Transcript 2. กำเนิดชีวิต

กำเนิดสิ่ งมีชีวติ
ชนิดแรก
มีหลักฐำนและเหตุผล
ที่เชื่อได้ ว่ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรก
ไม่ ได้ กำเนิดขึน้ มำพร้ อมโลก
ข้ อสั นนิษฐำน
ของกำเนิดสิ่ งมีชีวติ ชนิด
แรก
เป็ นสิ่ งมีชีวติ เซลเดียว
เกิดขึน้ ในทะเล
ประมำณ 3,900 ล้ ำน
ปี
มำแล้ ว
มีกำรค้ นพบ
ฟอสซิลสิ่ งมีชีวติ ในรูปเซล
อำยุ
ประมำณ 3,600 ล้ ำนปี มำแล้ ว
นักวิทยำศำสตร์ ปัจจุบัน
อธิบำยกำเนิดของสิ่ งมีชีวติ ชนิดแรก
น่ ำจะมีต้นกำเนิดมำจำก
โมเลกลุ ของสำรประกอบอินทรีย์
ในทะเล
กำเนิดสิ่ งมีชีวติ ชนิดแรก
ลักษณะของพืน้ ผิวโลกในขณะนั้น
ประมำณ 3,500-3,900 ล้ ำนปี มำแล้ ว ประกอบด้ วยภูเขำไฟ
โดยสั นนิษฐำนว่ ำ
ระยะแรก ทีโ่ ลกมีกำรเปลีย่ นแปลง
แบ่ งชั้นออกเป็ นส่ วนๆ
บรรยำกำศของโลกในขณะนั้น
ไม่ เหมือนปัจจุบัน
ไม่ มีก๊ำซออกซิเจน (O2)
มีก๊ำซส่ วนใหญ่ ทีอ่ อกมำจำกภูเขำไฟ
คือ
คำร์ บอนไดออกไซด์ (CO2)
ไนโตรเจน (N2) และไอนำ้ (H2O)
ก๊ ำซส่ วนน้ อย
ได้ แก่ แอมโมเนีย (NH3)
มีเทน (CH4 ) และ ซัลเฟอร์ ไดออกไซด์ (SO2)
โลกเย็นลง
บรรยำกำศเปลีย่ นไป
มีกำรควบแน่ นของไอนำ้
กลำยเป็ นฝนตกลงมำบนพืน้ โลก
ทำให้ เกิด
แหล่ งนำ้ ทะเล และ มหำสมุทร
มีกำรรวมตัวของโมเลกลุ ในทะเลเกิดขึน้
ทำให้ เกิดข้ อสั นนิษฐำนว่ ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรก
น่ ำจะมีต้นกำเนิดมำจำก
โมเลกลุ ของสำรประกอบอินทรีย์
ในทะเล ดังที่กล่ ำวมำในข้ ำงต้ น
ประวัติและควำมเป็ นมำ
ของ
ทฤษฎีกำเนิดสิ่ งมีชีวติ
1) Spontaneous generation
อริสโตเติล (Aristotle)
นักวิทยำศำสตร์ ชำวกรีก
ในคริสตศักรำชที่ 17
ตั้งทฤษฎีกำเนิดของสิ่ งมีชีวติ ว่ ำ
“ชีวติ เกิดจำก
สิ่ งไม่ มีชีวติ ”
ตัวอย่ ำงเช่ น
หนอน ที่เกิดมำจำกเนือ้ เน่ ำ
หนู เกิดจำกกองผ้ ำขีร้ ิ้ว
เชื้อโรค เกิดมำจำกดิน
เรดิ (F. Redi) ค.ศ.1626 –1697
ทำกำรทดลองเพือ่ พิสูจน์
โดยทิง้ เนือ้ ให้ เน่ ำ ไม่ ให้ มีแมลงวันตอม
เนือ้ ที่เน่ ำ ไม่ มีหนอน
ฝำปิ ด
เปรียบเทียบกับ กำรตั้งเนือ้ ทิง้ ไว้ ให้ เน่ ำ
เปิ ดทิง้ ไว้ชิ้นใเนืนอำกำศ
และมีแมลงวันตอม
อ้
พบว่ ำมีหนอนเกิดขึน้
กำรทดลอง
ฝำปิ ด
ชิ้นเนือ้
กำรทดลองของ หลุยส์ ปำสเตอร์
(Louis Pasteur)
นักวิทยำศำสตร์ ชำวฝรั่งเศส
ค.ศ. 1822-1895
กล่ ำวว่ ำ
