วิทยาศาสตร์คือ เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์ การแสวงหาให้ธรรมชาติเปิดเผยความลับของเธอมาโดยตลอด และสำหรับนักวิทยาศาสตร์ผู้อยากรู้อยากเห็น ไม่มีความลับใดที่จะเย้ายวนใจมากไปกว่าความลับที่ซ่อนอยู่ในรหัส
ในบรรดารหัสลับ ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือรหัสที่ยาวที่สุด ซึ่งเป็นรหัสที่ใช้โดยกลไกทางพันธุกรรมที่ควบคุมชีวิต เป็นเวลาหลายพันล้านปีที่เซลล์ที่มีชีวิตสร้างขึ้นจากพิมพ์เขียวที่เข้ารหัสในโมเลกุลของดีเอ็นเอ มีเพียงเซลล์เท่านั้นที่รู้วิธีอ่านรหัสนั้น โดยสะกดออกมาโดยใช้ตัวอักษรเพียงสี่ตัว — ตัวย่อสำหรับการสร้างบล็อคของ DNA
ครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา มนุษย์ถอดรหัส แต่ก็ยังซ่อนความลับลึกๆ ทำไมชีวิตถึงเลือกรหัสนั้นโดยเฉพาะ? และการเล่นแร่แปรธาตุโปรโตไบโอติกอย่างพ่อมดอะไรที่ทำให้เกิดขึ้นได้?
เมื่อรหัสถูกเปิดเผย นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอสถานการณ์ต่างๆ มากมายสำหรับการวิวัฒนาการ ข้อเสนอแนะเหล่านั้นยังคงเป็นหนึ่งในแนวคิดชั้นนำในปัจจุบัน แต่นั่นเป็นเพราะในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมามีความคืบหน้าเพียงเล็กน้อย คำอธิบายดั้งเดิมเหล่านั้นให้ ” ความเข้าใจที่เพียงพอเกี่ยวกับวิวัฒนาการของโค้ด ” Eugene Koonin และ Artem Novozhilov เขียนในการ ทบทวนพันธุ ศาสตร์ประจำปี 2560 “แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในช่วงหลายทศวรรษนี้ ดูเหมือนว่าเราจะไม่ได้ใกล้ชิดกับการแก้ปัญหามากนัก”
นักชีววิทยามีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ารหัสที่ฝังอยู่ในพิมพ์เขียวดีเอ็นเอทำงานอย่างไร จากรหัสดังกล่าว เซลล์สร้างโมเลกุล ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นโปรตีน ซึ่งเป็นสายยาวที่สร้างขึ้นโดยการเชื่อมโยงกรดอะมิโนเข้าด้วยกัน RNA ซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องโมเลกุลของ DNA ถอดรหัสพิมพ์เขียวที่เข้ารหัสเพื่อกำหนดลำดับที่ควรมีการเชื่อมโยงกรดอะมิโนต่างๆ โซ่ที่เป็นผลลัพธ์จะบิดตัวเป็นมัลติทาสก์ระดับโมเลกุลที่พับอย่างประณีตซึ่งจัดเตรียมโครงสร้างและทำหน้าที่ของชีวิต สิ่งมีชีวิตบนโลกแทบทั้งหมด ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงลิงบาบูน อาศัยศัพท์พันธุกรรมเดียวกัน
ดูเหมือนรหัสธรรมดา
