‹

08. Messengers Before Minds

08. Messengers Before Minds

08. ​ผู้ส่งสาร​ก่อน​จะ​มี​จิตใจ

On a sun-warmed tidal flat, somewhere between three billion and two and a half billion years ago, as the Archean eon was giving way to the Proterozoic, a mat of cyanobacteria — the blue-green, oxygen-releasing bacteria that were quietly remaking Earth's atmosphere — is manufacturing its own poison. Photosynthesis, the chemical trick of turning sunlight into sugar, throws off free radicals as a byproduct: unstable molecule fragments that damage whatever they touch. Every cell in the mat bathes in its own exhaust. Inside those cells, a small molecule is already on duty, neutralizing the damage before it spreads. Its name is melatonin. Not one nerve cell exists anywhere on the planet yet, and nothing that could be called a mind is remotely close, yet a molecule later associated, in animals, with sleep and mood is already doing exactly the job chemistry demands of it: mopping up radicals in a cell too simple to dream.

​เมลาโทนิน​ทำงาน​อยู่​บน​โลก​นี้​แล้ว ​ก่อนที่จะ​มี​เซลล์​ประสาท​แม้แต่​เซลล์​เดียว ​บน​หาด​เลน​ที่​อบอุ่น​ด้วย​แสงแดด ​เมื่อ​ราว​สาม​พัน​ล้าน​ถึง​สอง​พัน​ห้า​ร้อย​ล้าน​ปีก่อน ​ขณะที่​มหายุค​อาร์​เคียน​กำลัง​เปลี่ยน​ผ่าน​สู่​มหายุค​โปร​เทอ​โร​โซ​อิก ​แผ่น​ชั้น​ไซ​ยา​โน​แบคทีเรีย​กำลังผลิต​ยาพิษ​ของ​ตัวเอง​ขึ้น​มา ​ไซ​ยา​โน​แบคทีเรีย​คือ​แบคทีเรีย​สี​เขียว​แกม​น้ำเงิน​ที่​ปล่อย​ออกซิเจน​ออกมา ​และ​กำลัง​เปลี่ยน​โฉม​ชั้น​บรรยากาศ​โลก​อย่าง​เงียบๆ ​พวก​มัน​สังเคราะห์​ด้วย​แสง ​เปลี่ยน​แสงอาทิตย์​ให้​เป็นน้ำ​ตาล​ด้วย​กลเม็ด​ทาง​เคมี ​แล้ว​ปล่อย​อนุมูล​อิสระ​ออกมา​เป็นผล​พลอย​ได้ ​อนุมูล​อิสระ​คือ​เศษ​เสี้ยว​โมเลกุล​ที่​ไม่​เสถียร ​และ​ทำลาย​ทุกสิ่ง​ที่​มัน​สัมผัส ​เซลล์​ทุก​เซลล์​ใน​แผ่น​ชั้น​นั้น​จึง​แช่​อยู่​ใน​ไอเสีย​ของ​ตัวเอง ​ภายใน​เซลล์​เหล่านั้น​มี​โมเลกุล​เล็กๆ ​ตัว​หนึ่ง​เข้าเวร​อยู่​ก่อน​แล้ว ​คอย​ล้าง​ความเสียหาย​ก่อนที่​มัน​จะ​ลุกลาม ​ชื่อ​ของ​มัน​คือ​เมลาโทนิน ​ตอนนั้น​ยัง​ไม่​มี​สิ่งใด​บน​โลก​เข้าใกล้​คำ​ว่า "​จิตใจ" ​เลย​ด้วยซ้ำ ​แต่​โมเลกุล​ที่​ใน​เวลา​ต่อมา​จะ​ถูก​โยง​เข้ากับ​การนอนหลับ​และ​อารมณ์​ใน​สัตว์ ​กลับ​ทำงาน​ที่​เคมี​เรียกร้อง​อย่าง​เป๊ะๆ ​อยู่​ก่อนหน้า​นั้น​แล้ว ​มัน​กวาดล้าง​อนุมูล​อิสระ​ใน​เซลล์​ที่​เรียบง่าย​เกิน​กว่า​จะ​ฝัน​ถึง​สิ่งใด

Serotonin, dopamine, histamine and melatonin are usually introduced as neurotransmitters — chemical messengers a nerve cell releases to signal its neighbor across a tiny gap called a synapse. That description is accurate for what these molecules do in animals with nervous systems. On the scale of deep time, it is almost an afterthought. Each of these molecules did other jobs first — metabolic, defensive, regulatory — for a very long stretch of Earth's history before any nervous system existed to recruit them for passing signals between neurons. The chemistry of feeling is older than feeling itself.

