ชิ้นงานที่ 2

ส่วนที่ 1

การถ่ายทอดยีนและโครโมโซมกับการค้นพบสารพันธุกรรม

1.  การถ่ายทอดยีนและโครโมโซม

สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะมีเพศที่แตกต่างกัน คือ เพศผู้และเพศเมีย ลูกที่เกิดขึ้นจะพัฒนามาจากเซลล์ที่เกิดจากเซลล์พิเศษของเพศผู้ คือ สเปิร์มหรืออสุจิกับเซลล์ไข่องเพศเมีย มารวมตัวกันเป็นไซโกตด้วยกระบวนการสืบพันธุ์ ยีนจากพ่อและแม่น่าจะมีการส่งถ่ายลักษณะต่างของพ่อและเม่สู่ลูกด้วยกระบวนการสืบพันธุ์  นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งข้อสังเกตนี้มาตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 นับตั้งแต่มีการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์เห็นการรวมตัวกันของสเปิร์มและเซลล์ไข่ของกบและหอยเม่น

พ.ศ. 2423 มีการค้นพบสีย้อมนิวเคลียสทำให้พบว่าในนิวเคลียส มีโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเส้นเรียกว่า โครโมโซม  นักวิทยาศาสตร์เฝ้าศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมและพบว่าการแบ่งเซลล์ใน 2 ลักษณะ คือ  การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (Mitosis) และ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (Meiosis)

ที่มา : http://www.le.ac.uk/ge/genie/vgec/sc/cellcycle.html

            พ.ศ. 2445 วอลเตอร์ ซัตตัน (Walter Sutton) เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เสนอทฤษฎีโครโมโซมในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (chromosome theory of inheritance) โดยเสนอว่า สิ่งที่เรียกว่าแฟกเตอร์ของเมนเดลซึ่งต่อมาเรียกว่า ยีน น่าจะอยู่บนโครโมโซม เพราะมีความสอดคล้องกัน

2.  การค้นพบสารพันธุกรรม

พ.ศ. 2412 เอฟ มิเชอร์ (F.Miescher) นักชีวเคมีชาวสวีเดน ได้ศึกษาส่วนประกอบในนิวเคลียสของเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ติดมากับผ้าพันแผล โดยนำมาย่อยเอาโปรตีนออกด้วยเอนไซม์เพปซิน พบว่าเอนไซม์นี้ไม่สามารถย่อยสลายสารชนิดหนึ่งที่อยู่ภายในนิวเคลียสได้ เมื่อนำสารนี้มาวิเคราะห์พบว่ามีธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ จึงเรียกสารที่สกัดได้จากนิวเคลียสว่า นิวคลีอิน(nuclein)  20 ปีต่อมา ได้มีการปลี่ยนชื่อใหม่ว่ากรดนิวคลีอิก เนื่องจากมีผู้ค้นพบว่าสารนี้มีสมบัติเป็นกรด

พ.ศ. 2457 มีการพัฒนาสีฟุคซิน โดย อาร์ ฟอยล์แกน (R. Feulgen) นักเคมีชาวเยอรมัน ซึ่งย้อมติด DNA ให้สีแดง  และเมื่อนำไปย้อมเซลล์ พบว่าติดที่นิวเคลียสและรวมตัวหนาแน่นที่โครโมโซม จึงสรุปว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม  ถ้า DNA เป็นสารพันธุกรรม DNA จะต้องสามารถควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมได้  ดังนั้นโครโมโซมนอกจากจะมีโปรตีนแล้วก็ยังมี DNA

           การค้นพบว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในสมัยนั้นเชื่อว่า สารพันธุกรรมน่าจะเป็นโปรตีน จึงน่าจะมีโปรตีนชนิดต่างๆ มากพอที่จะควบคุมลักษณะของสิ่งมีชีวิตได้

             ในปี พ.ศ. 2471 เอฟ กริฟฟิท (F. Griffith) แพทย์ชาวอังกฤษทำการทดลองฉีดแบคทีเรีย
( Streptococcus - pneumoniae ) ที่ทำให้เกิดโรคปอดบวม เข้าไปในหนู แบคทีเรียที่ฉีดมี 2 สายพันธุ์ คือ สายพันธุ์ R (rough) และสายพันธุ์ S (smooth)

