‹

03. The Molecule That Copied Itself

03. The Molecule That Copied Itself

03. ​โมเลกุล​ที่​คัดลอก​ตัวเอง

Somewhere in the interval between roughly 4.5 billion years ago, when the Earth-Moon system had only just finished forming, and roughly 4.2 billion years ago, when LUCA's population already carried a working genetic code, something existed that had not yet split its two jobs apart. The 2024 study that dates LUCA calls this interval "surprisingly short." Inside it, one kind of molecule appears to have served as both the message and the machine reading it — a single substance holding heredity and chemistry at once, before life divided that work between DNA, the archive, and protein, the machinery.

​โมเลกุล​ชนิด​เดียว​เคย​ทำหน้าที่​ทั้งเป็น​ข้อความ​และ​เป็น​เครื่องจักร​ที่​อ่าน​ข้อความ​นั้น ​มัน​ดำรงอยู่​ใน​ช่วง​ระหว่าง​ประมาณ 4.5 ​พัน​ล้าน​ปีก่อน ​ตอนที่​ระบบ​โลก-​ดวงจันทร์​เพิ่ง​ก่อตัว​เสร็จ ​กับ​ประมาณ 4.2 ​พัน​ล้าน​ปีก่อน ​ตอนที่​ประชากร​ของ LUCA ​ถือ​รหัส​พันธุกรรม​ที่​ใช้งาน​ได้​แล้ว ​การศึกษา​ปี 2024 ​ที่​ระบุ​อายุ​ของ LUCA ​เรียก​ช่วงนี้​ว่า "​สั้น​อย่าง​น่าประหลาด​ใจ" ​ใน​ช่วง​นั้น​ยัง​ไม่​มี​อะไร​แยก​งาน​สอง​อย่าง​ออกจาก​กัน ​สาร​ชนิด​เดียว​ถือ​ทั้ง​การถ่ายทอด​พันธุกรรม​และ​ปฏิกิริยาเคมี​ไว้​พร้อมกัน ​ต่อมา​สิ่งมีชีวิต​จึง​แบ่งงาน​นั้น​ออก ​ให้ DNA ​เก็บ​คลังข้อมูล ​และ​ให้​โปรตีน​เป็น​เครื่องจักร

That molecule is RNA, and the idea that an entire era of early life ran on RNA alone has a name and a birth date: the "RNA world," coined by Walter Gilbert of Harvard University's Biological Laboratories in a one-paragraph commentary in Nature, volume 319, page 618, in the issue dated 20 February 1986. Gilbert was the first to propose explicitly that the earliest living systems were built entirely from RNA, carrying out both information storage and catalysis — the triggering and speeding-up of chemical reactions — in one molecule, roles later split between DNA and protein. The commentary is short, but by one count from Nature's own metrics, it has since been cited 2,623 times.

​แนวคิด​นี้​มีชื่อ​และ​มี​วันเกิด "​โลก​อาร์​เอ็น​เอ" (RNA world) ​คือ​คำ​ที่​วอ​ลเตอร์ ​กิลเบิร์ต (Walter Gilbert) ​แห่ง​ห้องปฏิบัติการ​ชีววิทยา ​มหาวิทยาลัย​ฮาร์วาร์ด ​บัญญัติ​ไว้​ใน​บทวิจารณ์​ยาว​ย่อหน้า​เดียว​ใน​วารสาร Nature ​เล่ม​ที่ 319 ​หน้า 618 ​ฉบับ​วันที่ 20 ​กุมภาพันธ์ 1986 ​โมเลกุล​ที่ว่า​นั้น​คือ RNA ​และ​แนวคิด​นี้​บอก​ว่า​ยุค​หนึ่ง​ทั้ง​ยุค​ของ​สิ่งมีชีวิต​ยุค​แรก​ดำเนิน​ไป​ด้วย RNA ​เพียง​อย่าง​เดียว ​กิลเบิร์ต​เสนอ​อย่าง​ชัดเจน​เป็น​คน​แรก​ว่า​ระบบ​สิ่งมีชีวิต​ยุค​แรก​สุด​สร้าง​ขึ้น​จาก RNA ​ทั้งหมด ​เก็บ​ข้อมูล​และ​เร่ง​ปฏิกิริยา​ไว้​ใน​โมเลกุล​เดียว ​คือ​กระตุ้น​และ​เร่งความเร็ว​ของ​ปฏิกิริยาเคมี ​บทบาท​เหล่านี้​ถูก​แยก​ออก​ระหว่าง DNA ​กับ​โปรตีน​ใน​ภายหลัง ​บทวิจารณ์​นี้​สั้น​มาก ​แต่​จาก​การนับ​ของ Nature ​เอง ​มัน​ถูก​อ้างอิง​ไป​แล้ว​ถึง 2,623 ​ครั้ง

