สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่แต่ละชนิดประกอบขึ้นด้วยเพศที่แตกต่างกัน คือ เพศผู้และเพศเมีย ลูกที่เกิดขึ้นจะพัฒนามาจากเซลล์ที่เกิดขึ้นจากเซลล์พิเศษของ เพศผู้คือ " สเปิร์ม " และเซลล์พิเศษของเพศเมียคือ " เซลล์ไข่ " มารวมตัวกันเป็น " ไซโกต " โดยกระบวนการสืบพันธุ์ ดังนั้น ยีนจากพ่อและแม่น่าจะมีการส่งถ่ายสู่ลูกด้วยกระบวนการดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งข้อสังเกต ดัวยกล้องจุลทรรศน์เห็นการรวมตัวของสเปิร์มและเซลล์ไข่ของกบและหอยเม่นต่อมาเมื่อมีการค้นพบ สีย้อมนิวเคลียสในปี พ.ศ. 2423 จึงพบว่าในนิวเคลียสมีโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเส้น เรียกว่า " โครโมโซม " สีย้อมดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมขณะมีการแบ่งเซลล์ และทำให้รู้จัก การแบ่งเซลล์ใน 2 ลักษณะคือ การแบ่งเซลล์ของไมโทซิส ซึ่งพบว่า กระบวนการนี้เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีโครโมโซมเหมือนกันทั้งหมด ดังภาพ 1-1 ก. และ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ที่มีผลทำให้เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีจำนวนโครโมโซมเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์เริ่มต้น (haploid cell)
 |
ในปี พ.ศ.2445 วอลเตอร์ ซัตตัน (Walter Sutton) เป็นบุคคลแรกที่เสนอ ทฤษฎีโครโมโซมในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (Chromosome theory of inheritance) โดยเสนอว่าสิ่งที่เรียกว่า แฟกเตอร์จากข้อเสนอของเมนเดลซึ่งต่อมาเรียกว่า " ยีน " นั้นน่าจะอยู่บนโครโมโซม เพราะมีเหตุการณ์หลายอย่างที่ยีนและโครโมโซมมีความสอดคล้องกัน ดังนี้ - ยีนมี 2 ชุด และโครโมโซมก็มี 2 ชุด
- ยีนและโครโมโซมสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นลูกหลาน
- ขณะที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครโมโซมมีการเข้าคู่กัน และต่างแยกจากกันไปยังเซลล์ลูกที่เกิดขึ้นคนละเซลล์ ซึ่งลักษณะเดียวกันนี้ก็เกิดขึ้นได้กับยีน โดยมีการแยกตัวของแอลลีนทั้งสองไปยังเซลล์สืบพันธุ์
- การแยกตัวของโครโมโซมที่เป็นคู่กันไปยังขั้วเซลล์ขณะที่มีการแบ่งเซลล์ แต่ละคู่ดำเนินไปอย่างอิสระ เช่นเดียวกับการแยกตัวของแต่ละแอลลีลไปยังเซลล์สืบพันธุ์
- ขณะเกิดการสืบพันธุ์ การรวมของเซลล์ไข่และสเปิร์มเกิดเป็นไซโกตเป็นไปอย่างสุ่ม ทำให้เกิดการรวมกันระหว่างชุดโครโมโซมจากเซลล์ไข่และสเปิร์มเป็นไปอย่างสุ่มด้วย ซึ่งเหมือนกับการที่ชุดของแอลลีนที่เกิดขึ้น ในเซลล์สืบพันธุ์ของพ่อกลับมารวมกันอีกครั้งกับแอลลีลในเซลล์สืบพันธุ์ของแม่ เมื่อมีการสืบพันธุ์ก็เป็นไปอย่างสุ่มเช่นกัน
- ทุกเซลล์ที่พัฒนามาจากไซโกตจะมีโครโมโซมครึ่งหนึ่งจากแม่และอีกครั้งหนึ่งของพ่อ ซึ่งยีนครึ่งหนึ่งก็จะมาจากแม่และอีกครึ่งหนึ่งก็จะมาจากพ่อเช่นกัน ทำให้ลูกที่เกิดมามีลักษณะแปรผันไปจากพ่อและแม่
|
