เหตุการณ์วิวัฒนาการที่อาจเกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวในรอบ 1 พันล้านปี การหลอมรวมของสิ่งมีชีวิตสองชนิด
(newatlas.com)- มีการยืนยันกรณีที่สาหร่าย Braarudosphaera bigelowii นำไซยาโนแบคทีเรีย UCYN-A เข้าไปอยู่ภายในเซลล์และใช้งานเสมือนเป็นออร์แกเนลล์เดียวกัน จึงได้รับความสนใจว่าเป็นตัวอย่างที่กำลังดำเนินอยู่ของ การอยู่ร่วมกันภายในเซลล์แบบปฐมภูมิ ที่พบได้ยาก
- การอยู่ร่วมกันภายในเซลล์แบบปฐมภูมิคือกระบวนการที่จุลชีพหนึ่งกลืนจุลชีพอีกชนิด แล้วใช้มันเหมือนอวัยวะภายใน ก่อนที่สิ่งมีชีวิตร่วมอาศัยจะสูญเสียความสามารถในการอยู่รอดอย่างอิสระและกลายเป็น ออร์แกเนลล์
- ตลอดประวัติศาสตร์ชีวิตบนโลกประมาณ 4 พันล้านปี กรณีขนาดใหญ่ที่เป็นที่รู้จักมีเพียงการเกิด ไมโทคอนเดรีย เมื่อราว 2.2 พันล้านปีก่อน และ คลอโรพลาสต์ เมื่อราว 1.6 พันล้านปีก่อน ซึ่งแต่ละกรณีเป็นจุดเปลี่ยนของวิวัฒนาการสู่สิ่งมีชีวิตซับซ้อนและพืช
- UCYN-A มีความสอดคล้องกับสาหร่ายเจ้าบ้านทั้งในด้านสัดส่วนขนาด เมแทบอลิซึม และการแบ่งเซลล์ อีกทั้งยังพึ่งพาเจ้าบ้านในการจัดหาโปรตีนที่จำเป็นราวครึ่งหนึ่ง จึงถูกมองว่าเป็นออร์แกเนลล์ชื่อ nitroplast
- งานวิจัย nitroplast อาจนำไปสู่แนวทางในการนำความสามารถ การตรึงไนโตรเจน เข้าสู่พืช จึงเป็นหัวข้อวิจัยที่คำนึงถึงความเป็นไปได้ในการปรับปรุงพืชผลในระยะยาว
การอยู่ร่วมกันภายในเซลล์แบบปฐมภูมิที่ถูกสังเกตอีกครั้ง
- นักวิทยาศาสตร์ยืนยันกรณีที่ เหตุการณ์วิวัฒนาการ ซึ่งสิ่งมีชีวิตสองชนิดกำลังรวมกันเป็นสิ่งมีชีวิตเดียวกำลังดำเนินอยู่
- สิ่งมีชีวิตที่เป็นเป้าหมายคือสาหร่าย Braarudosphaera bigelowii และไซยาโนแบคทีเรีย UCYN-A
- UCYN-A ทำให้สาหร่ายสามารถทำสิ่งที่โดยปกติทำไม่ได้
- ตรึง ไนโตรเจนจากอากาศได้โดยตรง
- นำไนโตรเจนไปจับกับธาตุอื่นเพื่อสร้างสารประกอบที่มีประโยชน์มากขึ้น
กระบวนการที่การอยู่ร่วมกันภายในเซลล์กลายเป็นออร์แกเนลล์
- การอยู่ร่วมกันภายในเซลล์แบบปฐมภูมิ(primary endosymbiosis) คือปรากฏการณ์ที่จุลชีพหนึ่งกลืนจุลชีพอีกชนิดแล้วใช้มันเหมือนอวัยวะภายใน
- เซลล์เจ้าบ้านมอบข้อได้เปรียบให้แก่สิ่งมีชีวิตร่วมอาศัย เช่น สารอาหาร พลังงาน และการปกป้อง
- เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งมีชีวิตร่วมอาศัยจะไม่สามารถดำรงชีวิตได้อย่างอิสระอีกต่อไป และตั้งหลักเป็น ออร์แกเนลล์(organelle) ภายในเซลล์จุลชีพ
