ทำไม DNA ทุกเกลียวในร่างกายถึงหมุนไปทางเดียวกัน? นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนา 150 ปี เพราะอะไรโมเลกุลในร่างกายคนถึงถนัดขวา

DNA ทุกเกลียวในร่างกายมนุษย์หมุนไปทางเดียวกัน น้ำตาลในเลือดทุกโมเลกุลเอียงไปทางเดียวกัน และน้ำตาลในกระดูกสันหลังของ RNA ทุกตัวก็เลือก "ข้างขวา" เหมือนกันทั้งหมด ปรากฏการณ์นี้คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า Homochirality หรือการที่สิ่งมีชีวิตเลือกใช้โมเลกุลเพียงรูปแบบเดียวจากสองรูปแบบที่เป็นภาพในกระจกของกันและกัน คำถามที่ค้างมาตั้งแต่ Louis Pasteur ค้นพบเรื่องนี้ในปี 1848 คือ ทำไม ทั้งที่ในทางเคมีโมเลกุลคู่กระจกสองรูปนั้นเหมือนกันทุกอย่าง

ทีมนักฟิสิกส์จาก Weizmann Institute และ Hebrew University of Jerusalem เพิ่งตีพิมพ์งานวิจัยใน Science Advances เมื่อ 22 เมษายน 2026 ที่อาจปิดเกมปริศนานี้ได้ คำตอบไม่ได้อยู่ในเคมีอย่างที่นักวิจัยรุ่นก่อนเฝ้ามอง แต่ซ่อนอยู่ในควอนตัมระดับ "การหมุนของอิเล็กตรอน" หรือ Electron Spin ภายในโมเลกุลที่ไม่สมมาตร ความต่างเล็ก ๆ ตรงนี้ทำให้โมเลกุลข้างหนึ่งทำงานได้มีประสิทธิภาพกว่าอีกข้างในกระบวนการทางชีวภาพ และความเหลื่อมล้ำที่สะสมมายาวนานคือสาเหตุที่ชีวิตทั้งโลกเลือกข้างเดียวกัน

ปริศนาที่ค้างคาวงการชีววิทยามานับศตวรรษ

โมเลกุลของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเรียกว่า Chirality หรือความถนัดข้าง คล้ายกับมือซ้ายและมือขวาของคนเราที่เอามาซ้อนทับกันให้สนิทไม่ได้ ในธรรมชาติถ้าสร้างโมเลกุลพวกนี้แบบสุ่ม สัดส่วนของรูปซ้ายกับรูปขวาควรอยู่ที่ราว 50/50 แต่ในร่างกายมนุษย์และสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก น้ำตาลในกระดูกสันหลังของ DNA และ RNA เป็นรูป D หรือถนัดขวาเกือบทั้งหมด ส่วนกรดอะมิโนเป็นรูป L หรือถนัดซ้ายเกือบทั้งหมด ที่สำคัญคือทุกตัวเลือก "ข้างเดียวกัน" หมด ไม่มีการสลับ

ที่ผ่านมามีหลายทฤษฎีพยายามอธิบายว่าทำไม ตั้งแต่แสงโพลาไรซ์ที่มาจากดาวฤกษ์ในจักรวาลยุคแรก การตกผลึกบนแร่ธาตุที่มีคุณสมบัติเฉพาะ ไปจนถึงกระแสน้ำหมุนวนในมหาสมุทรยุค Pre-Cambrian แต่ไม่มีคำตอบไหนที่ปิดเกมได้สนิทใจ จนกระทั่งงานวิจัยใหม่ของ Prof. Ron Naaman จาก Weizmann Institute และ Prof. Yossi Paltiel จาก Hebrew University เข้ามาเปลี่ยนเกม

Electron Spin คือกุญแจที่หายไป

หัวใจของงานวิจัยอยู่ที่ปรากฏการณ์ Chirality-Induced Spin Selectivity (CISS) หรือการที่อิเล็กตรอนเมื่อวิ่งผ่านโมเลกุลที่มีความถนัดข้าง จะเลือกสปินบางทิศมากกว่าทิศตรงข้าม เหมือนว่าโมเลกุลทำหน้าที่เป็นตัวกรองสปินตามธรรมชาติ ที่น่าสนใจคือนักวิจัยในวงการเคยเชื่อว่าโมเลกุลคู่กระจกของ Chiral Molecule ต้องตอบสนองต่อสปินแบบสมมาตรเป๊ะ ถ้ารูปขวาเลือกสปินขึ้น รูปซ้ายก็ต้องเลือกสปินลงในระดับเดียวกัน

แต่ทีม Naaman และ Paltiel ค้นพบว่าสมมติฐานนี้ไม่จริง เมื่อเข้าสู่กระบวนการที่เป็น Dynamic เช่นการขนส่งอิเล็กตรอนหรือปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก สปินของอิเล็กตรอนทำให้โมเลกุลคู่กระจกตอบสนองต่างกันจริง ๆ ส่งผลให้โมเลกุลข้างหนึ่งทำปฏิกิริยาได้ไวกว่าและเสถียรกว่าอีกข้างในเงื่อนไขเดียวกัน ความต่างของประสิทธิภาพนี้แม้จะเล็กน้อยในระดับโมเลกุลเดี่ยว แต่เมื่อสะสมในระบบที่มีโมเลกุลจำนวนมหาศาลและเวลานับล้านปี ก็เพียงพอที่จะทำให้ฝ่ายหนึ่งชนะขาดจนกลายเป็นรูปแบบเดียวที่ชีวิตเลือกใช้

