การตรวจสอบหนังสือพันธุกรรมแห่งชีวิตเผยให้เห็นรายละเอียดใหม่ของ ‘การสืบเชื้อสายกับการดัดแปลง’ และพลังที่ขับเคลื่อนมัน
Charles Darwin ไม่รู้เกี่ยวกับยีนและ DNA สล็อตแตกง่าย อันที่จริงแทบไม่มีใครสังเกตเห็นเมื่อ Gregor Mendel นักบวชที่การทดลองถั่วลันเตานำไปสู่พันธุศาสตร์สมัยใหม่ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของเขาในวารสารที่คลุมเครือเมื่อไม่กี่ปีหลังจากที่ Darwin’s On the Origin of Species ปรากฏในปี พ.ศ. 2402 จะใช้เวลาอีกเกือบหนึ่งศตวรรษก่อน James Watson และ Francis Crick ถอดรหัสโครงสร้างของ DNA ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีคู่มือสำหรับการสร้างสิ่งมีชีวิต ดาร์วินยังคงสามารถอธิบายกลไก — การคัดเลือกโดยธรรมชาติ — ว่าวิวัฒนาการกำหนดรูปแบบชีวิตบนโลกอย่างไร นั่นก็เหมือนกับการอธิบายว่ารถทำงานอย่างไรโดยที่ไม่รู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของเครื่องยนต์สันดาปภายใน แต่ในขณะที่ดาร์วินบรรลุความเข้าใจอย่างถ่องแท้โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือด้านโมเลกุล นักชีววิทยาในปัจจุบันก็คุ้นเคยอย่างใกล้ชิดกับโมเลกุลที่รับผิดชอบต่อพืช สัตว์ และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่อาศัยอยู่บนโลกใบนี้ การศึกษายีนเผยให้เห็นวิวัฒนาการโดยพื้นฐานแล้วเป็นเกมโป๊กเกอร์เดิมพันสูงที่สิ่งมีชีวิตสุ่มเลือกจากสำรับพันธุกรรม ที่เดิมพันคือโอกาสที่จะถ่ายทอดยีนไปสู่คนรุ่นต่อไป บางครั้งมือดีพอที่จะนำหน้าในเกม แต่บางมือก็แพ้ บางทีอาจถึงขั้นสูญพันธุ์ จากการศึกษาผู้ชนะ นักวิทยาศาสตร์กำลังเรียนรู้ว่าพลังแห่งวิวัฒนาการทำงานอย่างไรกับ DNA ซึ่งเป็นคลังเก็บชีวเคมีของประวัติศาสตร์ธรรมชาติทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต ดีเอ็นเอบันทึกการกลายพันธุ์ที่ช่วยให้สัตว์บางชนิดอยู่รอดในยุคน้ำแข็งในขณะที่บางชนิดเสียชีวิต
สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีหนังสือแห่งชีวิตของตัวเอง แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่าย จีโนมของสิ่งมีชีวิตอยู่ระหว่างการแก้ไขและแก้ไขอย่างต่อเนื่อง และแต่ละคนก็มีหนังสือเกี่ยวกับสายพันธุ์ของตัวเองในฉบับของตัวเอง ซึ่งได้มาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติและอีกเล่มหนึ่ง ซึ่งบางทีอาจไม่ค่อยมีใครชื่นชมมากนักในการกลายพันธุ์ การรวมตัวใหม่ และการเคลื่อนตัวของยีน
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สถาบันสุขภาพแห่งชาติของสหรัฐฯ และบริษัทเอกชนได้สนับสนุนโครงการต่างๆ เพื่อสร้างห้องสมุดของหนังสือเกี่ยวกับสายพันธุ์ โดยมีโครงการในการถอดรหัสจีโนมของมนุษย์ ชิมแปนซี โบโนโบ สุนัข แมว วัว ตุ่นปากเป็ด และหนูพันธุ์ , อุรังอุตัง, แบคทีเรีย, เชื้อรา, ข้าวโพด, ข้าวสาลี, ผึ้ง, แมลงวันผลไม้, หนอน และโรงเลี้ยงสัตว์ของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็ก การเปรียบเทียบบันทึกทางพันธุกรรมจากจีโนมเหล่านี้จะช่วยให้นักวิจัยรวบรวมประวัติความเป็นมาของชีวิตในปัจจุบันของโลกได้ แต่งานนั้นเพิ่งจะเริ่มต้นขึ้น และยังคงมีคำถามอีกมากมายที่รอคำตอบ
ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่ทราบว่าเซลล์มีวิวัฒนาการอย่างไร รวมทั้งแบคทีเรียในอดีตเข้ามาอาศัยอยู่ภายในเซลล์ได้อย่างไร เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ (ไมโตคอนเดรียเป็นโรงไฟฟ้าขนาดเล็กที่ให้พลังงานแก่เซลล์ และคลอโรพลาสต์คือออร์แกเนลล์ในเซลล์พืชที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง) ความลึกลับอีกประการหนึ่งคือโครงสร้างที่ซับซ้อนของยีนในสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต โดยที่สารพันธุกรรมถูกห่อหุ้มไว้ในนิวเคลียสอย่างไร วิวัฒนาการ นักวิจัยยังอภิปรายว่ารูปร่างและรูปแบบของสิ่งมีชีวิตมีลักษณะเป็นอย่างไร คำถามที่ไม่มีคำตอบที่ใหญ่ที่สุดข้อหนึ่งคือว่าชีวิตบนโลกถูกกำหนดให้วิวัฒนาการในแบบที่มันเป็นหรือไม่
