แบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ ที่อาจทำให้นิยามของสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนไป
แบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่ใช้สารหนูเป็นองค์ประกอบของเซลล์ มีกฎเกณฑ์ทางชีววิทยาแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่เราเคยรู้จัก
แบคทีเรียกินสารหนู
สิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาดที่สุดพึ่งถูกค้นพบเมื่อต้นเดือนธันวาคม 2553 นักวิทยาศาสตร์พบแบคทีเรียชนิดใหม่ที่ทะเลสาบโมโน (Mono lake) ในแคลิฟอเนีย (Califonia) แบคทีเรียนี้มีชื่อว่า GFAJ-1 มีความพิเศษตรงที่สามารถกินสารหนูเป็นอาหารได้ นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่าแบคทีเรียนี้เป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่นอกเหนือกฎเกณฑ์ทางชีววิทยาที่เราเคยเข้าใจ
สำหรับคนที่อยู่นอกวงการ (ชีววิทยา) อาจจะไม่เข้าใจว่าการค้นพบแบคทีเรียนี้สำคัญอย่างไร เพราะที่จริงการค้นพบพืชสายพันธุ์ใหม่ แมลงสายพันธุ์ใหม่ ก็เกิดอยู่เสมอๆ โลกนี้กว้างใหญ่นัก การจะค้นเจอแบคทีเรียที่กินสารหนูได้มันก็ไม่เห็นแปลกตรงไหน
จริงอยู่ว่าสารหนูมันเป็นสารพิษ แต่ที่ผ่านมาก็มีการค้นพบแบคทีเรีียทนร้อน ทนกรด ทนต่อกัมมันตภาพรังสีมาแล้ว ไม่ใช่แค่นั้น แบคทีเรียที่กินเหล็กได้ กินน้ำมันได้ กินพลาสติกได้ก็ค้นพบมาแล้ว แค่กินสารหนูแบคทีเรียมันก็น่าทำได้เหมือนกัน
แต่หลังจากลองศึกษาองค์ประกอบของแบคทีเรีย ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าแบคทีเรียที่กินสารหนูนี้ มีองค์ประกอบและกลไกพื้นฐานภายในเซลล์แตกต่างจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งหมดเท่าที่เคยพบมาเลยทีเดียว การจะเข้าใจถึงความประหลาดของแบคทีเรียนี้จำเป็นต้องเข้าใจพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทั่วไปเสียก่อน
ธาตุพื้นฐานของชีวิต
หากนำสิ่งมีชีวิตมาแยกย่อยจนถึงระดับอะตอม จะพบว่าสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยธาตุ (element) หลายสิบชนิด ในสัดส่วนต่างๆ ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งมีชีวิต ในบรรดาธาตุเหล่านั้น มีเพียง 6 ธาตุ ที่เป็นองค์ประกอบร่วมกันของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก
ธาตุพื้นฐานทั้ง 6 ได้แก่ คาร์บอน (C, carbon) ไฮโดรเจน (H, hydrogen) ไนโตรเจน (N, nitrogen) ออกซิเจน (O, oxygen) ซัลเฟอร์ (S, Sulphur) และ ฟอสฟอรัส (P, Phosphorus) ซึ่งประกอบกันเป็นสารเคมีพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่สารที่มีโมเลกุลเล็กและเรียบง่ายอย่าง "น้ำ" ไปจนถึงสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนเช่นโปรตีนและดีเอ็นเอ
