DNA อี และการศึกษาวิวัฒนาการ

สุทธิพงษ์ พงษ์วร

    เมื่อตอนเด็กๆ สมัยที่เริ่มเรียนวิทยาศาสตร์ในระยะแรก ผมมักจะมีคำถามเกิดขึ้นในใจตลอดเวลา แต่ก็ไม่กล้าที่จะถามครู เพราะกลัวโดนดูถูกหาว่าโง่ หรือไม่ก็ถามคำถามที่ไม่เกี่ยวข้องในบทเรียน พอโตขึ้นมามีโอกาสได้เป็นครูกับเขามาบ้าง และเคยสอนหนังสือมาบ้าง เลยนำความรู้สึกสมัยเด็กๆ มาช่วยในการสอน และพบว่าบ้างครั้งการที่คุณครูจะรอให้เด็กถามอาจจะเป็นเรื่องยาก เพราะการที่เด็กจะตั้งคำถามได้ ก็จะต้องมีข้อมูลที่เชื่อมโยงกับเรื่องที่เรียนอยู่บ้างไม่มากก็น้อย เช่นเดียวกัน การที่ครูจะทำให้เด็กเป็นคนใฝ่รู้ได้ ครูก็ต้องแสดงความรู้รอบตัว และการใช้ความรู้เหล่านั้นเชื่อมโยงให้เห็นความสัมพันธ์ขององค์ความรู้อย่างเป็นเหตุเป็นผลกันด้วย 

    สำหรับเรื่อง DNA ถ้าจะสอนให้เห็นถึงประโยชน์ของการนำไปใช้ เรียนแล้วได้อะไร เรียนไปทำไม ปัจจุบันสื่อมวลชนมีส่วนช่วยเป็นอย่างมากทีเดียว เราอาจจะยกตัวอย่างเรื่องง่ายๆ ก่อน เช่น กรณีที่ทำการตรวจ DNA ยืนยันการเป็นพ่อ-แม่-ลูก ของนักร้องชื่อดัง หรือการตรวจ DNA ยืนยันชิ้นส่วนของศพว่าเป็นของคนนั้นคนนี้ และ DNA ก็ขยายผลสู่การจับคนร้ายได้ในที่สุด และถ้าจะให้ดูทันสมัยหน่อย ก็ต้องเรื่อง Human Genome Project หรือการศึกษา DNA ของมนุษย์ ประโยชน์ที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้นั้นมีมหาศาล อาทิ เช่น การรักษาโรคทางพันธุกรรม ที่เป็นมาแต่กำเนิดซึ่งมีมากมายหลายโรค ไม่ว่าจะเป็น G-6-PD, Down syndrome และแม้กระทั่งโรคเบาหวาน และโรคอื่นๆ อีกมากมาย 

     ทีนี้ก่อนที่เราจะศึกษาถึงขั้นเข้าใจและสามารถป้องกัน หรือดูแลแก้ปัญหาโรคต่างๆ เหล่านี้ได้ เราจึงมีความจำเป็นต้องเรียนรู้กันเกี่ยวกับโครงสร้างของเซลล์และโครงสร้างของ DNA กันก่อน (ดังภาพ) 

Plant, Animal and Bacteria Cell Models ซึ่งศึกษาได้จากเว็บ http://www.cellsalive.com/cells/3dcell.htm
โครงสร้างของโครโมโซม การขดตัวของโครโมโซม (Chromosome Coiling) ศึกษาได้จากเว็บhttp://tidepool.st.usm.edu/crswr/chromcoiling.html

     จากภาพในเซลล์ในเว็บด้านบน เป็นภาพแสดงองค์ประกอบภายในเซลล์ของเซลล์สัตว์ พืช และแบคทีเรีย ถ้าดูในเซลล์สัตว์ จากภาพจะเห็นว่าโดยทั่วไป DNA จะอยู่ในนิวเคลียส (สีม่วงน้ำเงิน จากภาพ) โดย DNA (deoxyribonucleic acid) จะเรียงตัวกันเป็นสายเกลียวคู่ เรียกว่า Double helix DNA (หมายเลข 6 จากภาพในเว็บโครงสร้างโครโมโซม) และสาย DNA ดังกล่าวก็จะมีการจัดโครงสร้างเป็นสายที่มีลักษณะคล้ายลูกปัด เรียกว่านิวคลีโอโซม (necleosome bead) (หมายเลข 5) สาย DNA จะพันรอบโปรตีน ที่เรียกว่า histone protein และมี histone protein อีกชนิดหนึ่งมายึดไว้ (หมายเลข 5) 

