เส้นทางการสร้างสารตั้งต้นของดีเอ็นเอ-อาร์เอ็นเอแบบใหม่
นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนียได้จำแนกปฏิกิริยาเคมีที่แปลกใหม่ซึ่งอาจอธิบายการก่อตัวของวัตถุดิบของดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เก็บข้อมูลการทำงานทุกอย่างของสิ่งมีชีวิตไว้ งานวิจัยนี้เป็นก้าวที่สำคัญสู่การเข้าใจว่าชีวิตอาจจะอุบัติขึ้นบนโลกและอาจจะรวมถึงแห่งหนอื่นในเอกภพได้อย่างไร โดยแสดงถึงเส้นทางที่ตรงไปตรงมาและมีประสิทธิภาพที่โมเลกุลพื้นๆ จะให้กำเนิดสารตั้งต้นทางชีววิทยาที่ซับซ้อนได้
การศึกษาอธิบายในรายงานที่เผยแพร่ใน Icarus งานวิจัยทำที่ห้องทดลอง Yuk L. Yung ผู้ล่วงลับ ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และนักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่ห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) ซึ่งคาลเทคดูแลให้กับนาซา
ในช่วงหนึ่งพันล้านปีแรกของความเป็นมาของโลก ดาวเคราะห์ของเราเป็นสถานที่ที่เปี่ยมด้วยพลวัต เมื่อภูเขาไฟปะทุในชั้นบรรยากาศและมหาสมุทรน้ำในสภาพของเหลวกระฉอกไปทั่วดาวเคราะห์ แต่ในราวกว่า 3 พันล้านปีก่อน มีสภาวะทางเคมีที่เหมาะสมต่อการพัฒนาสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น การเข้าใจสิ่งที่เรียกว่า ปฏิกิริยาเคมีก่อเกิดชีวภาพ(prebiotic chemistry) ซึ่งนำไปสู่กำเนิดของสิ่งมีชีวิตจึงเป็นงานหลักของการศึกษานี้
โครงสร้างทางเคมีของนิวคลีโอเบสทั้ง 5 ชนิด โดย A G เป็นวงแหวนเดี่ยว ที่เรียกว่า เพียวรีน ส่วน T , C และ U มีโครงสร้างวงแหวนใหญ่กว่าที่เรียกว่า ไพริมิดีน
สิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบบนโลกเก็บข้อมูลพันธุกรรมของพวกมันไว้ในกรดนิวคลีอิก(nucleic acid) สองรูปแบบคือ DNA(deoxyribonucleic acid) และ RNA(ribonucleic acid) โมเลกุลเชิงซ้อนเหล่านี้เกิดจากโมเลกุลที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์(nucleotides) ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอเบส(nucleobases) 5 ชนิดคือ อะดีนีน
(adenine), ไธมีน(thymine), กัวนีน(guanine), ไซโตซีน(cytosine) และยูราซิล(uracil) ซึ่งก็เหมือนตัวอักษรที่มารวมเป็นประโยคที่ซับซ้อน
นิวคลีโอเบสร้อยเรียงกันสร้างเป็นสายโซ่กรดนิวคลีอิกเส้นยาว แต่นิวคลีโอเบสเองก็มีความซับซ้อนเชิงโครงสร้างเคมี แล้วพวกมันก่อตัวในสภาพแวดล้อมของโลกยุคต้นได้อย่างไร
การศึกษาใหม่ที่นำโดยอดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอกของคาลเทค Jeehyun Yang ซึ่งขณะนี้อยู่ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ได้พบกลไกทางเคมีอันใหม่ที่น่าจะอธิบายการก่อตัวของนิวคลีโอเบสได้ Yang เริ่มด้วยการจำแนกวัตถุดิบของวัตถุดิบเหล่านี้ก่อน ด้วยการใช้ซอฟท์แวร์คำนวณ เขาและทีมตรวจสอบว่าโครงสร้างโมเลกุลแบบใดที่มีร่วมกันในนิวคลีโอเบสทั้งห้าชนิดภายใต้อุณหภูมิและความดันในสภาพแวดล้อมของโลกยุคต้น
