http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 207 ธันวาคม 2547 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี บอกรับจดหมายข่าว โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com   ดูจดหมายข่าวเก่า

สารคดีวิทยาศาสตร์ #207                 รางวัลโนเบลสาขาวิทยาศาสตร์ 2004   อีกครั้งกับการเชิดชูเกียรตินักวิทยาศาสตร์สาขาต่างๆ ของโลก ด้วยการมอบรางวัลโนเบลสาขาวิทยาศาสตร์ ประจำปี 2004    นักฟิสิกส์ผู้ไขแรงแห่งควาร์ก           ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้เป็นชาวอเมริกันทั้งสามท่าน ได้แก่ ศาสตราจารย์เดวิด กรอสส์ จากสถาบันฟิสิกส์ทฤษฎีคาฟลี มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา, ศาสตราจารย์เดวิด โพลิตเซอร์ จาก ภาควิชาฟิสิกส์ สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (คาลเท็ค) พาซาดีนา และ ศาสตราจาย์แฟรงก์ วิลซ์เซ็ก จาก ภาควิชาฟิสิกส์ สถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตต์ (เอ็มไอที) แคมบริดจ์         อนุภาคพื้นฐานที่เล็กที่สุดในธรรมชาติคืออนุภาคอะไร? และอนุภาคเหล่านี้ก่อตัวกันเป็นทุกสิ่งทุกอย่างที่อยู่รอบตัวเราได้อย่างไร? ในธรรมชาติมีแรงอะไรมากระทำ? และพวกมันทำอย่างไร?         นักฟิสิกส์ทฤษฎีทั้งสามศึกษาเรื่องพื้นฐานของปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น อันเป็นปัญหาที่นักฟิสิกส์พยายามหาคำตอบมาตลอดศตวรรษที่ 20 และยังคงเป็นปัญหาท้าทายทั้งนักฟิสิกส์ทฤษฎีและนักฟิสิกส์ทดลองที่ยังคงทำงานอยู่กับเครื่องเร่งอนุภาคหลักๆ หลายแห่งทั่วโลกในขณะนี้ ศาสตราจารย์เดวิด กรอสส ศาสตราจารย์เดวิด โพลิตเซอร์ ศาสตราจาย์แฟรงก์ วิลซ์เซ็ก           นักฟิสิกส์ทั้งสามได้สร้างทฤษฎีเกี่ยวกับแรงนิวเคลียร์ชนิดรุนแรง (strong force) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า แรงมีสี (colour force) แรงชนิดรุนแรงนี้เป็นแรงหลักแรงหนึ่งในนิวเคลียสของอะตอม เป็นแรงที่กระทำระหว่างอนุภาคควาร์กที่อยู่ภายในโปรตอนและนิวตรอน สิ่งที่ทั้งสามท่านทำก็คือ การใช้สมการทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่า ยิ่งควาร์กแต่ละตัวเข้าใกล้กันมากเท่าไร แรงดึงดูดระหว่างกันก็ยิ่งอ่อนลง และเมื่อควาร์กเข้ามาใกล้กันมากที่สุด แรงนี้ก็จะอ่อนมาก จนทำให้อนุภาคควาร์กมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาคอิสระ ไม่มีแรงอะไรมากระทำเลย เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า asymptotic freedom ในทาง กลับกัน เมื่อควาร์กเคลื่อนตัวออกห่างจากกัน  แรงดึงดูดระหว่างกันก็ยิ่งมากขึ้น ถ้าจะเปรียบเทียบให้เห็นภาพชัดเจนก็ขอให้เรานึกถึงหนังสติ๊ก เวลาที่เรายืดวงยางออกไป เรายิ่งรู้สึกว่ามีแรงดึงมากขึ้น ฉันใดก็ฉันนั้น          แนวคิดนี้แสดงไว้ในสมการคณิตศาสตร์ที่เรียบง่ายเมื่อ พ.