Gilbert had a year-old discovery to build his idea on. Two researchers, working independently, had just shown that RNA could act as a genuine biological catalyst — a ribozyme — rather than only a carrier of genetic information. Thomas Cech, at the University of Colorado, Boulder, showed in 1982 that an unprocessed RNA molecule from the ciliate Tetrahymena thermophila could splice itself, cutting and rejoining its own sequence with no protein present anywhere in the reaction. Sidney Altman, at Yale University, built his case in stages: from a 1978 finding that the bacterial enzyme RNase P lost its function when its RNA component was removed and regained it when the RNA was put back, through to a fuller 1983 demonstration that the RNA component alone, unassisted, catalyzes the cutting reaction RNase P is known for. Cech and Altman shared the 1989 Nobel Prize in Chemistry "for their discovery of catalytic properties of RNA." By the time the prize was announced, "close to a hundred" such ribozymes were already known.

​กิลเบิร์ต​มี​ฐาน​รองรับ​อยู่แล้ว ​เป็นการ​ค้นพบ​ที่เกิด​ก่อนหน้า​เขา​เพียง​ปี​เดียว ​นักวิจัย​สอง​คน​ทำงาน​เป็นอิสระ​ต่อกัน ​และ​เพิ่ง​แสดงว่า RNA ​ทำหน้าที่​เป็นตัว​เร่ง​ปฏิกิริยา​ทาง​ชีวภาพ​ที่แท้​จริง​ได้ ​เรียก​ว่า​ไร​โบ​ไซ​ม์ (ribozyme) ​ไม่​ใช่​เป็น​เพียง​ตัว​พา​ข้อมูล​พันธุกรรม ​โทมัส ​เช็ก (Thomas Cech) ​แห่ง​มหาวิทยาลัย​โคโลราโด ​โบลเดอร์ ​แสดง​ใน​ปี 1982 ​ว่า​โมเลกุล RNA ​ที่​ยัง​ไม่​ผ่าน​การตัดต่อ ​เอา​มาจาก​ซิ​ลิ​เอต​ชนิด Tetrahymena thermophila ​ตัดต่อ​ตัวเอง​ได้ ​มัน​ตัด​และ​เชื่อม​ลำดับ​ของ​ตัวเอง​ใหม่​โดย​ไม่​มี​โปรตีน​อยู่​ใน​ปฏิกิริยา​เลย ​ซิดนีย์ ​อัลต์​แมน (Sidney Altman) ​แห่ง​มหาวิทยาลัย​เยล ​ก่อ​ข้อพิสูจน์​ทีละขั้น ​ขั้นแรก​ใน​ปี 1978 ​เขา​พบ​ว่า​เอนไซม์​แบคทีเรีย RNase P ​หยุด​ทำงาน​เมื่อ​ดึง​องค์ประกอบ RNA ​ออก​ไป ​และ​กลับมา​ทำงาน​อีกครั้ง​เมื่อ​ใส่ RNA ​คืน​เข้าไป ​จากนั้น​ใน​ปี 1983 ​เขา​สาธิต​ได้​สมบูรณ์​ขึ้น​ว่า​องค์ประกอบ RNA ​เพียงลำพัง ​ไม่​มี​ตัว​ช่วย​ใด ๆ ​เร่ง​ปฏิกิริยา​การตัด​ที่ RNase P ​เป็นที่รู้จัก​ได้​เอง ​เช็ก​และ​อัลต์​แมน​รับรางวัล​โนเบล​สาขา​เคมี​ร่วมกัน​ใน​ปี 1989 "​จาก​การค้นพบ​คุณสมบัติ​เชิง​เร่ง​ปฏิกิริยา​ของ RNA" ​ตอนที่​ประกาศ​รางวัล​นั้น ​วงการ​รู้จัก​ไร​โบ​ไซ​ม์​ลักษณะ​นี้​แล้ว "​เกือบ​ร้อย​ชนิด"

Neither discovery is a museum piece. RNase P, which processes transfer RNA, runs today in essentially every bacterium, archaeon, and eukaryote alive. Cech's self-splicing introns are still found in Tetrahymena and in the genes of many other organisms besides.

RNase P ​ยัง​ทำงาน​อยู่​ทุกวันนี้​ใน​แบคทีเรีย ​อาร์เคีย ​และ​ยู​คา​ริ​โอต​แทบ​ทุกชนิด​ที่​มีชีวิต​อยู่ ​หน้าที่​ของ​มัน​คือ​ประมวลผลท​ราน​สเฟอร์​อาร์​เอ็น​เอ ​ส่วน​อินทร​อน​ที่​ตัดต่อ​ตัวเอง​ได้​ของ​เช็ก​ก็​ยัง​พบ​ใน Tetrahymena ​และ​ใน​ยีน​ของ​สิ่งมีชีวิต​อื่น​อีก​มาก ​การค้นพบ​ทั้งสอง​นี้​ไม่​ใช่​ของเก่า​เก็บ​ใน​พิพิธภัณฑ์

