มหัศจรรย์ ดีเอ็นเอ (DNA)

Written by namchaibiotec on . Posted in ชีววิทยา, ลับสมอง




หน้าที่ 1 - ดีเอ็นเอ คือ ...

ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยกลางไบโอเทค
ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (BioTec)
วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com)

ปัจจุบันนี้หากพูดถึงคำว่า “ดีเอ็นเอ (DNA)” ก็คงจะคุ้นหูกันจนเป็นเรื่องธรรมดาไปเสียแล้วสำหรับคนไทย เพราะหากดูจากพาดหัวข่าวหนังสือพิมพ์จะมีคำว่า “ดีเอ็นเอ” ปรากฏออกมาเป็นระยะๆอย่างไม่ขาดสาย... จะหาคนร้ายหรือตรวจสอบฆาตกรก็ต้อง “ตรวจดีเอ็นเอ” อยากรู้ว่าเป็นญาติกับคนดังจริงหรือไม่ก็ต้อง “ตรวจดีเอ็นเอ” อยากรู้ว่า “มีอะไรกับใคร” จริงหรือไม่ก็ต้อง “ตรวจดีเอ็นเอ” (อีกเช่นกัน)

ไม่เว้นแม้แต่จะตรวจว่า ไม้ท่อนที่ตำรวจเก็บไว้เป็นของกลางมาจากสาละวินจริงหรือไม่ … ก็ยังต้องมีการขอให้ “ตรวจดีเอ็นเอ” กันเลยครับ!!!


[รูปที่ 1]
[ดีเอ็นเอ โมเลกุลแห่งชีวิต]

นอกจากดีเอ็นเอจะกลายมาเป็น “อุปกรณ์” หรือ “หลักฐาน” สำคัญในการไขปริศนาคดีลึกลับต่างๆแล้ว ดีเอ็นเอยังเป็น “สัญลักษณ์ (symbol)” หรือ ( ถ้าจะเรียกให้ทันสมัยทันยุคที่คอมพิวเตอร์ครองเมืองก็คงต้องว่าเป็น “ไอคอน (icon)”) สำหรับวิทยาศาสตร์ชีวภาพไปแล้ว ในแบบเดียวกับที่เวลาคิดถึงวิชา “ฟิสิกส์” คนจำนวนไม่น้อยจะนึกถึงภาพนักวิทยาศาสตร์หัวฟูๆท่านนั้น (ก็จะใครเสียอีกล่ะครับ… ก็คุณปู่ไอน์สไตน์นั่นแหละครับ) และ สมการสะท้านโลกอย่าง E= mc2 สมการนั้น


[รูปที่ 1]
[ดีเอ็นเอที่มีโครงสร้างเป็นรูปเกลียวคู่
ประกอบขึ้นจากน้ำตาล หมู่ฟอสเฟต และเบสรวม 4 ชนิด]



ความจริงคนเรารู้จักกับดีเอ็นเอมาเกือบ 140 ปีมาแล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ให้ความสำคัญกับมันมากนัก เนื่องจากกำลังมัวสนใจกับ โปรตีน โมเลกุลมหัศจรรย์อีกชนิดหนึ่ง เหตุผลสำคัญก็คือ โปรตีนมีความหลากหลายและลักษณะซับซ้อน จึงเชื่อกันว่า โปรตีนน่าจะเป็นสารที่เหมาะสมกับหน้าที่ในการกุมความลับของชีวิตและเป็น สารพันธุกรรม ที่ถ่ายทอดลักษณะของสิ่งมีชีวิตจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง

ดีเอ็นเอกลายมาเป็นที่สนใจในวงกว้างมากขึ้นเมื่อ 50 ปีที่แล้วมานี่เอง เมื่อนักวิทยาศาสตร์หนุ่มสองคนในขณะนั้นคือ เจมส์ วัตสัน และ ฟรานซิส คริก ได้ประกาศการค้นพบโครงสร้างดีเอ็นเอว่าเป็นสายคู่ที่บิดพับเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียนแบบที่เรียกว่า ดับเบิลเฮลิกซ์ (double helix) ในวารสารวิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่และมีชื่อเสียงฉบับหนึ่งคือ Nature เมื่อวันที่ 25 เมษายน 2496


[รูปที่ 2]
[เจมส์ วัตสัน และ ฟรานซิส คริก สองนักวิทยาศาสตร์
ผู้ค้นพบโครงสร้างดีเอ็นเอกับโมเดลและรูปวาดดีเอ็นเอของพวกเขา]


[รูปที่ 3]
[บทความของวัตสันและคริก ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ในปี 2496
สังเกตนะครับว่ามีความยาวเพียงหนึ่งหน้ากระดาษนิดๆเท่านั้น]

เหตุที่บทความดังกล่าวกระตุ้นความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น ก็เพราะว่า วัตสันและคริกสังเกตและแนะนำไว้อย่างถูกต้อง (ตรวจสอบด้วยการทดลองในภายหลัง) ว่าสายดีเอ็นเอแต่ละสายทำหน้าที่เป็น “ต้นแบบ” ในการสร้างสายดีเอ็นเอสายใหม่ขึ้นได้ ซึ่งทำให้สมมติฐานที่เริ่มชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆในสมัยนั้นว่า ดีเอ็นเอนี่เองที่น่าจะทำหน้าที่เป็น “สารพันธุกรรม” ... ฟังดูมีน้ำหนักและสมเหตุสมผลอย่างที่สุด

การค้นพบดังกล่าวส่งผลกระทบอย่างกว้างขวางและลึกซึ้งต่อแวดวงวิทยาศาสตร์ และ ส่งผลให้วัตสันและคริกได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์หรือสรีรวิทยาร่วมกับนักวิทยาศาสตร์อีกท่านหนึ่งที่มีผลงานเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด คือ มัวริส วิลคินส์ ในปี 2505

นับจากการประกาศการค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอ ก็มีการค้นพบคุณสมบัติต่างๆของดีเอ็นเอออกมาเรื่อยๆ ซึ่งล้วนแล้วแต่น่าสนใจจนกล่าวได้ว่าถึงขั้น “มหัศจรรรย์” ได้อย่างเต็มปากเต็มคำ … ดังที่ผมจะได้ยกตัวอย่างและสาธยายให้ฟังโดยละเอียดต่อไป



หน้าที่ 2 - ขนาด รูปทรง และความเป็นระเบียบของดีเอ็นเอ

ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยกลางไบโอเทค
ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (BioTec)
วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com)

ลักษณะที่เด่นชัดที่สุดข้อหนึ่งของดีเอ็นเอก็คือ ดีเอ็นเอมี “ขนาดที่เล็กมาก” ปกติแล้วเราไม่อาจจะมองเห็นสายของดีเอ็นเอได้ด้วยตาเปล่า แม้แต่กล้องจุลทรรศน์ที่พบเห็นได้ตามห้องปฏิบัติการทั่วๆไป ที่มีกำลังขยายได้มากถึงพันเท่า ก็ยังมองเห็นดีเอ็นเอ ได้ในภาวะพิเศษและค่อนข้างเฉพาะเท่านั้น คือ ภาวะที่ดีเอ็นเออัดกันแน่นเป็นพิเศษในโครงสร้างที่มีชื่อว่า “โครโมโซม” ในห้วงเวลาขณะเซลล์กำลังแบ่งตัวเองเพื่อเพิ่มจำนวน

แถมต้องย้อมด้วยสีจำเพาะก่อนที่จะมองเห็นอีกต่างหาก!!!

