สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกเข้าสู่ภาวะพักตัวหลังดึง “เบรกฉุกเฉิน”

• จุลินทรีย์และเซลล์จำนวนมากจะหยุดการเติบโตและเข้าสู่ ภาวะพักตัว เมื่อสภาพแวดล้อมย่ำแย่ลง โดยมีการประเมินบางส่วนว่า 60% ของเซลล์จุลินทรีย์บนโลกอยู่ในสภาพหลับใหล ณ ช่วงเวลาใดช่วงเวลาหนึ่ง
• โปรตีนชนิดใหม่ Balon ทำให้ออร์แกเนลล์ผลิตโปรตีนของแบคทีเรียอย่างไรโบโซมหยุดทำงานทันที และพบยีนที่เกี่ยวข้องใน 20% ของจีโนมแบคทีเรียที่ลงทะเบียนไว้
• ปัจจัยพักตัวเดิมจะป้องกันการสังเคราะห์โปรตีนรอบถัดไปหลังจากการสังเคราะห์โปรตีนเสร็จสิ้น แต่ Balon สามารถแทรกแซงไรโบโซมที่กำลังทำงานอยู่ และหยุดการแปลรหัสเหมือน เบรกฉุกเฉิน
• Balon จับใกล้ A site ของไรโบโซม ทำให้เข้าและออกได้อย่างรวดเร็ว จึงช่วยให้เซลล์หลับไปในสถานการณ์ความเครียด และกลับมาทำงานได้ง่ายเมื่อเงื่อนไขดีขึ้น
• ภาวะพักตัวเป็น กลยุทธ์เอาตัวรอด ที่ใช้กันทั่วทั้งโลกของสิ่งมีชีวิต ไม่ใช่แค่แบคทีเรียเท่านั้น แต่รวมถึงเซลล์ไข่ สเต็มเซลล์ เซลล์ภูมิคุ้มกัน เซลล์ตับ การจำศีลของหมี และ lysogeny ของไวรัสด้วย

---

สิ่งที่ Balon หยุด: ไรโบโซมและการใช้พลังงาน

• เมื่อเซลล์ตรวจพบสภาวะเลวร้าย เช่น ความอดอยากหรือความหนาวเย็น จะสร้างโปรตีน ปัจจัยพักตัว เพื่อลดเมแทบอลิซึม
• ปัจจัยพักตัวจะรื้อเครื่องจักรของเซลล์หรือยับยั้งการแสดงออกของยีน โดยกลุ่มที่สำคัญเป็นพิเศษคือกลุ่มที่หยุด ไรโบโซม ซึ่งสร้างโปรตีนใหม่
• ในเซลล์แบคทีเรียที่กำลังเติบโต การผลิตโปรตีนคิดเป็นมากกว่า 50% ของการใช้พลังงาน
• เมื่อไรโบโซมหยุด การสังเคราะห์โปรตีนใหม่จะลดลง และสามารถประหยัดพลังงานที่จำเป็นต่อการอยู่รอดพื้นฐานได้

การค้นพบ Balon และกลไกการทำงาน

• Balon ถูกค้นพบในแบคทีเรียปรับตัวต่อความเย็น Psychrobacter urativorans ที่ได้จากชั้นดินเยือกแข็งคงตัวในอาร์กติก
• ระหว่างการทดลอง นักวิจัยวางน้ำเลี้ยงเชื้อไว้ในถังน้ำแข็งนานเกินไป ทำให้แบคทีเรียได้รับ ช็อกจากความเย็น และเข้าสู่ภาวะพักตัว
• ทีมวิจัยสกัดไรโบโซมจากแบคทีเรียในภาวะพักตัวและสังเกตด้วย cryo-EM พบว่ามีโปรตีนตัวหนึ่งแทรกอยู่ที่ A site ของไรโบโซม
• โปรตีนนี้ไม่เคยมีการอธิบายมาก่อน และเนื่องจากคล้ายกับ Pelota ซึ่งเกี่ยวข้องกับการย่อยสลายและรีไซเคิลชิ้นส่วนไรโบโซม จึงถูกตั้งชื่อว่า Balon ซึ่งเป็นอีกคำในภาษาสเปนที่แปลว่าลูกบอล
• ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Nature ยืนยันว่า Balon ทำงานด้วยวิธีที่ต่างจากปัจจัยพักตัวของไรโบโซมแบบเดิม