    สายนิวคลีโอโซมจะรวมตัวกันแน่น เรียกว่าเส้นใยโครมาทิน (chromatin fiber) (หมายเลข 4) และเส้นใยโครมาทินก็จะมีการจัดเรียงตัวเป็นห่วง (loop) เรียกว่าห่วงโครมาทิน (chromatin loop) (หมายเลข 3) และถ้าห่วงโครมาทินจัดเรียงตัวกันอย่างหนาแน่น เราจะเรียกว่าเฮเทอร์โรโครมาทิน (heterochromatin) (หมายเลข 2) โครงสร้างทั้งหมดที่กล่าวมาประกอบกันเป็นโครโมโซม (หมายเลข 1) 

     และคราวนี้ถ้าเราจะนำเรื่องอาหารมาเกี่ยวข้องกับ DNA หล่ะ เราจะทำอย่างไรได้บ้าง ผมได้อ่านบทความที่กล่าวถึงงานวิจัยจากวารสาร Science Vol. 289, 28 Jul. 2000 หน้า 530 เรื่อง "Divining Diet and Disease From DNA" ซึ่งเป็นการศึกษา DNA จากซากดึกดำบรรพ์ แต่คราวนี้นักวิทยาศาสตร์นำเอาอึที่เป็นซากดึกดำบรรพ์มาศึกษา เขาเรียกอึนี้ว่า "Paleofeces หรือ coprolites" ถ้าเป็นอึเราๆ ท่านๆ ก็เรียกเพียงว่า Feces หรือ Faeces (อ่านว่า ฟี ซี่) หรือ dungs เขานำอึมาศึกษาหาชิ้นส่วนของ DNA ของไวรัส แบคทีเรีย รวมทั้งพืชหรือสัตว์ที่เป็นอาหารของสัตว์ในอดีต 

     อึ บอกอะไรให้เรารู้บ้างเกี่ยวกับสุขภาพของเรา ทำไมเราถึงถูกสอนมาแต่โบราณเสมอว่า ให้ทานผักและผลไม้มากๆ ทำไมอาหารไทยมักจะมีผักเป็นส่วนประกอบเสมอ นี่แหล่ะครับ สิ่งสำคัญที่เราต้องพยายามเชื่อมโยงให้เด็กๆ เห็นให้ได้ และเขาจะสามารถนำมาใช้ในชีวิตประจำวันได้โดยไม่รู้ตัวเลยทีเดียว 

     อึลอย หรืออึจม ลองสังเกตกันดูสักครั้งนะครับ และพยายามฝึกจนเป็นนิสัยเลยนะครับ ถ้าเช้าวันไหนเข้าห้องน้ำแล้วพบว่า อึลอยตุ๊บป่อง แสดงว่าอาหารมื้อก่อนหน้าที่เราทานไปนั้นมีกากอาหารที่เป็นเส้นใยอาหารเยอะ หรือเรียกให้ดูดีก็คือ มี Fiber เยอะ ไม่เชื่อลองสังเกตได้เลยนะครับ จะเห็นเป็นเส้นใยเลยทีเดียว การที่มีเส้นใยไฟเบอร์มากนี่เอง ทำให้อึลอยน้ำได้ เพราะไฟเบอร์มีน้ำหนักเบา และการเรียงตัวของเส้นใยดังกล่าวจะเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ ทำให้มีช่องว่างภายในก้อนอึ เกิดเป็นโพรงอากาศ ดังนั้นอึจึงลอยน้ำได้ครับ 

     คราวนี้มาดูกันสิว่า นักวิทยาศาสตร์จะศึกษาอึที่เป็นซากดึกดำบรรพ์กันอย่างไร เขาพบว่าซากอึดึกดำบรรพ์ที่พบในถ้ำที่มีอากาศเย็น และแห้งจะเป็นถ้ำที่พบตัวอย่างอึที่มีคุณภาพดีสำหรับการนำมาศึกษาเลยทีเดียว และทำไมอึต้องไปอยู่ในถ้ำหล่ะ ก็เพราะว่าในถ้ำเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยและที่หลบภัยของสิ่งมีชีวิตในยุคโบราณนั่นเอง นักวิทยาศาสตร์พบว่าในอึ ประกอบด้วยชิ้นส่วนของกากอาหาร เช่น Pollen (อับละอองเรณู) Parasites (ปรสิต) ชิ้นส่วนของพืชที่เหลือจากการย่อย ชิ้นส่วนของกระดูกเล็กๆ เกล็ดปลา เป็นต้น ซึ่งชิ้นส่วนเหล่านี้เองที่เราจะนำมาศึกษา DNA ที่อยู่ภายใน ถ้าเซลล์ยังคงสภาพดีอยู่ก็จะนำมาสกัดเอา DNA ออกมา และทำการเพิ่มจำนวน DNA เพื่อการวิเคราะห์ต่อไป สำหรับ DNA ที่ใช้ศึกษาก็จะใช้ทั้ง DNA ที่อยู่ในนิวเคลียส ไมโตคอนเดรีย และที่อยู่ในคลอโรพลาสต์ 