โมเลกุลพื้นฐาน
น้ำ (H2O) เป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในเซลล์ และในสิ่งมีชีวิต เกิดจาก ไฮโดรเจน (H) 2 อะตอม และ ออกซิเจน (O) 1 อะตอม ประกอบกัน
น้ำตาล สารอาหารที่เป็นแหล่งพลังงานหลักของเซลล์ โมเลกุลของน้ำตาลประกอบด้วย คาร์บอน อ๊อกซิเจนและไฮโดรเจน
ไขมัน (lipid) โมเลกุลที่เรียงตัวกันเป็นเยื่อหุ้มเพื่อกำหนดขอบเขตของเซลล์ และยังทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำรอง ไขมันมีโมเลกุลขนาดใหญ่ ประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจน เป็นส่วนใหญ่ มีออกซิเจนเป็นส่วนน้อย นอกจากนี้ ไขมันบางประเภทยังยังมีฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบด้วย เรียกว่า ฟอสโฟลิพิด (phospholipid)
โปรตีน สารชีวโมกุลที่เป็นทั้ง "โครงสร้าง" และ "เครื่องจักร" ขับเคลื่อนกิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์ เช่น การเคลื่อนไหว การย่อยอาหาร รวมทั้งการสังเคราะห์ด้วยแสง โมเลกุลของโปรตีนมีขนาดใหญ่และ ซับซ้อน เกิดจากหน่วยย่อยที่เรียกว่า "กรดอะมิโน" หลายสิบหลายร้อยโมเลกุล มาเรียงต่อกันเป็นสายยาว กรดอะมิโนเองก็มีมากถึง 20 ชนิด ซึ่งสารมารถเรียงร้อยเป็นโมเลกุลโปรตีนได้หลายรูปแบบ
อย่างไรก็ตามกรดอะมิโนทั้ง 20 ชนิด ล้วนเกิดขึ้นจาก คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และ ไนโตรเจน รวมทั้งมีกรดอะมิโนบางชนิดที่มีซัลเฟอร์เป็นองค์ประกอบด้วย นอกจากนี้หลังจากประกอบกันเป็นโปรตีนที่สมบูรณ์แล้ว โปรตีนหลายชนิดยังจำเป็นต้องเติมหมู่ฟอสเฟต (PO42-, ฟอสฟอรัส และ ออกซิเจน) ซึ่งเปรียบการเปิดสวิตช์ทำงานให้โปรตีน จะเห็นว่าการสร้างและใช้งานโปรตีนต้องใช้ธาตุพื้นฐานทั้ง 6 ธาตุเลยทีเดียว
สารพันธุกรรม (ดีเอ็นเอ และ อาร์เอ็นเอ) สารชีวโมเลกุลที่เปรียบเสมือน "พิมพ์เขียว" ของสิ่งมีชีวิต เป็นสิ่งที่กำหนดรูปร่างหน้าตา และความสามารถของสิ่งมีชีวิต ข้อมูลในการสร้างเซลล์ใหม่และข้อมูลที่ควบคุมกลไกต่างๆ ภายในเซลล์ถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ และถูกส่งผ่านทางโมเลกุลอาร์เอ็นเอเมื่อต้องการใช้งาน
โมเลกุลของดีเอ็นเอเป็นสายยาว 2 สาย พันกันเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน แต่ละสายเกิดจากหน่วยย่อย ที่เรียกว่า "นิวคลีโอไทด์" เรียงต่อกัน นิวคลีโอไทด์ 1 โมเลกุล ประกอบด้วยน้ำตาลดีออกซีไรโบส (หรือไรโบสสำหรับอาร์เอ็นเอ) ฟอสเฟตและเบส ซึ่งเบสที่ประกอบเป็นสายดีเอ็นเอ มีอยู่ 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีน ไทมีน (หรือยูราซิลสำหรับอาร์เอ็นเอ) กวานีน และไซโตซีน ซึ่งหากแยกย่อยองค์ประกอบลงอีก จะพบว่านิวคลีโอไทด์ประกอบด้วย คาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัสเท่านั้น