The single strongest piece of evidence for an RNA-run past, though, sits at the exact center of the machine every living cell still depends on to build proteins at all: the ribosome. In 2000, Nissen, Hansen, Ban, Moore, and Steitz published the atomic-resolution structure of the large ribosomal subunit from the archaeon Haloarcula marismortui in Science, volume 289, pages 920 to 930, and found that the peptidyl transferase center — the exact site where a growing protein chain receives its next amino acid — is built entirely from ribosomal RNA. No protein side-chain atom sits closer than about 18 angstroms to the reaction itself, a distance far too great to take part; both substrate molecules touch only conserved RNA belonging to a section of the ribosome called domain V. Every ribosome alive today, in every domain of life, still runs this same RNA-only reaction chamber. It may be the single most universal fossil the RNA world left behind, because it sits at the very center of biology's most essential machine rather than in some peripheral, vestigial corner of it.

​หลักฐาน​ที่​หนักแน่น​ที่สุด​ชิ้น​เดียว​ของ​อดีต​ที่​ดำเนิน​ไป​ด้วย RNA ​อยู่​ตรง​ใจกลาง​ของ​ไรโบโซม ​เครื่องจักร​ที่​เซลล์​สิ่งมีชีวิต​ทุก​เซลล์​ยัง​ต้อง​พึ่ง​เพื่อ​สร้าง​โปรตีน ​ใน​ปี 2000 ​นิส​เซน, ​แฮน​เซน, ​บาน, ​มัวร์ ​และส​ไต​ทซ์ (Nissen, Hansen, Ban, Moore, and Steitz) ​ตีพิมพ์​โครงสร้าง​ระดับ​อะตอม​ของ​หน่วย​ย่อย​ขนาดใหญ่​ของ​ไรโบโซม ​เก็บ​มาจาก​อาร์เคีย​ชนิด Haloarcula marismortui ​ลง​ใน​วารสาร Science ​เล่ม​ที่ 289 ​หน้า 920 ​ถึง 930 ​สิ่ง​ที่​พบ​คือ​ศูนย์กลาง​เพปทิ​ดิลท​รานสเฟอ​เรส ​จุด​ที่​สาย​โปรตีน​กำลัง​เติบโต​รับ​กรดอะมิโน​ตัว​ถัดไป​พอดี ​สร้าง​ขึ้น​จาก RNA ​ของ​ไรโบโซม​ล้วน ๆ ​ไม่​มี​อะตอม​ของ​โซ่​ข้าง​โปรตีน​ตัว​ไหน​เข้าใกล้​ปฏิกิริยา​นั้น​กว่า​ประมาณ 18 ​อังสตรอม ​ไกล​เกิน​กว่า​จะ​มีส่วนร่วม​ได้ ​โมเลกุล​สาร​ตั้งต้น​ทั้งสอง​สัมผัส​เพียง RNA ​ที่​อนุรักษ์​ไว้​ใน​ส่วน​ของ​ไรโบโซม​ที่​เรียก​ว่า​โดเมน V ​ไรโบโซม​ทุก​ตัว​ที่​มีชีวิต​อยู่​วันนี้ ​ใน​ทุก​โดเมน​ของ​สิ่งมีชีวิต ​ยัง​ใช้​ห้อง​ปฏิกิริยา RNA ​ล้วน​แบบ​เดียวกัน​นี้ ​นี่​อาจ​เป็น​ซากดึกดำบรรพ์​ที่​เป็น​สากล​ที่สุด​ชิ้น​เดียว​ที่​โลก​อาร์​เอ็น​เอ​ทิ้ง​ไว้ ​เพราะ​มัน​อยู่​ที่​ใจกลาง​เครื่องจักร​ที่​จำเป็น​ที่สุด​ของ​ชีววิทยา ​ไม่​ใช่​ตรง​มุม​รอบนอก​ที่​เหลือ​เป็น​เพียง​ร่องรอย

RNA's capacity to copy itself, rather than merely catalyze a single reaction, was demonstrated directly in the laboratory in 2009. Tracey Lincoln and Gerald Joyce, at the Scripps Research Institute, engineered a pair of RNA enzymes that catalyze each other's synthesis from four short building-block molecules, so that each enzyme manufactures its own partner. The result, published in Science, volume 323, pages 1229 to 1232, was self-sustained, exponential amplification with a doubling time of about one hour, continuing indefinitely as long as fresh raw material kept arriving. When several variant versions of the replicators were set to compete for one shared pool of material, new recombinant replicators appeared during the run and came to dominate the population — Darwinian evolution, acting on a purely chemical system, with no protein involved anywhere. The honest limit on the experiment is one its own authors would recognize: whether this particular, carefully engineered pair resembles how a natural, prebiotic replicator could first have arisen on its own, rather than requiring the kind of deliberate, iterative human design that built these two, is a fair question the result cannot answer by itself.