ศ. 2516 ทำให้ทฤษฎีควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (Quantum ChromoDynamics, QCD) มีความสมบูรณ์ ทฤษฎีนี้มีส่วนสำคัญอย่างมากในแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) อันเป็นทฤษฎีที่อธิบายว่าแรงทางฟิสิกส์นั้นเชื่อมโยงกันด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (กระทำระหว่างอนุภาคที่มีประจุ) แรงชนิดอ่อน (มีความสำคัญในการสร้างพลังงานของดวงอาทิตย์) และแรงชนิดรุนแรง (ที่กระทำระหว่างควาร์ก) ด้วยทฤษฎี QCD นักฟิสิกส์สามารถอธิบายได้ว่าเหตุใดควาร์กจึงมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาคอิสระได้เมื่ออยู่ในที่ที่มีพลังงานสูงมากๆ ในโปรตอนและนิวตรอน ควาร์กมักอยู่ในรูปของสามอนุภาครวมกันเสมอ         การค้นพบของนักฟิสิกส์ทั้งสามช่วยให้วงการฟิสิกส์ก้าวเข้าไปใกล้ความฝันอันยิ่งใหญ่ของวงการอีกก้าว นั่นคือการสร้างทฤษฎีเอกภาพ ที่รวมแรงทุกแรงไว้ด้วยกัน จนกลายเป็น ทฤษฎีของสรรพสิ่ง (Theory of Everything) ในที่สุด   กลไกนาสิกสัมผัส คว้ารางวัล โนเบลสาขาการแพทย์           ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ เป็นนักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกาสองท่าน คือ ศาสตราจารย์ ริชาร์ด แอ็กเซล จากสถาบันการแพทย์โฮเวิร์ดฮิวจส์ และ มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย นิวยอร์ก และ ศาสตราจารย์ลินดา บี. บัค จากศูนย์วิจัยมะเร็งเฟรดฮัตชินสัน ซีแอตเทิล  ศาสตราจารย์ ริชาร์ด แอ็กเซล  ศาสตราจารย์ลินดา บี. บัค ประสาทสัมผัสเกี่ยวกับการรับกลิ่นนั้นเป็นปริศนาที่มีความลึกลับมานานแสนนาน ก่อนหน้านี้เรายังคง  เข้าใจหลักการพื้นฐานของการจดจำกลิ่นต่างๆ กว่าหนึ่งหมื่นกลิ่นได้ไม่ดีนัก แต่การค้นคว้าของนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์-สรีรวิทยา ประจำปีนี้ก็ทำให้เราเข้าใจเรื่องนี้มากขึ้น ทั้งคู่เป็นผู้บุกเบิกการศึกษาว่าประสาทสัมผัสด้านการรับกลิ่นของคนเราทำงานอย่างไร พวกเขาได้ค้นพบกลุ่มของยีนกลุ่มใหญ่ ที่มียีนอยู่ประมาณหนึ่งพันยีน (ประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ของยีนทั้งหมด) ว่าเป็นต้นกำเนิดตัวรับกลิ่นชนิดต่างๆ โดยตัวรับกลิ่นเหล่านี้อยู่ในอวัยวะรับกลิ่น ซึ่งอยู่บริเวณตอนบนของเยื่อบุโพรงจมูก  และคอยตรวจจับโมเลกุลกลิ่นที่จมูกสูดดมเข้าไป         เซลล์รับกลิ่นแต่ละเซลล์จะมีตัวรับกลิ่น (recepter) เพียงหนึ่งชนิดเท่านั้น  และตัวรับกลิ่นแต่ละตัวก็สามารถตรวจจับสารให้กลิ่นได้เพียงไม่กี่ชนิด ดังนั้นเซลล์รับกลิ่นของมนุษย์เราจึงมีความจำเพาะต่อกลิ่นใดกลิ่นหนึ่ง เซลล์ เหล่านี้จะส่งสัญญาณประสาท ตรงไปยัง ส่วนเฉพาะที่เรียกว่า โกลเมอรูไล (glomeruli) ซึ่งอยู่ในสมองส่วนที่เกี่ยวข้องกับการดมกลิ่น (olfactory bulb) เซลล์รับกลิ่นที่มีตัวรับกลิ่นชนิดเดียวกันก็จะส่งสัญญาณไปที่โกลเมอรูลัส (เป็นคำเอกพจน์) อันเดิมเสมอ และจากส่วนเล็กๆ ในสมองส่วนการดมกลิ่นนี้ ก็จะมีการส่งข้อมูลต่อไปยังส่วนอื่นๆ ของสมอง ซึ่งข้อมูลจากเซลล์รับกลิ่นตัวอื่นๆ จะมารวมกัน ประมวลแบบแผน ทำให้เราจำได้ว่ากลิ่นที่ได้ดมนั้นเป็นกลิ่นอะไรกันแน่         นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองท่านได้ศึกษาวิจัยและตีพิมพ์ผลงานร่วมกันเมื่อ พ.ศ. 2534 ซึ่งได้อธิบายว่ามียีน กลุ่มใหญ่ประมาณ 1,000 ยีนที่ควบคุมการทำงานของตัวรับกลิ่น การศึกษานี้ได้ทำให้เกิดความเข้าใจการทำงานของระบบรับกลิ่นของมนุษย์เราลึกซึ้งถึงระดับโมเลกุลเลยทีเดียว         ประสาทรับกลิ่นนั้นมีความสำคัญกับมนุษย์เราเป็นอย่างมาก กลิ่นจะเป็นตัวบ่งบอกถึงรสชาติและคุณภาพของ สิ่งต่างๆ ได้ กลิ่นใดกลิ่นหนึ่งก็สามารถกระตุ้นเตือนความทรงจำเมื่อวัยเด็กของเราได้ หรือกระตุ้นให้เรานึกถึงอารมณ์ต่างๆ ทั้งในทางบวกและทางลบ ยกตัวอย่างเช่น กลิ่นเหม็นบูด ทำให้เราทราบว่าไม่ควรรับประทานอาหารจานนั้น หากเราไม่ได้กลิ่นอะไรเลยก็ถือว่าเป็นความเสียเปรียบอย่างใหญ่ หลวง บางทีอาจนำอันตรายมาให้ด้วยซ้ำ ยกตัวอย่างเช่น เราคงตกอยู่ในอันตรายเป็นแน่หากเราไม่ได้กลิ่นควันเมื่อเกิดเพลิงไหม้         จะว่าไปแล้วระบบการรับกลิ่นนั้นสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทุกชีวิตมีความสามารถในการตรวจจับและระบุชนิดของสารเคมีต่างๆ ที่อยู่รอบตัว  มันเป็นสิ่งจำเป็นต่อการเอาชีวิตรอด  ซึ่งสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีจำนวนเซลล์รับกลิ่นไม่เท่ากัน อย่างเช่น หนูมีตัวรับกลิ่นอยู่ประมาณหนึ่งพันอัน คนจะมีตัวรับกลิ่นน้อยกว่าหนู ส่วนปลาก็มีตัวรับกลิ่นเหมือนกันแต่มีในปริมาณน้อยมาก เป็นต้น   “จูบมรณะ”ของเซลล์ได้โนเบลสาขาเคมี           ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปีนี้ได้แก่ นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลสองท่าน คือ ศาสตราจารย์ แอรอน ซีชาโนเวอร์ จากหน่วยวิจัยชีวเคมีและเป็นผู้อำนวยการสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์การแพทย์แรปพาพอร์ต แฟมิลี ซึ่งอยู่ในสังกัดของสถาบันเทคโนโลยีแห่งอิสราเอล เมืองไฮฟา และ ศาสตราจารย์เกียรติคุณอัฟราม เฮอร์ชโก จากหน่วยงานเดียวกัน ส่วนผู้ได้รับรางวัลอีกท่านเป็นชาวอเมริกัน คือ ดร. เออร์วิน โรส เป็นผู้เชี่ยวชาญ ประจำ ภาควิชาสรีรวิทยาและชีวฟิสิกส์ วิทยาลัยการแพทย์ มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ที่เออร์ไวน์          ศาสตราจารย์ แอรอน ซีชาโนเวอร์ ศาสตราจารย์เกียรติคุณอัฟราม เฮอร์ชโก ดร. เออร์วิน โรส โปรตีนนั้นถือเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นคน สัตว์ หรือพืช ในช่วง 20-30 ปีที่แล้ว วงการชีวเคมีได้พยายามอธิบายว่าเซลล์มีวิธีสร้างโปรตีนชนิดต่างๆ อย่างไร แต่ไม่ค่อยมีใครศึกษาถึงกระบวนการทำลายโปรตีนโดยเซลล์มากนัก นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านเป็นผู้ที่ทำการวิจัยสวนกระแส และเริ่มต้นการค้นพบกระบวนการทำงานของเซลล์ที่เกี่ยวกับการทำลายโปรตีนตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 (ประมาณ พ.