ไมโทคอนเดรียยังมีชีวิตอยู่
(asimov.press)- หากมองไมโทคอนเดรียไม่ใช่ในฐานะออร์แกเนลล์ของเซลล์ แต่เป็น สิ่งมีชีวิตในตัวเอง เราจะเข้าใจเซลล์ใหม่ในฐานะระบบที่พลังงาน ข้อมูล และภาวะพึ่งพาอาศัยกันพัวพันกันอยู่
- ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอซิส ของ Lynn Margulis เคยถูกวารสารวิชาการ 12 ฉบับปฏิเสธ แต่เมื่อความคล้ายคลึงระหว่างไมโทคอนเดรียกับแบคทีเรียได้รับการยืนยัน ทฤษฎีนี้ก็กลายเป็นคำอธิบายหลักของวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต
- ไมโทคอนเดรียมีจีโนมของตัวเอง แสดงออกของยีนเอง แบ่งตัวแบบ binary fission รับรู้สัญญาณจากสภาพแวดล้อม และผลิต ATP จึงเป็นมากกว่าการทำหน้าที่เพียง “โรงไฟฟ้า”
- ข้อโต้แย้งที่ว่ามันอยู่ได้เฉพาะในเซลล์เจ้าบ้านนั้นยังไม่เพียงพอ; ตัวอย่างของ rickettsiae, Holospora spp., เอนโดซิมไบโอซิสสังเคราะห์ และการย้ายไมโทคอนเดรียข้ามสปีชีส์ แสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่โดยฝังตัวอยู่ในสภาพแวดล้อมเฉพาะได้
- เช่นเดียวกับที่เครื่องมือปรับแต่ง DNA พัฒนามาจนถึง CRISPR ชีววิทยาในอนาคตจำเป็นต้องมีเครื่องมือสำหรับจัดการ พลังงานชีวภาพ และไมโทคอนเดรียในเชิงวิศวกรรม
เหตุผลที่ควรมองไมโทคอนเดรียเป็นสิ่งมีชีวิต
- ไมโทคอนเดรียในเซลล์ของร่างกายเราเป็นผลลัพธ์ที่หลงเหลือจาก ความสัมพันธ์แบบเอนโดซิมไบโอซิส ในยุคโบราณ
- Lynn Margulis เสนอไว้ในบทความปี 1967 “On the Origin of Mitosing Cells”90079-3) ว่าเมื่อประมาณ 1.5 พันล้านปีก่อน เซลล์ยูคาริโอตดั้งเดิมได้กลืนแบคทีเรียที่ใช้ออกซิเจนเข้าไป และแทนที่จะย่อยสลายมัน กลับพัฒนาความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันขึ้น
- เจ้าบ้านให้สารอาหารและการปกป้องแก่แบคทีเรีย
- แบคทีเรียให้พลังงานแก่เจ้าบ้าน
- ความสัมพันธ์นี้กลายเป็นนวัตกรรมทางชีววิทยาที่นำไปสู่ ไมโทคอนเดรีย และ คลอโรพลาสต์ ในปัจจุบัน
- ทฤษฎีนี้ในตอนแรกถูกวารสารวิชาการ 12 ฉบับปฏิเสธและถูกโจมตีเป็นเวลาหลายทศวรรษ แต่ค่อย ๆ ได้รับการยอมรับ เพราะโครงสร้างเยื่อหุ้มและเครื่องจักรระดับโมเลกุลของไมโทคอนเดรียคล้ายกับแบคทีเรียที่ยังมีอยู่ในปัจจุบัน
- นักชีววิทยาจำนวนมากมองว่าไมโทคอนเดรีย “เสื่อมสภาพ” จากแบคทีเรียมาเป็นออร์แกเนลล์ที่ถูกล้อมด้วยเยื่อหุ้ม แต่หน้าที่และพลวัตของไมโทคอนเดรียทำให้ตีความได้ว่าเป็น สิ่งมีชีวิตอิสระ
เกณฑ์ของชีวิตกับไมโทคอนเดรีย
- นิยามของชีวิตเป็นประเด็นถกเถียงมาตั้งแต่จุดเริ่มต้นของชีววิทยา และนักชีววิทยาโมเลกุลมักใช้เมแทบอลิซึม การเติบโตและพัฒนา การตอบสนองต่อสิ่งเร้า การสืบพันธุ์ การประมวลผลข้อมูล และความสามารถในการวิวัฒนาการเป็นเกณฑ์
- ชีวฟิสิกส์มองชีวิตจากมุมพลังงาน โดยสิ่งมีชีวิตคง สภาวะไม่สมดุล ที่รักษาระเบียบเอาไว้ แม้จักรวาลจะมีแนวโน้มเพิ่มเอนโทรปี
- เซลล์รับอินพุตเอนโทรปีต่ำ เช่น อาหารหรือแสงอาทิตย์
- ปล่อยเอาต์พุตเอนโทรปีสูง เช่น ของเสีย
- ไม่ว่าจะใช้นิยามใด ไมโทคอนเดรียก็เข้าเงื่อนไขของชีวิตได้ในสัดส่วนมาก
- มี จีโนม ของตัวเองและแสดงออกของยีนภายในพื้นที่ภายในของมัน
- ใช้ชีวโมเลกุลที่แตกต่างจากนิวเคลียส
- จำลองตัวและแบ่งตัวด้วย binary fission เหมือนแบคทีเรีย