: คำสามตัวอักษรประกอบด้วยตัวอักษรสี่ตัวอักษรเท่านั้น เนื่องจากตัวอักษรสี่ตัวสามารถสร้างคำที่มีตัวอักษรสามตัวที่แตกต่างกัน 64 คำ โดยหลักการแล้วธรรมชาติควรจะสามารถปรุงโปรตีนที่รวมกรดอะมิโนหลายสิบชนิดเข้าด้วยกัน แต่หนังสือสูตรโปรตีนประกอบด้วยละครเพียง 20 เรื่องเท่านั้น คำต่าง ๆ มากมายหมายถึงกรดอะมิโนตัวเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์สงสัยโดยธรรมชาติว่าทำไมทุกชีวิตจึงพูดเป็นรหัสที่มีคำพ้องความหมายมากมาย การไขปริศนานั้นต้องใช้ความสามารถในการเจาะลึกอดีตทางชีววิทยา เพื่อค้นหาว่าระบบโมเลกุลสำหรับการแปลพิมพ์เขียวดีเอ็นเอเป็นโปรตีนที่เกิดขึ้นจริงและวิวัฒนาการมาได้อย่างไร งานนั้นดูเหมือนสิ้นหวัง เพราะรหัสเริ่มวิวัฒนาการอย่างแน่นอน แม้กระทั่งก่อนการแตกกิ่งก้านของต้นไม้แห่งชีวิตที่รู้จักกันในปัจจุบัน
“ปัญหาดูยากมากและผิดปกติ” Koonin และ Novozhilov เขียน “นี่เป็นหนึ่งในปัญหาพื้นฐานและยากที่สุดในชีววิทยาทั้งหมด”
มีเงื่อนงำแม้ว่า ประการหนึ่ง รหัสนี้เกือบจะเป็นสากลมาก โดยสังเกตได้จากรูปแบบชีวิตที่รู้กันจริงทั้งหมด Koonin และ Novozhilov กล่าวว่าข้อยกเว้นเป็นครั้งคราวคือ “ผู้เยาว์และแหล่งกำเนิดทุติยภูมิ” ประการที่สอง รหัสไม่จับคู่คำ DNA กับกรดอะมิโนแบบสุ่ม: รูปแบบในชุดตัวอักษรช่วยให้มั่นใจถึงความเที่ยงตรงของกระบวนการถอดรหัส ช่วยลดข้อผิดพลาด (อย่างไรก็ตาม โค้ดนี้ไม่ใช่โค้ดที่เหมาะสมที่สุดในการหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด บางทีอาจเป็นอีกเงื่อนงำของความลึกลับของวิวัฒนาการ) ประการที่สาม เป็นที่แน่ชัดว่าโค้ดไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันทั้งหมด มันอาจจะเริ่มเป็นรหัสที่จำกัดมากขึ้นสำหรับกรดอะมิโนจำนวนหนึ่ง และเมื่อเวลาผ่านไปก็พัฒนามาเป็นรหัส 20 ตัวในปัจจุบัน
Koonin และ Novozhilov เน้นย้ำถึงที่มาของโค้ดว่าต้องการอะไรมากกว่าแค่การไขปริศนาการเข้ารหัสทางคณิตศาสตร์ คุณต้องรู้รายละเอียดของชีววิทยาด้วย การแปลงข้อความ DNA ที่ซ่อนอยู่เป็นโปรตีนที่ใช้งานได้นั้นไม่ง่ายเหมือนการคลายการบีบอัดไฟล์ zip โมเลกุลอื่นๆ เข้ามามีบทบาท — ส่วนใหญ่เป็นตัวแปรของ RNA และโปรตีนที่ช่วยในการ “แปล” ข้อความที่เข้ารหัสในบล็อคการสร้างของ DNA หรือนิวคลีโอไทด์
ส่วนที่ประกอบด้วยรหัสของนิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอคือเบสเคมี 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีน กัวนีน ไทมีน และไซโตซีน โครงสร้างของ DNA นั้นคงอยู่โดยเบสเหล่านี้ ซึ่งแต่ละคู่ประสานกันเพื่อยึดเกลียวเกลียวสองเส้นของ DNA ไว้ด้วยกัน (คู่ที่มี T, G กับ C) โปรตีนที่ถ่ายทอดเบสในสาย DNA สายใดเส้นหนึ่งจะผลิตโมเลกุล RNA ที่ประกอบด้วยสายเบสที่สอดคล้องกัน (โดยมีตัวแปรเล็กๆ เพียงตัวเดียว — RNA ใช้ยูราซิลแทนไทมีนในรหัส)