“เบรกฉุกเฉิน” ที่ต่างจากปัจจัยพักตัวเดิม

• ปัจจัยพักตัวที่รบกวนไรโบโซมที่เป็นที่รู้จักเดิมทำงานค่อนข้าง เชิงรับ
  • รอจนกว่าไรโบโซมจะสร้างโปรตีนหนึ่งตัวเสร็จ
  • จากนั้นป้องกันไม่ให้ไรโบโซมเริ่มสังเคราะห์โปรตีนใหม่
• Balon สามารถเข้าไปในไรโบโซมภายในเซลล์และหยุดกิจกรรมได้ รวมถึงไรโบโซมที่กำลังทำงานอยู่แล้ว
• ปัจจัยพักตัวเดิมจะปิดกั้น A site ของไรโบโซมทางกายภาพ จึงจะจับได้ก็ต่อเมื่อการสังเคราะห์โปรตีนที่กำลังดำเนินอยู่สิ้นสุดแล้ว
• Balon ไม่ได้ขวางทางเดินทั้งหมด แต่จับอยู่ใกล้ ๆ ทำให้สามารถ แทรกเข้าและถอดออก ได้ไม่ว่าไรโบโซมกำลังทำอะไรอยู่
• คุณสมบัตินี้ทำให้มันหยุดการเติบโตของเซลล์ แล้วหลุดออกได้อย่างรวดเร็วเหมือนเทปคาสเซ็ต

Balon ไม่ใช่ข้อยกเว้นที่พบได้ยาก แต่เป็นโปรตีนที่แพร่กระจายกว้าง

• เมื่อค้นหาลำดับยีนของ Balon พบลำดับที่เกี่ยวข้องใน 20% ของจีโนมแบคทีเรียที่ลงทะเบียนในฐานข้อมูลสาธารณะ
• ทีมวิจัยยังวิเคราะห์โปรตีนแบคทีเรียทางเลือกอีกสองชนิดในกลุ่มนั้น
  • โปรตีนจาก Mycobacterium tuberculosis เชื้อก่อโรคในมนุษย์ที่ทำให้เกิดวัณโรค
  • โปรตีนจาก Thermus thermophilus ที่อาศัยอยู่ในปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลอุณหภูมิสูงมาก
• โปรตีนทั้งสองชนิดก็จับกับ A site ของไรโบโซมเช่นกัน แสดงให้เห็นว่าโปรตีนบางชนิดที่เป็นญาติของ Balon อาจทำงานคล้ายกันในแบคทีเรียสายพันธุ์อื่น
• Balon ไม่มีอยู่ใน Escherichia coli และ Staphylococcus aureus ซึ่งมักใช้ในการศึกษาภาวะพักตัวของเซลล์
• หากมุ่งเน้นเฉพาะสิ่งมีชีวิตแบบจำลองในห้องทดลองที่จำกัด อาจพลาด ยุทธวิธีพักตัว ที่แพร่กระจายอยู่กว้างขวาง

ภาวะพักตัวทั่วทั้งโลกของสิ่งมีชีวิต

• สิ่งมีชีวิตจำนวนมากบนโลกมี ความสามารถในการหยุดหรือลดเมแทบอลิซึม เมื่อจำเป็น แทนที่จะเพิ่มกิจกรรมต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ
• แบคทีเรียแบบจำลองในห้องทดลอง E. coli มีวิธีพักตัวแยกกันห้าแบบ และแต่ละแบบเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอต่อการอยู่รอดในสถานการณ์วิกฤต
• ภาวะพักตัวไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่จำเป็นเฉพาะตอนอดอาหารเท่านั้น
  • เซลล์ไข่ของมนุษย์อยู่ในภาวะพักตัวได้นานหลายสิบปีจนกว่าจะได้รับการปฏิสนธิ
  • สเต็มเซลล์ของมนุษย์เกิดในไขกระดูก แล้วอยู่ในสภาวะหยุดนิ่งเพื่อรอสัญญาณจากร่างกาย
  • fibroblast ในเนื้อเยื่อประสาท, lymphocyte ในระบบภูมิคุ้มกัน และ hepatocyte ในตับ ก็เข้าสู่ระยะไม่ทำงานและไม่แบ่งตัว ก่อนจะกลับมาทำงานอีกครั้ง
• hibernation ของหมี, lysogeny ของ herpes virus, dauer stage ของหนอน, diapause ของแมลง, aestivation ของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และ torpor ของนก ต่างก็เป็นภาวะพักตัวที่ย้อนกลับได้เมื่อสภาพแวดล้อมดีขึ้น