- รับอินพุตเอนโทรปีต่ำจากเซลล์เจ้าบ้าน เช่น กลูโคสหรือกรดไขมัน และปล่อยเอาต์พุตเอนโทรปีสูง เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
- ปั๊มโปรตอนผ่านเยื่อหุ้มชั้นในเพื่อรักษาดุลยภาพเทอร์โมไดนามิกแบบไม่สมดุล และใช้ความชันนั้นผลิต ATP
การประมวลผลข้อมูลและวิวัฒนาการที่มากกว่าการผลิตพลังงาน
- บทบาทของไมโทคอนเดรียไม่ได้จำกัดอยู่เพียง การสร้างพลังงาน
- มันรับรู้สัญญาณหลากหลายจากสภาพแวดล้อมในไซโทพลาซึม
- ฮอร์โมนสเตียรอยด์
- oxidative stress
- ความร้อน
- ระดับ ATP
- secondary metabolites
- โมเลกุลอื่น ๆ อีกหลายชนิด
- ข้อมูลที่รับรู้ถูกใช้ควบคุมการทำงานของเซลล์
- เมื่อไวรัสบุกรุกเซลล์ ไมโทคอนเดรียมีความสำคัญต่อการตรวจจับการบุกรุกและการส่งสัญญาณ การตายของเซลล์แบบตั้งโปรแกรม
- กระบวนการนี้เชื่อมโยงกับการป้องกันการแพร่กระจายของไวรัส
- การสืบพันธุ์และวิวัฒนาการก็ไม่ได้เหมือนกับกระบวนการจำลองของเซลล์เจ้าบ้านทั้งหมด
- จำลอง DNA ไมโทคอนเดรีย ซึ่งเป็นจีโนมรูปวงแหวนอย่างอิสระ
- แบ่งตัวด้วย binary fission
- DNA ไมโทคอนเดรียเกิดการกลายพันธุ์ เร็วกว่า 100–1,000 เท่า เมื่อเทียบกับจีโนมมนุษย์
- การกลายพันธุ์เหล่านี้สามารถเปลี่ยนทั้งความเหมาะสมเชิงวิวัฒนาการของไมโทคอนเดรียและของเซลล์เจ้าบ้านได้
- ไมโทคอนเดรียได้รับอิทธิพลจากวิวัฒนาการ ขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่เป็นผู้กระทำที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการวิวัฒนาการ
ข้อจำกัดของข้อโต้แย้งที่ว่า “มันอยู่ได้เฉพาะในเจ้าบ้าน”
- ข้อโต้แย้งที่ว่าไมโทคอนเดรียต้องอยู่ภายในไซโทพลาซึมของเซลล์เจ้าบ้าน ไม่ได้สะท้อนอย่างเพียงพอว่าสิ่งมีชีวิตไม่ได้ดำรงอยู่โดยแยกขาดจากสภาพแวดล้อม
- ชีวิตมนุษย์เองก็เริ่มต้นภายในมนุษย์อีกคน และไซโกตต้องอาศัยสภาพแวดล้อมในมดลูกเป็นเวลาหลายเดือนก่อนเกิด
- นอกจากไมโทคอนเดรียแล้ว ยังมีสิ่งมีชีวิตอื่นที่อาศัยอยู่ภายในเซลล์อื่น
- rickettsiae อยู่ในไซโทพลาซึมของเซลล์เห็บ เหา หมัด และไร
- Holospora spp. อาศัยอยู่ภายในนิวเคลียสของโปรติสต์หลายชนิด
- สิ่งมีชีวิตทุกชนิดวิวัฒนาการและดำรงอยู่ภายในสภาพแวดล้อมหรือระบบชีวภาพเฉพาะ และสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดก็อยู่ในระดับชั้นที่แตกต่างกัน
- สภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตครอบครองอยู่จริงคือ niche เชิงนิเวศที่มีผลจริง ส่วน niche เชิงนิเวศที่เป็นไปได้ ซึ่งเป็นขอบเขตศักยภาพที่สามารถดำรงอยู่ได้นั้นอาจกว้างกว่า
niche เชิงนิเวศที่เป็นไปได้ของไมโทคอนเดรีย
- การนำแบคทีเรียไปใส่ไว้ในเซลล์อื่นไม่ได้ทำให้แบคทีเรียนั้นกลายเป็นสิ่งไม่มีชีวิตขึ้นมาทันที
- นักวิจัยจาก ETH Zurich เพิ่ง ปลูกถ่ายแบคทีเรียเข้าไปในราเส้นใย Rhizopus microsporus และติดตามชะตากรรมของเอนโดซิมไบโอซิสที่ถูกเหนี่ยวนำขึ้นโดยสังเคราะห์
- niche เชิงนิเวศที่มีผลจริงของไมโทคอนเดรียคือไซโทพลาซึมของเซลล์เจ้าบ้าน แต่ niche เชิงนิเวศที่เป็นไปได้อาจใหญ่กว่านั้น
- ไมโทคอนเดรียไม่ได้ถูกผูกติดกับเซลล์เจ้าบ้าน และสามารถ เคลื่อนย้ายระหว่างเซลล์ต่าง ๆ ได้
- แต่ละสปีชีส์มีไมโทคอนเดรียต่างกัน แต่การทดลองแสดงให้เห็นว่าไมโทคอนเดรียของสปีชีส์หนึ่งสามารถถูกย้ายไปยังอีกสปีชีส์ได้