ในปี พ.ศ.2412 เอฟ มิเชอร์ (F. Miescher) นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน ได้ศึกษาส่วนปนะกอบในนิวเคลียสของเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ติดมากับผ้าพันแผล โดยนำมาย่อยเอาโปรตีนออกด้วยเอนไซม์เพปซิน พบว่าเอนไซม์นี้ไม่สามารถย่อยเอาโปรตีนที่อยู่ภายในนิวเคลียสได้ เมื่อนำสารนี้มาวิเคราะห์ทางเคมีก็พบว่า มีธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ จึงเรียกสารที่สกัดได้จากนิวเคลียสว่านิวคลีอิน (Nuclein) ต่อมาอีก 20 ปี ได้มีการเปลี่ยนชื่อใหม่ว่า กรดนิวคลีอิก เนื่องจากมีผู้ค้นพบว่าสารนี้มีสมบัติเป็นกรด
ภาพ 2-1 เอฟ มิเชอร์
เมื่อมีการพัฒนา สีฟุคซิน (Fuchsin) ในปี พ.ศ.2457 โดย อาร์ ฟอยล์เกน (R. Feulgen) นักเคมีชาวเยอรมัน ซึ่งสีนี้ย้อมติด DNA ให้สีแดง และเมื่อนำไปย้อมเซลล์ พบว่าติดที่นิวเคลียสและรวมตัวหนาแน่นที่โครโมโซม จึงสรุปได้ว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม จะเป็นไปได้หรือไม่ว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ถ้า DNA เป็นสารพันธุกรรม DNA จะต้องควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมได้ดังนั้นโครโมโซม นอกจากจะมีโปรตีนแล้วยังมี DNA อีกด้วยการค้นพบ DNA อยุ่ที่โครโมโซม ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตต่างๆ แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากในสมัยนั้นเชื่อว่า สารพันธุกรรมน่าจะเป็น โปรตีน เนื่องจากโปรตีนเป็นสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ ประกอบด้วย กรดอะมิโน 20 ชนิด จึงน่าจะมีโปรตีนชนิดต่างๆ มากพอที่จะควบคุมลักษณะของสิง่มีชีวิตได้อย่างครบถ้วนในปี พ.ศ.2471 เอฟ กริฟฟิท (F. Griffith) แพทย์ชาวอังกฤษ ทำการทดลองโดยฉีดแบคทีเรีย (Streptococcus Pneumoniae) ที่ทำให้เกิดโรคปอดบวมเข้าไปในหนู แบคทีเรียที่ฉีดเข้าไปนี้มี 2 สายพันธุ์ คือสายพันธุ์ คือ สายพันธุ์ที่มีผิวหยาบ เพราะไม่มีสารห่อหุ้มเซลล์หรือ แคปซูล (Capsule) ไม่ทำให้เกิดปอดบวม เรียกว่าสายพันธุ์ R (Rough) ส่วนสายพันธ์ที่มีผิวเรียบ เรียกว่าสายพันธุ์ S (Smooth) ตามการทดลองดังภาพที่ 2-2 |
 กริฟฟิทนำแบคทีเรียสายพันธุ R ฉีดให้หนู พบว่าหนูไม่ตาย ดังภาพที่ 2-2 ก. ต่อมาฉีดแบคทีเรียสายพันธุ์ S ให้หนูพบว่าหนูตาย ดังภาพที่ 2-2 ข. เมื่อนำแบคที่เรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนแล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูไม่ตาย ดังภาพที่ 2-2 ค. แต่เมื่อนำแบคที่เรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนผสมสายพันธุ์ R ที่มีชีวิต ทิ้งไว้ระยะเวลาหนึ่งแล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูตาย เมื่อนำไปตรวจเลือดหนูที่ตายปรากฎว่ามีแบคทีเรียสายพันธุ์ S ปนอยู่กับ สายพันธุ์ R ดังภาพ 2-2 ง.สิ่งที่น่าสงสัยคือเหตุใดเมื่อนำแบคที่เรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อน ไปผสมกับสายพันธุ์ R ที่มีชีวิตแล้วฉีดให้หนูจึงทำให้หนูตาย กริฟฟิทได้รายงานว่ามีสารบางอย่างจากแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนเข้าไปยังสายพันธุ์ R บางเซลล์และสามารถทำให้แบคที่เรียสายพันธุ์ R เปลี่ยนแปลง้ป็นสายพันธุ์ S ที่มีชีวิต สายพันธุ์ S เหล่านี้ยังสามารถถ่ายทอดลักษณะไปสู่รุ่นลูกหลานอย่างไรก็ตาม กริฟฟิทก็ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าสารนั้นคืออะไรในปี พ.