วิวัฒนาการในมุมมองของนักวิทยาเอ็มบริโอ

   เนื่องด้วยตัวกระผมเป็นนักชีววิทยาที่ศึกษาในด้านของเอ็มบริโอและการเจริญ หรือทีเรียกว่า นักวิทยาเอ็มบริโอ(embryologist) ซึ่งตัวกระผมเองมีความสนใจในเรื่องของวิวัฒนาการ ดังนั้นจึงใคร่ขอแสดงมุมมองอีกด้านหนึ่งของนักวิทยาเอ็มบริโอ

   ก่อนอื่นมาทำความรู้จักกับคำว่าเอ็มบริโอ (embryo) เสียก่อนนะครับ คำว่าเอ็มบริโอหลาย ๆ คนมักจะชอบเรียกติดปากว่า “ตัวอ่อน” ซึ่งแท้ที่จริงแล้วเอ็มบริโอมิได้หมายถึงตัวอ่อน ซึ่งคำว่าตัวอ่อนที่แท้จริงคือคำว่า larva ดังนั้นคำว่าเอ็มบริโอที่แท้จริงคืออะไร? ถ้าให้นิยามถึงคำว่าเอ็มบริโอจะหมายถึงระยะของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในเยื่อปฎิสนธิ (fertilization membrane) เช่น เอ็มบริโอของเม่นทะเล เอ็มบริโอของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก เป็นต้น หรืออยู่ในเปลือกไข่ เช่น เอ็มบริโอของนก เอ็มบริโอของสัตว์เลื้อยคลาน เป็นต้น สำหรับเอ็มบริโอของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมนั้น หมายถึง ระยะก่อนที่จะเจริญเป็นฟีตัส (fetus) ซึ่งคำว่าฟีตัสนี้ ถ้าแปลให้ง่าย ๆ หมายถึงระยะที่เอ็มบริโอมีรากเหง้าของอวัยวะ(organ rudiment) ครบแล้วซึ่งคำว่าฟีตัสจะใช้เรียกในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมเท่านั้น

   หลายคนมองว่า การเจริญ (development) ของสิ่งมีชีวิตนั้นมีความเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการอย่างไร ? ก่อนอื่นเราต้องมาทำความรู้จักกับระยะการเจริญพื้นฐานเสียก่อน ซึ่งในที่นี้จะกล่าวถึงการเจริญเพียงของสัตว์เท่านั้น ระยะการเจริญเบื้องต้นของสัตว์แบ่งออกเป็นระยะสำคัญดังนี้

                1. คลีเวจ (clevage) คือ ระยะที่ไซโกต (zygote) มีการแบ่งเซลล์เพิ่มจำนวน

                2. บลาสตูเลชั่น (blastulation) คือ ระยะที่เกิดช่องบรรจุสารที่เรียกว่า บลาสโตซิล (blastocoel)

                3. แกสตรูเลชั้น (gastulation) คือ ระยะที่เกิดกลุ่มเซลล์เบื้องต้น (germ layer) 3 กลุ่ม คือ กลุ่มเซลล์ชั้นนอก (ectoderm) ชั้นกลาง (mesoderm) และชั้นใน (endoderm)

                4. การเกิดรูปร่าง (morphogenesis)

   การเจริญจากไซโกตผ่านขั้นตอนการเจริญระยะต่าง ๆ จนเป็นตัวเต็มวัยและแก่ตาย เราเรียกการเจริญในลักษณะนี้ว่า “ontogeny development”

   ถ้าเราลองเปรียบเทียบให้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว หรือ พวกโพรติส (protist) ชนิดต่าง ๆ ในที่นี้ของยกตัวอย่างชนิดที่มีการทำการศึกษาเกี่ยวกับชีววิทยาการเจริญเป็นมาก คือ Chlamydomonas ซึ่งเป็นโพรติสเซลล์เดียวที่ดำรงชีพแบบเดี่ยว ไม่มีการรวมกันเป็นโคโลนี ต่อมานักชีววิทยาของเซลล์เชื่อว่า มีบางเซลล์เกิดการกลายพันธุ์และมีการสร้างสัญญาณให้เกิดการรวมกลุ่มกันเป็นโคโลนี และมีวิวัฒนาการเป็นโพรติสที่มีชื่อว่า Volvox ดังนั้นถ้าเรามองให้ Chlamydomonas หนึ่งเซลล์คือไซโกต ส่วน Chlamydomonas ที่เริ่มเกิดการรวมโคโลนีเป็นคลีเวจ และ Volvox เป็นบลาสตูเลชั่น ดังนั้นจากความเชื่อที่นักชีววิทยายุคเก่าเคยเชื่อว่า บรรพบุรุษของสัตว์คือพวกโพรติสที่รวมกลุ่มกันเป็นโคโลนี เริ่มเป็นความเชื่อที่มีน้ำหนักมากขึ้นเมื่อมีข้อมูลการศึกษาในโพรติสสองชนิดดังที่กล่าวข้างต้น

   ตอนนนี้วิวัฒนาการการเจริญของเราดำเนินมาถึงบลาสตูเลชั่นแล้ว ต่อไปจะเป็นการดำเนินสู่แกสตรูเลชั่น กระบวนการเริ่มต้นของการเกิดแกสตรูเลชั่นนั้นเริ่มต้นจากจะมีเซลล์ด้านใดด้านหนึ่งบุ๋มเข้าไปภายในช่องบลาสโตซิล เราเรียกการบุ๋มนี้ว่า invagination และเมื่อบุ๋มเข้าไปแล้วจะเกิดช่องที่ต่อไปจะเจริญไปเป็นทางเดินอาหาร เรียกว่า archenteron ถ้าเปรียบกับสัตว์เราก็สามารถเปรียบได้ว่าแกสตรูเลชั่นที่เกิดการบุ๋มและเกิดarchenteron นี้ เปรียบเสมือนกับไฮคราที่มีช่องทางเดินอาหารที่เรียกว่า gastrovascular cavity ต่อจากนั้นจะเกิดเป็นกลุ่มเซลล์เบื้องต้นสามชั้นดังที่ได้กล่าวมาข้างต้น ซึ่งเปรียบเสมือนกับสัตว์กลุ่มแรกที่มีเนื้อเยื่อครบสามชั้น คือ หนอนตัวแบน (platyhelminthes) นั่นเอง