จุดเปลี่ยนก่อนหน้านี้ที่ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์สร้างขึ้น
- ตลอดประวัติศาสตร์ชีวิตบนโลกประมาณ 4 พันล้านปี เชื่อกันว่าการอยู่ร่วมกันภายในเซลล์แบบปฐมภูมิที่เป็นที่รู้จักมีเพียงสองครั้ง
- กรณีแรกเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 2.2 พันล้านปีก่อน
- อาร์เคียกลืนแบคทีเรียเข้าไป
- แบคทีเรียดังกล่าวกลายเป็น ไมโทคอนเดรีย
- ไมโทคอนเดรียซึ่งเชี่ยวชาญด้านการผลิตพลังงาน ทำให้วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตซับซ้อนเป็นไปได้
- กรณีที่สองเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 1.6 พันล้านปีก่อน
- เซลล์ที่พัฒนามากกว่าดูดซับไซยาโนแบคทีเรียที่สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้
- ไซยาโนแบคทีเรียนั้นกลายเป็น คลอโรพลาสต์
- คลอโรพลาสต์มอบความสามารถในการใช้แสงอาทิตย์และสีเขียวให้แก่พืช
เหตุใดการรวมตัวของ B. bigelowii และ UCYN-A จึงพิเศษ
- โดยทั่วไปพืชและสาหร่ายจะอาศัยความสัมพันธ์แบบพึ่งพากับแบคทีเรียที่แยกต่างหากเพื่อรับ ไนโตรเจน
- ในตอนแรกเชื่อกันว่า B. bigelowii ก็มีความสัมพันธ์แบบพึ่งพาแยกต่างหากเช่นนี้กับ UCYN-A
- แต่จากการตรวจสอบอย่างละเอียด พบหลักฐานว่าความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตทั้งสองใกล้ชิดกว่านั้นมาก
หลักฐานที่ทำให้ UCYN-A ถูกตัดสินว่าเป็น nitroplast
- ทีมวิจัยหนึ่งยืนยันว่า สัดส่วนขนาด ของสาหร่ายและ UCYN-A ยังคงใกล้เคียงกันในหมู่สปีชีส์สาหร่ายที่เกี่ยวข้อง
- กระบวนการเติบโตดูเหมือนจะถูกควบคุมโดยการแลกเปลี่ยนสารอาหาร
- นี่เหมือนกับวิธีที่ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ปรับให้เข้ากับขนาดของเซลล์
- งานวิจัยต่อมาใช้เทคนิค การถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์ อันทรงพลังเพื่อสังเกตภายในเซลล์สาหร่ายที่ยังมีชีวิต
- การจำลองตัวและการแบ่งเซลล์ของเจ้าบ้านกับสิ่งมีชีวิตร่วมอาศัยเกิดขึ้นอย่างสอดประสานกัน
- นี่เป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่าการอยู่ร่วมกันภายในเซลล์แบบปฐมภูมิกำลังทำงานอยู่
- ทีมวิจัยเปรียบเทียบโปรตีนของ UCYN-A ที่ถูกแยกออกมากับโปรตีนของ UCYN-A ภายในเซลล์สาหร่าย