ภาวะพักตัวแบบสุ่มและการอยู่รอดของประชากร

• เซลล์บางส่วนเข้าสู่ภาวะพักตัวโดยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม แต่แบคทีเรียจำนวนมากก็ใช้ กลยุทธ์เชิงความน่าจะเป็น ด้วย
• ในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงแบบสุ่ม หากไม่มีเซลล์ใดเข้าสู่ภาวะพักตัว ภัยพิบัติที่ไม่คาดคิดอาจทำให้ประชากรทั้งหมดหายไปได้
• แม้ในการเพาะเลี้ยง E. coli ที่แข็งแรงที่สุดและเติบโตเร็วที่สุด เซลล์ 5–10% ก็อยู่ในภาวะพักตัว
• เซลล์พักตัวเหล่านี้ทำหน้าที่เป็น ผู้รอดชีวิตที่ถูกกำหนดไว้ ซึ่งอยู่รอดเมื่อเซลล์ที่ทำงานมากกว่าและเปราะบางกว่าได้รับความเสียหาย
• กลไกพักตัวอย่าง Balon เชื่อมโยงกับการทำความเข้าใจว่าสปีชีส์ใดสามารถคงอยู่หรือฟื้นตัวได้อย่างมั่นคงท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• ชอบเรื่องที่ Karla Helena-Bueno ลืมแบคทีเรียอาร์กติกไว้บนก้อนน้ำแข็งนานเกินไปแล้วดันค้นพบปัจจัยการจำศีลร่วมขึ้นมา
  มันเผยให้เห็นรูปแบบอันแทบมหัศจรรย์ที่นวัตกรรมและการค้นพบมักมาพร้อมกัน นั่นคือ อุบัติเหตุโดยบังเอิญ แบบเต็ม ๆ ดูเป็นมนุษย์ดีและสดใหม่ และไม่คิดว่านี่จะเป็นการค้นพบแบบที่แมชชีนเลิร์นนิงจะเข้ามาแย่งไปได้หมด

  • ทำให้นึกถึงประโยคที่ว่า คำพูดที่น่าสนใจที่สุดในการประกาศการค้นพบใหม่ทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่ “ยูเรกา!” แต่คือ “แปลกแฮะ...”
    ปกติมักถูกอ้างว่าเป็นคำพูดของ Isaac Asimov
  • พอค้นพบได้เพราะโชคแล้วค่อยย้อนมาอธิบายอดีตให้เป็น เรื่องเล่าความสามารถล้วน ๆ แล้วจากนั้นก็กวาดทุนวิจัยไปทั้งหมด อันนี้เห็นด้วย
  • AI อาจจะไม่ลืมแบคทีเรียในน้ำแข็งไว้แบบนั้น แต่ก็อาจเก่งเรื่องมองหารูปแบบเหมือนเราและทำได้ในสเกลที่ใหญ่กว่ามาก
    มันอาจค้นพบ กลไกการจำศีล จากมุมอื่นที่ไม่ใช่อุบัติเหตุก็ได้ ถ้า AGI กลายเป็นจริง หลังจากกินข้อมูลมากพอ มันอาจพูดประมาณว่า “อันนี้น่าสนใจดีนะ” ในแบบแปลก ๆ ก็ได้ ชอบนิยายเรื่อง Colossus ที่บรรยายพฤติกรรมของ AGI ยุคแรกได้ค่อนข้างสมจริงตั้งแต่เกือบ 60 ปีก่อน: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
  • มีความเป็นไปได้สูงว่าแมชชีนเลิร์นนิงจะมีบทบาทสำคัญในการทำให้การค้นพบแบบนี้เกิดขึ้นได้บ่อยขึ้นมาก
    ข้อจำกัดตอนนี้ดูจะอยู่ที่ ความสามารถในการค้นหารูปแบบในสเกลใหญ่ มากกว่าความรู้ที่จะรู้ว่ารูปแบบไหนน่าสนใจ
  • กำลังอ่าน “The Making of the Atomic Bomb” อยู่ ซึ่งจริง ๆ แล้วใกล้เคียงกับหนังสือว่าด้วย กระบวนการค้นพบในฟิสิกส์นิวเคลียร์ มากกว่า
    และการค้นพบส่วนใหญ่ก็เกิดขึ้นโดยบังเอิญ