- ในปี 1997 นักวิทยาศาสตร์แยกไมโทคอนเดรียจากชิมแปนซีและกอริลลา และแสดงให้เห็นว่าไมโทคอนเดรียเหล่านี้ ถูกนำเข้าและบูรณาการเข้ากับเซลล์มนุษย์ได้เองตามธรรมชาติ
- การเติมไมโทคอนเดรียจากภายนอกแสดงให้เห็น ประโยชน์เชิงการรักษาในภาวะหัวใจล้มเหลวและการบาดเจ็บของไขสันหลัง
เหตุผลที่ต้องมีเครื่องมือจัดการพลังงานชีวภาพ
- ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 Albert Einstein และ Claude Shannon วางเสาหลักสามประการของโลกกายภาพไว้เป็น สสาร, ข้อมูล และ พลังงาน
- หลังจากโมเดลเกลียวคู่ของ DNA โดย Francis Crick และ James Watson ชีววิทยาได้พัฒนาความเข้าใจและความสามารถในการควบคุมสสารกับข้อมูลอย่างมาก
- เครื่องมือสำหรับศึกษายีนพัฒนาขึ้น
- ความสามารถในการถอดรหัสการไหลของข้อมูลภายในเซลล์เพิ่มขึ้น
- เครื่องมือสำหรับจัดการ DNA เช่น การแก้ไขยีนบนฐาน CRISPR ปรากฏขึ้น
- ในทางกลับกัน เครื่องมือสำหรับทำความเข้าใจและจัดการ พลังงาน ทางชีวภาพยังไปไม่ถึงระดับเดียวกัน
- เช่นเดียวกับที่ CRISPR ทำให้เราเขียนโค้ดของชีวิตใหม่ได้ เราจำเป็นต้องมีเครื่องมือสำหรับจัดการไมโทคอนเดรียในเชิงวิศวกรรม และควบคุมพลังงานชีวภาพของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตโดยรวม
ความเชื่อมโยงกับโรค อายุขัย และการสังเคราะห์ด้วยแสง
- แม้ผ่านวิวัฒนาการมานานกว่า 1 พันล้านปี ไมโทคอนเดรียก็ยังคงมีบทบาทสำคัญในเซลล์ และไม่ได้ถูกแทนที่หรือกลายเป็นสิ่งไร้ประโยชน์
- ระหว่างวิวัฒนาการของมนุษย์ บทบาทของไมโทคอนเดรียก็มีส่วนในการกำหนด สุขภาพ และ อายุยืน ของมนุษย์
- ความผิดปกติของการทำงานของไมโทคอนเดรียเชื่อมโยงกับโรคหลายชนิดมานานแล้ว
- โรคหัวใจและหลอดเลือด
- เบาหวาน
- Alzheimer’s
- Parkinson’s
- โรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงเอแอลเอส
- โรคอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความชรา
- ไมโทคอนเดรียของผู้ป่วยโรคเหล่านี้มีรูปร่างผิดปกติและแตกเป็นชิ้น ๆ ไม่สามารถสร้างพลังงานให้เซลล์ได้เพียงพอ หรือส่งสัญญาณสื่อสารที่ไม่เหมาะสม
- ไมโทคอนเดรียที่ป่วยจะสร้างสารประกอบเป็นพิษเมื่อเวลาผ่านไป และเร่งการตายของเซลล์
- การแก้ปัญหาโรคที่เกี่ยวข้องกับพลังงาน การยืดอายุขัย และการทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเชิงวิศวกรรม ล้วนเชื่อมโยงกับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์อันซับซ้อนระหว่างเซลล์กับสิ่งมีชีวิตอื่นที่อาศัยอยู่อย่างแข็งขันภายในเซลล์นั้น
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ไมโทคอนเดรีย ทำให้ผมเอนเอียงไปทางสมมติฐานโลกหายาก
ในประวัติศาสตร์โลก การเกิดเอนโดซิมไบโอซิสของไมโทคอนเดรียเกิดขึ้นครั้งเดียว และถ้าไม่มีสิ่งนั้น งบประมาณพลังงานที่จำเป็นต่อชีวิตที่ซับซ้อนก็จะไม่เกิดขึ้น
ยิ่งไปกว่านั้น ช่วงเวลาที่ทำให้เหตุการณ์แบบนั้นเป็นไปได้อาจแคบมาก แรงกดดันด้านการป้องกันและการคัดเลือกในโลกจุลชีพสมัยใหม่คงเป็นปรปักษ์ต่อคิเมราที่เปราะบางอย่างเซลล์ไมโทคอนเดรียยุคแรก
ก่อนมีไมโทคอนเดรีย กระบวนการที่ชีวิตเกิดจากสิ่งไม่มีชีวิตยังดูสมเหตุสมผล และหลังจากมีไมโทคอนเดรีย กระบวนการที่นำไปสู่ชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อนและมีสติปัญญาก็สมเหตุสมผลเช่นกัน แต่ช่วงเวลาหนึ่งนั้นยังไม่เคยถูกสร้างซ้ำในห้องแล็บ และจนถึงตอนนี้ก็ยังไม่เคยมีใครทำได้