แต่อันที่จริงถ้าเรามีจำนวนเซลล์มากพอ (เซลล์อะไรก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นเซลล์แบคทีเรีย เซลล์พืช หรือเซลล์สัตว์) เราก็อาจจะสกัดเอาดีเอ็นเอออกมาจากเซลล์เหล่านั้นได้ด้วยสารเคมีที่หาได้ง่ายและกระบวนการที่ไม่ยุ่งยากมากนัก (ลองไปถามนักวิจัยไบโอเทคดูได้ครับ มีคนทำเป็นอยู่หลายคนครับ) ในกรณีนี้เราอาจจะเห็น “ก้อน” ดีเอ็นเอได้เป็นสายหรือกระจุกสีขาวใสหรือขาวขุ่นได้เหมือนกัน แต่ดีเอ็นเอที่เห็นไม่ใช่สายเดียว (หรือสายเดี่ยว!) หรือ สายคู่แค่นั้น แต่เป็นกลุ่มของสายดีเอ็นเอนับล้านๆเส้น (หรือมากกว่านั้น) ที่มาเกาะเกี่ยวกันอยู่

อยากรู้ไหมครับว่า ดีเอ็นเอมีขนาดเล็กแค่ไหน มีรูปทรง และ ความเป็นระเบียบที่น่าสนใจสักเพียงใด หากเฉลยกันง่ายๆ … ก็คงไม่น่าสนใจเท่าไหร่ ลองเอา “การบ้าน” ไปทำดูก่อนสักสองข้อนะครับ

— ข้อแรกคือ ลองไปหาเทปเพลง (เก่าๆที่ไม่ใช้แล้วหรือเสียแล้วก็ได้ครับ) ลองเอามาเปิดดูว่า “กินเวลา” ยาวสักเท่าไหร่ (กี่นาที) จากนั้นลอง “ประมาณ” ความยาวดูนะครับว่า เทปอันนั้นจะมี “ความยาว” สักเท่าไหร่ (กี่เมตร?) แล้วลอง “ดึง” เทปอันนั้นออกมา “วัด” ดูว่า อันที่จริงแล้วยาวสักเท่าไร จะ “วัดไปตัดไป” ด้วยเลยก็ได้ไม่ว่ากัน ... สละเทปสักอันเพื่อความรู้ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์คงไม่เป็นไรนะครับ!

— จากนั้นลองไปหาเชือกมาดูสักอัน เชือกอะไรก็ได้ครับ … เชือกป่าน เชือกปอ เชือกลูกเสือ ยิ่งเส้นใหญ่ได้เท่าไหร่ยิ่งดี ถ้าหาไม่ได้จริงๆ ลองไปหาเชือกมัดพัสดุไปรษณีย์มาดูก็ยังดี ลองสังเกตการพัน ม้วนและโครงสร้างของเชือกให้ดีครับ

คราวหน้าเรามาดูกันว่า เทปเพลงและเส้นเชือกจะ “สอน” เราเกี่ยวกับโครงสร้างดีเอ็นเอได้อย่างไร!!!


ผมได้เกริ่นลักษณะที่เด่นชัดที่สุดข้อหนึ่งของดีเอ็นเอไว้ในคราวที่แล้วก็คือ ดีเอ็นเอมี “ขนาด” ที่เล็กมาก เราไม่อาจจะมองเห็นสายของดีเอ็นเอได้ด้วยตาเปล่า

ถ้าอยากรู้ว่า ดีเอ็นเอ มีขนาดเล็กขนาดไหน ก็ต้องเริ่มจากการสมมตินะครับ … ลองสมมติว่าเราเป็น “ซูเปอร์แมน” (ถ้าเป็นผู้หญิงให้เป็น “สาวน้อยมหัศจรรย์” ก็ได้ครับ … ไม่ว่ากันอยู่แล้ว) สมมติต่อไปให้ซูเปอร์แมนมีพลังพิเศษที่ทำให้สามารถมองทะลุทะลวงลงไปเห็นสิ่งต่างๆที่มีขนาดเล็กได้ดังใจ ... อย่างที่คนทั่วไปทำไม่อาจทำได้ … เอาเป็นว่าเพิ่มกำลังขยายได้คราวละ “สิบเท่า” ก็แล้วกันนะครับ


[รูปที่ 4 และ รูปที่ 5 ตามลำดับ]

ถ้าเราเริ่มต้นจากไปแอบมองชายหนุ่มที่ออกไปปิคนิคแล้วนอนสลบไสลอย่างมีความสุขบนสนามหญ้าในวันอากาศแจ่มใสดังรูปที่ 4 (เอ่อ … แค่มองเฉยๆ คงไม่โดนข้อหาเบี่ยงเบนทางเพศนะครับ!) ในรูปที่ 4 นี้กรอบทั้งสี่ด้านจะมีขนาดด้านละ 1 เมตร อันเป็นขนาดความยาวที่มนุษย์เราคุ้นเคยกันดี คราวนี้หากมองเจาะลงไปที่กรอบสี่เหลี่ยมบริเวณกึ่งกลางของภาพก็จะเห็นดังรูปที่ 5 จะเห็นบริเวณหลังมือของชาติคนนี้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น (ก็ชัดเจนขนาดเห็นขนบนหลังมือได้ “จะจะ” นั่นแหละครับ)


[รูปที่ 6 และ รูปที่ 7 ตามลำดับ]

จากนั้นมองเจาะลงไปอีกสิบเท่า ก็จะเริ่มเห็นภาพที่ไม่คุ้นเคยของเซลล์ผิวหนังที่เรียงแผ่กันอย่างน่าสนใจอย่างในรูปที่ 6 ผิวหนังที่เห็นนี่เป็นลักษณะปกติของคนทั่วไปนะครับ คุณผู้หญิงที่ประทินผิวอย่างประณีตบรรจงอย่างไรก็ตาม หากมอง ”ความงาม” กัน “ลึกซึ้ง” ถึงระดับนี้แล้วก็อาจจะงดงามไม่ต่างกันมากนักหรอกนะครับ ลองมองลึกลงไปอีกสิบเท่านะครับ จะเห็นดังในรูปที่ 7 ที่ระดับความละเอียดขนาดนี้คุณจะเริ่มเห็น “ร่อง” และ “หลุม” บนผิวหนังที่ราบเรียบและราบลื่นงดงามของคุณ

ในรูปที่ 7 นี้กรอบแต่ละข้างจะมีขนาดเพียง 1 มิลลิเมตรหรือ “1 ใน 1000 ของเมตร” หมายถึงว่า หากคุณมีไม้เมตรสักอัน (ความยาว 1 เมตรก็ประมาณว่าเทียบเท่ากับ “ความยาวที่วัดจากปลายนิ้วของแขนข้างหนึ่งไปยังปลายนิ้วของแขนอีกข้างหนึ่งที่กางออกสุดแขน” นั่นแหละครับ) คุณจะต้องตัดแบ่งไม้เมตรอันดังกล่าวออกเป็น 1,000 ชิ้นเท่าๆกันจึงจะได้ขนาดความยาวเท่ากับ “หนึ่งมิลลิเมตร” ที่ความละเอียดขนาดนี้ก็เข้าใกล้จุดจำกัดของความสามารถในการมองสิ่งของเล็กๆของคนทั่วไปแล้วล่ะครับ