​ห้องทดลอง​สาธิต​โดยตรง​ใน​ปี 2009 ​ว่า RNA ​คัดลอก​ตัวเอง​ได้ ​ไม่​ใช่​แค่​เร่ง​ปฏิกิริยา​เดี่ยว ๆ ​เทร​ซี ​ลินคอล์น (Tracey Lincoln) ​และ​เจอ​รัลด์ ​จอยซ์ (Gerald Joyce) ​แห่ง​สถาบันวิจัยสค​ริ​ปปส์ ​ออกแบบ​เอนไซม์ RNA ​คู่​หนึ่ง​ให้​เร่ง​การสังเคราะห์​ซึ่งกันและกัน​จาก​โมเลกุล​ชิ้นส่วน​สั้น ๆ ​สี่​ชนิด ​เอนไซม์​แต่ละ​ตัว​จึง​ผลิต​คู่หู​ของ​ตัวเอง​ขึ้น​มา ​ผล​ที่​ตีพิมพ์​ใน Science ​เล่ม​ที่ 323 ​หน้า 1229 ​ถึง 1232 ​คือ​การขยาย​จำนวน​แบบ​ทวีคูณ​ที่​เลี้ยง​ตัวเอง​ได้ ​เวลา​เพิ่มจำนวน​เป็น​สองเท่า​อยู่​ที่​ประมาณ​หนึ่ง​ชั่วโมง ​และ​เดิน​ต่อไป​ได้​ไม่​จำกัด​ตราบใดที่​วัตถุดิบ​ใหม่​ยัง​เข้ามา​เรื่อย ๆ ​เมื่อ​ปล่อยตัว​จำลอง​แบบ​หลาย​รุ่น​ที่​แตกต่าง​กัน​ให้​แย่ง​วัตถุดิบ​จาก​แหล่ง​เดียวกัน ​ตัว​จำลอง​แบบ​ลูกผสม​ชนิด​ใหม่​ก็​โผล่​ขึ้น​ระหว่าง​การทดลอง​และ​ครอง​ประชากร​ไป​ในที่สุด ​นั่น​คือ​วิวัฒนาการ​แบบ​ดาร์​วิน​ที่เกิด​กับ​ระบบ​เคมี​ล้วน ๆ ​ไม่​มี​โปรตีน​เข้ามา​เกี่ยวข้อง​ตรงไหน​เลย ​ข้อจำกัด​ที่​ตรงไปตรงมา​ของ​งาน​นี้ ​ผู้เขียน​เอง​ก็​ยอมรับ ​ผล​การทดลอง​เพียง​อย่าง​เดียว​ตอบ​ไม่​ได้​ว่า​คู่​ที่​ถูก​ออกแบบ​มา​อย่าง​พิถีพิถัน​คู่​นี้​คล้าย​กับ​ทาง​ที่​ตัว​จำลอง​แบบ​ตาม​ธรรมชาติ​ใน​ยุค​ก่อน​กำเนิด​ชีวิต​จะ​เกิดขึ้น​เอง​หรือไม่ ​หรือ​ธรรมชาติ​ต้อง​อาศัย​การออกแบบ​ซ้ำแล้วซ้ำเล่า​โดย​มนุษย์​อย่าง​จงใจ​แบบ​ที่​สร้าง​เอนไซม์​สอง​ตัว​นี้​ขึ้น​มา ​และ​นั่น​เป็น​คำถาม​ที่​ยุติธรรม

Where the Raw Material Came From

​วัตถุดิบ​มาจาก​ไหน

None of this chemistry works without amino acids and nucleotides already lying around to be strung together, and the question of where those came from has its own experimental history, starting in 1953. Stanley Miller, working with Harold Urey at the University of Chicago, sealed a mixture of methane, ammonia, hydrogen, and water vapor inside a flask, a guess at early Earth's atmosphere, and ran an electric spark through it continuously for about a week, standing in for lightning. Nineteen organic compounds turned up afterward, including the amino acids glycine, alpha-alanine, and beta-alanine, built from nothing but those four inorganic starting materials and a spark. The manuscript reached Science in February 1953.