ดังนั้นผมจึงคิดว่าในจักรวาลอาจมีชีวิตแบบเศษซากมีชีวิตอยู่มากมาย แต่ พืชและสัตว์ นั้นมีน้อยมาก
นอกเรื่องเล็กน้อย การเห็น ATP เคลื่อนไหวก็น่าดูเหมือนกัน: https://www.youtube.com/watch?v=lUrEewYLIQg&t=939s
คลอโรพลาสต์ หรือถ้าพูดกว้างกว่านั้นคือพลาสติด ดูเหมือนจะมีบรรพบุรุษร่วมกัน แต่ไมโทคอนเดรียอาจสืบทอดมาจากหลายสายวิวัฒนาการที่ผ่านการถ่ายโอนยีนแนวนอนหรือวิวัฒนาการแบบบรรจบกัน ไนโตรพลาสต์ก็น่าจะเป็นอีกกรณีหนึ่งของเอนโดซิมไบโอซิสปฐมภูมิที่แยกต่างหาก
ยังมี เอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิ ซึ่งออร์แกเนลล์แบบพึ่งพาอาศัยของยูคาริโอตตัวหนึ่งถูกยูคาริโอตอีกเซลล์หนึ่งกินเข้าไปและกลายเป็นผู้พึ่งพาอาศัยตัวใหม่ และสิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างน้อย 8 ครั้ง
ออร์แกเนลล์อื่น ๆ ก็มีทฤษฎีว่าเป็นผลผลิตของเอนโดซิมไบโอซิสเช่นกัน เพราะมีลักษณะอย่างสารพันธุกรรมของตัวเอง แต่กรณีนี้ยังเป็นการคาดเดามากกว่า
เป็นความจริงที่ยูคาริโอตรับผู้พึ่งพาอาศัยเหล่านี้เข้ามาและได้ความสามารถสำคัญ แต่ผู้พึ่งพาอาศัยเหล่านั้นเดิมทีเป็นสิ่งมีชีวิตที่วิวัฒนาการมาเพื่อทำหน้าที่นั้นโดยตรงอยู่แล้ว อีกทั้งไมโทคอนเดรียเป็นหนึ่งในลักษณะของยูคาริโอต แต่ไม่ได้ถูกมองว่าเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้วิวัฒนาการของภาวะหลายเซลล์ที่ซับซ้อนเป็นไปได้ โพรคาริโอตก็วิวัฒนาการภาวะหลายเซลล์ขึ้นมาหลายสิบครั้ง และเป็นเพียงว่าเรากำหนดนิยามของภาวะหลายเซลล์ที่ซับซ้อนขึ้นมาเองให้แยกจากสิ่งที่โพรคาริโอตทำได้
มันอาจเกิดขึ้นในสายวิวัฒนาการอื่นด้วย แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างก็แพ้ในการแข่งขันและ สูญพันธุ์ ไป
แต่ไม่ได้หมายความว่าสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์อื่นจำเป็นต้องมีไมโทคอนเดรียหรือออร์แกเนลล์เทียบเท่าเสมอไป หากมันทำปฏิกิริยาเคมีที่จำเป็นและดึงพลังงานออกมาได้เพียงพอ วิธีอื่นตามสภาพแวดล้อมก็เพียงพอแล้ว
แล้วไมโทคอนเดรียวิวัฒนาการขึ้นมาได้อย่างไรตั้งแต่แรก? มันอาจคงอยู่เป็นสิ่งมีชีวิตอิสระ และใช้ขีดพลังงานมหาศาลนั้นวิวัฒนาการด้วยตัวเองได้หรือไม่?
และเมื่อเหตุการณ์แบบนี้เกิดขึ้นสักครั้ง มันอาจมีแนวโน้มที่จะเบียดบังความจำเป็นที่ต้องเกิดขึ้นอีกครั้งก็ได้
บทความนี้พยายามห่อหุ้มเรื่องราวให้ดูเหมือนใหม่และลึกซึ้ง แต่ “ความมีชีวิต” ของไมโทคอนเดรียสุดท้ายก็เป็นปัญหาว่าเราจะติดป้ายคำว่า ชีวิต อย่างไร
คำว่าชีวิตเป็นสิ่งสร้างทางภาษาของมนุษย์ที่ดำรงอยู่แยกจากปรากฏการณ์ทางชีววิทยา และวิทยาศาสตร์ก็จัดการกับคำถามนี้มาหลายสิบปีแล้ว เช่นเดียวกับกรณีไวรัส การถกเถียงแบบนี้ลงเอยที่ความหมายของคำ และไม่ได้เพิ่มอะไรให้กับวิทยาศาสตร์เอง
ไมโทคอนเดรียน่าสนใจ และเรายังมีอะไรให้เรียนรู้อีกมาก แต่มันพึ่งพากลไกของเซลล์อย่างสมบูรณ์ ยีนส่วนใหญ่ที่เข้ารหัสโครงสร้างของมันอยู่ใน DNA นิวเคลียร์ ถ้าจะอ้างว่าไมโทคอนเดรียมีชีวิตอย่างเป็นอิสระ ก็ยากที่จะละประเด็นนี้ไปได้
หัวใจสามารถดำรงอยู่ได้นอกร่างกายผมและปลูกถ่ายให้คนอื่นได้ แต่นั่นหมายความว่าเราควรบอกว่าหัวใจมีชีวิตหรือ?
