เซลล์

คนเริ่มขึ้นจากเซลล์เพียงเซลล์เดียว เซลล์แรกแตกออกเป็นสอง สองแตกเป็นสี่ ไปเรื่อย ๆ จนแบ่งตัวได้ครบ 47 ครั้ง ก็จะได้เซลล์หนึ่งหมื่นล้านเซลล์ในร่างกาย เซลล์แต่ละตัวมีก๊อบปี้รหัสพันธุกรรมที่สมบูรณ์ เป็นคู่มือให้ความรู้เกี่ยวกับร่างกายของเรา ทำงานทุกอย่างในร่างกายโดยที่เราไม่รู้ว่าเซลล์ทำงานที่มันทำอยู่ได้อย่างไร เช่น แยกสกัดสารอาหาร แจกจ่ายพลังงาน และกำจัดของเสียออกจากร่างกาย ปกป้องเมื่อร่างกายของเราได้รับอันตราย ฯลฯ ซึ่งเรามีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับเซลล์น้อยมาก เรารู้ว่าในร่างกายของเรามีโปรตีนที่ไม่เหมือนกันอยู่ 200,000 ชนิดทำงานอยู่ในร่างกาย แต่จนถึงทุกวันนี้เราเข้าใจสิ่งที่พวกมันทำไม่เกิน 2 %
นักชีวเคมีชาวเบลเยียมกล่าวว่า ในตัวเรามีเซลล์อยู่ “ราวสองสามร้อยชนิด” พวกมันต่างกันมากในเรื่องของขนาดและรูปร่าง ตั้งแต่เซลล์ประสาทที่ใยประสาทสามารถยืดยาวได้หลายฟุต เซลล์เม็ดเลือดแดงรูปร่างเหมือนจานกลม ๆ ไปจนถึงโฟโตเซลล์รูปร่างเหมือนคันเบ็ดที่ช่วยให้เรามองเห็น นอกจากนี้เซลล์ยังมีขนาดต่างกันอย่างมาก เช่น เซลล์ไข่มีขนาดใหญ่กว่าเซลล์อสุจิถึง 85 เท่า โดยเฉลี่ยเซลล์ของมนุษย์จะมีขนาดกว้างราว 20 ไมครอน คือราว 2 ส่วน 100ของ 1 มิลลิเมตร ซึ่งเล็กเกินกว่าที่เราจะมองเห็น แต่ก็ใหญ่พอที่จะบรรจุโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่างไมโทคอนเดรียหลายพันตัวและโมเลกุลอีกหลายล้านโมเลกุล เซลล์ทุกเซลล์ยังมีชีวิตชีวาต่างกัน เซลล์ผิวหนังของเราเป็นเซลล์ที่ตายแล้ว ส่วนเซลล์ที่มีชีวิตส่วนมากจะมีอายุราว 1 เดือน ยกเว้นเซลล์ตับที่สามารถมีชีวิตอยู่ได้หลายปีแต่องค์ประกอบในตัวมันจะมีการผลัดใหม่ทุก ๆ สองสามวัน เซลล์สมองจะคงอยู่เท่ากับอายุของเราตอนเกิด เรามีเซลล์สมองอยู่ราวหนึ่งแสนล้านเซลล์ องค์ประกอบแต่ละส่วนของเซลล์สมองจะถูกเปลี่ยนใหม่สม่ำเสมอเช่นเดียวกับเซลล์ตับ ดังนั้น จึงไม่ใส่วนใดของเซลล์เหล่านี้ที่มีอายุเกิน 1 เดือน
โรเบิร์ต ฮุค(Robert Hooke) เป็นบุคคลแรกที่กล่าวถึงเรื่อง เซลล์ เขาเป็นนักทฤษฎีและนักประดิษฐ์ แต่สิ่งที่ทำให้เขาได้รับการยกย่องมากที่สุด คือ หนังสือ เรื่อง Microphagia : or Some Physiological Descriptions o Miniature Bodies Made by Magnifying Glasses ที่ตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1665 หนังสือเล่มนี้เปิดเผยให้คนทั่วไปได้เห็นจักรวาลของสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ จำนวนมากมายที่มีความหลากหลาย และมีโครงสร้างงดงามเกินกว่าจะคาดคิดจินตนาการได้ สิ่งมีชีวิตที่มองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์สิ่งแรกที่ฮุคระบุคือ ห้องเล็ก ๆ ในพืชที่เรียกว่า “เซลล์” ซึ่งในขณะนั้นมีการใช้กล้องจุลทรรศน์มานานกว่า 1 ชั่วอายุคนแล้ว แต่กล้องจุลทรรศน์ที่ ฮุค ใช้มีกำลังขยายได้ถึง 30 เท่า จึงทำให้ ฮุคเป็นนักประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมในคริสต์ศตวรรษที่ 17
