ปัจจัยที่สิ่งมีชีวิตต้องการ

น้ำ 
        น้ำเป็นสสารสามัญของระบบสุริยะ ดาวศุกร์มีไอน้ำลอยอยู่ในบรรยากาศ  ดาวอังคารมีน้ำแข็งบนขั้วของดาว ดาวหางมีน้ำแข็งอยู่ภายในนิวเคลียส  แต่น้ำในสถานะของเหลวนั้น มีแต่บนพื้นผิวโลกและดวงจันทร์บางดวงของดาวพฤหัสบดี  น้ำมีสมบัติพิเศษที่แตกต่างจากสสารอื่น เช่น น้ำเป็นตัวพาความร้อนและตัวทำละลายที่ดี น้ำมีความหนาแน่นน้อยลงเมื่อเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง  สมบัติเหล่านี้เป็นสิ่งที่เกื้อกูลให้โลกของเราแตกต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นและอุดมไปด้วยสิ่งมีชีวิต  ทั้งนี้เป็นเพราะสิ่งมีชีวิตบนโลกส่วนใหญ่ดำรงชีวิตอยู่ภายใต้อุณหภูมิ -15°C ถึง 115°C  น้ำดำรงสถานะเป็นของเหลวในระหว่างอุณหภูมิ  0°C ถึง 100°C  สารละลายชนิดอื่น เช่น แอมโมเนีย มีเทน อีเทน จะอยู่ในสถานะของเหลวได้ต่อเมื่อมีอุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น  น้ำจึงมีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมาก  น้ำเป็นตัวพาความร้อนหล่อเลี้ยงให้อุณหภูมิของร่างกายมีอุณหภูมิคงที่  น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดีจึงช่วยให้รากพืชสามารถดูดซึมธาตุ  น้ำเป็นถิ่นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต ในยุคที่โลกยังไม่มีแก๊สโอโซนห่อหุ้ม สิ่งมีชีวิตต้องอาศัยอยู่ใต้น้ำเพราะว่าน้ำเป็นตัวกรองรังสีอัลตราไวโอเล็ตและอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต 

พลังงานจากแสงอาทิตย์  
        โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 149.6 ล้านกิโลเมตร แสงอาทิตย์ส่องกระทบบรรยากาศชั้นบนทำให้เกิดพลังงาน 1,370 วัตต์/ตารางเมตร ด้วยพลังงานระดับนี้พื้นผิวโลกจะมีอุณหถูมิเฉลี่ยเพียง -18°C นั่นหมายถึงน้ำบนพื้นผิวโลกทั้งหมดจะเป็นน้ำแข็ง แต่เนื่องจากแสงอาทิตย์มีทั้งรังสีอัลตราไวโอเล็ต แสงที่ตามองเห็น (Visible light) และรังสีอินฟราเรด บรรยากาศของโลกมีแก๊สเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ ซึ่งมีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทำให้โลกมีอุณหภูมิเฉลี่ย 15°C จึงมีน้ำครบทั้งสามสถานะ สิ่งมีชีวิตจึงดำรงชีวิตอยู่ได้  นอกจากสิ่งมีชีวิตจะใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในเรื่องความอบอุ่นแล้ว  พืชยังสร้างอาหารโดยการสังเคราะห์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยแสงอาทิตย์ ทำให้เกิดห่วงลูกโซ่อาหารไปยังสิ่งมีชีวิตประเภทอื่นอีกด้วย 

พลังงานเคมี 
        สิ่งมีชีวิตมิได้อาศัยอยู่เพียงบนพื้นผิวโลกที่ซึ่งแสงอาทิตย์ส่องถึงเท่านั้น ลึกลงไปใต้ดินและมหาสมุทรก็ยังมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่  สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรอาศัยความอบอุ่นจากความร้อนใต้พิภพ และพลังงานเคมีจากธาตุอาหารจากแร่ธาตุที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก จุลินทรีย์บางชนิดย่อยสลายสารประกอบแมงกานีสและซัลไฟด์ที่อยู่ใต้ดิน   หนอนท่อ (Tube worm) ซึ่งอาศัยอยู่บริเวณรอยต่อของเปลือกโลกมหาสมุทรที่ระดับลึก 4 กิโลเมตร ไม่มีออกซิเจนและแสงแดดส่องลงไปไม่ถึง ดำรงชีวิตโดยการนำแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ที่ปล่อยออกมาจากปล่องน้ำพุร้อน (Black smoker) เข้าไปให้แบคทีเรียกำมะถัน (Sulfur bacteria) ซึ่งอาศัยอยู่ภายในร่างกาย สร้างพลังงานด้วยการย่อยสลายโมเลกุลของไฮโดรเจนซัลไฟด์  