แต่ละชุดของเบสอาร์เอ็นเอสามตัวที่ต่อเนื่องกันเรียกว่าโคดอน คำที่มีตัวอักษรสามตัวระบุกรดอะมิโน (หรือในบางกรณี คำสั่งให้หยุดสร้างโปรตีน) ตัวอย่างเช่น codon UCG สอดคล้องกับซีรีนของกรดอะมิโน CCG เข้ารหัสโพรลีน; ACG หมายถึง ทรีโอนีน โมเลกุล RNA “ผู้ส่งสาร” เหล่านี้ ซึ่งประกอบด้วยสตริงของโคดอน จะเดินทางไปยังโรงงานโปรตีนของเซลล์ นั่นคือ ไรโบโซม โดยที่สมาชิกอีกกลุ่มหนึ่งของตระกูล RNA (transfer RNA) จะอ่าน RNA ของผู้ส่งสารและคัดเลือกกรดอะมิโนที่เหมาะสมตามลำดับที่เหมาะสม ที่จะประกอบขึ้นด้วยไรโบโซม
แม้ว่าคำอธิบายนี้จะทำให้เข้าใจผิดได้ง่าย แต่ก็ได้รวบรวมสาระสำคัญของวิธีการทำงานของโค้ด อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เปิดเผยว่ารหัสนั้นวิวัฒนาการมาอย่างไรหรือเพราะเหตุใดตั้งแต่แรก มีข้อเสนอหลักสามข้อ โดยแต่ละข้อเสนอมีหลักฐานสนับสนุนในระดับต่างๆ แต่ไม่มีใครสรุปได้ว่า Koonin และ Novozhilov เป็นที่น่าพอใจอย่างยิ่ง
ข้อเสนอหนึ่งเสนอว่ารูปร่างของโมเลกุลอาร์เอ็นเอยุคดึกดำบรรพ์บางตัวตรงกับโครงสร้างของกรดอะมิโนบางตัว นำไปสู่การเชื่อมโยงและสร้างความสัมพันธ์ในรหัส
แนวคิดที่สองวางตำแหน่งว่ารหัสมีวิวัฒนาการไปพร้อมกับชีวเคมีของกรดอะมิโน ในตอนแรก มีกรดอะมิโนเพียงไม่กี่ตัว ดังนั้น “คำ” จำนวนมากจึงเข้ารหัสกรดชนิดเดียวกัน จากนั้นเมื่อเมตาบอลิซึมดั้งเดิมสร้างกรดอะมิโนใหม่ คำบางคำได้เปลี่ยนความหมายของพวกมันเป็นรหัสสำหรับผู้มาใหม่ ดังนั้นรหัสจะมีวิวัฒนาการเพื่อประโยชน์ในการกระจายโปรตีนของเซลล์โดยการรวมกรดอะมิโนใหม่เข้าด้วยกัน มันฟังดูมีเหตุผล แต่ถ้านั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้น รหัสของวันนี้ควรเก็บรูปแบบทางคณิตศาสตร์บางอย่างที่มองไม่เห็น Koonin และ Novozhilov note
ข้อเสนอที่สามอ้างถึงความน่าเชื่อถือของรหัส บางทีแรงกดดันจากวิวัฒนาการนำไปสู่รหัสที่ลดข้อผิดพลาดในการจับคู่คำกับกรดอะมิโน ในแง่นั้นโค้ดทำงานได้ดี อย่างน้อยก็ทำได้ดีกว่าโค้ดส่วนใหญ่ที่สุ่มเลือก การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าโค้ดสุ่มมีโอกาสน้อยกว่าหนึ่งในล้านที่จะจำกัดข้อผิดพลาดได้ดีกว่าโค้ดในปัจจุบัน ในทางกลับกัน จำนวนรหัสที่เป็นไปได้ (โดยใช้คำที่มีตัวอักษรสามตัว กับตัวอักษรสี่ตัว สำหรับกรดอะมิโน 20 ตัว) นั้นมีมากมายมหาศาล ราวกับรหัสดังกล่าวมีอยู่หลายล้านเท่า เนื่องจากมีอะตอมในจักรวาล ดังนั้นแม้ว่าโค้ดจะค่อนข้างดี แต่โค้ดอื่นๆ ก็ยังดีกว่าอีก นอกจากนี้ การต่อต้านข้อผิดพลาดอาจมีวิวัฒนาการตามธรรมชาติในฐานะ “ผลพลอยได้ของวิวัฒนาการที่เป็นกลางซึ่งขับเคลื่อนโดยปัจจัยอื่นๆ” Koonin และ Novozhilov ตั้งข้อสังเกต เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์
Credit by :