“ชีวติ เกิดขึน้ เองไม่ ได้ ”
ทำกำรทดลอง
ต้ มนำ้ ซุบเพือ่ ฆ่ ำเชื้อในขวดแก้ ว
ทีม่ ีคอยำวและโค้ งงอ
ส่ วนทีโ่ ค้ งงอ
สำมำรถป้ องกันจุลนิ ทรีย์จำกอำกำศ
ไม่ ให้ ตกลงไปในนำ้ ซุบ
ทำให้ ไม่ มจี ุลนิ ทรีย์เกิดขึน้
ทำกำรทดลอง
ต้ มนำ้ ซุบเพือ่ ฆ่ ำเชื้อในขวดแก้ ว
ทีม่ ีคอยำวและโค้ งงอ
ปำกขวดเปิ ด
ส่ วนทีโ่ ค้ งงอ
สำมำรถป้
องกั
น
จุ
ล
น
ิ
ทรี
ย
์
จ
ำกอำกำศ
นำ้ ซุ บต้ ม
คอขวดงอ ที
ฆ่ ำไม่
เชื้อแล้ใวห้ ตกลงไปในน
จุลำ
้ นิ ซุทรียบ์ถูก
ดักเก็บไว้
ทำให้ ไม่ มจี ุลนิ ทรีย์เกิดขึน้
“ปลำสเจอร์ ไรเซชั่น”
นอกจำกจะพิสูจน์ ให้ เห็นว่ ำ
สิ่ งมีชีวติ ไม่ ได้ เกิดจำก สิ่ งที่ไม่ มีชีวติ แล้ ว
นำไปใช้ ในกำรเก็บรักษำและถนอมอำหำร
ให้ ปรำศจำกเชื้อจุลนิ ทรีย์
ทำให้ เก็บรักษำอำหำรได้ นำน
ผลของกำรพิสูจน์
ทำให้ แนวควำมคิดของอริสโตเติล
หมดควำมเชื่อถือ
ถูกนำไปประยุกต์ ใช้ ให้ เกิดประโยชน์
ต่ อกำรดำรงชีวติ ประจำวัน
ของมนุษย์ ในปัจจุบันเป็ นอย่ ำงมำก
2) ทฤษฎีคอสโมซัว (Cosmozoa theory)
นักวิทยำศำสตร์ ชำวอังกฤษ
ชื่อ เคลวิน (Kelvin)
และ นักวิทยำศำสตร์ ชำวเยอรมัน
ชื่อ เฮมโฮลต์ ส (Helmholtz)
เสนอ ทฤษฎีกำเนิดของสิ่ งมีชีวติ
เรียก “ทฤษฎีคอสโมซัว” (Cosmozoa theory)
โดยให้ เหตุผลว่ ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรก
อำจล่ องลอยมำจำกดำวดวงอืน่
ในรูปสปอร์ ของจุลนิ ทรีย์
ตกลงมำบนพืน้ โลก
จำกนั้นเจริญกลำยเป็ นสิ่ งมีชีวติ
มีผู้คดั ค้ ำนว่ ำไม่ น่ำจะเกิดขึน้ ได้
ไม่ มจี ุลนิ ทรีย์ชนิดใด
มีควำมทนทำนต่ อควำมร้ อนทีถ่ ูกเผำไหม้
จำกกำรเสี ยดสี ของบรรยำกำศโลกได้
ทฤษฎีคอสโมซัว
ไม่ สำมำรถอธิบำยได้ ว่ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรกบนโลกเกิดขึน้ ได้ อย่ ำงไร
3) ทฤษฎี โอพำรินและฮอลเดน
โอพำริน (Oparin)
นักวิทยำศำสตร์ ชำวรัสเซีย (1924)
ฮอลเดน (Haldane)
นักวิทยำศำสตร์ ชำวอังกฤษ (1966)
มีควำมคิดเห็นตรงกันว่ ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรกบนโลกน่ ำจะมีต้นกำเนิด
มำจำกโมเลกุลของอินทรีย์สำรในทะเล
กล่ ำวว่ ำ เมื่อโลกเริ่มเย็นลง
มีแหล่ งนำ้ คือ ทะเล และ มหำสมุทร
มีกำรถ่ ำยเทควำมร้ อน จำกภำยในของโลก
ด้ วยกำรระเบิดของภูเขำไฟ
ทำให้ แหล่ งนำ้ มีสภำวะควำมร้ อนทีเ่ หมำะสม
เกิดกำรรวมตัวของโมเลกุลในแหล่ งนำ้
