ปัจจุบันนี้หากพูดถึงคำว่า "ดีเอ็นเอ (DNA)" ก็คงจะคุ้นหูกันจนเป็นเรื่องธรรมดาไปเสียแล้วสำหรับคนไทย เพราะหากดูจากพาดหัวข่าวหนังสือพิมพ์จะมีความว่า "ดีเอ็นเอ" ปรากฏออกมาเป็นระยะอย่างไม่ขาดสาย... จะหาคนร้ายหรือตรวจสอบฆาตกรก้ต้อง "ตรวจดีเอ็นเอ" อยากรู้ว่าญาติกับคนดังจริงหรือไม่ก็ต้อง "ตรวจดีเอ็นเอ" อยากรู้ว่า "มีอะไรกับใคร" จริงหรือไม่ก็ต้อง "ตรวจดีเอ็นเอ"
ความจริงคนเราก็รู้จักกับดีเอ็นเอมาเกือบ 140 ปีมาแล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ให้ความสำคัญกับมันมากนั้นเนื่องจากกำลังมัวสนใจกับโปรตีน โมเลกุลมหัศจรรย์อีกชนิดหนึ่ง เหตุผลสำคัญก็คือ โปรตีนมีความหลากหลายและสักษณะซับซ้อน จึงเชื่อกันว่า โปรตีนน่าจะเป็นสารทีเหมาะสมกับหน้าที่ในการกุมความลับของชีวิตและเป็น สารพันธุกรรม ที่ถ่ายทอดลักษณะของสิ่งมีชีวิตจากรุ่นหนึงไปยังอีกรุ่นหนึ่ง
ดีเอ็นเอกลายมาเป็นที่สนใจในวงกว้างมากขึ้นเมื่อ 50 ปีที่แล้วมานี่เอง เมื่อนักวิทยาศาสตร์หนุ่มสองคนในขณะนั้นคือ เจมส์ วัตสัน และ ฟรานซิส คริก ได้ประกาศการค้นพบโครงสร้างดีเอ็นเอว่าเป็นสายคู่ที่บิดพับเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียนแบบที่เรียกว่า ดับเบิลเฮลิกซ์ (double helix)
เหตุที่บทความดังกล่าวกระตุ้นความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น ก็เพราะว่า วัตสันและคริกสังเกตและแนะนำไว้อย่างถูกต้อง(ตรวจสอบด้วยการทดลองในภายหลัง) ว่าสายดีเอ็นเอแต่ละสายทำหน้าที่เป็น "ต้นแบบ" ในการสร้างสายดีเอ็นเอสายใหม่ขึ้นได้ ซึ่งทำให้สมมติฐานที่เริ่มชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆในสมัยนั้นว่า ดีเอ็นเอเองที่น่าจะทำหน้าที่เป็น "สารพันธุกรรม" ....ฟังดูมีน้ำหนักและสมเหตุผลอย่างที่สุด
การค้นพบดังกล่าวส่งผลกระทบอย่างกว้างขวางและลึกซึ้งต่อแวดวงวิทยาศาสตร์ และส่งผลให้วัตสันและคริกได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์หรือสรีรวิทยาร่วมกับนักวิทยาศาสตร์อีกท่านหนึ่งที่มีผลงานเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด คือ มัวริส วิลคินส์ ในปี 2505
: ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์
: วิชาการ.คอม
ขนาด รูปทรง และความเป็นระเบียบของดีเอ็นเอ
ลักษณะที่เด่นชัดที่สุดข้อหนึ่งของดีเอ็นเอก็คือ ดีเอ็นเอมี "ขนาดที่เล็กมาก" ปกติแล้วเราไม่อาจจะมองเห็นสายของดีเอ็นเอได้ด้วยตาเปล่า แม้แต่กล้องจุลทรรศน์ที่พบเห็นได้ตามห้องปฏิบัติการทั่วๆไป ที่มีกำลังขยายได้มากถึงพันเท่า ก็ยังมองไม่เห็นดีเอ็นเอ ได้ในภาวะพิเศษและค่อนข้างเฉพาะเท่านั้น คือ ภาวะที่ดีเอ็นเออัดกันแน่เป็นพิเศษในโครงสร้างที่มีชื่อว่า "โคมโมโซม" ในห้วงเวลาขณะเซลล์กำลังแบ่งตัวเองเพื่อเพิ่มจำนวน
แต่อันที่จริงถ้าเรามีจำนวนเซลล์มากพอ เราก็อาจจะสกัดเอาดีเอ็นเออกมาจากเซลล์เหล่านั้นได้ด้วยสารเคมีที่หาได้ง่ายและกระบวนการที่ไม่ยุ่งยากมากนัก ในกรณีนี้เราอาจจะเห็น "ก้อน" ดีเอ็นเอได้เป็นสายเป็นกระจุกสีขาวใสหรือขาวขุ่นได้เหมือนกัน แต่ดีเอ็นเอที่เห็นไม่ใช่สายเดี่ยว หรือสายคู่แค่นั้น แต่เป็นกลุ่มของสายดีเอ็นเอนับล้านๆเส้น ที่มาเกาะเกี่ยวกันอยู่