     จากการศึกษาวิจัยเขาพบว่าปัญหาหลักของการเพิ่มจำนวน DNA หรือเรียกว่า "DNA Amplification" คือสาร N-phenacylthiazolium bromide (PTB) ซึ่งจะไปทำลายพันธะที่เชื่อมระหว่างน้ำตาลกับเบสทำให้การเพิ่มจำนวน DNA ของตัวอย่างอึ ทำไม่ได้ 

    ถึงตอนนี้อาจจะสงสัยว่า ทำไมนักวิทยาศาสตร์ต้องทำการเพิ่มจำนวน DNA จากตัวอย่างที่ได้มา นั่นก็เพราะว่า ตัวอย่างที่ได้มามีจำนวนน้อย และต้องอย่าลืมเชียวว่า DNA อยู่ในเซลล์ เซลล์ก็เล็กนิดเดียว ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงต้องทำการเพิ่มจำนวน DNA ให้เพียงพอต่อการศึกษาและทดลองเสียก่อน 

    จากนั้นจึงนำมาหาลำดับเบสใน DNA และเทียบกับสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน ว่าคล้ายกับพืชหรือสัตว์ชนิดใด และเมื่อทำการเปรียบเทียบ DNA ที่ได้จากอึที่เป็นซากดึกดำบรรพ์ จากหลายๆ ตัวอย่าง ก็พบว่าอาหารที่มนุษย์ยุคโบราณกินนั้นมีความแตกต่างกันไป นักวิทยาศาสตร์มีความพยายามที่จะศึกษาถึงโภชนาการของมนุษย์ยุคโบราณเทียบกับข้อมูลด้านการกระจายพันธุ์ของพืชและสัตว์ในอดีตที่มีการศึกษาแล้ว รวมถึงข้อมูลทางด้านธรณีวิทยาที่เกี่ยวกับการเคลื่อนตัวของแผ่นทวีป ทำให้เราทราบถึงการเปลี่ยนแปลงและความเป็นไปในอดีตมากขึ้น เมื่อรู้อย่างนี้แล้วคงจะทำให้เราเห็นถึงความสำคัญของการสอนให้เด็กคิดแบบเป็นระบบและการเชื่อมโยงระบบต่างๆ ที่เรียนรู้มา และนำมาประยุกต์ใช้ในงานต่างๆ ได้นะครับ 


เอกสารอ้างอิง

1. Science Vol. 289, 28 July 2000 หน้า 530-531
2. http://tidepool.st.usm.edu/crswr/chromcoiling.html
   Supercoiling in a Chromosome, BSC Courseware
3. http://www.cellsalive.com/cells/3dcell.htm
   Plant, Animal and Bacteria Cell Models
4. http://catalog.nucleusinc.com/generateexhibit.php?ID=27680

เว็บไซต์สำหรับศึกษาเพิ่มเติม

1. http://www.scirpus.ca/dung/dung.shtml
   Alwynne B. Beaudoin - The Dung File - Introduction

เมื่อตอนเด็กๆ สมัยที่เริ่มเรียนวิทยาศาสตร์ในระยะแรก ผมมักจะมีคำถามเกิดขึ้นในใจตลอดเวลา แต่ก็ไม่กล้าที่จะถามครู เพราะกลัวโดนดูถูกหาว่าโง่ หรือไม่ก็ถามคำถามที่ไม่เกี่ยวข้องในบทเรียน พอโตขึ้นมามีโอกาสได้เป็นครูกับเขามาบ้าง และเคยสอนหนังสือมาบ้าง เลยนำความรู้สึกสมัยเด็กๆ มาช่วยในการสอน และพบว่าบ้างครั้งการที่คุณครูจะรอให้เด็กถามอาจจะเป็นเรื่องยาก เพราะการที่เด็กจะตั้งคำถามได้ ก็จะต้องมีข้อมูลที่เชื่อมโยงกับเรื่องที่เรียนอยู่บ้างไม่มากก็น้อย เช่นเดียวกัน การที่ครูจะทำให้เด็กเป็นคนใฝ่รู้ได้ ครูก็ต้องแสดงความรู้รอบตัว และการใช้ความรู้เหล่านั้นเชื่อมโยงให้เห็นความสัมพันธ์ขององค์ความรู้อย่างเป็นเหตุเป็นผลกันด้วย