ทั้งบทความชี้นำราวกับว่าเราพลาดอะไรบางอย่างไป แต่จริง ๆ แล้วไม่ใช่ ทฤษฎีต้นกำเนิดเอนโดซิมไบโอซิสของไมโทคอนเดรียโดย Lynn Margulis ถูกท้าทายอย่างมากและจุดชนวนการถกเถียงทางวิทยาศาสตร์ แต่ท้ายที่สุดก็ชนะอย่างน่าเชื่อถือเมื่อหลายสิบปีก่อน และกลายเป็นวิทยาศาสตร์ที่ยอมรับกันแล้ว ในประวัติศาสตร์ชีวิตมีเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอซิสแบบนี้หลายครั้ง และยังมีสาขาย่อยของชีววิทยาวิวัฒนาการที่ศึกษาสิ่งนี้ด้วย
เซลล์ที่ประกอบกันเป็นหัวใจนั้นมีชีวิตอย่างแน่นอน แต่ถ้าไม่มีโครงสร้างพื้นฐานคอยสนับสนุน มันก็ตาย ในแง่ของการมีชีวิต การจำลองตัวเอง และการตาย มันก็เหมือนเซลล์ทุกเซลล์ในร่างกาย
ถ้าย้ายคุณไปอยู่บนดวงจันทร์โดยไม่มีโครงสร้างพื้นฐานสนับสนุน คุณก็คงตายเหมือนกัน แต่เราก็คงยังถือว่าคุณมีชีวิตอยู่
ชีวิตมีกลไก แต่เป็นมากกว่าเครื่องจักร ท่าทีที่มองว่าชีวิตของเราผูกพันแบบพึ่งพาอาศัยกับสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง หรืออาจเป็นสิ่งมีชีวิต 10^17 ตัวนั้น มอบความถ่อมตนอันมีค่า
ความถ่อมตอดังกล่าวอาจให้มุมมองใหม่ที่ทำให้พวกมันทั้งหมดมีสุขภาพดีและเจริญงอกงาม ไม่ใช่แค่ความเชื่อมโยงเชิงจิตวิญญาณกับความมีชีวิตของไมโทคอนเดรียเท่านั้น แต่แก่นสำคัญคือท่าทีเชิงปฏิบัติต่อ สุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดี และยังมีโอกาสอีกมากให้สำรวจทางวิทยาศาสตร์
คนเหล่านั้นยังคงพูดถึง “ชีวิต” และตัดสินใจบนพื้นฐานความเข้าใจที่มีข้อบกพร่องซึ่งบทความวิจารณ์อยู่
“สิ่งที่พลาดไป” ในที่นี้ดูจะใกล้กับนัยที่กว้างขึ้นและ โลกทัศน์ มากกว่าวิทยาศาสตร์ในความหมายแคบ
Wikipedia ก็ดูเหมือนจะยืนยันเรื่องนี้: “แม้ DNA ส่วนใหญ่ของเซลล์ยูคาริโอตจะอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ แต่ไมโทคอนเดรียมีจีโนมของตัวเอง หรือไมโทจีโนม ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับจีโนมของแบคทีเรีย”
https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion
พวกมันใกล้เคียงกับไมโทคอนเดรียมาก แต่เราก็มองว่ามีชีวิต พวกมันสูญเสียยีนไปมากมายและอยู่รอดไม่ได้หากไม่มีโฮสต์
เมื่อดูกรณีแบบนี้ เราแทบจะเห็นเส้นทางจากปรสิตภายในเซลล์แบบจำเป็นไปสู่ออร์แกเนลล์ที่มีต้นกำเนิดจากโพรคาริโอตที่ถูกกินเข้าไปได้เลย
บทความนี้เพียงไม่กี่ย่อหน้าแรกก็เข้าทางคลีเช่คลาสสิกของวารสารศาสตร์วิทยาศาสตร์ครบทั้งสองอย่าง
อย่างแรก คือเรื่องเล่าที่คนคนหนึ่งตั้งทฤษฎีที่ดราม่ามากบนหลักฐานอ่อน ๆ แล้วถูกเพื่อนร่วมวงการส่วนใหญ่มองว่าผิด แต่ต่อมามีหลักฐานที่หนักแน่นออกมาและพิสูจน์ว่าเขาถูก โดยไม่ได้กล่าวถึงสมมติฐานสุดดราม่านับพันที่ภายหลังถูกพิสูจน์ว่าผิด
อย่างที่สอง คือในคำอธิบายสำหรับคนทั่วไป คุณอาจเคยได้ยินว่าข้อเสนอเชิงปรัชญาบางอย่างเป็นเท็จ แต่จริง ๆ แล้ว หากตั้งต้นจากความหมายเชิงอรรถศาสตร์แบบที่ฉันชอบ มันก็เป็นจริง
ถึงเวลาที่เราควรจะเบื่อเรื่องแบบนี้กันได้แล้วหรือยัง? นักข่าววิทยาศาสตร์ไม่อายกับบทความแบบนี้บ้างหรือ?