แร่แม่เหล็กบนโลกยุคแรก คือเวทีที่ทำให้ทุกอย่างเริ่มขึ้น

การทดลองที่พลิกเกมคือการเอา Magnetite ซึ่งเป็นแร่แม่เหล็กที่พบทั่วไปบนโลกยุคก่อนเกิดสิ่งมีชีวิต มาจับคู่กับ Ribose Aminooxazoline ที่เป็นสารตั้งต้นของ RNA สิ่งที่ทีมวัดได้คือค่าทางแม่เหล็กของโมเลกุลคู่กระจกของสาร RNA precursor ตัวเดียวกัน ต่างกันถึง สามเท่า ซึ่งถือเป็นตัวเลขที่ใหญ่มากเมื่อเทียบกับสเกลปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุล ความต่างนี้แปลตรงเป็นอัตราการเกิดปฏิกิริยาและการตกผลึกที่เอียงไปทางรูปขวาอย่างชัดเจน

Naaman บอกว่าสิ่งเดียวที่ต้องการเพื่อให้ชีวิตเริ่มเลือกข้าง คือการมี "พื้นผิวที่มีอำนาจแม่เหล็ก" เท่านั้น โลกยุคแรกเมื่อ 4 พันล้านปีก่อนเต็มไปด้วย Magnetite อยู่ทั่วผิวโลกและในตะกอนใต้มหาสมุทร เงื่อนไขที่จำเป็นจึงไม่ได้เป็นอะไรพิเศษหรือต้องรอเหตุการณ์จากนอกโลก แต่อยู่ในธรรมชาติของโลกเองอยู่แล้ว

ผลลูกโซ่ที่ส่งต่อจาก RNA ไปทั้งชีวมณฑล

Claudia Bonfio จาก University of Cambridge ที่ให้ความเห็นต่องานนี้อธิบายว่า ถ้ากลไกที่ทีมเสนอเป็นจริง การเลือกข้างของ RNA precursor ในยุคแรกจะส่งต่อความถนัดเป็นลูกโซ่ ไปยังนิวคลีโอไทด์ ไปยัง RNA และไปยังเปปไทด์ในลำดับถัดมา จุดที่สำคัญคือชีวิตไม่ต้องเลือกข้างซ้ำในแต่ละขั้น เพียงเลือกครั้งเดียวที่ระดับ RNA precursor ทั้งระบบก็จะเดินตามทั้งห่วงโซ่

John Hudson จาก Imperial College London ที่ให้ความเห็นในฝั่ง Chemistry World เสริมว่าการค้นพบนี้ "ท้าทายสมมติฐานพื้นฐานในวงการ" เพราะที่ผ่านมานักวิจัยยึดติดกับความเชื่อว่าโมเลกุลคู่กระจกต้องสมมาตรเป๊ะในทุกมิติ การพบว่ามันสมมาตรไม่ได้ในเงื่อนไข Dynamic ถือเป็นการพลิกตำราเรียนชีวเคมีที่ใช้กันมาเจ็ดสิบปี

ผลต่อการแพทย์ วัสดุศาสตร์ และการตามหาสิ่งมีชีวิตต่างดาว

นอกจากตอบคำถามต้นกำเนิดของชีวิต งานนี้ยังเปิดทางใหม่ให้กับวงการเภสัชกรรมที่ต้องการออกแบบยาที่ออกฤทธิ์เฉพาะรูปคู่กระจกเดียว ยาหลายตัวมีรูปคู่กระจกที่ออกฤทธิ์ต่างกันสิ้นเชิง กรณีคลาสสิกคือ Thalidomide ที่รูปหนึ่งเป็นยานอนหลับใช้กับหญิงตั้งครรภ์ในช่วงปี 1950s-1960s แต่รูปคู่กระจกของมันทำให้ทารกในครรภ์พิการรุนแรง ถ้าวงการสามารถสังเคราะห์ยาเฉพาะรูปได้แม่นยำขึ้น ความเสี่ยงแบบเดียวกันจะลดลงมาก

ในแง่วัสดุศาสตร์และอิเล็กทรอนิกส์ Spintronics ที่ใช้สปินของอิเล็กตรอนเก็บข้อมูลแทนประจุไฟฟ้า จะได้แนวคิดใหม่ในการออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้ Chirality เป็นตัวควบคุมสปิน ซึ่งอาจกินไฟน้อยลงและประมวลผลเร็วขึ้นกว่าเทคโนโลยีปัจจุบัน

ส่วนในแง่ชีววิทยาดาราศาสตร์ การค้นพบนี้หมายความว่าถ้าดาวเคราะห์ดวงไหนมีพื้นผิวที่มีอำนาจแม่เหล็กในยุคก่อนเกิดสิ่งมีชีวิต ก็มีโอกาสสูงที่สิ่งมีชีวิตบนนั้นจะเลือกข้างของโมเลกุลเหมือนหรือต่างจากโลก คำถามที่นักวิจัย NASA และ ESA พยายามตอบเมื่อตรวจตัวอย่างจากดาวอังคารหรือดวงจันทร์ Enceladus ของดาวเสาร์ ก็อาจมีกรอบใหม่ในการตีความ

ที่มา: Popular Mechanics, Chemistry World, Phys.org