กลำยเป็ น สำรประกอบอินทรีย์
สำรประกอบอินทรีย์ กล่ มุ แรก
ที่เกิดขึน้ ในทะเล คือ
กรดอะมิโน พิวรีน ไพริมีดนี
และ นำ้ ตำล
สำรประกอบอินทรีย์เหล่ ำนี้
รวมตัวกันโดยกระบวนกำร polymerization
กลำยเป็ นโมเลกุลใหญ่ ขนึ้ และ ไม่ สลำยตัวง่ ำย
เนื่องจำก
บรรยำกำศของโลกในขณะนั้น
ไม่ มี ออกซิเจนอิสระ
จำกนั้นมีกำรรวมตัว
ของอินทรีย์โมเลกลุ ต่ อไป
กลำยเป็ น โมเลกลุ ทีใ่ หญ่ ขนึ้ เรื่อยๆ
และ กลำยเป็ นสิ่ งมีชีวติ ในทีส่ ุ ด
จำกหลักเกณฑ์ ของทฤษฎี ดังกล่ ำว
เป็ นกำรยอมรับว่ ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรก กำเนิดจำก สิ่ งทีไ่ ม่ มีชีวติ
แต่ กำรอธิบำยเหตุผล
แตกต่ ำงไปจำก
หลักเกณฑ์ ของอริสโตเติล
4) ทฤษฎีกำเนิดของสำรอินทรีย์
จำกทฤษฎีโอพำรินและฮอลเดน
โลกเป็ นดำวเครำะห์ เกิดประมำณ 5,000
ล้ ำนปี
บรรยำกำศของโลก ประกอบด้ วย
ก๊ ำซ มีเทน (CH4) ไฮโดรเจน (H2)
แอมโมเนีย (NH3)
สำรประกอบอินทรีย์
รวมตัวกลำยเป็ น กรดอะมิโน
กรดอะมิโน
รวมตัวกลำยเป็ นโมเลกลุ ใหญ่ ขนึ้
เรียก proteniod
Proteniod จับตัว
กลำยเป็ น polypeptide
(โมเลกลุ โปรตีน)
Coacervates
(Earliest cellular organization)
เกิดจำก
โมเลกุลของสำรประกอบอินทรีย์ขนำดใหญ่
คือโปรตีน(จำนวนมำก) รวมตัวกับนำ้ ใน
สภำวะทีเ่ หมำะสม ของ ion และ pH
เกิดเป็ น membane ล้ อมรอบ
ลักษณะ Coacervates
(Earliest cellular organization)
Self replicating systems
(กำรเพิม่ จำนวนตัวเอง)
คุณสมบัตหิ นึ่งของสิ่ งมีชีวติ
เกิดจำก โมเลกุล Coacervates
ทีเ่ พิม่ ขนำดใหญ่ ขนึ้
จึงมีกำรแบ่ งตัวออก โดยอัตโนมัติ
Self replicating systems
โมเลกลุ เหล่ ำนี้
ต่ อมำ
สำมำรถสร้ ำงคุณสมบัติ
กลำยเป็ นสิ่ งมีชีวติ ในทีส่ ุ ด
นักวิทยำศำสตร์ เชื่อว่ ำ
สิ่ งมีชีวติ ชนิดแรกที่เกิดขึน้
ไม่ สำมำรถสร้ ำงอำหำรได้ เอง
ดำรงชีวติ โดยกำรนำพลังงำน
จำกรังสี อุลตรำไวโอเล็ตมำเก็บไว้ ในเซล
ต่ อจำกนั้น
มีววิ ฒ
ั นำกำร กลำยเป็ น
พวกที่สำมำรถสร้ ำงอำหำรเอง
โดยกำรสั งเครำะห์ แสง
กำรสั งเครำะห์ แสง
ทำให้
ปริมำณออกซิเจนในบรรยำกำศเพิม่ ขึน้
มีกำรรวมตัวของ ออกซิเจนอิสระ
เปลีย่ นสภำพเป็ นโอโซน (O3)
กลำยเป็ น
บรรยำกำศชั้นในของโลก
ป้องกัน รังสี อลั ตรำไวโอเล็ต
จำกดวงอำทิตย์
ต่ อมำ สภำพแวดล้ อมของโลก