คนที่อนุมานว่านี่สื่อถึงความผิดพลาดที่ว่า สมมติฐานดราม่าทั้งหมดหรือส่วนใหญ่เป็นจริง ไม่ใช่ผู้เขียน แต่เป็นคุณเอง ผู้เขียนพูดถึงเพียงทฤษฎีเฉพาะทฤษฎีเดียว
การเล่าเรื่องไก่ตัวหนึ่งข้ามถนน ไม่ได้แปลว่ามีหน้าที่ต้องเล่าเรื่องไก่ทุกตัวที่ไม่ได้ข้ามถนนด้วย
มีหลายกรณีที่ทฤษฎีกระแสหลักในปัจจุบันเริ่มต้นแบบนี้ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องพิจารณาสมมติฐานที่เป็นที่ถกเถียงด้วยใจเปิดกว้าง ไม่ว่าในบริบทใด เรามักรีบปัดหลักฐานที่ขัดกับมุมมองของตัวเองทิ้งเร็วเกินไปได้ง่าย และนี่เป็นกลไกป้องกันตัวชนิดหนึ่งที่ทุกคนทำ
สิ่งสำคัญคือการตระหนักถึงอคตินั้น และพร้อมยอมรับเมื่อเห็นว่าทฤษฎีของตัวเองอาจบกพร่องตรงไหน
ในแวดวงวิชาการรอบตัวผม นี่เป็นประเด็นที่ค่อนข้าง เป็นที่ถกเถียง แต่ก็ขอบคุณสำหรับมุมคิดนี้
ทุกครั้งที่อ่านบทความเกี่ยวกับไมโทคอนเดรีย ผมขอแนะนำ Power, Sex, and Suicide ของ Nick Lane อย่างยิ่งสำหรับคนที่สนใจหัวข้อนี้
เป็นหนังสือที่ยอดเยี่ยม
ผมอ่านแค่ The Vital Question แต่ในฐานะคนนอกสาขานั้น มันเป็นหนังสือปูพื้นชีวเคมีที่ดีมาก
ข้ออ้างที่ว่า “การนิยามไมโทคอนเดรียว่าไม่มีชีวิตไม่ใช่แค่ความผิดพลาดด้านการจัดหมวดหมู่หรือการเลือกใช้คำ แต่เป็นความเข้าใจผิดพื้นฐานเกี่ยวกับแก่นแท้และบทบาทของไมโทคอนเดรีย และส่งผลลึกซึ้งต่อความเข้าใจระบบชีวภาพและเครื่องมือวิจัย” ถูกเสนอขึ้นมา แต่ไม่ได้รับการสนับสนุนด้วยหลักฐาน
หากสมมติว่าทุกคนเห็นพ้องกันอยู่แล้วในข้อเท็จจริงเชิงวิวัฒนาการและเชิงกลไกของไมโทคอนเดรีย ผมก็ไม่แน่ใจว่าการแบ่งแยกนี้สำคัญตรงไหน
ดูเหมือนไม่มีใครคัดค้านข้อเท็จจริงที่ว่าไมโทคอนเดรียเดิมทีเป็นเซลล์ที่ดำรงชีวิตอย่างอิสระ มี DNA ของตัวเอง รวมถึงข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดและวิธีทำงานภายในเซลล์
สุดท้ายก็เป็นเพียงการถกเถียงว่า “มีชีวิต” หมายถึงอะไร ซึ่งในเชิงปรัชญาก็น่าสนใจ แต่ดูไม่สำคัญต่อการปฏิบัติทางชีววิทยา ดูเหมือนเป็น การถกเถียงเชิงอรรถศาสตร์ล้วน ๆ ที่ไม่มีนัยกว้างกว่านั้น
ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบที่ควบคุม การแสดงออกของยีน mtDNA เช่น DNA และ RNA polymerase ของไมโทคอนเดรีย, transcription factor, เอนไซม์ประมวลผลและดัดแปลง RNA, ปัจจัยยุติการถอดรหัส, โปรตีนไรโบโซมของไมโทคอนเดรีย, aminoacyl-tRNA synthetase และ translation factor
องค์ประกอบของไมโทคอนเดรียอยู่ได้ไม่นานหากไม่มีเซลล์เจ้าบ้าน ดังนั้นจึงไม่ได้เข้าเกณฑ์ทั้งหมดสำหรับการถูกถือว่าเป็นสิ่งมีชีวิตสมบูรณ์ เช่นเดียวกับไวรัส
[0] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC23071/
ระหว่างอ่าน ผมรอคำตอบว่า “เรื่องนี้สำคัญใน ความหมายเชิงปฏิบัติการ อย่างไร?” แต่สุดท้ายก็ไม่เจอ
คำถามที่ถูกยกขึ้นมาคือเราควรมองไมโทคอนเดรียว่า “มีชีวิต” หรือไม่ แต่ก็เป็นแค่คำ ๆ หนึ่ง แล้วใครจะสนใจล่ะ
ถ้าเรายอมรับสมมติฐานนี้ เราจะทำอะไรต่างไปจากเดิม?
ตัวอย่างเช่น กรณีการปลูกถ่ายไมโทคอนเดรียของสปีชีส์อื่นอย่างกอริลลาเข้าไปในเซลล์มนุษย์ อาจนำไปสู่การรักษาแบบใหม่
นี่เป็นเรื่องของการก้าวข้ามกรอบคิดตายตัวเกี่ยวกับไมโทคอนเดรียว่าต้องอยู่ได้เฉพาะในสภาพแวดล้อมบางอย่างเท่านั้น
“ผลประโยชน์เชิงวิวัฒนาการของไมโทคอนเดรียอาจขัดกับผลประโยชน์ของตัวสิ่งมีชีวิตได้หรือไม่?”, “สิ่งมีชีวิตหนึ่งตัวสามารถมี DNA อิสระได้มากที่สุดกี่ชุด?”, “ทำไมไมโทคอนเดรียจึงไม่ก่อให้เกิดการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน หรือจริง ๆ แล้วอาจก่อได้หรือไม่?”