- UCYN-A ที่ถูกแยกออกมาสามารถผลิตโปรตีนที่จำเป็นได้เองเพียงประมาณครึ่งหนึ่ง
- ส่วนที่เหลือสาหร่ายเจ้าบ้านต้องเป็นผู้จัดหาให้
- นี่เป็นลักษณะที่ปรากฏเมื่อเอนโดซิมไบออนต์กำลังเปลี่ยนผ่านไปเป็นออร์แกเนลล์
- จึงมีการตัดสินว่า UCYN-A เป็นออร์แกเนลล์ที่สมบูรณ์ชื่อ nitroplast
- วิวัฒนาการของ nitroplast ดูเหมือนจะเริ่มต้นขึ้นเมื่อประมาณ 100 ล้านปีก่อน ซึ่งถือว่าสั้นมากเมื่อเทียบกับไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
ผมเรียนชีววิทยาระดับมัธยมปลายมาตั้ง 3 ปี แต่ไม่รู้ทำไมถึงไม่เคยได้ยินว่าเหตุการณ์ที่สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งดูดกลืนสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่งเข้าไป กลายเป็นต้นกำเนิดของความสามารถอันน่าทึ่งแบบนี้
เคยเรียนเรื่อง ไมโทคอนเดรีย กับ คลอโรพลาสต์ แต่สอนกันแบบแห้งแล้งมาก
ถ้าเล่าบริบทแบบนี้ไปด้วย การศึกษาระดับประถม-มัธยมคงทำให้เด็ก ๆ สนใจได้มากขึ้นเยอะ
ทฤษฎีกำเนิดจากเอนโดซิมไบโอซิส ยังมีการค้นหาความเชื่อมโยงที่เกี่ยวข้องกันอย่างต่อเนื่องจนถึงช่วงทศวรรษ 2000
https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
แต่ถ้าถามเพื่อนมัธยมตอนนี้ โอกาสที่พวกเขาจะจำเนื้อหาบทเรียนนั้นได้คงครึ่งต่อครึ่ง
ข้อมูลอะไรก็ตามที่เรียนตอนเรียนเรื่องออร์แกเนลล์ในเซลล์ก็น่าจะเหมือนกัน และแม้แต่คำว่า ออร์แกเนลล์ เองก็อาจจำได้แค่ครึ่งต่อครึ่ง
ถ้าถามโดยไม่มีบทความนี้ ก็คงตอบไม่ได้ด้วยซ้ำว่าเหตุการณ์พวกนี้เกิดขึ้นประมาณเมื่อไหร่
แต่เพื่อนเก่าทุกคนก็คงจำมีม “โรงไฟฟ้าของเซลล์” ได้แน่ ๆ
และเพราะไมโทคอนเดรียของเรามาจากเซลล์ไข่ DNA ของไมโทคอนเดรียจึงมาจากไมโทคอนเดรียของแม่เสมอ
หรือไม่ก็อาจเคยเล่น Parasite Eve มาแล้ว [0]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot
เหตุการณ์อยู่ร่วมอาศัยครั้งแรกนั้น ยากกว่าครั้งที่สองหรือสามเป็นล้านเท่า
ตอนแรก โฮสต์ต้องรับมือกับโจทย์ที่ยากมาก คือการจัดการ DNA และ RNA ที่เกิดขึ้นระหว่างวงจรชีวิตและการตายของสิ่งมีชีวิตร่วมอาศัย
เพื่อให้รอด โฮสต์ต้องวิวัฒน์สิ่งอย่างนิวเคลียสของเซลล์และการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศขึ้นมา และยังต้องมีการตัดต่อประกอบแบบเลือกได้ เพื่อรับมือกับสภาพที่ยีนทั้งหมดเสียหายเพราะองค์ประกอบพันธุกรรมเห็นแก่ตัวที่มาจากสิ่งมีชีวิตร่วมอาศัย