ศ.2487 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 3 คน คือ โอ ที แอเวอรี่ (O. T. Avery) ซี แมคลอยด์ (C. MacLeod) และเอ็ม แมคคาร์ที (M. McCarty) ทำการทดลองต่อจากกริฟฟิท โดยนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S มาทำให้ตายด้วยความร้อนและสกัดเอาสารจากสายพันธุ์ S ออกมาใส่ในหลอดทอลอง 4 หลอด แล้วเติม เอนไซม์ RNase (Ribouclease) ในหลอดทดลอง ก. เพื่อย่อยสลาย RNA. เติม เอนไซม์โปรตีเอส (Protease) ลงในหลอดทดลอง ข. เพื่อย่อยสลายโปรตีน และเติม เอนไซม์ DNase (Deoxyribonuclease) ลงในหลอดทดลอง ค. เพื่อย่อยสลาย DNA ส่วนหลอด ง. เป็นการทดลองชุดควบคุม ซึ่งไม่มีการเตอมเอนไซม์อื่นใดเพิ่มเติม ต่อจากนั้นเติมแบคทีเรียสายพันธุ์ R ลงในหลอดทดลอง ดังการทดลองในภาพที่ 2-3 ปล่อยไว้ระยะเวลาหนึ่งจึงนำไปเพาะเลี้ยงในอาหารวุ้น แล้วตรวจสอบแบคทีเรียที่เกิดขึ้นจากผลการทดลองของแอเวอรี่และคณะ ปรากฎว่าส่วนผสมของแบคทีเรียสายพันธุ์ R กับสารสกัดจากสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อน ในภาวะที่ทีเอนไซม์ DNase จะไม่พบแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่เกิดขึ้นใหม่ ในขณะที่ในส่วนผสมของแบคทีเรียสายพันุธ์ R กับสารสกัดจากสายพันธุ์ S ในภาวะที่มีเอนไซม์ RNase และภาวะที่มีเอนไซม์โปรตีเอส จะพบสายพันธุ์ S ที่เกิดขึ้น การทดลองครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า DNA คือสารที่เปลี่ยนพันธุ์กรรมของแบคทีเรียจากสายพันธุ์ R ให้เป็นสายพันธุ์ S แอเวอรี่จึงสรุปได้ว่า กรดนิวคลีอิกชนิด DNA เป็นสารพันธุกรรม ไม่ใช่โปรตีนดังที่เคยเชื่อกันมาก่อนหน้านี้นอกจากนี้ยังมีการทดลองอื่นๆตามมาที่ยืนยันตรงกันว่า DNA เป็นสารพันธุกรรม ต่อมาได้มีการค้นพบว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไปทั้ง คน สัตว์ พืช โพรทิสต์ แบคทีเรีย ไวรัส และยังพบว่า RNA เป็สารพันธุกรรมในไวรัสบางชนิด เช่น ไวรัสที่ทำให้เกิดโรคใบด่างในใบยาสูบ ไวรัสที่เป็นสาเหตุของโรคโปลิโอ เอดส์ ซาร์ส ไข้หวัดนก และโรคมะเร็งบางชนิด เป็นต้นดังนั้นจึงถือได้ว่าผลการทดลองของกริฟฟิท แอเวอรี่ และคณะ เป็นจุดเริ่มต้นที่นำไปสู่ข้อสรุปที่สำคัญเป็นอย่างมากก็คือ ยีนหรือสารพันธุกรรมซึ่งทำหน้าที่ถ่ายทอดลักษณะของสิ่งมีชีวิตไปสู่รุ่นต่อๆไปนั้น เป็นสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ชื่อว่า DNA นั่นเอง และจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ในระยะต่อมาพบว่า DNA มีส่วนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมและส่วนที่ไม่ได้ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม ส่วนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม เรียกว่า ยีน ดังนั้น หน่วย พันธุกรรมที่เมนเดลเรียกว่า แฟกเตอร์ ก็คือยีนที่อยู่ในโครโมโซมนั่นเอง
 ที่มา : htts://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=537 |