Yang พบว่าผู้ต้องสงสัยทั่วไปที่พบได้บ่อยที่สุดก็คือ ไนโตรเจน, คาร์บอนไดออกไซด์, มีเธน แต่ก็น่าแปลกใจที่พบว่ามีเบนซีน(benzene) ด้วย เบนซีนเป็นวงแหวนของไฮโดรเจนและคาร์บอนในรูปหกเหลี่ยม เป็นรูปร่างที่คล้ายกับนิวคลีโอเบส แล้วเบนซีนจะเสถียรบนโลกยุคต้นหรือ Yang ได้แสดงว่าแท้ที่จริงแล้ว เบนซีนนั้นเสถียรในชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยไนโตรเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์ และชั้นบรรยากาศโลกในยุคปัจจุบันก็เป็นไนโตรเจนเกือบทั้งหมด
จากนั้น เขาก็แสดงว่าเบนซีนสามารถทำปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจนไซยาไนด์(HCN) เพิ่มอะตอมไนโตรเจนเข้าไปในโครงสร้างคล้ายวงแหวน เพื่อสร้างสารตั้งต้นของนิวคลีโอเบส นี่เป็นเส้นทางปฏิกิริยาเคมีอันแปลกใหม่ในการก่อตัวนิวคลีโอเบส กลไกก่อนหน้านี้ที่เคยเสนอไว้ในการสร้างนิวคลีโอเบสโดยไม่มี HCN มาเกี่ยวข้องนั้นมีความซับซ้อน ต้องการปฏิกิริยาเคมีที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นจำนวนหนึ่ง เส้นทางใหม่จึงให้คำอธิบายที่ง่ายกว่ามากและมีประสิทธิภาพกว่ามากในการสร้างนิวคลีโอเบส
นี่เป็นลำดับเหตุการณ์ที่เป็นไปได้ที่อาจเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกยุคต้น Yang กล่าว เบนซีนน่าจะเจอกับ HCN แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีจากแสงด้วยพลังงานจากแสงอุลตราไวโอเลตหรือฟ้าแลบ ชักนำให้ปฏิกิริยารวมไนโตรเจนเข้าไปในโครงสร้างแกนคาร์บอน โครงสร้างที่ได้ก็น่าจะละลายในน้ำได้ และอาจจะละลายลงในมหาสมุทรที่ซึ่งเราสงสัยว่าเป็นที่แรกที่มีสิ่งมีชีวิตอุบัติขึ้นมา
ในขณะที่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าปฏิกิริยาเคมีแบบนี้เกิดขึ้นบ่อยแค่ไหนเพื่อให้ค้ำจุนการอุบัติของสิ่งมีชีวิต ถ้าเบนซีนกับ HCN ยังมีล้นเหลือในสภาพแวดล้อมโลกยุคต้น ปฏิกิริยาก็น่าจะเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก และอาจจะกลายเป็นแหล่งของโมเลกุลก่อเกิดชีวภาพ แต่ปฏิกิริยาเคมีจะต้องเกิดขึ้นนานแค่ไหนก่อนที่สิ่งมีชีวิตเซลสืเดียวจะพัฒนาขึ้นมาได้ ก็ยังคงเป็นคำถาม
แผนการต่อไปของทีมก็คือแสดงว่าปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ในห้องทดลอง การศึกษานี้เป็นหนึ่งในรายงานท้ายสุดจากห้องทดลอง Yung ก่อนที่เขาจะเสียชีวิตในเดือนมีนาคม 2026
งานวิจัยของ Yung ตลอดอาชีพมักจะมุ่งเป้าไปที่การเข้าใจปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการบนดาวเคราะห์และกำเนิดของชีวิต ในพิธีการมอบรางวัล Gerard P. Kuiper ให้กับ Yung ในปี 2015 โดยแผนกวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ได้กล่าวว่า Yung นั้นเป็นบิดาผู้ก่อตั้งเคมีชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ และเป็นหนึ่งในนักวิจัยที่ทรงอิทธิพลที่สุดในแขนงนี้
แหล่งข่าว phys.org : benzene reaction may explain how DNA and RNA building blocks formed on early Earth
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