ที่มา : หนังสือแบบเรียนชีววิทยา สสวท. เล่ม 5

กริฟฟิทนำแบคทีเรียสายพันธุ์ R ฉีดให้หนู พบว่าหนูไม่ตาย (ก.) ต่อมานำแบคทีเรีย สายพันธุ์ S ฉีดให้หนูพบว่าหนูตาย (ข.) เมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วย ความร้อนแล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูไม่ตาย (ค.)  แต่เมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนผสมกับสายพันธุ์ R ที่มีชีวิต ทิ้งว้ระยะหนึ่งแล้วฉีดให้หนู พบว่าหนูตาย เมื่อตรวจเลือดหนูที่ตายปรากฏว่ามีแบคทีเรียสายพันธุ์ S ปนอยู่กับสายพันธุ์ R (ง.)  กริฟฟิท รายงานว่ามีสารบางอย่างจากแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ ตายด้วยความร้อนเข้าไปยังสายพันธุ์ R บางเซลล์และสามารถทำให้แบคทีเรียสายพันธุ์ R เปลี่ยนแปลงเป็นเสายพันธุ์ S ที่มีชีวิต แบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่เกิดขึ้นสามารถถ่ายทอดลักษณะไปสู่รุ่นลูกหลาน แต่กริฟฟิทไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าสารนั้นคืออะไร

             พ.ศ. 2487 นักวิทยาศาสตร์ ชาวอเมริกัน 3 คน คือ โอ ที แอเวอรี่ (O.T. Avery) ซี แมคลอยด์ (C. MacLeod) และ เอ็ม แมคคาร์ที (M. McCarty) ทำการทดลองต่อจาก กริฟฟิท โดยนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S มาทำให้ตายด้วยความร้อน  จากนั้นเติมแบคทีเรียสายพันธุ์ R ลงใน แต่ละหลอดทดลอง ปล่อยไว้ระยะเวลาหนึ่งจึงนำไปเพราะเลี้ยงในอาหารวุ้น แล้วตรวจสอบแบคทีเรียที่เกิดขึ้น

ที่มา : หนังสือแบบเรียนชีววิทยา สสวท. เล่ม 5

จากผลการทดลองของกริฟฟิท  เอเวอรี่และคณะ ปรากฏว่าส่วนผสมของแบคทีเรียสายพันธุ์ R กับสารสกัดจากสายพันธุ์ S  ที่ทำให้ตายด้วยความร้อน ในภาวะที่มีเอนไซม์ DNase จะไม่พบแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่เกิดขึ้นใหม่ ในขณะที่ในส่วนผสมของแบคทีเรียสายพันธุ์ R กับสารสกัดสายพันธุ์ S ในภาวะที่มีเอนไซม์ RNase และภาวะที่มีเอนไซม์โปรตีเอส จะพบสายพันธุ์ S เกิดขึ้น การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า DNA คือ สารที่เปลี่ยนพันธุกรรม ของแบคทีเรียจากสายพันธุ์ R  ให้เป็นสายพันธุ์ S แอเวอรี่จึงสรุปว่า กรดนิวคลีอิกชนิด DNA เป็นสารพันธุกรรมไม่ใช่โปรตีน  มีการทดลองอื่นๆ ที่ยืนยันตรงกันว่า DNAเป็นสารพันธุกรรม
            

คำถาม

1.       บุคคลแรกที่เสนอทฤษฎีโครโมโซมในการถายทอดลักษณะทางพันธุกรรมคือใครและ

เสนอว่าอย่างไร

2.       นักวิทยาศาสตร์คนใดที่สรุปว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม  ถ้า DNA เป็นสารพันธุกรรม DNA

จะต้องสามารถควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมได้  ดังนั้นโครโมโซมนอกจากจะมีโปรตีนแล้วก็ยังมี DNA

3.       ผลการทดลองของใครที่เป็นจุดเริ่มต้นที่นำไปสู่ข้อสรุปสำคัญว่ายีนหรือสารพันธุกรรมซึ่ง

ทำหน้าที่ถ่ายทอดลักษณะของสิ่งมีชีวิตไปสู่รุ่นต่อๆ ไปนั้น เป็นสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่มีชื่อว่า DNA