าน่าจะเป็นเพราะโครงสร้างที่ละเอียดอ่อนของพวกมัน ในขณะที่เพียวรินมีวงแหวนห้าเหลี่ยม-imadizole เมื่อพบไอมิดาโซลและโมเลกุลคล้ายๆ กันได้มากกว่าพิริมิดีนในอุกกาบาต ซึ่งบอกว่าปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในธรรมชาติเพื่อสังเคราะห์สารเหล่านี้เกิดได้ง่ายกว่า นอกจากนี้ ไอมิดาโซลยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา(catalyst) เพื่อเริ่มปฏิกิริยาเคมีอย่างการสังเคราะห์เพียวรีน แทนที่จะเป็นพิริมิดีน

     ด้วยการใช้เทคนิคการวิเคราะห์เดียวกัน ทีมยังตรวจสอบปริมาณสารเคมีภายในดินที่เก็บมาจากพื้นที่อุกกาบาตตกในออสเตรเลีย และจากนั้นก็เปรียบเทียบระดับในอุกกาบาต กับระดับในดิน สำหรับสารประกอบบางชนิดที่ได้ตรวจพบ ระดับในอุกกาบาตนั้นสูงกว่าดินรอบๆ ซึ่งบอกว่าสารประกอบนี้มาที่โลกกับหินเหล่านั้น แต่สำหรับสารประกอบที่พบอีกบางชนิดซึ่งรวมถึงไซโตซีน และยูราซิล ปริมาณในดินมีสูงกว่าปริมาณในอุกกาบาต 20 เท่า ซึ่งอาจจะชี้ถึงการปนเปื้อนบนโลก Michael Callahan นักดาราศาสตร์เคมีที่มหาวิทยาลัยบอยส์สเตท ในไอดาโฮ กล่าว

ดีเอ็นเอ แบ่งได้เป็น 3 ส่วนคือ สันหลัง(backbone) ประกอบด้วย น้ำตาลดีออกซิไรโบส จับกับหมู่ฟอสเฟต และนิวคลีโอเบส 

    ผมคิดว่านักวิจัยจำแนกสารประกอบเหล่านี้ได้จริงๆ Callahan กล่าว แต่ก็ไม่ได้มีข้อมูลมากพอที่จะทำให้ผมเชื่อว่าพวกมันมาจากนอกโลกจริง เขาเคยทำงานที่นาซา และร่วมมือกับ Glavin และคนอื่นๆ ตรวจสอบสารประกอบอินทรีย์ในอุกกาบาตมาก่อน

     แต่ Glavin และทีมก็ชี้ถึงสารเคมีที่ได้พบบางชนิดที่สนับสนุนสมมุติฐานกำเนิดจากนอกโลก ในการวิเคราะห์ นักวิจัยตรวจสอบสารเคมีอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับชีวิตสิบกว่าชนิด ซึ่งรวมถึงไอโซเมอร์ของนิวคลีโอเบส ไอโซเมอร์(isomer) มีสูตรเคมีเหมือนกันกับเบสที่เกี่ยวข้อง แต่มีการเรียงตัวที่แตกต่างออกไป ทีมพบไอโซเมอร์เหล่านี้ในอุกกาบาตแต่ไม่พบในดิน ถ้ามีการปนเปื้อนจากดิน เราก็น่าจะพบไอโซเมอร์ในดินด้วยเช่นกันแต่ก็ไม่มี Glavin กล่าว

     คงต้องย้อนกลับไปที่แหล่งของอุกกาบาตเหล่านั้นโดยตรง คือดาวเคราะห์น้อยสภาพดั่งเดิม Oba และเพื่อนร่วมงานใช้เทคนิคการสกัดกับชิ้นส่วนจากพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยริวงู(Ryugu) ซึ่งยานฮายาบูสะ 2(Hayabusa 2) นำกลับมาโลกเรียบร้อยแล้ว และคาดว่าปฏิบัติการ OSIRIS-RE x จะส่งตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยเบนนู(Bennu) มาถึงโลกในเดือนกันยายน 2023 Glavin กล่าวว่า เราตื่นเต้นแล้วที่จะได้รู้ว่าวัสดุสารเหล่านี้จะบอกอะไรเราได้บ้าง

ชิ้นส่วนอุกกาบาตเมอร์ชิสันขนาดเล็กชิ้นหนึ่ง ซึ่งเมอร์ชิสันมีชิ้นส่วนรวมแล้ว 100 กิโลกรัมตกลงที่ออสเตรเลียในปี 1969 การวิจัยหลายทศวรรษได้แสดงการมีอยู่ของสารประกอบอินทรีย์ในชิ้นส่วนของอุกกาบาตอุดมด้วยคาร์บอน
(carbonaceous chondrite) เหล่านี้ 

แหล่งข่าว sciencenews.org - all of the bases in DNA and RNA have now been found in meteorites
               space.com - meteorites could have brought all 5 genetic “letters” of DNA to early Earth
               sciencealert.com - we have even more evidence life’s building blocks came to Earth from space
               skyandtelescope.com – scientists wonder: is the origin of life extraterrestrial?