ข้อจำกัดของวิวัฒนาการ
ครั้งหนึ่งในชีวิตของคุณ คุณอาจเคยถามตัวเองว่า ถ้ามีโอกาสได้ทำอีกครั้ง คุณจะทำแบบเดิมหรือไม่
นักวิทยาศาสตร์ได้ถามคำถามเดียวกันเกี่ยวกับวิวัฒนาการ แต่พวกเขาก็ได้คำตอบที่ต่างกันออกไป
เล่นเกมโป๊กเกอร์ ย้อนกลับไปยังจุดเริ่มต้น เริ่มต้นใหม่อีกครั้งและดูว่าเกิดอะไรขึ้น เกมจะเล่นเหมือนเดิมทุกครั้งหรือไม่? Stephen Jay Gould นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการตอนปลาย ไม่คิดอย่างนั้น หากคุณเล่นเกมซ้ำ ไพ่ที่สับจะเปลี่ยนไปเล็กน้อยในแต่ละครั้ง และลำดับการจั่วไพ่อาจมีผลลัพธ์ที่ลึกซึ้งต่อผลลัพธ์ การเล่นซ้ำ “เทปแห่งชีวิต” จากบางจุดในอดีตจะทำให้เกิดรูปแบบชีวิตที่ต่างไปจากที่เรามีในทุกวันนี้ โกลด์คิด
นักวิทยาศาสตร์คนอื่นไม่เห็นด้วย สิ่งมีชีวิตได้รับการจัดการยีนจำนวนจำกัด ดังนั้นจึงต้องเลือกจากเมนูตัวเลือกวิวัฒนาการที่จำกัด ทำให้ทิศทางของสิ่งมีชีวิตสามารถไปในสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจงได้แคบลง ไซมอน คอนเวย์ มอร์ริส นักบรรพชีวินวิทยาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในอังกฤษกล่าวว่า “เส้นทางวิวัฒนาการมีมากมาย แต่จุดหมายปลายทางมีจำกัด” เป็นผลให้สิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันมักจะจบลงด้วยการพัฒนาโครงสร้างประเภทเดียวกันเพื่อแก้ปัญหาเฉพาะอย่างอิสระ สบตา. แม้ว่ารายละเอียดการทำงานของดวงตาจะแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ แต่โครงสร้างพื้นฐานก็คล้ายกัน
แต่เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะย้อนเวลากลับไป (ไม่ว่าซูเปอร์แมนจะดูง่ายขนาดไหน) และเล่นซ้ำวิวัฒนาการทั้งหมดอีกครั้ง นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวิธีอื่นๆ ในการตรวจสอบปัญหานี้
Richard Lenski นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการที่ Michigan State University ใน East Lansing เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่กดปุ่มย้อนกลับของวิวัฒนาการ ตัวอักษรสูงเมตรติดเทปไว้ที่หน้าต่างห้องแล็บของเขาเพื่อสะกดคำขวัญของห้องทดลอง: EVOLVE ในใจกลางของ “O” ใบหน้าของ Charles Darwin มองออกไปที่สนามฟุตบอล
ภายในห้องปฏิบัติการ ขวดแก้วโหลหนึ่งบรรจุสิ่งที่ดูเหมือนหมุนวนเป็นของเหลวใสในตู้ฟักไข่แบบควบคุมอุณหภูมิ แม้ว่าตาเปล่าจะมองไม่เห็นพวกมัน แต่แบคทีเรีย E. coli นับล้านเติบโตในขวดยา โดยทำตามที่หน้าต่างแนะนำ Lenski เริ่มต้นวัฒนธรรมในปี 1988 โดยตั้งใจที่จะปฏิบัติตามแนวทางการคัดเลือกโดยธรรมชาติมาเป็นเวลาหลายร้อยชั่วอายุคน 20 ปีต่อมา วัฒนธรรมยังคงเติบโตและผลิตแบคทีเรียมากกว่า 45,000 รุ่นต่อรุ่น
Lenski เพาะเชื้อในขวดทั้ง 12 ขวดที่มีแบคทีเรียจากบรรพบุรุษเดียวกัน ดังนั้นพวกมันทั้งหมดจึงเริ่มต้นด้วยสำรับไพ่ที่เป็นพันธุกรรมเดียวกัน มียีนเพียงตัวเดียวที่แบคทีเรียแตกต่างกันในตอนเริ่มต้น ขวดหกขวดมียีนมาร์กเกอร์ที่ทำให้แบคทีเรียเป็นสีแดงเมื่อเติบโตบนสื่อบางชนิด ในขณะที่แบคทีเรียในอีกหกขวดมียีนสีขาว ยีนเครื่องหมายไม่ส่งผลต่อสมรรถภาพของสายพันธุ์ – คำศัพท์ที่นักชีววิทยาใช้เพื่ออธิบายความสามารถของสิ่งมีชีวิตเพื่อแข่งขันกับผู้อื่นเพื่อถ่ายทอดยีนของมัน – แต่ช่วยให้นักวิจัยแยกแยะระหว่างสองสายเลือดของแบคทีเรียในระหว่างการทดลองแข่งขัน