​เคมี​ทั้งหมด​นี้​เดิน​ไม่​ได้ ​ถ้า​ไม่​มี​กรดอะมิโน​และ​นิวคลีโอไทด์​วาง​รอ​อยู่​ให้​ร้อย​เข้าด้วยกัน ​คำถาม​ว่า​ของ​พวก​นั้น​มาจาก​ไหน​มีประวัติ​การทดลอง​ของ​ตัวเอง ​เริ่ม​ใน​ปี 1953 ส​แตน​ลีย์ ​มิ​ลเลอร์ (Stanley Miller) ​ทำงาน​ร่วมกับ​แฮ​โรล​ด์ ​ยู​รีย์ (Harold Urey) ​ที่​มหาวิทยาลัย​ชิคาโก ​ปิดผนึก​ส่วนผสม​ของ​มีเทน ​แอมโมเนีย ​ไฮโดรเจน ​และ​ไอ​น้ำ​ไว้​ใน​ขวด​แก้ว ​เป็นการ​เดา​บรรยากาศ​ของ​โลก​ยุค​แรก ​แล้ว​ปล่อย​ประกายไฟฟ้า​ผ่าน​มัน​ต่อเนื่อง​นาน​ประมาณ​หนึ่ง​สัปดาห์​แทน​ฟ้าผ่า ​หลังจากนั้น​เขา​พบ​สารประกอบ​อินทรีย์​สิบ​เก้า​ชนิด ​ใน​นั้น​มี​กรดอะมิโน​ไกล​ซีน อัล​ฟา-​อะ​ลานีน ​และ​เบตา-​อะ​ลานีน ​ทั้งหมด​สร้าง​ขึ้น​จาก​วัตถุดิบ​อนินทรีย์​สี่​ชนิด​นั้น​กับ​ประกายไฟ​เท่านั้น ​ต้นฉบับ​งานวิจัย​ถึง​มือ​วารสาร Science ​ใน​เดือน​กุมภาพันธ์ 1953

Fifty-five years later, the same source material yielded more. In 2008, a team led by Jeffrey Bada rediscovered sealed sample vials from an experiment Miller himself had run in the 1950s but never published, using a modified "volcanic apparatus" built to simulate a water-vapor-rich volcanic eruption laced with lightning. Reanalyzed with instruments Miller never had access to — modern high-performance liquid chromatography and mass spectrometry — those decades-old vials gave up 22 different amino acids and 5 amines, several never before identified in any Miller-type experiment, a notably richer haul than the original published setup produced. Published in Science on 17 October 2008, the reanalysis argues that lightning inside volcanic eruption plumes, a genuine feature of the young, volcanically active Earth, may have been an especially productive corner of the planet for assembling the raw material of life. The chemistry itself is not disputed. What is disputed is how closely Miller's assumed atmosphere, strongly reducing and rich in methane and ammonia, matched the real early atmosphere, which most current atmospheric science now judges was probably closer to a neutral mix rich in carbon dioxide and nitrogen instead.

​ห้าสิบ​ห้า​ปี​ต่อมา ​วัตถุดิบ​ต้นตำรับ​ชุด​เดิม​ให้ผล​มากขึ้น​ไป​อีก ​ใน​ปี 2008 ​ทีม​วิจัย​ที่​นำ​โดย​เจ​ฟฟรีย์ ​บา​ดา (Jeffrey Bada) ​ค้นพบ​ขวด​ตัวอย่าง​ปิดผนึก​จาก​การทดลอง​ที่​มิ​ลเลอร์​เคย​ทำ​เอง​ใน​ทศวรรษ 1950 ​แต่​ไม่​เคย​ตีพิมพ์ ​การทดลอง​นั้น​ใช้ "​อุปกรณ์​จำลอง​ภูเขาไฟ" ​ที่​ดัดแปลง​ขึ้น​เพื่อ​จำลอง​การปะทุ​ของ​ภูเขาไฟ​ที่​อุดม​ด้วย​ไอ​น้ำ​และ​มี​ฟ้าผ่า​ปะปน​อยู่ ​ทีม​นำมา​วิเคราะห์​ใหม่​ด้วย​เครื่องมือ​ที่​มิ​ลเลอร์​ไม่​เคย​เข้าถึง ​คือ​โครมาโทกราฟี​ของเหลว​สมรรถนะ​สูง​และ​แมส​สเปก​โทร​เมท​รี​สมัยใหม่ ​ขวด​ตัวอย่าง​อายุ​หลาย​สิบ​ปี​เหล่านั้น​เผย​กรดอะมิโน​ที่​แตกต่าง​กัน 22 ​ชนิด​และ​เอ​มีน 5 ​ชนิด ​หลายชนิด​ไม่​เคย​ถูก​ระบุ​มา​ก่อน​ใน​การทดลอง​แบบ​มิ​ลเลอร์​เลย ​ผลผลิต​อุดม​กว่า​ชุด​การทดลอง​ที่​ตีพิมพ์​ครั้งแรก​อย่าง​เห็นได้ชัด ​งาน​วิเคราะห์​ใหม่​นี้​ตีพิมพ์​ใน Science ​เมื่อ​วันที่ 17 ​ตุลาคม 2008 ​และ​ให้เหตุผล​ว่า​ฟ้าผ่า​ภายใน​กลุ่ม​ควัน​จาก​การปะทุ​ของ​ภูเขาไฟ​อาจ​เป็น​มุม​หนึ่ง​ของ​โลก​ที่​ผลิต​วัตถุดิบ​ของ​สิ่งมีชีวิต​ได้ดี​เป็นพิเศษ ​ฟ้าผ่า​แบบ​นั้น​เกิดขึ้น​จริง​บน​โลก​ยุค​เยาว์​ที่​ภูเขาไฟ​ยัง​คุกรุ่น​อยู่ ​ตัว​เคมี​เอง​ไม่​มี​ใคร​เถียง ​ที่​ยัง​เถียง​กัน​คือ​บรรยากาศ​ที่​มิ​ลเลอร์​สันนิษฐาน​ไว้​ใกล้เคียง​กับ​บรรยากาศ​ยุค​แรก​ที่แท้​จริง​เพียงใด ​เขา​สันนิษฐาน​บรรยากาศ​ที่​มี​สภาพ​รี​ดิวซ์​อย่าง​แรง​และ​อุดม​ด้วย​มีเทน​กับ​แอมโมเนีย ​ส่วน​วิทยาศาสตร์​บรรยากาศ​ส่วนใหญ่​ใน​ปัจจุบัน​ตัดสิน​ว่า​ของจริง​น่าจะ​ใกล้​ส่วนผสม​ที่​เป็นกลาง​ทาง​เคมี​และ​อุดม​ด้วย​คาร์บอนไดออกไซด์​กับ​ไนโตรเจน​มากกว่า