ภาพที่ 1 หนอนท่อบริเวณปล่องน้ำพุร้อนก้นมหาสมุทร

        การค้นพบหนอนท่อเป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ปฏิวัติแนวคิด เรื่องการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น สิ่งมีชีวิตไม่จำเป็นต้องใช้แสงอาทิตย์และออกซิเจน สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่ทนทานต่อแรงกดดันและอุณหภูมิสูง  สมมติฐานนี้สอดคล้องกับหลักฐานที่ว่า นับตั้งแต่โลกของเรากำเนิดขึ้นมาเมื่อ 4,600 ล้านปีก่อน ภายในระยะเวลา 500 ล้านปีแรก สิ่งมีชีวิตบนโลกก็กำเนิดขึ้นมาแล้ว ในยุคนั้นดวงอาทิตย์ยังมีขนาดเล็ก บรรยากาศของโลกหนาแน่นไปด้วยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำซึ่งพ่นออกมาจากปล่องภูเขาไฟ พื้นผิวโลกมีความอบอุ่นด้วยสภาวะเรือนกระจก สิ่งมีชีวิตดำรงชีวิตอยู่ที่ก้นมหาสมุทรเพื่อปลอดภัยจากรังสีคลื่นสั้นและอนุภาคพลังงานสูงที่มาจากดวงอาทิตย์ ขณะที่บรรยากาศโลกยังไม่มีโอโซนห่อหุ้ม 

ตารางที่ 1 แหล่งวัตถุดิบที่สิ่งมีชีวิตต้องการ    
 แหล่งพลังงาน แหล่งวัตถุดิบ แหล่งน้ำ
  • แสงอาทิตย์ 
  • คาร์โบไฮเดรต 
  • สิ่งมีชีวิตอื่นๆ 
  •  ดิน 
  • ไนโตรเจน และ คาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ
  • เคมีในธาตุอาหาร
  • สิ่งมีชีวิตอื่นๆ 
  • น้ำฝน
  • น้ำบาดาล
  • ความชื้นในอาหาร 
  • สิ่งมีชีวิตอื่นๆ 


ความทนทานของสิ่งมีชีวิต 
        โดยทั่วไปสิ่งมีชีวิตบนโลกต้องการพลังงาน วัตถุดิบ และน้ำ จากทรัพยากรในตารางที่ 1  อย่างไรก็ตามในการพยายามค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น ทำให้ NASA สืบเสาะค้นหารูปแบบของชีวิตบนโลก (Earth's life form) ซึ่งดำรงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ทุรกันดานและรุนแรงมาก ดังตัวอย่างในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 ความทนทานของสิ่งมีชีวิตบนโลก 
 สภาวะ หน่วยวัด ข้อมูลสิ่งมีชีวิต
 ร้อนที่สุด 113°C จุลินทรีย์ Pyrolobus fumarii ที่เกาะภูเขาไฟ ประเทศอิตาลี 
 เย็นที่สุด -15°C จุลินทรีย์ Crypotendoliths ในทวีปแอนตาร์คติก
 ลึกที่สุด 3.2 km แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในช่องว่างของหินเปลือกโลก 
 เป็นกรดที่สุด pH 0 แบคทีเรียซึ่งอาศัยอยู่ในถ้ำ 
 เป็นเบสที่สุด pH 11 แบคทีเรียซึ่งอาศัยอยู่ในทะเลสาบซึ่งเหือดแห้ง ทิ้งแร่ธาตุที่เป็นเบสไว้
 แผ่รังสีเข้มที่สุด 5 ล้านแรดส์ จุลินทรีย์ Deinococcus radiodurans ซึ่งอาศัยอยู่ในดิน 
 (มนุษย์จะเสียชีวิต ถ้ารังสีมีความเข้มมากกว่า 1 พันแรดส์) 
 อยู่ในอวกาศ
 นานที่สุด
 6 ปี จุลินทรีย์ Bacillus subtilis อาศัยอยู่ในดาวเทียมปฏิบัติการทดลอง 
 ความกดดัน
 สูงสุด
 1200 เท่า ของความดันอากาศที่ระดับน้ำทะเล จุลินทรีย์​ Bacillus อาศัยอยู่ในจุดที่ลึกที่สุดของโลก
 บริเวณเหวทะเลมาเรียนาส์​ มหาสมุทรแปซิฟิก 
 (ความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล 1013 มิลลิบาร์
 หรือ 14.7 ปอนด์ต่อตารางน้ิว)
 เค็มที่สุด เกลือ 30% แบคทีเรีย Halophilic อาศัยอยู่ในน้ำทะเลที่มีเกลือเจือปนอยู่ 30% 
 (โลหิตของมนุษย์​ และน้ำทะเลในสภาวะปกติ มีเกลือเจือปนอยู่ 3.5%)



ภาพที่ 2 สารสีส้มในบ่อน้ำร้อนเกิดจากจุลินทรีย์จำพวก Themophile 

Comments