   รายละเอียดการเจริญต่อจากนี้ค่อนข้างจะซับซ้อน ตัวกระผมขอละเว้นไว้ยังไม่อรรถาธิบาย แต่กระผมขอข้ามมาอธิบายในการเจริญของเอ็มบริโอสัตว์มีกระดูกสันหลังเลย เพื่อให้ท่านผู้อ่านเข้าใจมุมมองของนักวิทยาเอ็มบริโอ

   ท่านผู้อ่านหลายท่านอาจจะเคยได้ยินย่างก้าวจากน้ำสู่บก หรือ วิวัฒนาการจากน้ำสู่บกของสัตว์มีกระดูกสันหลังมาบ้างแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่าวิวัฒนาการจากน้ำขึ้นสู่บก สัตว์มีกระดูกสันหลังได้มีการปรับเปลี่ยนลักษณะต่าง ๆ ให้เหมาะสมที่จะขึ้นสู่บก เช่น การมีปอด มีชั้นไขมัน มีต่อมน้ำมันต่าง ๆ หรือการแม้กระทั้งการมีเกล็ดของสัตว์เลื้อยคลานเพื่อป้องกันการสูญเสียน้ำ เป็นต้น ในที่นี้กระผมขอเสนอมุมเล็ก ๆ ของวิวัฒนาการโดยมองผ่านเอ็มบริโอ

   การที่จะก้าวขึ้นสู่บกได้นั้น ถือว่าเป็นเรื่องท้าทายอย่างมากของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เพราะต้องเผชิญกับปัจจัยที่มาจำกัดหลาย ๆ อย่าง เช่น การสูญเสียความชื้น อุณหภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง และแรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งต้องผ่านกลไกทางการคัดเลือกทางธรรมชาติ (natural selection) ที่เข้มข้นจึงสามารถอยู่รอดขึ้นมาบนบกได้ ซึ่งการคัดเลือกดังกล่าวไม่ได้คัดเลือกตอนเป็นตัวเต็มวัยเท่านั้น แต่เริ่มคัดเลือกตั้งแต่เอ็มบริโอ การที่ก้าวขึ้นสู่บกได้นั้นเอ็มบริโอต้องสร้างอะไรสักอย่างมาเพื่อทำให้ตัวเองอยู่ไกลแหล่งน้ำให้ได้มากที่สุด ดังนั้นเอ็มบริโอจึงมีสระน้ำส่วนตัวเลย นั่นก็คือ ถุงน้ำคร่ำ (amnion)ซึ่งพบครั้งแรกในสัตว์เลื้อยคลาน นอกจากนี้ยังมีเปลือกไข่เพื่อป้องกันเอ็มบริโอจากการสูญเสียน้ำและอันตราย แต่พอวิวัฒนาการสูงขึ้นเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมเอ็มบริโอกับถุงน้ำคร่ำเข้าไปอยู่ในตัวของแม่และได้รับอาหารผ่านทางรก แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่เอ็มบริโอประสบความสำเร็จในการลดปัจจัยจำกัด ซึ่งก็คือความชื้น และสามารกระจายพันธุกรรมของตัวเองไปได้ไกลมากขึ้น

   จากโพรติสเซลล์เดียวที่เปรียบเป็นไซโกต รวมกลุ่มกันเปรียบเป็นคลีเวจ มาเป็น Volvox ที่เป็นที่เหมือนบลาสตูเลชั่น ก้าวเข้าสู่ไฮดราที่เปรียบกับแกสตรูเลชั่น ผ่านขั้นตอนการเจริญอันซับซ้อนขึ้นเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง จากปลาที่ออกลูกในแหล่งน้ำ มาเป็นสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกที่เริ่มขึ้นมาใช้ชีวิตบนบกแต่ยังห่างแหล่งน้ำไม่ได้เลย เพราะเอ็มบริโอต้องอาศัยแหล่งน้ำในการเจริญ ก้าวย่างขึ้นมาเป็นสัตว์เลื้อยคลานและนกที่เอ็มบริโอมีสระน้ำส่วนตัวคือ ถุงน้ำคร่ำ มาเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมที่สามารถพาเอ็มบริโอกระจายไปได้ไกลโดยไม่ต้องเป็นห่วงเรื่องของอาหารและความชื้น

   จึงพอสรุปเป็นภาพรวมง่าย ๆ ให้เข้าใจได้ คือ สิ่งมีชีวิตจะมีการเจริญย้อนรอยของบรรพบุรุษ โดยที่บรรพบุรุษจะมีการเจริญที่ซับซ้อนน้อยกว่าอาจจะมีเพียงแค่ไซโกตและเข้าคลีเวจ จนมาเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการสูงขึ้นจนมีการเจริญที่ซับซ้อนขึ้น แต่ก็ยังคงลักษณะการเจริญพื้นฐานของบรรพบุรุษไว้ เรียกการเจริญย้อนรอยของบรรพบุรุษว่า “phylogeny development”

   ดังนั้นจึงไขข้อข้องใจของหลาย ๆ คนได้ว่า ทำไม่ตอนอยู่ในท้องแม่เราหน้าเหมือนปลาเลย