[รูปที่ 8 และ รูปที่ 9 ตามลำดับ]

แต่เราจะไม่หยุดแต่เพียงเท่านี้ (เพราะว่าเราเป็นซูเปอร์แมนครับ…อย่าเพิ่งลืม!) เมื่อเราเพ่งมองที่รายละเอียดที่มากขึ้นอีกสิบเท่า ก็จะเห็นดังใน รูปที่ 8 ร่องและหลุมขนาดเล็กๆกระทัดรัดบนผิวหนังใน รูปที่ 7 ก็จะชัดเจนมากขึ้นว่า อันที่จริงแล้วเป็นหลุมขนาดใหญ่และมีความลึกไม่น้อยทีเดียว…หากมองกันที่กำลังขยายขนาดนี้

คราวนี้ลองให้ซูเปอร์แมนมองลึกทะลุผิวหนังลงไปในเส้นเลือดที่อยู่ด้านใต้ด้วยกำลังขยายที่เพิ่มขึ้นอีก 10 เท่าก็จะเห็นสิ่งที่อยู่ในเส้นเลือดปรากฏดังรูปที่ 9 ทายถูกไหมครับว่าที่เห็นอยู่คืออะไร?
ใช่แล้วครับ หลายคนคงทายถูกว่าเป็น “เซลล์เม็ดเลือด” … แต่ต้องเป็น “เซลล์เม็ดเลือดขาว” เท่านั้นนะครับ เพราะว่าถ้าเป็นเซลล์เม็ดเลือดแดง ตรงกลางเซลล์จะหายไป … ดูคล้ายกับโดนัท


[รูปที่ 10(ซ้าย) รูปที่ 11(ขวาบน) รูปที่ 12 (ขวากลางและขวาล่าง)]

คราวนี้หากมองทะลุเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดขาวด้านนอกเข้าไปได้ ที่กำลังขยายเพิ่มขึ้นอีกสิบเท่าเราก็จะเห็นเยื่อหุ้มเซลล์อีกอันหนึ่งที่อยู่ภายในก็คือ “เยื่อหุ้มนิวเคลียส” ดังในรูปที่ 10

จะเห็นว่าเยื่อหุ้มนิวเคลียสมี “รู” หรือ “หลุม” อยู่เหมือนกัน ซึ่งจะพูดไปแล้วก็น่าสนใจเหมือนกันนะครับว่า โครงสร้างที่ทำหน้าที่ห่อหุ้ม “สิ่งมีชีวิต” ที่ระดับต่างๆ (ไม่ว่าจะเป็นผิวหนังที่ห่อหุ้มร่างกาย เยื่อหุ้มเซลล์ที่ห่อหุ้มเซลล์ และเยื่อหุ้มนิวเคลียสที่ห่อหุ้มนิวเคลียส) อยู่ … มักจะมี “รู” หรือ “ร่อง” คล้ายๆกันเลยนะครับ

รูบนเยื่อหุ้มนิวเคลียสจะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นจากภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ดังรูปที่ 11
กำลังขยายที่เรากำลังดูอยู่นี่อยู่ในขนาด (scale) ระดับที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า ไมครอน (micron) หรือ ไมโครเมตร (micrometer) หรือขนาดที่เล็กเพียง 1 ใน 1,000,000 (ล้าน) ส่วนของเมตร (ลองจินตนาการอีกที .... เอาไม้เมตรอันใหม่มา (แต่ยาวเท่ากับอันเดิมนั่นแหละครับ) แต่คราวนี้ตัดแบ่งเป็นล้านชิ้นเท่าๆกัน ความยาวของไม้แต่ละชิ้นนั่นแหละครับเท่ากับ 1 ไมโครเมตร)

ที่ระดับไมโครเมตรนี่เองที่เราเริ่มมองเห็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดของดีเอ็นเอ นั่นก็คือ โครงสร้างที่มีชื่อว่า “โครโมโซม” (chromosome) ซึ่งก็คือ โครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับแท่งปาท่องโก๋ (ที่อร่อยที่สุดกับกาแฟหรือน้ำเต้าหูนั่นแหละครับ … พูดแล้วก็เปรี้ยวปากครับ) ดังรูปที่ 12


[รูปที่ 13(ซ้ายบน) รูปที่ 14(ขวาบน) รูปที่ 15(ซ้ายล่าง) รูปที่ 16(ขวาล่าง)]

คำว่า โครโมโซม ก็แปลว่า สิ่งที่ย้อมติดสี (chrome หรือ chroma แปลว่า สี ครับ) สาเหตุเพราะว่า โครโมโซมสังเกตพบครั้งแรกใต้กล้องจุลทรรศน์ เพราะย้อมติดสีจำเพาะบางอย่าง อ้อ…โครโมโซมมีโปรตีนบางชนิดเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วยนอกเหนือไปจากดีเอ็นเอนะครับ
คราวนี้ หากเราจะยังมองเจาะลึกลงไปอีกสิบเท่า เราก็จะเริ่มมองเห็นเกลียวของดีเอ็นเอที่พันทับซ้อนกันอย่างเป็นระเบียบและซับซ้อนเป็นอย่างยิ่ง ดังรูปที่ 13 หากมองลึกลงไปอีกสิบเท่าก็จะเห็นเกลียวคู่ของดีเอ็นเอได้อย่างชัดเจน ดังรูปที่ 14

หากมองลึกต่อไปด้วยกำลังขยายอีกสิบเท่า ดังในรูปที่ 15 เราจะมองเห็นในระดับที่เรียกว่า “นาโนเมตร” (nanometer) หรือ 1 ใน 1,000,000,000 (พันล้าน) ส่วนของเมตร อันเป็นระดับของ “อะตอม” หรือ “โมเลกุล” ที่มาเรียงตัวกันเป็นดีเอ็นเอ ที่ระดับนี้เองที่นักวิทยาศาสตร์กำลังให้ความสนใจเป็นอย่างมากในการ “จัดการ” หรือ “บังคับควบคุม” ให้อะตอมหรือโมเลกุลทำงานบางอย่างได้ตามที่ต้องการ เกิดเป็นเทคโนโลยีขนาดเล็กจิ๋วใหม่เอี่ยมที่ไม่เคยมีมาก่อนเรียกว่า “นาโนเทคโนโลยี” (nanotechnology) นั่นเอง

บริเวณกึ่งกลางของรูปที่ 15 ก็คือ อะตอมของธาตุคาร์บอน (carbon) อันเป็นอะตอมที่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่พบแล้วในโลกใบนี้ (รวมทั้งมนุษย์) ใช้เป็นองค์ประกอบในสารพันธุกรรม ไม่มีใครรู้ (หรือแน่ใจ) นะครับว่า สิ่งมีชีวิตในดาวดวงอื่น (ถ้ามี) จะใช้ธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบสำคัญในการเก็บรักษาและถ่ายทอดพันธุกรรมแบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้หรือไม่

หากยังคงมองทะลุทะลวงลงไปอีกสิบเท่า เราก็จะเริ่มมองเห็นอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานชนิดหนึ่งของอะตอมคือ อิเล็กตรอน (electron) ที่เคลื่อนอยู่รอบๆแกนกลางของอะตอม (เรียกว่า “นิวเคลียส” อีกนั่นแหละครับ…แต่เป็นคนละอันกับ “นิวเคลียส” ของเซลล์ที่กล่าวถึงไปก่อนหน้านี้นะครับ) ที่ระดับดังกล่าวปรากฏการณ์หลายๆอย่างจะเริ่มขัดกับสามัญสำนึก (common sense) ของคนเราแล้วนะครับ อย่างในรูปที่ 16นี้ แต่ละจุดในรูปจะแทน “โอกาส” ที่เราจะพบอิเล็กตรอน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ในรูปดังกล่าว บริเวณใดที่มีจุดหนาแน่นก็แปลว่าจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากหน่อย (ไม่ได้แปลว่า มีอิเล็กตรอนอยู่หลายอิเล็กตรอนแต่อย่างใด!!!)