ดีเอ็นเอมีขนาดเล็กแค่ไหน มีรูปทรง และความเป็นระเบียบที่น่าสนใจสักเพียงใดมาดูกันครับ
ผมได้เกริ่นลักษณะที่เด่นชัดที่สุดข้อหนึ่งของดีเอ็นเอไว้แล้วคือ ดีเอ็นเอมี "ขนาด" เล็กมาก เราไม่อาจมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
เราเริ่มต้นจากไปแอบมองชายหนุ่มที่ออกไปปิกนิคแล้วนอนสลบไสลอย่างมีความสุขบนสนามหญ้าในวันอากาศแจ่มใสดังรูปที่ 4 ในรูปที่ 4 นี้กรอบทั้งสี่ด้านจะมีขนาดความยาวที่มนุษย์เราคุ้นเคยกันดี คราวนี้หากมองเจาะลงไปที่กรอบสี่เหลี่ยมบริเวณกึ่งกลางของภาพจะเห็นดังรูปที่ 5 จะเห็นบริเวณหลังมือของชายคนนี้ชัดเจนมายิ่งขึ้น
จากนั้นมองเจาะลงไปอีกสิบเท่าก็จะเริ่มเห็นภาพที่ไม่คุ้นเคยของเซลล์ผิวหนังที่เรียงแผ่กันอย่างน่าสนใจอย่างในรูปที่ 6 ผิวหนังที่เห็นนี่เป็นลักษณะปกติของคนทั่วไปน่ะครับ คุณผู้หญิงที่ประทินผิวอย่างประณีตบรรจงอย่างไรก็ตาม หากมอง "ความงาม" กัน "ลึกซึ้ง" ถึงระดับนี้แล้วก็อาจจะงดงามไม่ต่างกันมากนักหรอกน่ะครับ ลองมองลึกลงไปอีกสิบเท่านะครับ จะเห็นดังในรูปที่ 7 ที่ระดับความละเอียดขนาดนี้คุณจะเริ่มเห็น "ร่อง" และ "หลุม" บนผิวหนังที่ราบเรียบและราบลึ่นงดงามของคุณ
ในรูปที่ 7 นี้กรอบแต่ละข้างจะมีขนาดเพียง 1 มิลลิเมตรหรือ "1 ใน 1000 ของเมตร" หมายถึงว่าหากคุณมีไม้เมตรสักอัน (ความยาว 1 เมตรก็ประมาณว่าเทียบเท่ากับ"ความยาวที่วัดจากปลายนิ้วของแขนข้างหนึ่งไปยังปลายนิ้วของแขนอีกข้างหนึ่งที่กางออกสุดแขน") คุณจะต้องตัดแบ่งไม้เมตรอันดังกล่าวออกเป็น 1000 ชิ้นเท่าๆกันจึงได้จะได้ขนาดความยาวเท่ากับ"หนึ่งมิลลิเมตร" ที่ความละเอียดขนาดนี้ก็เข้าใกล้จุดจำกัดของความสามารถในการมองเห็นสิ่งของเล็กๆของคนทั่วไปแล้ว
แต่เราจะไม่หยุดแต่เพียงเท่านี้ เมื่อเราเพ่งมองที่รายละเอียดที่มากขึ้นอีกสิบเท่าก็จะเห้นดังในรูปที่ 8 ร่องและหลุมขนาดเล็กๆกะทัดรัดบนผิวหนังใน รูปที่ 7 ก็จะชัดเจนมากขึ้นว่า อันที่จริงแล้วหลุมขนาดใหญ่และมีความลึกไม่น้อยทีเดียว...หากมองกันที่กำลังขยายขนาดนี้
คราวนี้ลองมองทะลุผิวหนังลงไปในเส้นเลือดที่อยู่ด้านใต้ด้วยกำลังขยายที่เพิ่มขึ้นอีก 10 เท่าก็จะเห็นสิ่งที่อยู่ในเส้นเลือดปรากฏดังรูปที่ 9 ทายถูกไหมครับว่าที่เห็นอยู่คืออะไร
ใช่แล้วครับหลายคนคงทายถูกว่าเป็น "เซลเม็ดเลือด" แต่ต้องเป็น "เซลล์เม็ดเลือดขาว" เพราะว่าถ้าเป็นเซลล์เม็ดเลือดแดง ตรงกลางเซลล์จะหายไป ... ดูคล้ายกับโดนัท
คราวนี้หากมองทะลุเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดขาวด้านนอกเข้าไปได้ที่กำลังขยายเพิ่มขึ้นอีกสิบเท่าเราก็จะเห็นเยื่อหุ้มเซลล์อีกอันหนึ่งที่อยู่ภายในก็คือ "เยื่อหุ้มนิวเคลียส" ดังในรูปที่ 10
จะเห็นว่าเยื่อหุ้มนิวเคลียสมี "รู" หรือ "หลุม" อยู่เหมือนกัน ซึ่งจะพูดไปแล้วก็น่าสนใจเหมือนกันน่ะครับว่า โครงสร้างที่ทำหน้าที่ห่อหุ้ม "สิ่งมีชีวิต" ที่ระดับต่างๆอยู่...มักจะมี "รู" หรือ "ร่อง" คล้ายๆกัน
รูบนเยื่อหุ้มนิวเคลียสจะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นจากภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศ์อิเล็กตรอนดังรูปที่ 11