ในทศวรรษต่อมามีพ่อค้าผ้าลินินประเทศฮอลแลนด์ ชื่อ แอนโทนี วาน เลเวนฮูค ได้ประดิษฐ์เครื่องมือที่มีกำลังขยายได้ถึง 275 เท่า เขาได้ส่งภาพวาดและรายงานที่ได้จากการใช้กล้องจุลทรรศน์ให้สมาคมนักวิชาการแห่งอังกฤษ รายงานของเขาไม่มีการอธิบายใด ๆ มีเพียงข้อเท็จจริงง่าย ๆ ที่เขาพบโดยบันทึกเป็นภาษาดัตช์และภาพเขียนที่งดงาม เขาส่งรายงานเกือบสองร้อยชิ้น และส่งทุกเรื่องที่เขาคิดว่ามีประโยชน์ เช่น เซลล์เลือด ฟัน ผม น้ำลาย อุจจาระ และน้ำอสุจิของเขา ซึ่งของทุกอย่างไม่มีใครเคยเห็นผ่านกล้องจุลทรรศน์มาก่อน ต่อมาสมาคมนักวิชาการของอังกฤษได้ใช้เครื่องมือที่ดีที่สุดค้นหา สัตว์ตัวเล็กๆ(animalcules) ที่ เลเวนฮูค ค้นพบได้ในตัวอย่างน้ำ คือ โพรโตซัว (Protozoa) ซึ่งเขาคำนวณว่าในน้ำหยดเดียว มี Protozoa อยู่ถึง 8,280,000 ตัว
ในปี ค.ศ.1638 เลเวนฮูค ได้ค้นพบแบคทีเรีย แต่ข้อจำกัดเรื่องกำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์จึงทำให้มีคนเห็นนิวเคลียสของเซลล์ครั้งแรกเมื่อ ปี 1831 โดยนักพฤกษศาสตร์ชาวสก๊อต ชื่อ โรเบิร์ต บราวน์ เขาเรียกสิ่งที่เขาพบว่า นิวเคลียส ซึ่งมาจากภาษาละตินว่า nucula แปลว่า ถั่วเล็กๆ ต่อมาในปี ค.ศ. 1839 ธีโอดอร์ ชวานน์ ชาวเยอรมัน เป็นผู้ที่รู้ว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดล้วนเกี่ยวข้องกับเซลล์ แต่ยังไม่เป็นที่ยอมรับจนกระทั่งศตวรรษ 1860 หลังจากการค้นพบของหลุยส์ ปาสเตอร์ ทำให้เรารู้ว่าชีวิตเกิดขึ้นเองไม่ได้ต้องเกิดมาจากเซลล์ที่มีอยู่ก่อนแล้ว หรือที่เรียกว่า “ทฤษฎีเซลล์” มีการเปรียบเซลล์กับสิ่งต่างๆ มากมาย เช่น โรงกลั่นทางเคมี และมหานครอันกว้างใหญ่ เซลล์เป็นและไม่เป็นทั้งสองอย่าง ไม่มีพื้นที่ส่วนใดของอะตอมที่ไม่ถูกใช้งาน ทุกหนทุกแห่งล้วนมีกิจกรรมและมีเสียงพลังงานไฟฟ้าดังไม่หยุดแต่ที่เราไม่รู้สึกก็เพราะว่ามันเกิดในปริมาณที่น้อยมาก ไม่ว่าจะมีรูปร่างหรือขนาดอย่างไร เซลล์เกือบทุกเซลล์ล้วนถูกสร้างให้มีพื้นฐานแบบเดียวกัน คือมีเปลือกหุ้มด้านนอกที่เรียกว่า เยื่อ (membreane) มีนิวเคลียสที่ภายในบรรจุข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีความสำคัญให้ชีวิตดำเนินไปได้ มีไซโทพลาซึมระหว่างเยื่อและนิวเคลียส เยื่อถูกสร้างจากไขมันชนิดหนึ่ง เรียกว่า ลิพิด เมื่อขยายเซลล์ให้ใหญ่ขึ้นเท่าเมล็ดถั่ว จะพบว่าภายในเซลล์มีวัตถุเป็นล้านๆ ชิ้น วัตถุเหล่านี้จะพุ่งไปมาเหมือนลูกกระสุนจากทุกทิศทางเป็นพันๆ ครั้งต่อวินาที ไม่มีที่ไหนที่ไม่ถูกกระแทกและฉีกทึ้ง โดยเฉลี่ยดีเอ็นเอแต่ละเส้นจะถูกสารเคมีและสารอื่นๆ โจมตีหรือทำความเสียหายหนึ่งครั้งทุกๆ 8.4วินาที หรือหนึ่งหมื่นครั้งต่อวันและแผลทุกทุกแผลจะถูกเย็บติดอย่างรวดเร็วไม่เช่นนั้นเซลล์ก็จะตาย