งงดีไหมล่ะครับ! แต่ว่าเรื่องนี้ผมว่ายังไม่ชวน “มึนตึ้บ” เท่ากับที่ว่านักฟิสิกส์เค้ายืนยันว่า อนุภาคต่างๆ(รวมทั้งอิเล็กตรอนที่เพิ่งกล่าวไปด้วย) นอกจากจะมีลักษณะเป็นอนุภาค คือ มีลักษณะเหมือนกับเป็นก้อนอะไรสักอย่างที่มีมวล แต่ว่าบางที (ภายใต้สถานการณ์บางอย่าง) เราก็อาจจะพบว่ามันทำตัวเป็นเหมือนกับเป็น “คลื่น (แม่เหล็กไฟฟ้า)” ได้อีกแน่ะ!!!

เริ่มมึนได้ที่แล้วใช่ไหมล่ะครับ ถ้าเช่นนั้นก็ขอสรุปเป็นเบื้องต้นกันเสียอีกทีตรงนี้ว่า “ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กมากๆ” (ดังที่สาธยายมายืดยาวถึงสองตอนนั่นแหละครับ) สำหรับคนที่ไปทำการบ้านเกี่ยวกับ “เทปเพลง” และ “เชือก” ที่ผมให้ไว้ในคราวที่แล้ว คงจะเฉลยกันไม่ทันเสียแล้ว ... ไม่ต้องน้อยใจหรือเสียใจนะครับ

เราจะมาดูเฉลยกันในตอนหน้านะครับว่า วัตถุสองอย่างนี้จะสอนเราเกี่ยวกับโครงสร้างของดีเอ็นเอได้อย่างไรบ้าง

ส่วนใครยังไม่ลองไปทำดู… ก็ยังมีโอกาสให้ไปลองทำดูได้นะครับ

แนะนำหนังสืออ่านเพิ่มเติม
ประวัติการค้นพบโครงสร้างดีเอ็นเอเมื่อ 50 ปีก่อนเป็นเรื่องราวที่สนุกสนาน น่าสนใจและกลายเป็น “ตำนาน” ที่คนในวงการวิทยาศาสตร์กล่าวขวัญถึงอยู่เสมอ ท่านที่สนใจหาอ่านได้จากเอกสารข้างล่างนี้นะครับ
1. หนังสือ ดีเอ็นเอ ปริศนาลับรหัสชีวิต, มรกต ตันติเจริญ บรรณาธิการ, พิมพ์ครั้งแรก เมษายน 2546, ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพ
2. บทความ “เปิดบันทึกเกลียวคู่.... ผู้ไขปริศนาแห่งชีวิต” (เรียบเรียงโดย ศิรศักดิ์ เทพาคำ), วารสาร
@ll BIOTECH เทคโนโลยีชีวภาพปริทรรศน์, ปีที่ 1 ฉบับที่ 3 มีนาคม 2546, ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพ
3. บทความ “เปิดตำนานเกลียวคู่แห่งชีวิต” (เรียบเรียงโดย นำชัย ชีววิวรรธน์), นิตยสารอัพเดท (UpDATE) ฉบับพิเศษ 50 ปีดีเอ็นเอ, ปีที่ 18 ฉบับที่ 188 เมษายน 2546, บริษัทซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด (มหาชน)
4. ภาพสวยๆที่ใช้ประกอบบทความในคราวนี้ได้มาจากหนังสือ Powers of Ten ของ Philip Morrison และ Phylis Morrison ที่ร่วมจัดทำกับ The Office of Charles & Ray Eames พิมพ์ครั้งที่ 14 ปี 2000 โดยสำนักพิมพ์ Scientific American Library (ลองหาดูตามร้านหนังสือต่างประเทศในกรุงเทพฯ ถ้ายังไม่เจอก็ลองแวะไปดูที่ร้านคิโนคุนิยะ ที่เอมโพเรียมนะครับ) นอกจากภาพที่เห็นแล้วในบทความนี้ หนังสือเล่มดังกล่าวยังแสดงภาพของสิ่งต่างๆในเอกภพในสเกลที่ใหญ่กว่านี้มากๆ (ใหญ่สุดคือ 1025 เมตร) และเล็กกว่านี้มากๆมาก (เล็กที่สุดคือ10-16 เมตร) อีกด้วย นับเป็นตัวอย่างของหนังสือแสดงให้เห็นชัดเจนว่า รูปภาพสวยๆน่าประทับใจ และการเรียบเรียงเรื่องราวอย่างเหมาะเจาะลงตัว ช่วยส่งเสริมจินตนาการ และ ช่วยให้เราเข้าใจเรื่องยากๆทางวิทยาศาสตร์ได้สะดวกมากขึ้นเป็นอันมาก


หน้าที่ 3 - ความสามารถในการ เก็บข้อมูล ของ ดีเอ็นเอ

ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยกลางไบโอเทค
ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (BioTec)
วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com)

ในสองตอนแรกที่ผ่านไป ผมสรุปไว้ว่า “ดีเอ็นเอมีขนาดที่เล็กมากๆ” แต่การที่เราทราบแล้วในปัจจุบันว่า ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลที่เก็บ “รหัสพันธุกรรม” ที่กำหนดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต ดังนั้น ดีเอ็นเอก็น่าจะมีความสามารถในการ “เก็บข้อมูล” ได้เป็นอันดี ลองมาดูกันนะครับว่า ความสามารถในการเก็บข้อมูลดังกล่าว มีความเกี่ยวพันกับรูปทรงและความเป็นระเบียบของดีเอ็นเออย่างไร

มีใครลองไปทำ “การบ้าน” เรื่อง “เทปเพลงและเส้นเชือก” ที่ผมให้ไว้ เมื่อสองตอนที่แล้วดูบ้างครับ ?