• ทำให้นึกได้ว่ามนุษย์เองก็อาจเคยจำศีลได้มาก่อน (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) และ (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)

  • พอไล่อ่านคร่าว ๆ แล้วดูเหมือนจะใกล้เคียงกับ สมมติฐาน มากกว่าข้อเท็จจริงที่ยืนยันแล้ว
    ประมาณว่า “พวกเขาเลือกใช้ชีวิตช่วงเลวร้ายที่สุดของปีด้วยการนอนหลับอยู่ในถ้ำที่ค่อนข้างปลอดภัย และยอมแลกกับการขาดสารอาหารและวิตามิน D จากแสงแดด” แต่ในฤดูหนาวทางเหนือ ไม่ว่าจะอยู่นอกถ้ำหรือในถ้ำ ระดับวิตามิน D ก็คงต่างกันไม่มาก เพราะมุมของดวงอาทิตย์ต่ำจนร่างกายสร้างวิตามิน D ได้ยากอยู่ดี เช่น Inuit ก็ได้รับวิตามิน D ได้โดยไม่ต้องพึ่งแสงแดด ส่วนเรื่องที่ฤดูหนาวขาดสารอาหาร ก็อาจแปลได้แค่ว่าก่อนเทคโนโลยีการเก็บและถนอมอาหารจะพัฒนา ช่วงหน้าหนาวมันก็แทบไม่มีอะไรให้กินอยู่แล้ว
  • บทความ BMJ ปี 1900 อันแรกอ่านแล้วให้ความรู้สึกคล้าย Gulliver's Travels นิด ๆ
    ส่วนบทความที่สองพูดถึงบรรพบุรุษมนุษย์เมื่อ 400,000 ปีก่อน ก็ถือว่านานมากแล้ว
  • ถ้าคิดถึงเซโรโทนินสูง การเผชิญความหนาว และแสงแดดน้อย ก็ดูเหมือนการจำศีลอาจเป็นไปได้
    แต่ก็สงสัยว่าจุดประสงค์คืออะไร เพราะมันน่าจะนำไปสู่ อายุขัยที่สั้นลง และความเสี่ยงมะเร็งที่เพิ่มขึ้น

• ประโยคที่ว่า “แทนที่จะบ่นถึงสิ่งที่เราพลาดไประหว่างการนอน เราอาจสัมผัสการนอนในฐานะกระบวนการที่เชื่อมเราเข้ากับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก แม้แต่มicrobeที่หลับอยู่ลึกลงไปในชั้นดินเยือกแข็งถาวรของอาร์กติก” ฟังดูน่าสนใจ แต่สิ่งที่ทำให้สบายใจกว่าคือการที่จุลชีพเหล่านั้นยังคงหลับอยู่ลึกลงไปใน ชั้นดินเยือกแข็งถาวรของอาร์กติก
  ไม่อยากคิดเลยว่าถ้าพวกมันตื่นขึ้นมาจะเกิดอะไร