โปรตีนจะมีชีวิตชีวาเป็นพิเศษ ทำงานตลอดเวลา ทำหน้าที่สร้างและซ่อมโมเลกุลไม่หยุด บางตัวจะตรวจสอบโปรตีนที่ผ่านไปมาและทำเครื่องหมายตัวที่ถูกทำลายเสียหายหรือมีความบกพร่องซ่อมแซมไม่ได้ก็จะถูกแยกส่วนเพื่อนำส่วนประกอบต่างๆ ไปสร้างโปรตีนตัวใหม่ โปรตีนบางชนิดมีชีวิตอยู่ไม่ถึงครึ่งชั่วโมง บางชนิดอยู่ได้นานหลายสัปดาห์ ปกติแล้วในหนึ่งเซลล์จะมีโปรตีนแตกต่างกันราว 20,000 ชนิดประมาณ 2,000 ชนิดที่แต่ละตัวมีโมเลกุลอย่างน้อย 50,000 โมเลกุล จำนวนโมเลกุลรวมทั้งหมดในแต่ละเซลล์ประมาณ 100 ล้านโมเลกุล กระบวนการทำงานเหล่านี้ ต้องใช้ทรัพยากรอุดหนุนจำนวนมาก เช่น หัวใจของเราต้องปั๊มเลือด 75 แกลลอนต่อชั่วโมง 1,800 แกลลอนทุกวัน 657,000 แกลลอนในหนึ่งปีออกซิเจนจะถูกไมโทคอนเดรียดึงออกไป และเปลี่ยนมันให้เป็นโมเลกุลที่ชื่อ อะดีโนซีน ไทรฟอสเฟต หรือ เอทีพี คือสิ่งที่ทำให้มีชีวิตอยู่ได้ ทำหน้าที่ให้พลังงานแก่กระบวนการทำงานทั้งหมดของเซลล์และเราต้องใช้มันจำนวนมากแม้ขณะนอนหลับ เซลล์หนึ่งเซลล์ในร่างกายจะมีโมเลกุลเอทีพีอยู่ราว 1 พันล้านโมเลกุล และในเวลา 2 นาที ทุกตัวจะถูกใช้จนแห้ง แล้วอีก 1 พันล้านโมเลกุลก็จะเข้ามาทำหน้าที่แทน ทุกๆ วันเราผลิตและใช้เอทีพีปริมาณเท่ากับครึ่งหนึ่งของน้ำหนักตัว เมื่อเราสัมผัสได้ถึงความร้อนที่ผิวหนังนั่นคือเอทีพีกำลังทำงานอยู่
ทุกๆ วันเซลล์หลายพันล้านเซลล์จะตายลงโดยการถอดโครงสร้างทุกชิ้นที่ยึดมันเข้าด้วนกันแล้วเผาผลาญส่วนประกอบของตัวมันเอง กระบวนการนี้เรียกว่าเซลล์เดี่ยวแตกตายเอง(apoptosis) เซลล์ถูกกำหนดให้ตายแบบนี้ เซลล์อื่นๆ อีกหลายพันล้านตัวจะจัดการทำความสะอาด แต่ในบางครั้ง เซลล์ไม่ยอมทำลายตัวเองตามคำสั่งที่ได้รับ แต่กลับแพร่กระจายอย่างรวดเร็วจนควบคุมไม่ได้ คือ หนึ่งครั้งต่อการแบ่งตัวหนึ่งแสนล้านล้านครั้ง เราเรียกผลที่เกิดขึ้นว่า มะเร็ง
ความมหัศจรรย์ของเซลล์อยู่ที่การจัดการทุกอย่างได้อย่างราบรื่นยาวนานโดยไม่หยุดพักเลยด้วยการส่ง ตรวจตรา สังเกตการณ์กระแสข้อมูลจากทั่วทั้งร่างกายอย่างสม่ำเสมอ ไม่หยุด สัญญาณเหล่านี้ส่วนมากมาถึงโดยใช้คนส่งข่าวชื่อ ฮอร์โมน และสารประกอบเคมี นอกจากนี้ยังมีข้อความโทรเลขจากสมองหรือจากส่วนต่างๆ ของร่างกาย เห็นได้ชัดว่าไม่มีการไตร่ตรองอยู่เบื้อหลังการทำงานของเซลล์ ทั้งหมดเกิดขึ้นเองซ้ำๆ อย่างราบรื่น และแน่นอนมากเสียจนเราแทบไม่รู้สึกเลยและไม่รู้ด้วยเหตุผลใด กระบวนการทั้งหมดนี้ไม่เพียงเกิดขึ้นอย่างเป็นระเบียบภายในเซลล์เท่านั้นแต่ยังประสานเป็นหนึ่งเดียวกันตลอดทั่วทั้งร่างกายของสิ่งมีชีวิตด้วย ดังนั้น สิ่งมีชีวิตทุกชนิดคือสิ่งมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมด้านอะตอม