รูปที่ 1 (ด้านบน) ตลับเทปเพลงธรรมดาที่เราคุ้นเคยกันดี สามารถบันทึก “ประวัติศาสตร์” ในรูปของเสียงได้นับชั่วโมง
รูปที่ 2 (ด้านล่าง) เนื้อเทปที่เรียงกันอยู่อย่างเป็นระเบียบสามารถเก็บ “เสียง” ได้ แบบเดียวกับ ดีเอ็นเอที่เรียงตัวกันอยู่
อยู่เป็นระเบียบสามารถเก็บ “รหัสพันธุกรรม” ได้

ถ้ามีใครไปลองวัดความยาวของ “เนื้อ” เทปเพลงดูก็จะพบว่า เป็นเรื่องน่าประหลาดใจไม่น้อยทีเดียวว่า ตลับเทปเพลงที่สามารถอัดเสียง (เพลง ฯลฯ) ได้ยาวถึง 60 นาที (รวมสองหน้าเทป) นั้น มีความกว้างเพียง 6.3 เซนติเมตร และ ยาวเพียง 9.9 เซนติเมตร แต่สามารถเก็บเนื้อเทปที่มีความยาวถึง 90 เมตร ได้ (ยาวกว่าความยาวของตลับเทปถึงเกือบร้อยเท่า!) [รูปที่ 1 และ 2]

ความจริงเรื่องเทปเพลงนี่ ลองพิจารณาดูให้ดีๆ ก็จะยิ่งประหลาดใจครับ การที่เราอัดเสียงเอาไว้ได้ก็หมายถึง เราสามารถแปลง “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” ชนิดหนึ่งที่ “จับต้องไม่ได้” และ ล่องลอยไปมาในอากาศ … ให้กลายเป็น “สัญญาณ” หรือ “รหัส” อีกอย่างหนึ่งเก็บอยู่บนเนื้อเทป ซึ่งเป็นสิ่งที่มีลักษณะ “จับต้องได้” (คือ อย่างน้อยก็มีลักษณะเป็นตัวตน และ รูปธรรมมากกว่าคลื่นที่ล่องลอยไปมาในอากาศ ... นั่นแหละครับ) และ ยังสามารถนำมาแปลงกลับไปเป็น “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” ที่จับต้องไม่ได้ (คือ เปิดฟังเสียงได้) อีกแน่ะ!

มองอีกอย่างก็คือ เราสามารถเก็บ “อดีต” (หรือ ประวัติศาสตร์) ของเสียงที่ “เคยเกิดขึ้นมาแล้ว” ไว้ได้ด้วยตลับเทปธรรมดาๆ นี่แหละครับ!

ถ้าสังเกตให้ดีจะเห็นว่า เนื้อเทปดังกล่าวต้องเก็บเป็นระเบียบทีเดียวคือ พันม้วนเป็นวงอย่างดี นอกจากนี้ยังต้องเรียบตึง ไม่ยับย่นหงิกงอ และ ต้องอยู่ในตำแหน่งที่เลื่อนไปบน “หัวอ่าน” ของเครื่องเล่นเทปอย่างพอเหมาะพอดี (ไม่เอียงหรือตกขอบไปด้านใดด้านหนึ่ง)

คิดว่าคงมีหลายคนที่เคยเจอกับปัญหาเนื้อเทปเกิดยับย่นยู่ยี่ (อาจจะเป็นเพราะ ถูกเครื่องเล่นเทปที่เริ่มเก่าหรือชำรุด “งับ” เอา) ซึ่งก็จะสังเกตได้ไม่ยากว่า การที่จะแก้ไขให้ดีเหมือนเดิมนั้น แทบจะทำไม่ได้เอาทีเดียว และ การที่จะตัดเอาเทปตรงเฉพาะส่วนดังกล่าวทิ้งไปแล้ว ต่อใหม่ด้วยเทปกาวก็แทบจะเป็น “งานฝีมือ” แบบหนึ่งเลยทีเดียว

หากมองในแง่นี้แล้ว ดีเอ็นเอก็ต้องเก็บรักษาอย่างเป็น “ระบบ” และ “ระเบียบ” (คือ มีตำแหน่งก่อนและ หลังในสายดีเอ็นเอที่แน่นอนและชัดเจน … ซึ่งเราจะคุยกันเรื่องนี้อีกครั้งในภายหลังนะครับ) ไม่แตกต่างกันกับ เนื้อเทปเพลงแต่อย่างใด แต่ส่วนที่ต่างกันมากก็คือ ตามธรรมชาติแล้ว หากเกิดกรณีที่ดีเอ็นเอแตกหักเสียหาย (เช่น ดีเอ็นเอของ “เซลล์ผิวหนัง” ที่โดนแสงอัลตราไวโอเลต หรือ UV ในแสงแดด แผดเผาอย่างรุนแรงเป็นเวลานานๆ) กลไกการตรวจสอบ ตลอดจนซ่อมแซม และสร้างดีเอ็นเอ ส่วนที่แตกหักเสียหายขึ้นใหม่ (ด้วยเอนไซม์หลายๆ ชนิด) ก็สามารถทำหน้าที่ได้เป็นอย่างดี (เรียกว่า ดีอย่างเหลือเชื่อ ทีเดียวล่ะครับ)

เพราะมิฉะนั้นประชากรโลกในแถบศูนย์สูตรโลก ก็คงเป็นมะเร็งผิวหนังกันไปหมดแล้ว!!!

คราวนี้ หากเราจะมาดูกันที่รูปทรงของดีเอ็นเอ ก็จะพบว่า … ธรรมชาติได้รังสรรค์ “รูปทรง” อันแสนเหมาะสมกับงานของมันเป็นอย่างยิ่ง กล่าวคือ ดีเอ็นเอมีลักษณะตามธรรมชาติเป็นสายคู่ เป็นสายคู่กันที่ไม่ธรรมดามากๆ คือ เป็นสายคู่ของดีเอ็นเอที่จับกันได้อย่างพอเหมาะพอเจาะ (ยิ่งกว่ากิ่งทองใบหยกเสียอีก!) เกาะเกี่ยวกันอยู่ โดย “ตกร่องปล่องร่องชิ้น” กันทุกแง่มุม สองสายของดีเอ็นเอนั้นจับกัน และ บิดไปมาคล้ายกับ “บันไดเวียน” หรือ หากตัดสายดีเอ็นเอแต่ละท่อนออกมาดู ก็จะเห็นได้ว่ามีลักษณะคล้ายๆ กับ “สปริง” ซึ่งจัดว่าเป็นโครงสร้างแบบหนึ่งที่มีความยืดหยุ่นสูงสุดเลยทีเดียว

ข้อเด่นของสปริงที่ทุกท่านคงทราบดีอยู่แล้ว นั่นก็คือ สปริงนั้นทนทานต่อ “แรงดึง” และ “แรงกด”มากเป็นพิเศษ เมื่อเทียบกับโครงสร้างแบบอื่นๆ ทั่วไป
ถ้าใครได้ลองไปหาเชือกมาสังเกตดู อย่างที่ผมบอกไว้ก่อนหน้านี้ ก็จะเห็นลักษณะพิเศษของเส้นเชือกต่างๆ นั่นก็คือ เส้นเชือกต่างๆ (ยิ่งเส้นใหญ่ก็จะยิ่งเห็นได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น) มักจะประกอบด้วย “เส้นเชือกที่เล็กกว่า” หลายเส้นมาพันกันอยู่ แต่การพันดังกล่าวนั้น … ไม่ใช่พันกันอย่างไรก็ได้นะครับ เป็นการพันกันอย่างเป็น “ระบบ และ ระเบียบ” ที่แน่นอนมากทีเดียวล่ะครับ



รูปที่ 3 (ด้านบน) ขดเชือก เกิดจากเส้นเชือกมาพันกันอยู่อย่างซับซ้อน และ เป็นระเบียบ
รูปที่ 4 (ตรงกลาง) ภายในเกลียวเชือกขนาดย่อย ก็ยังมีเกลียวเชือกขนาดเล็ก และ ย่อยกว่าม้วนพันกันอยู่
รูปที่ 5(ด้านล่าง) เปรียบเทียบขนาดระหว่างเกลียวเชือกที่เล็กที่สุดในสาย กับ เกลียวเชือกที่พันกันเป็นโครงสร้างที่
ซับซ้อนมากขึ้นแล้ว

หากสังเกตต่อไปก็จะพบว่า ““เส้นเชือกที่เล็กกว่า” นั้น ก็มักจะประกอบด้วย “เส้นเชือกที่เล็กยิ่งกว่า” ลงไปอีก บางคราวเส้นเชือกเส้นเล็กๆ ที่เราใช้งานกันอยู่ อาจจะประกอบด้วย เส้นเชือกที่เล็กกว่าเป็นลำดับถึงสามสี่ทอดด้วยกัน [รูปที่ 3 ถึงรูป 5] เมื่อสังเกตเห็นเช่นนี้ก็คงจะเข้าใจได้ไม่ยากว่า เหตุใดเส้นเชือกแต่ละเส้น จึงทน “แรงดึง” และ “แรงเค้น” จากการใช้งานได้ดีนัก


[รูปที่ 6]
ลองสังเกตดูจะเห็นถึง ความเป็นระเบียบ และความซับซ้อนของการจัดเรียง ตัวของสายดีเอ็นเอในรูปนี้ (ลองเทียบกับรูปเส้นเชือกก่อนหน้านี้)

คราวนี้ลองดูรูปที่ 6 ก็จะเห็นว่า ดีเอ็นเอมีการจัดเรียงตัว และ พับตัวไปมาคล้ายๆ กับเส้นเชือกอยู่ไม่น้อยเลยทีเดียว โดยหน่วยเล็กที่สุดก็จะเป็นสายของดีเอ็นเอสองสาย จากนั้นก็จะมีการพันทบไปมา และ เริ่มมีโปรตีนบางอย่าง (มักจะเป็นโปรตีนที่มีประจุเฉลี่ยเป็นบวก โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรตีนจำพวก “ฮิสโตน” ) มาร่วมจับด้วย ซึ่งก็มีผลทำให้แรงผลัก เนื่องจากประจุลบของสายดีเอ็นเอลดน้อยลง ทำให้สามารถพับ และ บิดไปมาได้สะดวกมากยิ่งขึ้น โครงสร้างที่ได้จึงมีขนาดเล็ก กระทัดรัดมากยิ่งขึ้น โดยในท้ายที่สุด สายดีเอ็นเอจะพันกันจนได้ โครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ที่สุด (ที่มีหน้าตาคล้ายปาท่องโก๋) เรียกว่า “โครโมโซม” นั่นเอง


[รูปที่ 7]
โครโมโซมมนุษย์ที่นำมาเรียงกันเป็นคู่ๆ จากใหญ่ไปเล็ก แต่ละแท่งโครโมโซมที่เห็นมี “รหัสพันธุกรรม” อยู่นับสิบนับร้อยล้านหน่วย

ดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ครบชุด หรือที่เรียกว่า จีโนม (genome) ของมนุษย์นั้น มีความยาวถึง 3 พันล้านหน่วย หน่วยที่ว่านี้ ศัพท์วิชาการเรียกว่าเป็น คู่เบส (base pair) ดีเอ็นเอทั้งหมดที่ว่าก็กระจายกันอยู่ในโครโมโซมจำนวน 46 แท่งนั่นเอง [รูป 7] ดังนั้น แต่ละโครโมโซมจะมีหน่วยพันธุกรรมของเราอยู่หลายสิบล้านหน่วย (ขึ้นไป) เลยทีเดียว

อ้อ … แต่ว่าโครโมโซมแต่ละเส้นของคนเรานั้น มีความสั้นยาวไม่เท่ากันนะครับ ขนาดโดยคร่าวๆ ก็จะเรียงลำดับจากที่ใหญ่ที่สุดไปหาเล็กที่สุด ตามลำดับหมายเลขของโครโมโซมนั่นเอง กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ โครโมโซมที่ใหญ่ที่สุดคือ โครโมโซมหมายเลข 1 และ โครโมโซมที่เล็กที่สุดคือ โครโมโซมหมายเลข 22

ส่วนโครโมโซมอื่นๆ ก็มีขนาดลดหลั่นกันไป (ทั้งนี้ไม่รวมโครโมโซม X และ โครโมโซม Y ที่เป็นโครโมโซมเพศ ซึ่ง ไม่เข้ากับกฎเกณฑ์ดังกล่าว)
คงจะพอเห็นความมหัศจรรย์ของการจัดเรียงตัว และ รูปร่างของดีเอ็นเอในระดับต่างๆ แล้วนะครับ คราวหน้าเราจะมีดูความมหัศจรรย์ในแง่อื่นๆ ของดีเอ็นเอกันต่อครับ

แนะนำหนังสืออ่านเพิ่มเติม
คราวนี้จะขอแนะนำหนังสือ Genome The Autobiography of a Species in 23 Chapters ของ Matt Ridley (2000, สำนักพิมพ์ Perennial, ISBN 0-06-093290-2) หนังสือเล่มดังกล่าว ยกเอาเรื่องต่างๆ ที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ (ความจำ, สติปัญญา, สัญชาติญาณ, ชีวิต, ความตาย ฯลฯ) มาร้อยเรียง และ ลำดับตามความสัมพันธ์ของเรื่องต่างๆ ดังกล่าวกับยีน และ ตำแหน่งของยีนบนโครโมโซมทั้ง 23 ชุดของมนุษย์ นับเป็นหนังสือที่มี concept น่าสนใจ ทั้งยังเขียนได้ดีมากๆ เล่มหนึ่งครับ ติดอันดับเบสต์ เซลเลอร์ อยู่หลายสัปดาห์ทีเดียว (ในต่างประเทศ) นอกจากนี้ ยังได้รับคำชมจากนักวิจารณ์ค่อนข้างมาก เรียกว่าเป็นงานระดับมาสเตอร์พีซ ของนักเขียนคนนี้เลยทีเดียว เหมาะกับทั้งผู้อ่านทั้งที่เป็นคนทั่วไป จนกระทั่งคนในแวดวงวิชาการ (ไม่ว่าจะเป็นนิสิต นักศึกษา ครู อาจารย์ นักวิจัย ฯลฯ)

ถ้าพอจะสนุกกับการอ่านภาษาอังกฤษไหว ก็ลองหามาอ่านดูนะครับ


หน้าที่ 4 - ไปกลับโลกดวงอาทิตย์ 50 รอบ ระยะทางยังน้อยกว่าความยาวดีเอ็นเอในร่างกายเรา

ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยกลางไบโอเทค
ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (BioTec)
วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com)

จะเห็นได้นะครับว่าในทั้งสามตอนที่ผ่านมา ผมพยายามแสดงให้เห็นด้วยวิธีการ และ ตัวอย่างต่างๆ หลายรูปแบบด้วยกัน เพื่อที่จะเน้นย้ำว่า ดีเอ็นเอมีขนาดที่เล็กมากเสียเหลือเกิน แต่กระนั้น ก็ยังได้ซ่อนความเป็นระเบียบ และ ข้อมูลพันธุกรรมเอาไว้อย่างเหมาะเจาะลงตัว ภายใต้รูปทรงเกลียวคู่ที่สวยสดงดงาม ทำให้มีประโยชน์ ครบถ้วนต่อการก่อเกิด และถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม ซึ่งอาจจะเรียกให้ “อินเทรนด์” ก็ต้องว่า ดีเอ็นเอนั้น ไม่ได้สวยแต่อย่างเพียงอย่างเดียว แต่ “สวยอย่างมีคุณค่า” (แบบเดียวกับ สโลแกนนางงามสมัยนี้ นั่นแหละครับ)

ถ้ายังจำได้นะครับ ผมเคยกล่าวไว้แล้วว่า ดีเอ็นเอที่ครบชุดครบถ้วนสมบูรณ์ ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็น “ต้นแบบ” เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตได้ เรียกกันว่าเป็น “จีโนม (genome)” หนึ่งชุด ซึ่งก็เป็นเรื่องที่น่าทึ่ง อีกนั่นแหละครับที่ จีโนมทั้งชุดจะสามารถบรรจุลงไปในเซลล์ ซึ่งมีขนาดเฉลี่ยในระดับที่สายตามนุษย์ แทบจะไม่สามารถมองเห็นได้


[รูปที่ 1] โครโมโซมที่ 1 ของมนุษย์ แสดงในรูปแบบของแผนที่ยีน

ความที่ว่า การจะสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีความสลับซับซ้อนได้นั้น จะต้องมีความยาวของดีเอ็นเอที่ยาวมากพอ (เพื่อเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมให้ได้มากพอ) ยกตัวอย่างเช่น เซลล์มนุษย์มีดีเอ็นเอที่เป็นองค์ประกอบในจีโนมมากถึง 3 พันล้านคู่เบส หรือ 3 พันล้าน “หน่วยย่อยทางพันธุกรรม” โดยทั้งหมดที่ว่านี้ บรรจุอยู่ในโครงสร้างที่ชื่อ “โครโมโซม” รวม 23 แท่ง (ของโครโมโซม) [รูป 1]

อ้อ … แค่เพียงหนึ่งชุดของโครโมโซมนี่ไม่เพียงพอนะครับ ต้องมีถึงสองชุดด้วยกันนะครับ เพราะว่าหากมีความผิดพลาดเกิดขึ้นในยีนของโครโมโซมชุดหนึ่ง จะได้มี “ยีนดี” หรือยีนที่ยังใช้งานได้ตามปกติ ในโครโมโซมอีกชุดหนึ่งมาชดเชยทดแทน ทำให้คนเรามีโอกาสเป็นโรคหลายชนิดลดลง นี่เองเป็นสาเหตุที่ทำให้ต้องระบุว่า มนุษย์เรามีโครโมโซมรวม 23 คู่ นั่นเอง (กล่าวอีกนัยหนึ่งนั่นก็คือ มีรวมทั้งสิ้น 6 พันล้านคู่เบส หรือ 6,000,000,000 (6x109) คู่เบส ทีเดียว)

จำนวนโครโมโซมที่ว่านี้ ถ้าหากมีเพียงชุดเดียวก็จะไม่เพียงพอ ที่จะทำให้เกิดเป็นมนุษย์ที่สมบูรณ์ได้นะครับ ส่วนหากมีมากกว่านี้ หรือ น้อยกว่านี้ เช่น โครโมโซมเกินมาหรือขาดไปสักแท่งหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นโครโมโซมร่างกาย หรือ โครโมโซมเพศ (โครโมโซม X หรือ โครโมโซม Y) หรือ บางครั้งพบแม้กระทั่งว่า เกินมาถึงหนึ่งชุดโครโมโซมก็มี ซึ่งล้วนแล้วแต่มีผลทำให้เป็นโรคลักษณะต่างๆ ซึ่งบ้างก็มีอาการรุนแรง จนทำให้เสียชีวิตตั้งแต่ในครรภ์ หรือ บ้างก็ลืมตามมาดูโลกได้ไม่นานก็เสียชีวิตก็มี แต่ก็มีบ้างบางโรคที่ความผิดปกติมีน้อยจนแทบไม่สังเกตเห็น

ซึ่งหากมองแบบชาวพุทธทั่วไปก็คงต้องว่า ทุกอย่างก็เป็นไปตามคำที่พระท่านสอนนั่นแหละครับ … ที่ว่า “น้อยไปก็ไม่ดี มากไปก็ไม่ดี พอดีๆ นั่นแหละดี” (สาธุ)


[รูปที่ 2]ดีเอ็นเอที่อยู่ในเซลล์มนุษย์หนึ่งเซลล์นั้น ยาวกว่าความสูงของคนทั่วไปเสียอีก
[รูปที่ 3]ดีเอ็นเอหากกว้างเท่าคน จะยาวขนาดพันรอบโลกได้มากกว่า 12 ครั้ง


เมื่อพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่า ระยะห่างระหว่างเบส (หรือ ระหว่างห่างระหว่างหน่วยย่อยทางพันธุกรรม ดังที่ว่ามาข้างต้น) ของดีเอ็นเอนั้น มีขนาดราว 0.34 นาโนเมตร (หรือ เท่ากับ 0.34 x 10-9 เมตร) ดังนั้น หากนำดีเอ็นเอทั้งหมดในจีโนมของมนุษย์มาคลี่ออก แล้วเรียงต่อกันไป จะพบว่ามีความยาวที่มากถึงราว 2 เมตร (ได้มาจาก 6 x 109เบสคูณกับ 0.34 x 10-9 เมตร) ดังปรากฏใน [รูป 2]

พูดให้เข้าใจง่ายๆ ก็คือ ดีเอ็นเอของมนุษย์เรา ที่บรรจุอยู่ในเซลล์เพียงเซลล์เดียว มีความยาวที่มากกว่าความสูงโดยเฉลี่ยของคนทั่วไปที่เป็นเจ้าของเซลล์นั้นๆ ด้วยซ้ำ !!!

ความยาวขนาดนี้น่าทึ่งมากน้อยเพียงใด? ก็จะขอเปรียบเทียบให้เห็นกันชัดๆ อีกแบบหนึ่งนะครับ หากว่าเรามีอำนาจวิเศษที่สามารถเสกให้ดีเอ็นเอขยายขนาดขึ้น โดยให้ยังคงมี “สัดส่วน” ระหว่างความกว้างและ ความยาวคงเดิมไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อขยายดีเอ็นเอจนมีขนาดความกว้างเท่าๆ กับ “ขนาดของช่วงไหล่” ของคนเรา มันก็จะมีความยาวในระดับที่ สามารถนำมาพันรอบโลกได้ถึง 12 รอบครึ่งเลยทีเดียว! ดูรูปประกอบดัง [รูป 3]

กล่าวอีกอย่างก็คือ หากพันดีเอ็นเอที่ว่าไปรอบโลกด้วยความเร็วประมาณ 30 วันต่อรอบ... แม้จะพันอยู่ 1 ปีเต็มๆ ยังพันไม่เสร็จ (คือ ไม่หมดความยาวของดีเอ็นเอ) เลยครับ !!!