สิ่งนี้สำคัญเพราะทำให้เราเรียนรู้ว่าเซลล์ไม่จำเป็นต้องวิวัฒนาการหน้าที่บางอย่างขึ้นจากศูนย์เสมอไป แต่สามารถได้มาผ่าน phagocytosis
และยังกลายเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการศึกษาวิวัฒนาการด้วยเหตุผลหลายประการ
ดูเหมือนไมโทคอนเดรียไม่ได้ถูกผูกติดกับเซลล์เจ้าบ้าน และสามารถย้ายไปมาระหว่างเซลล์ต่าง ๆ ได้ แต่ละสปีชีส์มีไมโทคอนเดรียต่างกัน แต่การทดลองแสดงให้เห็นว่าไมโทคอนเดรียของสปีชีส์หนึ่งสามารถถูกย้ายไปยังอีกสปีชีส์หนึ่งได้
ในปี 1997 นักวิทยาศาสตร์แยกไมโทคอนเดรียจากชิมแปนซีและกอริลลา และแสดงให้เห็นว่ามันถูกเซลล์มนุษย์ internalize และผสานรวมได้ตามธรรมชาติ นอกจากนี้ยังน่าสังเกตด้วยว่าการเติมไมโทคอนเดรียจากภายนอกแสดงผลการรักษาในภาวะหัวใจล้มเหลวและการบาดเจ็บไขสันหลัง
ดังนั้น niche ทางนิเวศวิทยาที่เป็นไปได้ที่ไมโทคอนเดรียสามารถอาศัยอยู่ได้จึงกว้างกว่า niche ทางนิเวศวิทยาจริงของมัน ดูเหมือนมันจะใกล้กับ symbiont มากกว่าออร์แกเนลล์ ซึ่งเป็นเรื่องน่าทึ่ง
มันเชื่อมไปถึงคำถามพื้นฐานอย่าง “ทำไมการออกกำลังกายจึงดีต่อสุขภาพ?”
จากการอ่านแขนงเชิงปรัชญาและอรรถศาสตร์ในคอมเมนต์ที่นี่ ผมนึกขึ้นได้ว่า สิ่งที่เทียบเท่ากับภาวะอิงอาศัยภายในเซลล์ในเชิงมีมได้คือ ศาสนาคริสต์ โดยเฉพาะคาทอลิก
ในทางประวัติศาสตร์ ตลอด 2,000 ปีที่ศาสนาคริสต์แพร่กระจายไปทั่วโลก มันมักปรับตัวและดูดซับความเชื่อกับธรรมเนียมพื้นถิ่นของกลุ่มที่เปลี่ยนศาสนา[0] หลายอย่างเลือนหายไปตามเวลา แต่บางส่วนถูกรวมเข้าเป็นแกนหลักและถูกส่งออกไปทั่วโลก
นี่ก็เป็นช่วงเวลาที่เหมาะจะคิดถึงคริสต์มาสด้วย[1] เราจะจินตนาการถึงศาสนาคริสต์โดยไม่มีหนึ่งในสองเทศกาลหลักได้หรือ?
ดังนั้นคริสต์มาสอาจเป็นสิ่งเทียบเท่าเชิงมีมที่ใกล้เคียงไมโทคอนเดรียที่สุด ยังเห็นโครงร่างชัดเจนของเทศกาลโรมันโบราณที่ถูกดูดซับเข้ามาในช่วงแรก ๆ ได้อยู่ แต่มีมเหล่านั้นทั้งหมดดำรงอยู่ภายในศาสนาคริสต์
ทุกวันนี้เทศกาลนี้จำเป็นต่อความเชื่อทั้งหมด และในตัวมันเองไม่อาจดำรงอยู่อย่างเป็นอิสระได้[2]
[0] ผมเคยเรียนมาว่าการดูดซับแบบนี้เป็นความยืดหยุ่นโดยเจตนาเพื่อให้ผู้คนยอมรับศาสนาใหม่ได้ง่ายขึ้น แต่ทุกวันนี้รู้สึกว่ามันอาจเป็นผลลัพธ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้โดยพื้นฐาน การรักษาความสอดคล้องขององค์กรและความสอดคล้องของความเชื่อในระดับทวีปต้องอาศัยเทคโนโลยีการสื่อสารและระบบราชการที่เพิ่งมีในช่วง 100–200 ปีที่ผ่านมา
[1] อย่างน้อยร้านค้าส่วนใหญ่ก็ทำให้เราเชื่อเช่นนั้น ในปฏิทินการค้าของตะวันตก คริสต์มาสเริ่มทันทีที่ฮาโลวีนจบลง
[2] แต่ตรงนี้อาจเป็นจุดอ่อนของอุปมา ในโลกตะวันตก คริสต์มาสถูกทำให้เป็นเชิงพาณิชย์มากพอที่จะอยู่รอดในฐานะธรรมเนียมฆราวาสที่เป็นอิสระได้
แนวคิดคือการนำสิ่งดี ๆ จากวัฒนธรรมหนึ่งมาผนวกรวม เพื่อช่วยให้ผู้คนเป็นคริสเตียน การที่มิชชันนารีเรียนภาษา แปลคัมภีร์ไบเบิล และหากจำเป็นก็สร้างรูปแบบอักษรให้ภาษานั้น เป็นแกนหลักของพันธกิจคริสเตียนเช่นกัน
ดังนั้นศาสนาคริสต์จึงใกล้เคียงกับการอิงอาศัยร่วมกันของหลายวัฒนธรรมมาโดยตลอด และผมเห็นด้วยว่ามันคล้ายกับภาวะอิงอาศัยภายในเซลล์อย่างที่คุณว่า
