Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

โลกในยุคบรรพกาลอาจมีสีม่วง

โลกในยุคบรรพกาลอาจมีสีม่วง

เมื่อมองโลกของเราจากอวกาศ มันมีลักษณะเหมือนลูกแก้วกลมๆ สีน้ำเงินสดใสที่มีเมฆสีขาวกับแผ่นดินสีน้ำตาลเข้มเป็นลวดลาย  ถ้าเราค่อยๆซูมเข้ามาก็จะพบว่าพื้นผิวโลกโดยเฉพาะบริเวณเส้นศูนย์สูตรถูกแต่งแต้มไปด้วยสีเขียวจากพืชพรรณนานาชนิด นอกจากนี้ในน้ำทะเลก็ยังเต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิตจำพวกแพลงก์ตอนพืชขนาดเล็กจิ๋วนับไม่ถ้วนล่องลอยไปมา รวมถึงแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้

สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้สามารถดูดซับแสงอาทิตย์มาสร้างเป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิดบนโลก แน่นอนว่ารวมถึงมนุษย์เราด้วย

สิ่งที่ทำให้พืชมีสีเขียว คือ คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) ซึ่งเป็นสารที่จะดูดซับพลังงานแสงในช่วงสีแดงและสีน้ำเงิน แล้วปล่อยแสงสีเขียวให้สะท้อนกลับออกมาสู่ดวงตาของเราได้ ผลพวงจากการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยคลอโรฟิลล์ก็คือแก๊สออกซิเจนที่มีอยู่ในบรรยากาศให้เราได้ใช้หายใจนั่นเอง

แต่ถ้าเรานั่งไทม์แมชชีนย้อนเวลากลับไปเมื่อ 3.5 พันล้านปีที่แล้ว เราจะพบว่าชั้นบรรยากาศของโลกเราแตกต่างจากปัจจุบันอย่างมากทีเดียว แก๊สออกซิเจนที่มีอยู่อย่างเหลือเฟือในวันนี้เป็นสิ่งที่หาได้ยากในเวลานั้น ต้องขอบคุณคลอโรฟิลล์ที่ทำให้โลกใบนี้เต็มไปด้วยออกซิเจนเมื่อราว 2.4 พันล้านปีก่อน นักวิทยาศาสตร์ถึงขั้นเรียกเหตุการณ์ในครั้งนั้นว่า “การปฏิวัติออกซิเจน” (The oxygen revolution) เพราะมันมีความสำคัญต่อวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลกอย่างยิ่ง

ล่าสุด  ศ.ชิลาดิตยา ดาสซาร์มา (Shiladitya DasSarma) แห่งมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ (University of Maryland) และ ดร.เอ็ดเวิร์ด ชไวเทอร์มัน (Edward Schweiterman) นักชีวดาราศาสตร์ประจำมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (University of California) เสนอว่าชีวิตในยุคก่อนการปฏิวัติออกซิเจน อาจเคยเป็นช่วงเวลาอันรุ่งโรจน์ของชื่อว่า “เรตินาล” (retinal) โมเลกุลที่ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีความซับซ้อนน้อยกว่าคลอโรฟิลล์

เรตินาลเป็นสารตรวจจับแสงในดวงตาของมนุษย์ นอกจากนี้ยังเป็นรงควัตถุสำคัญสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสำหรับสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร โดยที่มันโครงสร้างคล้ายกับวิตามินเอ

แสงจากดวงอาทิตย์มีพลังงานมากที่สุดในช่วงความยาวคลื่น 550 นาโนเมตรซึ่งเป็นแสงสีเหลือง แต่คลอโรฟิลล์กลับไม่ตอบสนองต่อแสงในช่วงนี้เท่าไหร่ ผิดกับเรตินาล นอกจากนี้โครงสร้างของเรตินาลที่ไม่ซับซ้อนมากนัก ทำให้ศ.ชิลาดิตยาคิดว่าเรตินาลน่าจะวิวัฒนาการขึ้นมาก่อนคลอโรฟิลล์

นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองพิสูจน์แนวคิดนี้ด้วยการทดลองที่ง่ายแสนง่าย เริ่มต้นจากการสังเคราะห์ก้อนโปรตีนที่มีเรตินาลอยู่ภายในแล้วนำไปฝังไว้บนถุงขนาดเล็กจิ๋วที่ทำมาจากสารจำพวกฟอสโฟลิพิด (phopholipid) เหมือนกับเยื่อหุ้มเซลล์ทั่วๆ ไป ซึ่งโครงสร้างนี้เป็นการเลียนแบบโปรโตเซลล์ (protocell) หรือเซลล์ในระยะเริ่มแรกของโลกนั่นเอง

สองนักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อเรตินาลได้รับแสงจะทำให้โปรโตเซลล์สร้างพลังงานขึ้นมาได้จริง นั่นหมายความว่าเป็นไปได้ที่สิ่งมีชีวิตในยุคแรกๆ ของโลกจะใช้เรตินาลเป็นตัวดักจับพลังงานแสงแทนที่จะใช้คลอโรฟิลล์

ตอนนี้เราอาจจะจินตนาการถึงโลกที่เต็มไปด้วยเรตินาลไม่ออกว่ามันจะมีสีอะไร แต่ข้อมูลจากคณะนักวิทยาศาสตร์พบว่าเรตินาลนั้นดูดกลืนแสงสีเขียวกับเหลืองได้ดี และสะท้อนแสงสีแดงและม่วงกลับออกมา

นั่นหมายความว่า โลกในยุคแรกๆอาจเป็นดาวเคราะห์สีน้ำเงินแกมม่วง!

นอกจากนี้ข้อเสนอของ ศ.ชิลาดิทยาและ ดร.เอ็ดเวิร์ดยังสามารถนำไปใช้กับการค้นหาหลักฐานของสิ่งมีชีวิตนอกโลกได้ด้วย

ปกติพืชพรรณบนโลกดูดกลืนแสงสีแดงได้ดี ดังนั้นแสงสีแดงจะลดความเข้มลงไปมากเมื่อเรานำสเปกโทรสโคป (​spectroscope) ที่สามารถแยกแสงขาวออกเป็นสีต่างๆได้ไปส่องพืช นักวิทยาศาสตร์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่าขอบเขตของสีแดง (red edge) ส่วนสิ่งมีชีวิตที่ใช้เรตินาลก็จะเกิดปรากฏการณ์ขอบเขตสีเขียว (green edge) ขึ้นมาแทน เพราะมันดูดกลืนแสงสีเขียวไปสร้างเป็นพลังงานนั่นเอง

จากนี้ไป นักชีวดาราศาสตร์อาจจะมีแนวทางเพิ่มเติมในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกด้วยมุมมองใหม่ๆ

ความเรื่องที่ดูห่างไกลจากชีวิตมนุษย์อย่างดาราศาสตร์ บ่อยครั้งกลับช่วยให้เราเข้าใจเรื่องใกล้ตัวในชีวิตประจำวันได้ดีขึ้น แต่ในงานวิจัยนี้ การศึกษาเรื่องใกล้ตัวอย่างโลกของเรา น่าจะช่วยให้เราเข้าใจโลกใบอื่นๆที่ห่างไกลเราอย่างยิ่งได้เช่นกัน

 

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://www.astrobio.net/news-exclusive/was-life-on-the-early-earth-purple/amp/

https://www.cambridge.org/core/journals/international-journal-of-astrobiology/article/early-evolution-of-purple-retinal-pigments-on-earth-and-implications-for-exoplanet-biosignatures/63A1AD8AF544BEEF4C6D4A2D53130327

Date

ธันวาคม 17, 2018

Category

STEM NEWS