หลังจากนั้น การผสานรวมสิ่งมีชีวิตร่วมอาศัยก็ยังยากอยู่ แต่ไม่ถึงขั้นเดียวกับก้าวแรกนั้น
การอยู่ร่วมอาศัยครั้งแรกที่นำไปสู่กำเนิดของยูคาริโอต อาจไม่ใช่เหตุการณ์หนึ่งครั้งในพันล้านปี แต่อาจหายากระดับหนึ่งครั้งในล้านล้านปี หรือแม้แต่น้อยกว่าหนึ่งครั้งใน 10^20 ปี
นั่นอาจหมายความว่า ในดาวเคราะห์ที่มีสิ่งมีชีวิตอย่างง่าย 1 พันล้านดวง จะมีเพียงดวงเดียวที่ “สร้าง” ชีวิตซับซ้อนแบบสัตว์ได้ และสิ่งนี้อาจเป็นตัวกรองใหญ่ที่นำไปสู่ ปฏิทรรศน์ของแฟร์มี
ตัวกรองใหญ่ อาจเป็นสิ่งที่เราผ่านมาแล้วก็ได้ เพราะชุดเงื่อนไขข้อจำกัดที่ทำให้เรามาถึงปัจจุบันนั้นหายากจนแทบไม่น่าเชื่อ
เหตุการณ์ความน่าจะเป็นต่ำมากอีกอย่างหนึ่งอาจเป็นการพัฒนาของปัญญาเชิงนามธรรม
เงื่อนไขที่ทำให้ปัญญาแบบของเรากลายเป็นข้อได้เปรียบทางวิวัฒนาการดูจะพิเศษเป็นพิเศษ: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/
ถ้าดูจากชื่อเรื่องจะเหมือนเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว แต่จริง ๆ แล้วเกิดขึ้น 100 ล้านปีก่อน และเราเพิ่งค้นพบตอนนี้
ถ้าฟังเหมือนเป็นสปีชีส์ใหม่ที่เพิ่งเกิดขึ้นตอนนี้ คงน่ากลัวมาก
ผมนึกภาพว่าสปีชีส์แบบนั้นจะครอบงำระบบนิเวศของเรา ทำให้ปั่นป่วน แล้วท้ายที่สุดก็เกิดสมดุลใหม่ ผู้ชนะใหม่ และสปีชีส์ผู้ครองอำนาจใหม่
ผมสงสัยอยู่เหมือนกันว่าโอกาสจะเป็นเท่าไรที่เรื่องหายากขนาดนี้เกิดขึ้นพอดีตอนที่มีคนส่องกล้องจุลทรรศน์อยู่
ถ้าอย่างนั้น จากที่บทความไม่ได้พูดถึง ก็คงแปลว่าโดยรวมแล้วยังไม่มีอะไรน่าสนใจเกิดขึ้นมากนักสินะ
ถ้าความสัมพันธ์แบบอยู่ร่วมอาศัยเริ่มพัฒนาครั้งแรกเมื่อ 100 ล้านปีก่อน เวลาทั้งหมดนั้นอาจถูกใช้ไปกว่าที่แบคทีเรียจะกลายเป็น ออร์แกเนลล์ ที่ต้องพึ่งพาเซลล์สาหร่ายเจ้าบ้านโดยสมบูรณ์เหมือนในปัจจุบัน
ดูสาหร่ายที่เป็นประเด็นนี้แล้วดีมาก: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
มันห่อหุ้มตัวเองด้วยแผ่นห้าเหลี่ยม 12 แผ่น จนเป็น ทรงสิบสองหน้าแบบปกติ ที่สมบูรณ์
เป็นสิ่งมีชีวิตที่เจ๋งจนน่าเหลือเชื่อจริง ๆ
ไม่น่าเชื่อว่านี่เป็นโครงสร้างตามธรรมชาติและเป็นอินทรีย์ที่มีขอบคมแบบนี้
https://paleonerdish.wordpress.com/2013/06/10/an-introductio...
https://www.mediastorehouse.com/science-photo-library/diatom...