  • ทำไมมนุษย์และสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นถึงนอนกันนะ? บางทีมันอาจเป็นเพียงเพราะว่า มันนอนได้ ก็ได้
    ถ้าไม่มีเหตุผลดีพอที่จะตื่นอยู่ ก็หลับไปและเก็บพลังงานไว้สำหรับช่วงเวลาที่การตื่นอยู่คุ้มค่ากว่า แต่คำอธิบายนี้ก็ยังไม่ตอบว่าทำไมเราถึงฝัน
  • ถ้าพวกมันตื่นขึ้นมา อาจเริ่มปล่อย CO2 และมีเทน ปริมาณมหาศาลก็ได้
  • ผมว่า จุลชีพและไวรัส ที่วิวัฒนาการมาอย่างระมัดระวังผ่านการปะทะกันนับครั้งไม่ถ้วนกับยาปฏิชีวนะและสารต่าง ๆ ที่เรามีอยู่ตอนนี้ อาจมีระดับความเสี่ยงใกล้เคียงกันหรือมากกว่าด้วยซ้ำ

• สิ่งที่สามารถนอนนิ่งอยู่ได้ชั่วนิรันดร์นั้นยังไม่ตาย และในกาลเวลาประหลาดอันยาวนาน แม้แต่ความตายก็อาจตายได้

• ว้าว นี่เหมือนกลไก lazy evaluation ที่ธรรมชาติสร้างขึ้นเลย

• ดูเหมือนแทบไม่มีใครพูดถึงความเป็นไปได้ทางการรักษาเลย
  ถ้าทำให้การติดเชื้อแบคทีเรียเข้าสู่ ภาวะจำศีล ได้ก็คงดี รวมถึงเนื้องอกด้วย

  • เนื้องอกอาจยากหน่อย เท่าที่รู้ เซลล์มะเร็งนั้นตามนิยามแล้วคือ เซลล์ที่ทำงานผิดปกติ

• นึกถึงภาพคนแก่ที่ทำให้ร่างกายเย็นลงและเหนี่ยวนำ ภาวะจำศีล เพื่อจะได้ตื่นขึ้นมาเมื่อโลกดีขึ้นแล้ว
  ถ้ามีบริษัทแบบนั้นก็น่าลงทุน

  • ความยากจริง ๆ คือการเป็นคนที่คนรุ่นอนาคตจะยอมเสียเวลามาละลายคุณออกมาจริง ๆ
  • อันที่จริงมีอยู่แล้วและดำเนินการมาเกิน 50 ปี[0]
    0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
  • ถ้ามีคนใช้มากเกินไป โดยเฉพาะคนที่ยังไม่ได้แก่ขนาดนั้น ผลลัพธ์อาจออกมาไม่ค่อยดี: https://xkcd.com/989/
  • ตอนนี้ยังฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ก็ดูเหมือนกำลังค่อย ๆ เข้าใกล้ขึ้น
    ไม่กี่วันก่อนก็มีอันนี้ออกมาเหมือนกัน: https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
  • ถ้าตื่นขึ้นมาแล้วโลกแย่ลงกว่าเดิมจะทำยังไง?
    มันเหมือนเป็นการพนันก้อนใหญ่พอสมควรว่าผู้คนในอนาคตอันไกลจะมองร่างที่ถูกเก็บรักษาไว้ว่าเป็นทรัพยากรมีค่าหรือเป็นสิ่งที่ควรถูกเอาเปรียบ

• ถ้ามีสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร ก็อดสงสัยไม่ได้ว่ามันจะใช้ กลไกการจำศีล แบบนี้หรือเปล่า

• ในระบบซับซ้อน การมีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่ไม่ได้ทำอะไรเลยเป็น ส่วนเกินเผื่อไว้ นั้นเป็นเรื่องธรรมชาติอย่างยิ่ง และไม่ใช่การ寄生ต่อสังคม แต่จำเป็นต่อการทำให้ทั้งระบบยังมีชีวิตอยู่ เรื่องแบบนี้ไม่ควรปล่อยให้สาธารณะรู้

  • แล้วในอุปมาแบบนั้น สาธารณชนเองสามารถหยุดการใช้ทรัพยากรลงครึ่งหนึ่งจนแทบอยู่ระดับอดอยากได้อย่างไม่มีกำหนดไหม?
    แล้วทำแบบนั้นในฐานะ ประกันเชิงความน่าจะเป็น เพื่อรับมือกับเหตุการณ์ระดับการสูญพันธุ์ของประชากร และยังมีความสามารถจะฟื้นตัวหลังจากนั้นได้ไหม? การขยายความจากเนื้อหาจริงของบทความไปไกลแบบนี้แย่มาก