กำลังขยายที่เรากำลังดูอยู่นี่อยู่ในขนาด (scale) ระดับที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าไมครอน (micron) หรือ ไมโครเมตร (micrometer) หรือขนาดที่เล็กเพียง 1 ใน1000000 (ล้าน) ส่วนของเมตร แต่คราวนี้ตัดเป็นล้านๆชิ้นเท่าๆกัน ความยาวของไม้แต่ละชิ้นนั่นแหละครับเท่ากับ 1 ไมโครเมตร
ที่ระดับไมโครเมตรนี่เองที่เราเริ่มมองเห็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดของดีเอ็นเอนั่นก็คือ โครงสร้างที่มีชื่อว่า "โครโมโซม" (chromosome) ซึ่งก็คือ โครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับแท่งปาท่องโก๋ ดังรูปที่ 12 คำว่าโครโมโซม ก็แปลว่า สิ่งที่ย้อมติดสี สาเหตุเพราะว่า โครโมโซมสังเกตพบครั้งแรกใต้กล้องจุลทรรศน์เพราะย้อมติดสีจำเพาะบางอย่าง (โครโมโซมมีโปรตีนบางชนิดเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วยนอกเหนือไปจากดีเอ็นเอ)
คราวนี้ หากเราจะยังมองเจาะลึกลงไปอีกสิบเท่า เราก็จะเริ่มมองเห็นเกลียวของดีเอ็นเอที่พันทับซ้อนกันอย่างเป็นระเบียบและซับซ้อนเป็นอย่างยิ่งดังรูปที่ 13 หากมองลึกลงไปอีกสิบเท่าก็จะเห็นเกลียวคู่ของดีเอ็นเอได้อย่างชัดเจนดังรูปที่ 14
หากมองลึกต่อไปด้วยกำลังขยายอีกสิบเท่าดังในรูปที่ 15 เราจะมองเห็นในระดับที่เรียกว่า "นาโนเมตร" (nanometer) หรือ 1 ใน 1000000000 (พันล้าน) ส่วนของเมตร อันเป็นระดับของ "อะตอม" หรือ "โมเลกุล" ที่มาเรียงตัวกันเป็นดีเอ็นเอ ที่ระดับนี้เองที่นักวิทยาศาสตร์กำลังให้ความสนใจเป็นอย่างมากในการ "จัดการ" หรือ "บังคับบควบคุม" ให้อะตอมหรือโมเลกลุทำงานบางอย่างได้ตามที่ต้องการเกิดเป็นเทคโนโลยี่ขนาดจิ๋วใหม่เอี่ยมที่ไม่เคยมีมาก่อนเรียกว่า "นาโนเทคโนโลยี" นั่นเอง
บริเวณกึ่งกลางของรูปที่ 15 ก็คือ อะตอมของธาตุคาร์บอน (carbon) อันเป็นอะตอมที่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่พบในโลกใบนี้ (รวมทั้งมนุษย์) ใช้เป็นองค์ประกอบในสารพันธุกรรม ไม่มีใครรู้ น่ะครับว่าสิ่งมีชีวิตในดาวดวงอื่น จะใช้ธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบสำคัญในการเก็บรักษาและถ่ายทอดพันธุกรรมแบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้หรือไม่
หากยังคงมองทะลุลงไปอีกสิบเท่าเราจะเริ่มมองเห็นอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานชนิดหนึ่งของอะตอมคือ อิเล็กตรอน (electron) ที่เคลื่อนอยู่รอบๆแกนกลางงของอะตอม (เรียกว่า"นิวเคลียส" แต่เป็นคนละอันกับ "นิวเคลียส" ของเซลล์ที่กล่าวถึงไปก่อนหน้านี้น่ะคับ) ที่ระดับดังกล่าวปรากฏการณ์หลายๆอย่างจะเริ่มขัดกับความสามัญสำนึก (common sense) ของคนเราแล้วน่ะครับ อย่างในรูปที่ 16 นี้ แต่ละจุดในรูปจะแทน "โอกาส" ที่เราจะพบอิเล็กตรอน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ในรูปดังกล่าว บริเวณในที่มีจุดหนาแน่นก็แปลว่าจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากหนอ่ย
"ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กมาก"
: ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์
: วิชาการ.คอม