A wholly different kind of evidence for the same chemistry arrives from outside the planet. The Murchison meteorite fell in Australia in 1969, and it carries a small but real excess of one mirror-image form over the other in the amino acid isovaline, a compound essentially absent from terrestrial biology, which is exactly why it can be trusted as an uncontaminated tracer of extraterrestrial chemistry. Measured excesses of the left-handed form range from none at all up to between 18.5 and 20.5 percent, depending on the specific stone and analytical method used — the largest such excess reported in any meteorite to date. Pizzarello's 2003 measurements, published in Geochimica et Cosmochimica Acta, found a range of 0 to 15.2 percent; a 2009 study in PNAS by Glavin and Dworkin measured 18.5 percent, plus or minus 2.6, specifically in Murchison, and up to 20.5 percent across a wider survey of carbonaceous chondrites, a class of stony meteorite rich in carbon compounds.

​หลักฐาน​อีก​ชนิด​หนึ่ง​ที่​แตกต่าง​ไป​โดยสิ้นเชิง​ของ​เคมี​ชุด​เดียวกัน​นี้​มาจาก​นอก​โลก ​อุกกาบาต​เมอร์​ชิ​สัน (Murchison) ​ตกลง​ที่​ออสเตรเลีย​ใน​ปี 1969 ​และ​มัน​มีส่วน​เกิน​เล็กน้อย​แต่​มี​อยู่​จริง​ของ​รูปแบบ​ภาพสะท้อน​กระจก​แบบ​หนึ่ง​เหนือ​อีก​แบบ ​ใน​กรดอะมิโน​ไอ​โซ​วา​ลีน ​สารประกอบ​ตัว​นี้​แทบ​ไม่​ปรากฏ​ใน​ชีววิทยา​บน​โลก ​จึง​เชื่อถือได้​ใน​ฐานะ​ตัว​ติดตาม​เคมี​นอก​โลก​ที่​ไม่​ปนเปื้อน ​ส่วนเกิน​ของ​รูปแบบ​ถนัดซ้าย​ที่วัด​ได้​มี​ตั้งแต่​ไม่​มี​เลย ​ไป​จนถึง​ระหว่าง 18.5 ​ถึง 20.5 ​เปอร์เซ็นต์ ​แล้วแต่​ก้อนหิน​และ​วิธี​วิเคราะห์​ที่​ใช้ ​นั่น​คือ​ส่วนเกิน​สูงสุด​เท่าที่​เคย​มี​รายงาน​ใน​อุกกาบาต​ก้อน​ใด​ก็ตาม​จนถึง​วันนี้ พิซ​ซา​เรล​โล (Pizzarello) ​วัด​ไว้​ใน​ปี 2003 ​ตีพิมพ์​ใน Geochimica et Cosmochimica Acta ​ได้​ช่วง 0 ​ถึง 15.2 ​เปอร์เซ็นต์ ​ส่วน​การศึกษา​ปี 2009 ​ใน PNAS ​โดย​กลา​วิน (Glavin) ​และด​วอร์​กิน (Dworkin) ​วัด​ได้ 18.5 ​เปอร์เซ็นต์ ​บวก​ลบ 2.6 ​เฉพาะ​ใน​เมอร์​ชิ​สัน ​และ​สูง​ถึง 20.5 ​เปอร์เซ็นต์​เมื่อ​สำรวจ​อุกกาบาต​คาร์​บอเน​เชียส​คอน​ได​รต์​ใน​วงกว้าง​ขึ้น ​อุกกาบาต​กลุ่ม​นั้น​เป็น​หิน​ที่​อุดม​ด้วย​สารประกอบ​คาร์บอน

Murchison's parent body dates to the early Solar System, roughly 4.5 to 4.6 billion years ago, the standard formation age for meteorites of its class — meaning this chiral bias existed in Solar System rock before Earth's own homochirality was ever locked in. That timing is consistent with, though it does not prove, an extraterrestrial contribution to Earth's original tilt toward one hand. Glavin and Dworkin's own analysis adds an honest complication rather than resolving one: an excess as large as roughly 20.5 percent looks too big to explain by the leading proposed mechanism, irradiation by circularly polarized light, alone, and they propose aqueous alteration — chemical reworking by liquid water moving through the meteorite's parent body — as an additional or alternative process. The gap between mechanism and observation has not closed.