เป็นแหล่งข้อมูลปฐมภูมิ
[1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
มีข่าวประชาสัมพันธ์ของ LBL ด้วย
[3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
[1] เข้าถึงแบบเปิดได้
ความเป็นไปได้แบบไหนมากกว่ากัน: เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นหนึ่งครั้งในพันล้านปีแล้วบังเอิญเราจับตัวอย่างนั้นได้พอดีเป๊ะ หรือมันเกิดขึ้นบ่อยกว่านั้นมาก แต่เราแค่เห็นกรณีหนึ่งที่โดยปกติไม่ได้มีอิทธิพลหรือเป็นที่จดจำเท่ากับกรณีที่ถูกกล่าวถึง
การรายงานข่าวแบบเรียกกระแส หนักเกินไปมาก
symbiogenesis มีกรณีที่เป็นที่รู้จักแค่สองครั้ง คือไมโทคอนเดรียและ plastid ซึ่งรวมถึงคลอโรพลาสต์ด้วย ดังนั้นคำว่า “หนึ่งครั้งในพันล้านปี” จึงพอมีเหตุผลอยู่บ้าง
ยังมีกรณีอื่น ๆ ที่ถูกสงสัยด้วย: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
endosymbiont เป็นที่รู้จักกันมากมาย
คือสิ่งมีชีวิตแยกต่างหากที่อาศัยอยู่ในร่างกายหรือในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่น และเป็นเงื่อนไขตั้งต้นของ symbiogenesis
https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
เรื่องนี้เกิดขึ้นเมื่อ 100 ล้านปีก่อน ไม่ใช่ในจานเพาะเชื้อในห้องแล็บ
แต่ชื่อเรื่องควรปรับแก้สักหน่อย
ผมไม่ค่อยเชื่อคำกล่าวที่ว่า primary endosymbiosis หายากขนาดนั้น
แมลงแทบทั้งหมดมี endosymbiont ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้: https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046
ตรงนี้หมายถึง endosymbiosis ระดับเซลล์
การมีแบคทีเรียในลำไส้ กับการที่มันถูกรวมเข้าไปในเซลล์ในระดับโมเลกุลจนกลายเป็นออร์แกเนลล์ ไม่ใช่เรื่องเดียวกัน
อย่างไรก็ดี ความกังขาต่อการพูดเกินจริงของสื่อก็ถือว่าถูกทาง
endosymbiosis ลักษณะนี้มีตัวอย่างที่เป็นที่รู้จักดีอื่น ๆ ทั้งแบบปฐมภูมิและทุติยภูมิ
อาจไม่ใช่การอยู่ร่วมกันปฐมภูมิกับไซยาโนแบคทีเรีย แต่เมื่อเทียบกับกรณีอื่น ๆ ที่เรารู้อยู่แล้ว ก็ยากจะเรียกว่าเป็น “ก้าวกระโดดทางวิทยาศาสตร์” ครั้งใหญ่ในแง่ความเข้าใจหรือความน่าประหลาดใจ
น่าขันที่การอยู่ร่วมกันระดับเซลล์แบบนี้พบได้แม้ในหมู่ symbiont ในลำไส้ของแมลง และตัวอย่างสุดโต่งที่สุดน่าจะเป็น Mixotricha paradoxa: https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola คล้ายกับการค้นพบครั้งนี้มาก แต่เนื่องจากเป้าหมายไม่ใช่ไซยาโนแบคทีเรียแต่เป็นสาหร่าย จึงเป็น secondary endosymbiosis และอาจน่าสนใจและแปลกประหลาดยิ่งกว่าด้วยซ้ำ
เรารู้จากจีโนมของ Smybiodinium ด้วยว่าเคยมีเหตุการณ์จับ endosymbiont หลายครั้ง บางส่วนเป็นการอยู่ร่วมกันทุติยภูมิกับสาหร่าย และบางส่วนก็มีความเป็นไปได้สูงว่าเป็นการอยู่ร่วมกันปฐมภูมิกับแบคทีเรีย: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium
มีแหล่งข้อมูลที่ดีกว่าถูกโพสต์ไว้ที่นี่ แต่ไม่มีการอภิปราย: https://news.ycombinator.com/item?id=40101317