สุดยอดการค้นพบทางวิทยาศาสตร์แห่งปี 2018

  • 22 ธันวาคม 2018
Image copyright ICECUBE/NSF
คำบรรยายภาพ เครื่องมือตรวจจับอนุภาคนิวทริโนที่ขั้วโลกใต้ของโครงการทดลองไอซ์คิวบ์

ตลอดปีที่กำลังจะผ่านพ้นไปนี้ แวดวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความก้าวหน้ารวมทั้งมีการค้นพบใหม่ ๆ ที่น่าสนใจเกิดขึ้นหลายเรื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านวิทยาการควอนตัม การสำรวจอวกาศ เซลล์และพันธุศาสตร์ โดยบีบีซีไทยได้รวบรวมการค้นพบสำคัญ 7 เรื่องที่น่าทึ่งแห่งปีเอาไว้ดังต่อไปนี้

1) พบแหล่งกำเนิดของอนุภาคผี "นิวทริโน" มาจากหลุมดำห่างโลกเกือบ 4 พันล้านปีแสง

โครงการทดลองไอซ์คิวบ์ (IceCube) ค้นพบที่มาของอนุภาคนิวทริโน (Neutrino) ชนิดพลังงานสูงจากห้วงอวกาศลึก โดยอุปกรณ์ใต้ผืนน้ำแข็งที่ทวีปแอนตาร์กติกา ซึ่งประกอบไปด้วยตัวเซนเซอร์จำนวนมากฝังอยู่ในก้อนน้ำแข็งขนาด 1 ลูกบาศก์กิโลเมตร สามารถตรวจจับอนุภาคดังกล่าวได้เป็นครั้งแรก

อนุภาคนิวทริโนนี้ชนและทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอมน้ำแข็ง ทิ้งร่องรอยที่ทำให้ทราบว่ามันเดินทางข้ามห้วงอวกาศมาจากหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซีแห่งหนึ่งในกลุ่มดาวนายพรานหรือโอไรออน ห่างจากโลกถึง 3,700 ล้านปีแสง

ทั้งนี้ อนุภาคนิวทริโนหรือ "อนุภาคผี" (Ghost particle) คืออนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่ตรวจจับได้ยาก เนื่องจากมีมวลอยู่น้อยมากเหมือนกับไม่มี สามารถทะลุผ่านวัตถุต่าง ๆ ได้โดยไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาใด ๆ ขึ้นทั้งสิ้น

การค้นพบครั้งนี้ช่วยเปิดประตูสู่ยุคใหม่ของวงการดาราศาสตร์ ซึ่งนับแต่นี้จะสามารถศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในห้วงอวกาศลึกได้ด้วยเครื่องมือที่หลากหลายขึ้นนอกเหนือไปจากกล้องโทรทรรศน์ เช่น ใช้การสังเกตอนุภาคพลังงานสูงอย่างนิวทริโนและคลื่นความโน้มถ่วง

2) พบทะเลสาบและสารอินทรีย์ที่อาจเป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร

อุปกรณ์ของท่านไม่สามารถใช้งานเครื่องเล่นสื่อได้
พบ "ทะเลสาบ" ใต้ผืนน้ำแข็งดาวอังคารเป็นครั้งแรก

องค์การอวกาศยุโรป (ESA) พบหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีทะเลสาบกว้างถึง 20 กิโลเมตร และลึกอย่างน้อย 1 เมตร อยู่ใต้ผืนน้ำแข็งบริเวณขั้วใต้ของดาวอังคารเป็นครั้งแรก โดยถือว่าเป็นแหล่งน้ำขนาดใหญ่ที่ยังคงมีน้ำในรูปของเหลวอยู่ในปัจจุบัน ไม่ใช่แค่น้ำขังในร่องหิน หรือน้ำในรูปของน้ำแข็งอย่างที่เคยพบมาก่อนหน้านี้

ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีค้นพบทะเลสาบดังกล่าว หลังจากใช้เรดาร์ Marsis ที่ติดตั้งบนดาวเทียมสำรวจดาวอังคาร Mars Express ตรวจสอบพื้นผิวและชั้นใต้ดินของดาวอังคารเป็นเวลา 3 ปี แต่อย่างไรก็ตาม การที่น้ำในทะเลสาบแห่งนี้ยังเป็นของเหลวอยู่ในสภาพอากาศที่เย็นจัด อาจเป็นเพราะมีเกลือละลายผสมอยู่อย่างเข้มข้น ซึ่งทำให้ยากที่สิ่งมีชีวิตจะดำรงชีพอยู่ได้

ด้านหุ่นยนต์ตระเวนสำรวจพื้นผิวดาวอังคาร "คิวริออซิที โรเวอร์" (Curiosity Rover) ขององค์การนาซา ขุดพบสารอินทรีย์ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีความซับซ้อนได้ จากใต้พื้นผิวดาวอังคารบริเวณแอ่งเกล (Gale Crater) ซึ่งเคยเป็นทะเลสาบมาก่อน ซึ่งหากดาวอังคารเคยมีสิ่งมีชีวิตจำพวกจุลชีพอยู่ สารอินทรีย์ที่พบนี้จะสามารถเป็นอาหารและช่วยเกื้อหนุนต่อการดำรงชีวิตของพวกมันได้

3) เทคนิคการลำดับอาร์เอ็นเอในเซลล์เดี่ยว จะเปลี่ยนโฉมหน้างานวิจัยชีวการแพทย์ในทศวรรษหน้า

วารสาร Science และสมาคมเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อเมริกัน (AAAS) ได้คัดเลือกให้เทคนิคการลำดับอาร์เอ็นเอในเซลล์เดี่ยว (Single-cell RNA sequencing) เป็นความสำเร็จอันดับหนึ่งแห่งวงการวิทยาศาสตร์ปี 2018 โดยวิธีการนี้จะทำให้ทราบถึงการแสดงออกของหน่วยพันธุกรรมหรือยีนที่มีอยู่ทั้งหมดในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่เพิ่งถือกำเนิดเป็นเซลล์เดี่ยวในตัวอ่อน จนแบ่งตัวและเจริญไปเป็นเนื้อเยื่อรวมทั้งอวัยวะต่าง ๆ ของมนุษย์และสัตว์ที่โตเต็มวัย

เทคนิคนี้เปรียบเสมือนการถ่ายทำภาพยนตร์ที่บันทึกกิจกรรมความเคลื่อนไหวต่าง ๆ ในชีวิตของเซลล์เดี่ยวอย่างละเอียดที่สุด โดยการลำดับอาร์เอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรมชนิดหนึ่งภายในเซลล์ และการใช้เครื่องมือติดตามรอยระดับโมเลกุล (Molecular tracker) จะช่วยให้ติดตามดูได้ว่า เมื่อใดที่ยีนตัวไหนจะถูกเปิดสวิตช์หรือปิดสวิตช์การใช้งาน นำมาซึ่งความเข้าใจในพฤติกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์ที่ไม่เหมือนกันในแต่ละช่วงเวลา รวมทั้งความรู้เรื่องวิธีการที่เนื้อเยื่อเติบโต ซ่อมแซมตนเอง หรือเปลี่ยนแปลงไปเมื่อป่วยเป็นโรคเช่นมะเร็งด้วย

ตลอดปี 2018 ที่ผ่านมา มีงานวิจัยหลายชิ้นที่ใช้เทคนิคนี้ศึกษาสัตว์ต่าง ๆ เช่นปลา กบ และหนอนตัวแบน เพื่อติดตามกระบวนการก่อตัวของเนื้อเยื่อและอวัยวะอย่างแขน ขา หรือหาง เพื่อดูว่าเซลล์ของพวกมันเจริญขึ้นอย่างไร และความผิดปกติในกระบวนการนี้ทำให้เกิดโรคหรือความพิการได้อย่างไรบ้าง ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการรักษาความพิการ หรือเพาะเลี้ยงอวัยวะเทียมสำหรับมนุษย์ในอนาคต

4) ความดันในอนุภาคโปรตอนสูงกว่าใจกลางดาวนิวตรอน 10 เท่า

Image copyright SPL
คำบรรยายภาพ ภาพจำลองนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 2 ตัว