ศ. 2523) เป็นต้นมา         จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่าน ทำให้เราได้ทราบว่า เซลล์ได้ทำหน้าที่เหมือนเป็นสถานีตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งจะมีการสร้างและทำลายโปรตีนด้วยอัตราเร็วที่สูงมาก การทำลายโปรตีนก็ไม่ได้ทำแบบสุ่มสี่สุ่มห้า แต่เกิดขึ้นโดยผ่านกระบวนการที่ควบคุมอย่างเป็นระบบ โดยโปรตีนที่เข้าข่ายถูกทำลายจะถูก “หมายหัว” ไว้ด้วยโมเลกุลจำเพาะ โดยที่โมเลกุลนี้จะเข้าไปจับ และนำโปรตีนไปทำลายที่เซลล์ทำลายโปรตีน (โปรตีโอโซม) เพื่อย่อยโปรตีนนี้เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย เราจึงเรียกกระบวนการนี้ว่า “จูบมรณะ” (kiss of death)         โมเลกุลที่เข้าไปเป็นตัวหมายหัวโปรตีนนั้นมีชื่อว่า ยูบิควิทิน (ubiquitin) โดยจับกับโปรตีนเหมือนการล็อคกุญแจ และส่งสัญญาณออกมาว่าโปรตีนนั้นกำลังถูกนำไปทำลายที่โปรตีโอโซม  และก่อนหน้าที่โปรตีนนั้นจะถูกโปรตีโอโซมจัดการ ยูบิควิทินก็จะปลดล็อคตัวเองออก ทำให้มันสามารถหมุนเวียนตัวเองกลับมาล็อคโปรตีนไม่สมประกอบตัวใหม่ต่อไปได้อีก กระบวนการนี้เกิดขึ้นในทุกเซลล์ทั่วร่างกาย (คำว่า ยูบิควิทิน มาจากภาษาละติน ubique หมายความว่า ทุกหนแห่ง)         ผลจากการศึกษาจนทราบกระบวนการนี้มีประโยชน์เป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นการทำความเข้าใจการควบคุมการทำงานของเซลล์เพื่อสร้างหรือทำลายโปรตีนในระดับโมเลกุล ตัวอย่างการทำงานของเซลล์ที่มียูบิควิทินมาเกี่ยวข้องก็เช่น การแบ่งเซลล์ การซ่อมแซมดีเอ็นเอ การควบคุมคุณภาพโปรตีนที่สร้างขึ้นมาใหม่  และที่สำคัญมากอีกส่วนก็คือ ระบบภูมิคุ้มกัน เพราะเมื่อกระบวนการทำลายโปรตีนนั้นเกิดความบกพร่อง ก็จะทำให้เราป่วยเป็นโรคต่างๆ เช่น มะเร็งปากมดลูก โรคซิสติกไฟโบรซิส (cysticfibrosis เป็นภาวะที่เกิดพังผืดที่อวัยวะที่มีการหลั่งของเหลวในร่างกาย เช่น ปอด ถุงน้ำดี) ความรู้เกี่ยวกับการทำลายโปรตีนของยูบิควิทินจะช่วยในการพัฒนายารักษาโรคเหล่านี้  และโรคอื่นๆ ได้ด้วย                                                โดย... กองบรรณาธิการ พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/207/nobel2004.htm กลับไปหน้าบทความ/สารคดี   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 60 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 720 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0-2751-5800, 0-2751-4175 โทรสาร 0-2751-5059 E-mail : update@se-ed.com