สารชีวโมเลกุลที่เป็นองค์ประกอบหลักของเซลล์ เกิดจากธาตุพื้นฐานทั้ง 6 ประกอบเข้าด้วยกันกันในรูปแบบที่เฉพาะเจาะจง ธาตุทั้ง 6 นี้ จึงจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตอย่างยิ่ง หากขาดธาตุใดธาตุหนึ่งไปสิ่งมีชีวิตย่อมไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ อาจกล่าวได้ว่าธาตุทั้ง 6 เป็นองค์ประกอบขั้นต่ำสุดของชีวิต อย่างน้อยนักวิทยาศาสตร์ก็เชื่อเช่นนั้นมาตลอด
หน้าที่ 2 - นอกเหนือกฎเกณฑ์ทางชีววิทยา
จนกระทั่งทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดย เฟลิซา วอล์ฟี-ซีเมียน ค้นพบแบคทีเรีย GFAJ-1 ซึ่งแยกได้จากทะเลสาบที่เต็มไปด้วยสารหนู (As, arsenic) และที่สำคัญคือ ทะเลสาบนี้แทบจะไม่มีฟอสฟอรัสอยู่เลย อย่างที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นว่า ฟอสฟอรัสเป็น 1 ใน 6 ธาตุ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เป็นส่วนประกอบหลักของสารพันธุกรรม แต่แบคทีเรีย GFAJ-1 สามารถเจริญเติบโตอยูในสภาวะแวดล้อมแบบนี้ได้
ยิ่งศึกษาถึงองค์ประกอบภายในเซลล์ของแบคทีเรียชนิดนี้ก็ยิ่งทำให้นักวิทยา ศาสตร์ยิ่งตื่นเต้นมากขึ้น เพราะผลการศึกษาชี้เห็นว่า แบคทีเรีย GFAJ-1 ไม่เพียงทนต่อพิษของสารหนูเท่านั้น แต่ยังใช้สารหนูแทนฟอสฟอรัสในการเจริญเติบโตอีกด้วย 
ทีมของเฟลิซาได้ทดลองแยกแบคทีเรียมาเลี้ยงในอาหารใหม่ เพื่อเปรียบเทียบการเจริญเติบโต ในอาหารเลี้ยงแบคทีเรียทั่วไป (มีฟอสฟอรัส) อาหารที่มีสารหนู (แต่ไม่มีฟอสฟอรัส) และอาหารที่ไม่มีทั้งสารหนูและฟอสฟอรัส ซึ่งให้ผลว่าแบคทีเรียในอาหารที่มีแต่สารหนูสามารถเติบตัวได้ดี แม้จะไม่เติบโตได้ช้ากว่าแบคทีเรียที่เลี้ยงในอาหารที่มีฟอสฟอรัสเล็กน้อย
นอกจากนี้ยังพบสารหนูจำนวนมากในดีเอ็นเอและในโครงสร้างเซลล์ส่วนอื่นๆ ซึ่งเฟลีซาเชื่อว่าเกิดจากการที่อะตอมของสารหนูเข้าแทนที่ฟอสฟอรัสที่อยู่ใน โครงสร้างของเซลล์ อาจเป็นเพราะแบคทีเรีย GFAJ-1 ใช้สารหนูแทนฟอสฟอรัสในการสร้างเซลล์ขึ้นมา ซึ่งหมายความว่าแบคทีเรียนชนิดนี้มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานต่างจาก สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งโลก
ที่จริงแล้วสารหนูมีโอกาสสูงมากทีเดียวที่จะสามารถทำงานแทนฟอสฟอรัสได้ หากพิจารณาจากตารางธาตุจะเห็นว่า ตำแหน่งของสารหนู (As) อยู่ใต้ ฟอสฟอรัส (P) พอดี ธาตุที่เรียงกันในแนวดิ่ง คือ ธาตุในหมู่เดียวกัน มีอิเล็กตรอนวงนอกจำนวนเท่ากัน จึงทำให้มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายๆ กันด้วย ดังนั้นแม้สารหนูจะเป็นพิษร้ายแรงต่อเซลล์ แต่ก็มีสมบัติทางเคมีที่ใกล้เคียงกับฟอสฟอรัสมาก