ผลการตรวจวัดคุณสมบัติเชิงกลของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมครั้งแรกของโลก พบว่าความดันภายในอนุภาคโปรตอน (Proton) นั้นสูงอย่างเหลือเชื่อ โดยอยู่ในระดับที่สูงยิ่งกว่าความดันใจกลางดาวนิวตรอนซึ่งสามารถบดขยี้ทำลายอะตอมได้ด้วยซ้ำ

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สัน (TJNAF) ของสหรัฐฯ ใช้เทคนิคใหม่ตรวจวัดและคำนวณแรงดันภายในอนุภาคโปรตอนได้ถึง 100 เดซิลเลียนปาสคาล (100 decillian Pascal) หรือเท่ากับค่าความดันที่ขึ้นต้นด้วยเลข 1 และมีศูนย์ตามหลังมาอีก 35 ตัว

แรงดันมหาศาลนี้เกิดจากแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม โดยมีทิศทางออกมาจากศูนย์กลางของอนุภาคโปรตอน และทรงพลังกว่าแรงดันที่ใจกลางของดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นวัตถุอวกาศที่มีความหนาแน่นสูงยิ่งถึง 10 เท่า

5) ในโลกของกลศาสตร์ควอนตัม เหตุเกิดก่อนผล หรือผลเกิดก่อนเหตุ เป็นไปได้ทั้งสองอย่าง

Image copyright Getty Images

ทีมนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ของออสเตรเลีย ได้ทำการทดลองเชิงควอนตัมจนพบปรากฏการณ์แปลกประหลาดที่ชี้ว่า สิ่งที่คนเรามองว่าเป็นสาเหตุที่จะต้องเกิดขึ้นก่อน รวมทั้งผลลัพธ์ที่คาดว่าจะต้องเกิดขึ้นติดตามมาภายหลังนั้น ที่จริงแล้วไม่อาจกำหนดลำดับเหตุการณ์ที่จะมาก่อนหรือมาหลังได้อย่างตายตัว

หากถามว่าไก่เกิดก่อนไข่ หรือไข่เกิดก่อนไก่ ? คำตอบในทางกลศาสตร์ควอนตัมจะบอกว่า ทั้งไก่และไข่สามารถเกิดขึ้นก่อนอีกฝ่ายได้ทั้งคู่ แต่ปรากฏการณ์เช่นนี้จะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์โดยทั่วไป

มีการพิสูจน์ถึงปรากฏการณ์เชิงควอนตัมดังกล่าว โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า "ควอนตัมสวิตช์" (Quantum switch) ซึ่งปล่อยให้อนุภาคของแสงหรือโฟตอนเพียง 1 อนุภาค เดินทางไปในอุปกรณ์ตรวจวัดการแทรกสอดและถูกรบกวนของแสง (Interferometer) ที่แยกเป็นสองเส้นทาง

ในแต่ละเส้นทางโฟตอนจะต้องเดินทางผ่านเลนส์สองตัวซึ่งถูกจัดวางไว้ในลำดับที่แตกต่างกัน ผลวิเคราะห์รูปแบบการแทรกสอดของแสงที่เกิดขึ้นชี้ว่า อนุภาคโฟตอนสามารถเดินทางผ่านเลนส์ทั้งสองชิ้นในสองเส้นทางได้หลายแบบ โดยไม่ต้องผ่านไปตามลำดับการจัดวางของเลนส์ที่เตรียมไว้แต่อย่างใด

6) ชี้ฟอสซิลสิ่งมีชีวิต 558 ล้านปี คือสัตว์ชนิดเก่าแก่ที่สุดของโลก

Image copyright ILYA BOBROVSKIY
คำบรรยายภาพ ฟอสซิลของดิกคินโซเนีย ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสัตว์ดึกดำบรรพ์ชนิดหนึ่ง

นักบรรพชีวินวิทยาจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย (ANU) ค้นพบร่องรอยของโมเลกุลคอเลสเตอรอล ในซากฟอสซิลสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ที่มีอายุถึง 558 ล้านปี ซึ่งเป็นเครื่องยืนยันว่าสิ่งมีชีวิตดังกล่าวเป็นสัตว์ ไม่ใช่พืชหรือเชื้อรา ทั้งยังเป็นสัตว์ชนิดเก่าแก่ที่สุดของโลก เท่าที่เคยมีการค้นพบมาอีกด้วย

สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อว่า "ดิกคินโซเนีย" (Dickinsonia) เป็นสัตว์ทะเลซึ่งมีลักษณะคล้ายแมงกะพรุนที่ถูกผ่าลำตัวบางส่วนออก เดิมถูกจัดให้เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตโบราณยุคอีดีแอคารัน (Ediacaran) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จำพวกแรกที่ปรากฏตัวขึ้นบนโลกเมื่อราว 635-541 ล้านปีก่อน

การค้นพบครั้งนี้เท่ากับไขปริศนาด้านบรรพชีวินวิทยาที่ติดค้างอยู่มานานถึง 75 ปีให้กระจ่าง โดยนักวิทยาศาสตร์สามารถสรุปได้ว่า สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จำนวนมากเมื่อ 558 ล้านปีก่อนนั้น มักเป็นสัตว์ที่มีขนาดใหญ่และพบได้ทั่วไปในท้องทะเล แต่อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตยุคอีดีแอคารันได้สูญพันธุ์ไปเป็นส่วนใหญ่ เมื่อย่างเข้าสู่ยุคแคมเบรียนที่มีสัตว์หลากหลายชนิดพันธุ์เกิดขึ้น

7) "ปลูกถ่ายความทรงจำ" ในหอยทากทะเลได้สำเร็จ

Image copyright Science Photo Library
คำบรรยายภาพ เซลล์ประสาทของมนุษย์และหอยทากทะเล Aplysia californica มีกลไกการทำงานที่คล้ายคลึงกันในหลายด้าน

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตลอสแอนเจลิส (ยูซีแอลเอ) ของสหรัฐฯ ประกาศความสำเร็จในการปลูกถ่ายความทรงจำ (Memory transplant) จากหอยทากทะเลชนิด Aplysia californica ตัวหนึ่ง ไปให้กับอีกตัวหนึ่งได้แล้ว

มีการทดลองฝึกให้หอยทากทะเลรู้จักสร้างกลไกป้องกันตัว เมื่อส่วนหางถูกสัมผัสด้วยกระแสไฟฟ้าอ่อน ๆ โดยหอยทากทะเลที่ถูกฝึกแล้วจะหดตัวเข้าในเปลือกเพื่อหลบกระแสไฟฟ้านานขึ้นราว 50 วินาที

จากนั้นทีมผู้วิจัยได้สกัดเอา RNA ซึ่งเป็นสารชีวโมเลกุลสำคัญในเซลล์ ออกจากระบบประสาทของหอยทากทะเลที่ถูกไฟฟ้าช็อต แล้วนำไปฉีดให้กับหอยทากทะเลที่ยังไม่เคยถูกฝึกให้หลบภัยจากกระแสไฟฟ้ามาก่อน ผลปรากฏว่าหอยทากทะเลกลุ่มหลังเปลี่ยนไปมีพฤติกรรมหดตัวหลบภัยนานขึ้น โดยไม่ต้องถูกฝึกแต่อย่างใด

ผลการทดลองดังกล่าวพิสูจน์ให้เห็นว่าความทรงจำไม่ได้ถูกเก็บรักษาอยู่แต่ในไซแนปส์ (Synapse) หรือรอยต่อระหว่างเซลล์ประสาทตามที่เคยเข้าใจกันมาเท่านั้น แต่ความทรงจำบางประเภทยังถูกเก็บไว้กับ RNA ซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ประสาทอีกด้วย ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถโอนถ่ายความทรงจำได้ผ่านการปลูกถ่าย RNA แต่ในขณะนี้วิธีการดังกล่าวยังใช้ไม่ได้กับการโอนถ่ายความทรงจำที่มีรายละเอียดมากและซับซ้อนของมนุษย์

ติดตามข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุดได้ทุกวัน ทางเว็บไซต์ bbcthai.com และเฟซบุ๊กของบีบีซีไทย

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม