สารบัญ

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

---

	ป้อนคำที่ต้องการค้นหา ส่งฟอร์มการค้นหา
	เว็บทั่วโลก วิชาการ.คอม

วิชาการ.คอม คือ ใคร? || กฏ กติกา มารยาท || ติดต่อลงโฆษณา || ร่วมงานกับเรา ติดต่อลงโฆษณา :   คุณอันนา 081 4965363 สำนักงาน :   02 2015735 อีเมล์ :    Copyright© 2000-2007, Vcharkarn.Com. All rights reserved.

คลิ๊กเพื่อดูสถิติ รับรองและสนับสนุนโดย

สสวท.

มูลนิธิ พสวท.

พสวท.