การที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกันก็เป็นเรื่องหนึ่ง ที่บ่งบอกว่าสารหนูกับฟอสฟอรัสมีศักยภาพที่เกิดปฏิกิริยาในรูปแบบเดียวกัน ได้ แต่ปฏิกิริยาในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง การที่สารหนูจะมาทดแทนฟอสฟอรัสในเซลล์ไม่อาจเกิดขึ้นได้เพียงเพราะธาตุทั้ง 2 มีสมบัติทางเคมีคล้ายกันเท่านั้น
องค์ประกอบต่างๆ ภายในเซลล์ถูกประกอบขึ้นมาด้วยกลไกที่สลับซับซ้อน มีปฏิกิริยาหลายขั้นตอน ต้องอาศัยเอนไซม์ที่เฉพาะเจาะจงในการเร่งปฏิกิริยา นั่นหมายความว่า แบคทีเรีย GFAJ-1จะต้องมีกลไกภายในเซลล์ที่แตกต่างไปจากสิ่งมีชีวิตทั่วไปอย่างมาก ตั้งแต่กลไกหลักๆ ในการสร้างสารพันธุกรรม ไปจนถึงกระบวนการส่งสัญญาณเพื่อเปิดสวิตช์การทำงานของโปรตีน
ถ้าเปรียบกลไกของเซลล์สิ่งมีชีวิตเหมือนกับภาษาไทยที่เราใช้กัน แต่ละท้องถิ่นก็มีคำศัพท์และสำเนียงที่แตกต่างกันอยู่เล็กๆ น้อยๆ แต่ทุกท้องถิ่นก็ยังใช้อักษรไทยเหมือนกัน สระและวรรณยุกต์เหมือนกัน ยังถือว่าคุยด้วยภาษาเดียวกันอยู่ เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดก็มีกลไกการทำงานที่แตกต่างกันอยู่ มากบ้างน้อยบ้าง ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของวิวัฒนาการ แต่โดยรวมแล้วก็ยังถือว่ากลไกมีรูปแบบใกล้เคียงกัน
การได้เจอฝรั่งคนแรก ซึ่งพูดด้วยคำศัพท์ที่ต่างจากเรา เขียนด้วยตัวอักษรที่ต่างจากเรา มีภาษาที่แตกต่างจากเรา ทำให้สงสัยว่าฝรั่งคนนี้มาอยู่ในประเทศเราได้อย่างไร มีบรรพบุรุษอยู่ในไทยมานานแล้ว สร้างภาษาของตัวเอง มีสังคมของตัวเอง เพียงแต่เราไม่รู้ หรือฝรั่งคนนี้พึ่งเดินทางมาจากต่างประเทศกันแน่
เช่นเดียวการค้นพบแบคทีเรีย GFAJ-1 ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าแบคทีเรียชนิดนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร เป็นเพียงสิ่งมีชีวิตที่วิวัฒนาการจนสามารถปรับเปลี่ยนกลไกในร่างกายอย่าง ใหญ่หลวง จนสามารถเปลี่ยนไปใช้ธาตุอื่นทดแทนธาตุพื้นฐานในการดำรงชีวิตได้ หรือ เป็นไปได้หรือไม่ว่าแบคทีเรียนี้เป็นสิ่งมีชีวิตที่มาจากที่อื่น จึงมีรูปแบบของชีวิตที่ต่างไปจากที่เราเคยเข้าใจ
หน้าที่ 3 - นิยามของสิ่งมีชีวิต (ที่อาจเปลี่ยนไป)
กรอบความคิดเรื่องชีวิต
เฟลิซาเป็นนักชีวดาราศาสตร์ (Astrobiology) ซึ่งศึกษาถึงสิ่งมีชีวิตจากต่างดาว การศึกษาในสาขานี้ไม่ใช่การพยายามติดต่อกับมนุษย์ต่างดาวอย่างที่หลายคนเข้า ใจ แต่การศึกษาชีวดาราศาสตร์มุ่งศึกษาชีวิต การเกิดชีวิต ที่อาจเกิดขึ้นนอกโลกของเรา เพื่ออธิบายถึงจุดกำเนิดชีวิตบนโลก มุมมองของสิ่งมีชีวิตต่างดาวสำหรับชีวดาราศาสตร์นั้นจึงแตกต่างจากภาพมนุษย์ ต่างดาวหัวโต ตัวลีบ ที่ในการ์ตูนและภาพยนตร์ส่วนใหญ่นำเสนอ
สำหรับเฟลิซา เธอเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตต่างดาวไม่น่าจะมีรูปแบบและกฎเกณฑ์ทางชีววิทยาแบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตบนโลก เพราะปัจจัยของดวงดาวต่างๆ ย่อมแตกต่างกัน อาจมีปริมาณธาตุแต่ละชนิดแตกต่างจากบนโลก ธาตุหลักๆ ที่มาประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตไม่จำเป็นต้องเหมือนกับของเรา นอกจากนี้วิธีการที่เราใช้ค้นหาสิ่งมีชีวิตจากดาวดวงอื่นนั้นอาจไม่เหมาะสม เพราะเทคนิคที่ใช้ตรวจสอบสัญญาณของชีวิตนั้นเอื้อต่อการพบสิ่งมีชีวิตในรูป แบบเดียวกับบนโลก เช่น การตรวจสอบร่องรอยของน้ำ หรือของออกซิเจน ทั้งที่สารเคมีและธาตุเหล่านี้อาจไม่ใช่สิ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ดาว อื่น
แนวความคิดเรื่องสิ่งมีชีวิตรูปแบบอื่น (Hypothetical types of biochemistry) มีผู้เสนอไว้หลายแนวคิด ส่วนใหญ่ตั้งสมมุติฐานโดยพิจารณาจากธาตุที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกัน ซึ่งอาจทดแทนกันได้ หรือก็คือธาตุที่อยู่ในตารางธาตุหมู่เดียวกันนั่นเอง แนวคิดที่แพร่หลายที่สุดได้แก่ สิ่งมีชีวิตในรูปแบบซิลิกอน ที่ใช้ธาตุซิลิกอน (Si) แทน คาร์บอน (C) ในการประกอบเป็นโครงสร้างของร่างกาย แนวคิดนี้ถูกนำไปสร้างเป็นภาพยนตร์เรื่องสตาร์เทรค และเขียนการ์ตูนหลายเรื่อง
นอกจากนี้ยังมีแนวคิดเรื่อง สิ่งมีชีวิตที่ใช้ซีลีเนียม (Se) แทนซัลเฟอร์ (S) สิ่งมีชีวิตที่ใช้คลอรีน (Cl) แทนออกซิเจน (O) สิ่งมีชีวิตที่ไม่มีน้ำ (H2O) เป็นองค์ประกอบ แต่มีสารเคมีอื่นเป็นสารหล่อเลี้ยงในเซลล์แทน ซึ่่งสารละลายนั้นอาจเป็นได้แม้กระทั่งก๊าซ เช่น แอมโมเนีย (NH3) หรือ มีเทน (CH4) และแนวคิดแรกที่พบหลักฐานพิสูจน์แล้ว คือ สิ่งมีชีวิตที่ใช้ สารหนู (As) แทนฟอสฟอรัส (P)
การค้นพบแบคทีเรีย GFAJ-1 ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เป็นการมุ่งค้นหาในสภาวะที่เฉพาะเจาะจง เฟลิซาคิดว่าการจะค้นหารูปแบบสิ่งมีชีวิตรูปแบบอื่นไม่จำเป็นต้องออกไปหาที่ ดาวดวงอื่นเสมอไป แต่น่าจะสามารถหาได้บนโลกของเรา ในสถานที่ที่มีสภาวะแวดล้อมเอื้อต่อการดำรงชีวิตสิ่งมีชีวิตรูปแบบพิสดารนี้ ซึ่งก็คือ สถานที่ที่แทบจะไม่มีฟอสฟอรัสและเต็มไปด้วยสารหนูอย่างทะเลสาบโมโน ซึ่งเธอก็ได้พบหลักฐานที่ยืนยันแนวคิดของเธอ
ข้อโต้แย้ง
เป็นเรื่องธรรมดาของวงการวิทยาศาสตร์ที่จะมีผู้ที่ไม่เห็นด้วยและออกมาโต้ แย้ง เมื่อมีผู้นำเสนอแนวคิดใหม่ๆ โดยเฉพาะแนวคิดที่ส่งผลกระทบต่อองค์ความรู้เดิมอย่างมาก ทั้งนี้การออกมาโต้แย้งนั้น ทำเพื่อพิสูจน์ข้อเท็จจริงให้กระจ่าง ซึ่งแตกต่างจากการโต้แย้งทางการเมือง ที่โต้แย้งกันเพื่อรักษาผลประโยชน์
ฝ่ายที่ไม่เห็นด้วยชี้ว่า ข้อสรุปเรื่องสารหนูเข้าไปแทนที่ฟอสฟอรัสนั้น เกิดจากการศึกษาพบสารหนูอยู่รวมกับดีเอ็นเอที่สกัดได้ การสรุปว่าสารหนูแทรกรวมอยู่ในสายดีเอ็นเอนั้นอาจเป็นการด่วนสรุปเกินไป เพราะยังมีความเป็นไปได้อื่นอีก เช่น สารหนูอาจจะจับอยู่กับดีเอ็นเอเท่านั้นไม่ได้แทรกอยู่ในสายดีเอ็นเอตามที่เฟลิซาอ้าง หากเป็นเช่นนั้นแบคทีเรีย GFAJ-1 ก็จะเป็นเพียงสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสารหนูและทนต่อการขาดสารอาหารได้ดี
อีกประเด็นหนึ่งคือ หากแบคทีเรียนี้ใช้สารหนูเป็นธาตุพื้นฐานของชีวิตจริง ก็ไม่น่าจะสามารถเติบโตได้ดีในอาหารที่มีฟอสฟอรัสแต่ไม่มีสารหนู แต่แบคทีเรีย GFAJ-1 ที่เลี้ยงในอาหารที่มีฟอสฟอรัสกลับเจริญเติบโตได้ดีกว่า นอก จากนี้ในเซลล์ของ GFAJ-1 ยังพบแวคคิวโอล (vacuole) ที่มีลักษณะเป็นถุงกลมๆ จำนวนมากภายในเซลล์ ซึ่งโดยทั่วไปมักพบในสิ่งมีชีวิตที่ได้รับสารพิษเนื่องจากถุงแวคิวโอลทำ หน้าที่เก็บกักสารพิษไว้เพื่อไม่ให้ทำอันตรายต่อเซลล์
ข้อ โต้แย้งเหล่านี้ก็เป็นประเด็นที่ผู้เสนอแนวคิดและผู้ที่สนับสนุนต้องเก็บไป คิด ศึกษาเพิ่มเติม เพื่อชี้แจงและปิดช่องโหว่ของงานวิจัยให้ได้ ซึ่งไม่ว่าข้อสรุปของการศึกษาของแบคทีเรีย GFAJ-1 จะเป็นเช่นไร แต่การค้นพบและมีอยู่ของแบคทีเรียนี้ก็กระทบถึงพื้นฐานของชีววิทยาอย่างมาก ตั้งแต่กฎเกณฑ์ต่างๆ องค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต หรือแม้แต่นิยามของสิ่งมีชีวิต จนเราอาจต้องคิดทบทวนกันใหม่
นิยามของสิ่งมีชีวิตที่เรารู้
"สิ่งมีชีวิตคืออะไร" อาจถือได้ว่าเป็นคำถามที่เป็นจุดเริ่มต้นของการศึกษาสิ่งมีชีวิต แต่กลับไม่มีใครตอบหรือให้ความหมายได้ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์เองก็ทำได้เพียงนำสิ่ง (ที่รู้แน่ๆ ว่า) มีชีวิต มาเปรียบเทียบกับสิ่งที่ไม่มีชีวิต แล้วสังเกต มองหาคุณลักษณะที่มีเฉพาะในสิ่งมีชีวิต เพื่อใช้อธิบายว่าสิ่งมีชีวิตคืออะไร เป็นการอธิบายแบบย้อนทาง คุณสมบัติต่างๆ เช่น การเติบโต การสืบพันธุ์ การตอบสนองต่อสิ่งเร้า ฯลฯ ล้วนแล้วแต่เป็นคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตที่บัญญัติขึ้นหลังจากแบ่งแยกสิ่งมี ชีวิตออกจากสิ่งไม่มีชีวิตก่อนแล้ว
การศึกษาชีววิทยาสาขาต่างๆ เช่น การจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตและการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสิ่งมีชีวิต ก็ตั้งอยู่บนพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตที่กล่าวมา เมื่อศึกษาเจอสิ่งที่อยู่ก้ำกึ่งระหว่างเส้นแบ่งของการมีชีวิตและไม่มีชีวิต เช่น ไวรัส จึงทำให้ถกเถียงกันไม่จบสิ้น ทั้งนี้เพราะความหมายของสิ่งมีชีวิตหรือนิยามของชีวิตนั้นไม่เจาะจงเท่าใด นัก
กรอบความคิดที่ตั้งไว้ว่าสิ่งมีชีวิตจะต้องมีคุณสมบัติอย่างโน้นอย่างนี้อาจเป็นการปิดกั้นไม่ให้เรามองเห็นชีวิตรูปแบบอื่นๆ อย่างในกรณีของไวรัส เนื่องจากมีคุณลักษณะของการเติบโตและสืบพันธุ์ไม่ชัดเจน จึงมีผู้ไม่เห็นด้วยที่จะนับไวรัสเป็นสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้คุณสมบัติในการตอบสนองต่อสิ่งเร้านั้น ดูเหมือนจะศึกษากันอย่างจำกัดเฉพาะ รูป รส กลิ่น เสียง
ถ้าหากมีสิ่ง(ที่อาจมีชีวิต) ที่สามารถตอบสนองเฉพาะต่อ "สิ่งเร้า" นอกเหนือจากที่เราศึกษาหรือรู้จัก เช่น ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก ตอบสนองต่อสสารอื่นๆ ที่พบมากในอวกาศแต่ไม่พบบนโลก หรือ ตอบสนองต่อพลังงานในรูปแบบอื่นๆ เช่นพลังงานนิวเคลียร์ เราจะนับว่าสิ่งนั้นมีชีวิตหรือไม่ จะนับว่า สสารและพลังงานนั้นเป็น สิ่งเร้าได้หรือไม่ และสิ่งที่สำคัญกว่านั้นคือ เราอาจมองไม่เห็นปรากฏการณ์นั้นเกิดขึ้นถ้าเราสังเกตภายใต้กรอบที่วางไว้
แบคทีเรีย GFAJ-1 เป็นอีกสิ่งหนึ่งที่ไม่เป็นไปตามกฎเกณฑ์ทางชีววิทยาที่วางไว้ แต่เมื่อสิ่งนี้มีอยู่ในธรรมชาติแสดงว่ากรอบที่เราตั้งไว้ไม่สอดคล้องกับ ความเป็นจริงของธรรมชาติ จึงอาจต้องนำคุณสมบัติต่างๆ ที่เคยกำหนดไว้มาทบทวนอีกครั้ง
เป็นไปได้หรือไม่ว่า "ชีวิต" คือ "สถานะ" หนึ่ง เช่นเดียวกับสถานะในทางฟิสิกส์ที่มี ของแข็ง ของเหลวและก๊าซ "สถานะชีวิต" หรือ "สถานะมีชีวิต" อาจเป็นสถานะที่พิเศษมากๆ คล้ายกับสถานะพิเศษทางฟิสิกส์บางสถานะ เช่น พลาสมา Superfluids และ Bose-Einstein condensates ฯลฯ ที่จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสสารมีปัจจัยต่างๆ เป็นไปตามเงื่อนไขเฉพาะเท่านั้น เพียงแต่ว่าการมีชีวิตเป็นสถานะที่เกิดขึ้นกับระบบของสสารหลายชนิดที่อยู่ รวมกัน
ถ้าเช่นนั้นก็หมายความว่า ชีวิตสามารถเกิดขึ้นกับกลุ่มของสสารใดๆ ก็ได้ ที่มีปัจจัยเป็นไปตามเงื่อนไข เพียงแต่บนโลกของเรา บังเอิญว่าสถานะของชีวิตเกิดขึ้นกับกลุ่มของสารเคมีที่มีคาร์บอนเป็นพื้นฐาน รวมกับธาตุต่างๆ อีกไม่กี่ชนิดเท่านั้น เราจึงสรุปคุณสมบัติของชีวิตออกมาตามมุมมองที่เราเห็นเท่านั้น
การ เข้าใจถึงปัจจัยที่ทำให้เกิดชีวิตน่าจะช่วยให้เราเข้าใจว่าชีวิตคืออะไร แต่ด้วยประสาทสัมผัสอันจำกัดของมนุษย์ การสังเกตและศึกษาจึงจำกัดอยู่เท่าที่เราสัมผัสได้ จึงต้องค่อยๆ คลำ กันต่อไป และอาจต้องเปิดใจให้กว้างไว้ เผื่อว่าคงมีซักวันที่เราเข้าใจชีวิตได้อย่างถ่องแท้
ที่มา
"A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus", Felisa Wolfe-Simon et al, Science, Published Online 2 December 2010
"What Poison? Bacterium Uses Arsenic To Build DNA and Other Molecules", Felisa Wolfe-Simon et al, Science 3 December 2010: Vol. 330 no. 6009 p. 1302