​อคติ​ทาง​ความถนัด​ซ้าย​ขวา​นี้​มี​อยู่​ใน​หิน​ของ​ระบบสุริยะ​ก่อนที่​ความถนัด​มือ​เดียว​ของ​โมเลกุล​บน​โลก​จะ​ถูก​กำหนด​ลงตัว ​วัตถุ​ต้นกำเนิด​ของ​เมอร์​ชิ​สัน​มีอายุ​ย้อน​ไป​ถึง​ยุค​ต้น​ของ​ระบบสุริยะ ​ประมาณ 4.5 ​ถึง 4.6 ​พัน​ล้าน​ปีก่อน ​เท่ากับ​อายุ​การก่อตัว​มาตรฐาน​ของ​อุกกาบาต​ใน​กลุ่ม​นี้ ​ลำดับ​เวลา​แบบนี้​สอดคล้อง​กับ​ข้อเสนอ​ว่า​สสาร​นอก​โลก​มีส่วนช่วย​เอียง​โลก​ไป​ทาง​มือ​ข้าง​หนึ่ง​ตั้งแต่แรก ​แต่​ไม่​ได้​พิสูจน์​ข้อเสนอ​นั้น ​การวิเคราะห์​ของ​กลา​วิน​และด​วอร์​กิน​เอง​เพิ่ม​ความยุ่งยาก​อย่าง​ตรงไปตรงมา ​แทนที่จะ​คลี่คลาย​มัน ​ส่วนเกิน​ที่มาก​ถึง​ประมาณ 20.5 ​เปอร์เซ็นต์​ดู​ใหญ่​เกิน​กว่า​จะ​อธิบาย​ด้วย​กลไก​หลัก​ที่​เสนอ​กัน​ไว้​เพียงลำพัง ​คือ​การฉาย​รังสี​ด้วย​แสง​โพลาไรซ์​แบบ​วงกลม ​ทั้งสอง​จึง​เสนอ​กระบวนการ​เปลี่ยนแปลง​ใน​น้ำ​เข้ามา​เสริม​หรือ​แทนที่ ​คือ​น้ำ​เหลวไหล​ผ่าน​วัตถุ​ต้นกำเนิด​ของ​อุกกาบาต​แล้ว​ปรับ​สภาพ​ทาง​เคมี​ให้​มัน ​ช่องว่าง​ระหว่าง​กลไก​กับ​สิ่ง​ที่​สังเกต​ได้​ยัง​ไม่​ปิด​ลง

Between a spark that can write amino acids out of raw gas, a meteorite carrying a chiral bias older than Earth itself, and a laboratory demonstration that RNA alone can copy itself, compete, and evolve, the outline of heredity's first moment comes into view: a molecule that copies itself, imperfectly, inside a pool already stocked with its own raw material. Imperfect copying, repeated, is the entire mechanical root of heredity — one generation resembling, but never perfectly repeating, the one before it.

​โครงร่าง​ของ​ช่วงเวลา​แรก​สุด​ของ​การถ่ายทอด​พันธุกรรม​ปรากฏ​ขึ้น​จาก​หลักฐาน​สาม​ชิ้น​นี้ ​ประกายไฟ​ที่​เขียน​กรดอะมิโน​ขึ้น​จาก​แก๊ส​ดิบ ๆ ​อุกกาบาต​ที่​พก​อคติ​ทาง​ความถนัด​ซ้าย​ขวา​เก่าแก่​กว่า​โลก​เอง ​และ​การสาธิต​ใน​ห้องทดลอง​ว่า RNA ​เพียงลำพัง​คัดลอก​ตัวเอง ​แข่งขัน ​และ​วิวัฒนาการ​ได้ ​สิ่ง​ที่​โผล่​ออกมา​คือ​โมเลกุล​ที่​คัดลอก​ตัวเอง​อย่าง​ไม่​สมบูรณ์แบบ ​อยู่​ใน​แอ่ง​ที่​มี​วัตถุดิบ​ของ​มัน​เอง​สะสม​อยู่แล้ว ​การคัดลอก​ที่​ไม่​สมบูรณ์แบบ​และ​เกิด​ซ้ำแล้วซ้ำเล่า​คือ​ราก​เชิงกล​ไก​ทั้งหมด​ของ​การถ่ายทอด​พันธุกรรม ​รุ่น​หนึ่ง​คล้าย​รุ่น​ก่อนหน้า ​แต่​ไม่​เคย​ซ้ำ​แบบ​เป๊ะ

Something that could copy itself, and occasionally copy itself wrong, already had everything it needed to start accumulating history rather than just chemistry. What it did not yet have was permanence: a lock strong enough to hold the arrangement it had found. That lock was still ahead.