ตอนแรกมันเป็นยิวล้วน ๆ ต่อมารับเอาส่วนสำคัญของเฮลเลนิสม์เข้ามา และเมื่อแพร่ไปทั่วโลกก็รับองค์ประกอบเพิ่มเติมเข้ามาอีก องค์ประกอบยิวกับองค์ประกอบเฮลเลนิสติกไม่ได้หลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์ ซึ่งจุดนี้ก็คล้ายไมโทคอนเดรียพอสมควร
อีกทั้งถ้าเป็นศาสนาที่มีความเชื่อแกนกลางว่าพระเจ้ากลายเป็นมนุษย์ และทำให้ภาวะอยู่ร่วมกันของทั้งสองเป็นพระผู้ไถ่ โครงสร้างแบบนี้ก็สมเหตุสมผล
แค่ข้อเท็จจริงที่ว่าเด็กทุกคนบนโลกเรียนอย่างเคร่งครัดราวกับศาสนาว่าไมโทคอนเดรียคือโรงไฟฟ้าของเซลล์ ก็เพียงพอจะเป็นหลักฐานว่าเรายังคงรักษาพันธสัญญาแรกเริ่มไว้ และยังถูกผูกมัดด้วยเงื่อนไขของมัน
ลองยกสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาสักอย่างที่มีแผนกประชาสัมพันธ์ดีกว่านี้มาให้ดูหน่อย สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดคงเป็น ฮ่องกงฟุต ที่ทำให้เหยื่อฟังดูเท่ขึ้น
ในชั้นเรียนชีววิทยา เราตัดต่อพันธุกรรมแบคทีเรียให้เปลี่ยนสีได้ ซึ่งสนุกดี
วิธีรักษาฮ่องกงฟุตที่ดีที่สุดคือแช่เท้าในน้ำยาฟอกขาวเจือจาง 30 นาที เติมน้ำอุ่นลงในกะละมัง แล้วใส่น้ำยาฟอกขาวพอให้รู้สึกแสบยิบ ๆ นิดหน่อย
ทำวันเว้นวันสามครั้ง เช่น จันทร์·พุธ·ศุกร์ ก็จะหาย ต้องทำความสะอาดรองเท้าด้วย และเพื่อป้องกันการติดซ้ำ ควรเลี่ยงใส่รองเท้าที่ติดเชื้ออย่างน้อยสักสองสามวัน และควรฉีด Lysol ด้านในสองสามครั้ง
มี วัฏจักรเครบส์ ที่นักศึกษาชีววิทยาท่องจำกันอย่างเคร่งครัดราวกับศาสนา แต่นั่นก็ไม่ได้อธิบายอะไรมากมายจริง ๆ
ส่วนที่น่าสนใจจริง ๆ มักถูกปัดผ่านคร่าว ๆ ว่าเป็นการเร่งปฏิกิริยาโดย “เอนไซม์/โปรตีนมหัศจรรย์” การจะเข้าใจว่าโปรตีนไมโทคอนเดรียและการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ทำงานอย่างไร โดยทั่วไปต้องมีพื้นฐานระดับบัณฑิตศึกษาและความรู้ด้านชีวเคมีกับชีวฟิสิกส์
เท่าที่ผมรู้ เราไม่เคยบูชาไมโทคอนเดรีย ถ้านับการกินเป็นเครื่องบูชา ในเชิงเทคนิคก็อาจใช่ แต่ในเชิงปรัชญาไม่ใช่
ข้อเท็จจริงสำคัญที่บทความตกหล่นไปคือ โปรตีนจำเป็นส่วนใหญ่ของไมโทคอนเดรีย รวมถึงสิ่งที่จำเป็นต่อการสังเคราะห์ ATP และพลังงาน ถูกสร้างโดย เซลล์เจ้าบ้าน จาก DNA ของเซลล์เจ้าบ้าน
ดังนั้นจริงอยู่ที่ไมโทคอนเดรียมี DNA บางส่วนและจำลองตัวเองได้ แต่เซลล์นั้นไม่ได้เป็นเพียง “สภาพแวดล้อม” ของไมโทคอนเดรีย
อีกประเด็นที่น่าสนใจคือไมโทคอนเดรียสามารถเชื่อมรวมกันได้ และมักทำเช่นนั้นเพื่อช่วยกู้ตัวที่เสียหายจากความผิดพลาดในการถอดรหัส นอกจากนี้ยังอาจถูกขนส่งผ่านโครงสร้างคล้ายสะพานไปยังเซลล์อื่นเพื่อเสริมความแข็งแรงให้เซลล์ผู้รับ ซึ่งปัจจุบันมีความพยายามใช้วิธีนี้ในการรักษาด้วยเซลล์ภูมิคุ้มกัน
เหตุการณ์บังเอิญที่มีความเป็นไปได้ต่ำสุดขีดแบบนี้ทำให้ผมคิดว่าเราอาจอยู่ ลำพัง จริง ๆ ในจักรวาล
ในที่นี้ “เรา” หมายถึงรูปแบบชีวิตที่มีสติรับรู้และสร้างอารยธรรมได้ เหตุการณ์ที่ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งซึ่งต่อเนื่องเป็นสายยาวจนทำให้เราเกิดขึ้น คงไม่น่าจะเกิดซ้ำที่อื่น และผมมองว่าเพราะความกว้างใหญ่ไพศาลมหาศาลของจักรวาลนี้ มันจึงเกิดขึ้นได้อย่างน้อยสักครั้ง
เอาจำนวนนี้คูณด้วยทั้งมหาสมุทร แล้วคูณด้วยการปฏิสัมพันธ์ตลอดหลายพันล้านปี
การที่ภาวะอิงอาศัยแบบนี้จะไม่เกิดขึ้นต่างหากที่ดูเป็นไปไม่ได้ ต่อให้ความน่าจะเป็นต่ำแค่ไหน จำนวนปฏิสัมพันธ์ที่เป็นไปได้ก็น่าจะทำให้ผลลัพธ์นี้เกิดขึ้นอย่างแน่นอน