แต่ว่า ... อย่าเชื่อกันง่ายๆ ครับ ลองคำนวณดูว่าผมมั่วนิ่มหรือเปล่า ดีเอ็นเอมีความกว้างประมาณ 2 นาโนเมตร (2 x 10-9 เมตร) ส่วนความยาวก็ประมาณว่าสัก 2 เมตร (ดังที่คำนวณไว้ข้างบนนั่นนะครับ) ส่วนขนาดช่วงไหล่คนเรา ก็ประมาณให้เป็น 50 เซนติเมตรก็แล้วกัน เส้นผ่านศูนย์กลางของโลกวัดที่บริเวณศูนย์สูตร ก็มีค่าประมาณ 12,756 กิโลเมตร (ดังนั้น รัศมีก็มีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของค่าดังกล่าว) และ ค่าเส้นรอบวง (รอบโลก) ก็คำนวณได้จากสูตร 2 x pi x r (ค่า pi มีค่าประมาณเท่ากับ 22/7 ส่วน r ก็ใช้ ค่ารัศมีโลก ดังที่กล่าวไปแล้ว)


[รูป 4] เซลล์ในร่างกายของเรามีมากว่าดวงดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือกเสียอีก


คราวนี้ หากเรานำความมหัศจรรย์ในเรื่องของ “ความยาวของดีเอ็นเอ” มารวมกันเข้ากับความอัศจรรย์ในเรื่อง “จำนวนเซลล์ที่ประกอบกันเป็นร่างกายของเรา” ก็จะพบว่าเรื่องราวต่างๆ ดูจะน่าแปลกประหลาดใจมากยิ่งขึ้นไปอีก เพราะ มนุษย์เรามีเซลล์อยู่อย่างมากมายยิ่งคือ มากถึง 10 ล้านล้านเซลล์ (1013 เซลล์) แต่อย่าไปซีเรียสกับตัวเลขที่ว่ามากนะครับ … เอาเป็นว่ามักจะประมาณกันว่าอยู่ในราว 1012 – 1014เซลล์ แต่จุดที่น่าสนใจก็คือ เซลล์ในร่างกายของคนเรา ที่ประกอบกันเป็นเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ มีมากว่าดวงดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือกเสียอีก ดูภาพ [รูป 4] ประกอบนะครับ

หากนำดีเอ็นเอในทุกเซลล์ของร่างกายมาต่อรวมกัน ก็จะกลายเป็นเรื่องที่แทบไม่เชื่อว่า จะมีความยาวรวมกันแล้วมากกว่า ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ถึงกว่า 100 เท่าด้วยกัน!!!


[รูป 5] ดีเอ็นเอทั้งหมดในร่างกายของคนเรายาวกว่า ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์เป็น 100 เท่า


ใครไม่เชื่อก็ลองคำนวณดูนะครับ ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ ก็คือราว 150 ล้านกิโลเมตร (หรือ 1.5 x 1011 เมตร) ดัง [รูป 5] หากเปรียบเทียบอีกอย่างหนึ่งก็คือ ความยาวดังกล่าวเทียบเท่ากับ ระยะทางที่แสง ซึ่งเป็นสิ่งที่เดินทางได้เร็วที่สุดเท่าที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน ด้วยสถิติสุดยอดในจักรวาลคือ ราว 3 แสนกิโลเมตร (3 x 108 เมตร) ต่อวินาที แต่ก็ยังต้องใช้เวลาเดินทางถึง 18 ชั่วโมงครึ่ง จึงจะสามารถผ่านพ้นความยาวขนาดนี้ไปได้!

นี่แหละครับ … ความมหัศจรรย์อย่างแท้จริงเรื่องหนึ่งของดีเอ็นเอ!!!

อ่านต่อภาค 2 ได้ที่ มหัศจรรย์ดีเอ็นเอ (DNA) ภาคจบ
(http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=297 )



แนะนำหนังสืออ่านเพิ่มเติม

คราวนี้จะขอแนะนำหนังสือภาษาไทยครับ เล่มแรกชื่อ “คู่คิด ครูวิทยาศาสตร์” (พิมพ์รวมเล่มครั้งแรก ม.ค. 2545, สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ) ส่วนอีกเล่มหนึ่งชื่อ “คู่หู ครูวิทย์” (พิมพ์รวมเล่มครั้งแรก ส.ค. 2546, สำนักพิมพ์ ส.ส.ท.) ทั้งสองเล่มเป็นผลงานของผู้เขียนคนเดียวกัน คือ ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ
หนังสือทั้งสองเล่มนี้ นับเป็นขุมทรัพย์สำหรับคนไทยโดยแท้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับผู้ที่ใฝ่หากลยุทธ์ในการ “ทำเรื่องยากให้เป็นเรื่องง่าย” และการ “ทำเรื่องซับซ้อนให้สนุกสนาน” (โดยเฉพาะเรื่องทางวิทยาศาสตร์) ซึ่งก็แน่นอนว่า บรรดาครูบาอาจารย์ นักวิจัย ผู้ที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสารทางวิทยาศาสตร์ (อย่างเช่น สื่อมวลชนสาขาต่างๆ) และ ห้องสมุด ไม่ควรพลาดเป็นอย่างยิ่ง แต่อันที่จริง ผมว่านักเรียน นิสิต นักศึกษาก็น่าจะเก็บเกี่ยวอะไรต่อมิอะไรได้ไม่น้อย จากหนังสือทั้งสองเล่มนี้นะครับ ท่านจะเห็นตัวอย่างจากภายในหนังสือทั้งคู่ดังกล่าวว่า นอกจาก เทคนิคการเปรียบเทียบ การยกตัวอย่าง การเลือกใช้สื่อที่เหมาะสม เช่น รูปภาพ (อย่างที่ผมเองใช้อยู่ในคอลัมน์นี้แล้ว) ยังมีเทคนิคอีกเยอะแยะมากมายที่นำมาใช้ได้

เกี่ยวกับผู้เขียน
ดร.นำชัย ชีววิวรรธน์ จบ ม.ปลาย จากโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา และรับทุนการศึกษาโครงการ พสวท เพื่อศึกษาต่อ ป.ตรี ด้านชีววิทยา ที่คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ ป.โท ด้านชีวเคมี จากมหาวิทยาลัยมหิดล และสำเร็จปริญญาเอก Molecular Genetics จาก Kumamoto University ประเทศญี่ปุ่นจ๊ะ

ดร.นำชัย ชีววิวรรธน์ ไม่เพียงแค่เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ฝีมือดีของ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ แต่ยังเป็นคนที่ถ่ายทอด เรื่องราววิทยาศาสตร์ได้อย่างดีเยี่ยม สนุกสนาน ฟังง่าย เข้าใจง่าย นอกเหนือจากผลงานวิจัย ดร.นำชัย มีผลงานด้านการเขียน เรื่องวิทยาศาสตร์ด้วยเช่นกัน ดังเช่น สู่ชีวิตอมตะ (เทคโนโลยีชีวภาพและการแพทย์ศตวรรษที่ 21), ดีเอ็นเอ ปริศนาลับรหัสชีวิต, จากอณูถึงอนันต์ วิทยาศาสตร์ต้องรู้, วิทยาศาสตร์ในสตาร์ วอร์ส เป็นต้น

ดร.นำชัย เป็นอีกหนึ่งท่าน ที่ขอเป็นอีกแรง ช่วยผลักดัน การเผยแพร่เรื่องราววิทยาศาสตร์ดีๆ สู่ประเทศไทย ผ่านวิชาการ.คอม


แสดงความคิดเห็น