​บางสิ่ง​ที่​คัดลอก​ตัวเอง​ได้ ​และ​บางครั้ง​ก็​คัดลอก​ผิดพลาด ​มี​ทุกอย่าง​ที่​จำเป็น​ครบ​แล้ว​สำหรับ​เริ่ม​สะสม​ประวัติศาสตร์ ​ไม่​ใช่​แค่​เคมี​อีกต่อไป ​สิ่ง​ที่​มัน​ยัง​ไม่​มี​คือ​ความถาวร ​คือ​กุญแจ​ล็อก​ที่​แข็งแรง​พอ​จะ​ยึด​การจัดเรียง​ที่​มัน​ค้นพบ​เอาไว้ ​กุญแจ​ล็อก​นั้น​ยัง​รอ​อยู่​ข้างหน้า

Overturned if: the chemistry preceding heredity is shown to have required peptides or a broader metabolic network working alongside RNA from the start, rather than a genuine stage in which RNA alone carried out both message and machine.

​พลิกกลับ​ได้​หาก: ​มี​ใคร​แสดงให้เห็น​ว่า​เคมี​ที่เกิด​ขึ้น​ก่อน​การถ่ายทอด​พันธุกรรม​ต้อง​มี​เพป​ไท​ด์​หรือ​เครือข่าย​เม​แทบอ​ลิ​ซึม​ที่​กว้าง​กว่า​นั้น​ทำงาน​เคียงข้าง RNA ​มา​ตั้งแต่​ต้น ​ไม่​ใช่​มี​ช่วง​ที่แท้​จริง​ที่ RNA ​เพียงลำพัง​ทำหน้าที่​เป็น​ทั้ง​สาร​ข้อความ​และ​เครื่องจักร

Sources

​แหล่งข้อมูล

  • 1986 · Gilbert, "Origin of life: The RNA world" — Nature 319, 618
  • 2000 · Nissen, Hansen, Ban, Moore & Steitz, "The Structural Basis of Ribosome Activity in Peptide Bond Synthesis" — Science 289(5481):920
  • 2009 · Lincoln & Joyce, "Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme" — Science 323(5918):1229-1232
  • 1953 · Miller-Urey spark-discharge experiment, NASA historical summary — NASA NTRS technical report
  • 2008 · Johnson et al., "The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment" — Science 322(5900):404
  • 2009 · Glavin & Dworkin, "Enrichment of the amino acid L-isovaline by aqueous alteration on CI and CM meteorite parent bodies" — PNAS 106(14)
  • 1986 · Gilbert, "Origin of life: The RNA world" — Nature 319, 618
  • 2000 · Nissen, Hansen, Ban, Moore & Steitz, "The Structural Basis of Ribosome Activity in Peptide Bond Synthesis" — Science 289(5481):920
  • 2009 · Lincoln & Joyce, "Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme" — Science 323(5918):1229-1232
  • 1953 · Miller-Urey spark-discharge experiment, NASA historical summary — NASA NTRS technical report
  • 2008 · Johnson et al., "The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment" — Science 322(5900):404
  • 2009 · Glavin & Dworkin, "Enrichment of the amino acid L-isovaline by aqueous alteration on CI and CM meteorite parent bodies" — PNAS 106(14)
บทถัดไป · 4 / 1404. The Frozen Code
Size
Page
Font

AMINO — The Immortal Thread

❦
101. The First Choice01. ทางเลือกแรก202. Four Letters02. สี่ตัวอักษร303. The Molecule That Copied Itself03. โมเลกุลที่คัดลอกตัวเอง404. The Frozen Code04. รหัสที่แข็งตัว505. The Upgrade to DNA05. การอัปเกรดสู่ดีเอ็นเอ606. The Membrane and the Machine06. เยื่อหุ้มและเครื่องจักร707. The Great Merger07. การรวมตัวครั้งยิ่งใหญ่808. Messengers Before Minds08. ผู้ส่งสารก่อนจะมีจิตใจ909. The First Animals09. สัตว์กลุ่มแรก1010. The Bonding Peptides10. เปปไทด์แห่งความผูกพัน1111. The Lobster's Posture11. ท่ายืนของล็อบสเตอร์1212. The Vertebrate Bargain12. ข้อตกลงของสัตว์มีกระดูกสันหลัง1313. Big Brains, Ancient Molecules13. สมองใหญ่ โมเลกุลโบราณ1414. The Unbroken Thread14. เส้นด้ายที่ไม่เคยขาด