มีกำรเปลีย่ นแปลงเพิม่ มำกขึน้
ในทีส่ ุ ด
เข้ ำสู่ สภำวะ ทำให้ สิ่งมีชีวติ
ไม่ สำมำรถกำเนิดขึน้ มำอีกได้
มิลเลอร์ (Miller)
นักเคมีชำวอเมริกนั
เคลวิน (Kelvin)
นักชีวเคมีชำวเยอรมัน
ทำกำรทดลอง
เพือ่ พิสูจน์ ปรำกฏกำรณ์ นี้
มิลเลอร์
ทดลองนำบรรยำกำศเทียม ประกอบด้ วย
ก๊ ำซ มีเทน (CH4) ไฮโดรเจน (H2)
แอมโมเนีย (NH3)
ไนโตรเจน (N2) และ ไอนำ้ (H2O)
ใส่ หลอดทดลองในห้ องปฏิบัติกำร
ผ่ ำนด้ วยกระแสไฟฟ้ำ เข้ ำไปทำปฏิกริ ิยำ
ผลที่ได้
สำรประกอบอินทรีย์
หลำยชนิด ได้ แก่
กรดอะมิโน
กรดไขมัน และ เบสอินทรีย์
บรรยากาศเทียม CH4 H2 NH3 H2O
คอนเดนเซอร์
กำรทดลอง
ของมิลเลอร์
ในห้ องปฏิบัติกำร
โดยใช้
บรรยำกำศเทียม
เคลวิน (Kelvin)
นักชีวเคมีชำวเยอรมัน
ทดลองนำบรรยำกำศเทียม
เช่ นเดียวกับมิลเลอร์
ใส่ เครื่องมือทดลองในห้ องปฏิบัติกำร
ผ่ ำนด้ วยรังสี แกมม่ ำ
ผลปรำกฏว่ ำได้
โมเลกลุ นำ้ ตำล กรดอะมิโน
และ
สำรที่เป็ นองค์ ประกอบ
กรดนิวคลีอกิ
สำรประกอบดังกล่ำว
เป็ นส่ วนประกอบสำคัญภำยในเซลล์ของสิ่ งมีชีวติ
ทำหน้ ำที่ สะสมพลังงำน คือ ATP
(Adenosine Triphosphate)
และ
กำรถ่ ำยทอดพลังงำน คือ NAD
(Nicotinamide Adenosine Dinucleotide)
ผลกำรศึกษำทดลองในห้ องปฏิบัติกำร
สรุปได้ ว่ำ
1) บรรยำกำศของโลกในขณะนั้น
อำจจะสำมำรถสร้ ำงสำรประกอบ
ที่เป็ นองค์ ประกอบของสิ่ งมีชีวติ ได้
2)
กำรศึกษำทำงชีวเคมี
พบว่ ำ
สำรประกอบอินทรีย์
(Organic
เป็ นโมเลก
ลุ ทีmolecules)
ป่ ระกอบด้ วย
C - C Bond และ C, H, O, N
ไม่ ใช่ สิ่งมีชีวติ เสมอไป
ไม่ จำเป็ นต้ องสร้ ำงมำจำกสิ่ งมีชีวติ
ตัวอย่ ำงเช่ น
สำรโพลีเมอร์ (Polymers)
มีสูตรโมเลกลุ เป็ น
-CHONCHONCHON-
โมเลกลุ เหล่ ำนี้
จะเกีย่ วข้ องกับสิ่ งมีชีวติ
เมื่อมีกระบวนกำรทำงำนทำงชีวเคมี
(Biochemical function)
เกิดขึน้
จึงจะก่ อให้ เกิดกำรมีชีวติ
3) กำรวิเครำะห์ องค์ ประกอบ
ของสิ่ งมีชีวติ ปัจจุบัน พบว่ ำ
กรด อะมิโน (โปรตีน)
และ
กรดนิวคลีอกิ (สำรพันธุกรรม)
เป็ นสำรประกอบที่สำคัญของสิ่ งมีชีวติ
ตัวอย่ ำง โมเลกุลของกรดอมิโน Glycine
CH2NH3
COO
โมเลกุลของคำร์ โบไฮเดรต (นำ้ ตำล)
HC=O
HOCH
HOCH
HCOH
CH2OH
อย่ ำงไรก็ตำม
ปัจจุบัน ไม่ ปรำกฏว่ ำ
มีนักวิทยำศำสตร์ ผู้ใด
สำมำรถสร้ ำงเซลล์ ที่มีชีวติ
ขึน้ ได้ ในห้ องปฏิบัติกำร