​เคมี​แห่ง​ความรู้สึก​เก่าแก่​กว่า​ตัว​ความรู้สึก​เอง ​เซโรโทนิน ​โดปามีน ​ฮิสตามีน ​และ​เมลาโทนิน ​มัก​ถูก​แนะนำ​ให้​รู้จัก​ใน​ฐานะ​สาร​สื่อ​ประสาท ​คือ​ผู้ส่งสาร​ทาง​เคมี​ที่​เซลล์​ประสาท​หลั่ง​ออกมา​เพื่อ​ส่งสัญญาณ​ข้าม​ช่องว่าง​เล็ก​จิ๋ว​ที่​เรียก​ว่า​ไซ​แนปส์​ไป​ยัง​เซลล์​ข้างเคียง ​คำอธิบาย​นั้น​ถูกต้อง​สำหรับ​หน้าที่​ของ​โมเลกุล​เหล่านี้​ใน​สัตว์​ที่​มีระบบ​ประสาท ​วาง​ลง​บน​สเกล​ของ​กาลเวลา​อัน​ลึกล้ำ ​มัน​แทบ​เป็น​เพียง​เรื่อง​ที่​คิด​ขึ้น​ทีหลัง ​โมเลกุล​เหล่านี้​ทำงาน​อย่าง​อื่น​มา​ก่อน ​ทั้ง​งาน​เม​แทบอ​ลิ​ซึม ​งาน​ป้องกันตัว ​และ​งาน​ควบคุม​ระบบ ​ทำ​มา​ตลอด​ช่วง​ยาวนาน​ของ​ประวัติศาสตร์​โลก ​ก่อนที่​ระบบประสาท​ใด​จะ​เกิดขึ้น​มา​ดึง​พวก​มัน​ไป​ใช้​ส่งสัญญาณ​ระหว่าง​เซลล์​ประสาท

The melatonin case is argued in the most detail by Russel J. Reiter, Dun Xian Tan, Lucien C. Manchester and colleagues at UT Health San Antonio, synthesizing comparative biochemistry across 2015 and 2016. Melatonin's molecular structure, they note, has stayed essentially unchanged from cyanobacteria all the way to humans — a chemical fossil hiding in plain sight inside every cell that still makes it. Their proposed date for its origin, roughly 3.0 to 2.5 billion years ago, is pinned to the Great Oxidation Event of about 2.5 to 2.0 billion years ago, when rising photosynthetic oxygen would have first created strong selection pressure for exactly this kind of antioxidant. That date is a geological inference, not a molecular-clock measurement, and should be read as a plausible order of magnitude rather than a calibrated year. Cyanobacteria alive today still manufacture melatonin non-neurally, for the same antioxidant purpose their ancestors needed it for; the pathway is proposed to have entered eukaryotic cells by the same cyanobacterial endosymbiosis that, elsewhere in the cell, produced the plastid.

​โครงสร้าง​โมเลกุล​ของ​เมลาโทนิน​แทบ​ไม่​เปลี่ยนแปลง​เลย​ตั้งแต่​ไซ​ยา​โน​แบคทีเรีย​จนถึง​มนุษย์ Russel J. Reiter, Dun Xian Tan, Lucien C. Manchester ​และ​คณะ​ที่ UT Health San Antonio ​อธิบาย​กรณี​นี้​ไว้​ละเอียด​ที่สุด ​โดย​สังเคราะห์​งาน​ชีวเคมี​เปรียบเทียบ​ตลอดปี 2015 ​ถึง 2016 ​พวกเขา​ตั้ง​ข้อสังเกต​ถึง​ความคงที่​นั้น ​มัน​คือ​ฟอสซิล​ทาง​เคมี​ที่ซ่อน​ตัวอย่าง​เปิดเผย​อยู่​ใน​ทุก​เซลล์​ที่​ยัง​ผลิต​มัน​จนถึง​วันนี้ ​ช่วงเวลา​กำเนิด​ที่​พวกเขา​เสนอ​คือ​ราว 3.0 ​ถึง 2.5 ​พัน​ล้าน​ปีก่อน ​ผูก​ไว้​กับ​เหตุการณ์​ออกซิเดชัน​ครั้ง​ใหญ่​เมื่อ​ราว 2.5 ​ถึง 2.0 ​พัน​ล้าน​ปีก่อน ​ตอนนั้น​ออกซิเจน​จาก​การสังเคราะห์แสง​เพิ่ม​สูง​ขึ้น ​และ​น่าจะ​สร้าง​แรงกดดัน​คัดเลือก​รุนแรง​เป็นครั้งแรก​ให้​กับ​สาร​ต้าน​อนุมูล​อิสระ​ชนิด​นี้​โดยเฉพาะ ​ตัวเลข​นี้​เป็นการ​อนุมาน​ทาง​ธรณีวิทยา ​ไม่​ใช่​การวัด​ด้วย​นาฬิกา​โมเลกุล ​จึง​ควร​อ่าน​เป็นลำดับ​ขนาดที่​เป็นไปได้ ​ไม่​ใช่​ปี​ที่​ผ่าน​การสอบเทียบ ​ไซ​ยา​โน​แบคทีเรีย​ที่​ยังมี​ชีวิต​อยู่​ทุกวันนี้​ก็​ยัง​ผลิต​เมลาโทนิน​โดย​ไม่​ผ่าน​ระบบประสาท ​เพื่อ​ต้าน​อนุมูล​อิสระ​แบบ​เดียว​กับ​ที่​บรรพบุรุษ​ของ​มัน​เคย​ต้องการ ​และ​มี​ข้อเสนอ​ว่า​วิถี​การผลิต​นี้​เข้าสู่​เซลล์​ยู​คา​ริ​โอต​มา​พร้อมกับ​เอน​โด​ซิม​ไบโอ​ซิส​ของ​ไซ​ยา​โน​แบคทีเรีย​ครั้ง​เดียว​กับ​ที่​ให้กำเนิดพ​ลา​สติด​ใน​ส่วน​อื่น​ของ​เซลล์

Serotonin and dopamine share a deeper ancestry, traced through the enzymes that build them rather than through the molecules themselves. Tryptophan hydroxylase and tyrosine hydroxylase — the two enzymes that perform the rate-limiting step in making serotonin and dopamine — belong, together with a third enzyme called phenylalanine hydroxylase, to a single family of pterin-dependent hydroxylases (pterin being a small helper molecule the enzyme needs to do its chemistry). Linda Skjærven, Knut Teigen and Aurora Martinez, at the University of Bergen, synthesized the case in 2014, building on chromosome-mapping work from 1987 that had located the human genes for tryptophan hydroxylase and tyrosine hydroxylase together on chromosome 11, separate from phenylalanine hydroxylase on chromosome 12. Phenylalanine hydroxylase is the ancestral member of the family; the whole animal lineage of these enzymes descends, through at least two gene duplications and one chromosomal relocation, from a hydroxylase family already present in prokaryotes — cells with no nucleus, the simple design shared by every bacterium — long before animals existed to need serotonin or dopamine at all. Dictyostelium discoideum, a social amoeba, carries an independently studied version of this hydroxylase, still used today to help root the family tree.

​เซโรโทนิน​และ​โดปามีน​มี​บรรพบุรุษ​ร่วม​ที่​ลึก​ลง​ไป​กว่า​นั้น​อีก ​และ​ร่องรอย​อยู่​ที่​เอนไซม์​ผู้สร้าง ​ไม่​ใช่​ที่​ตัว​โมเลกุล​เอง Tryptophan hydroxylase ​และ tyrosine hydroxylase ​ทำหน้าที่​ใน​ขั้นตอน​กำหนด​อัตรา​การสร้าง​เซโรโทนิน​และ​โดปามีน ​ทั้งคู่​อยู่​ตระกูล​เดียว​กับ​เอนไซม์​ตัว​ที่สาม​คือ phenylalanine hydroxylase ​และ​ทั้งหมด​จัด​อยู่​ใน​กลุ่ม pterin-dependent hydroxylases (pterin ​คือ​โมเลกุล​ผู้ช่วย​ขนาดเล็ก​ที่​เอนไซม์​ต้อง​ใช้​ใน​ปฏิกิริยาเคมี) Linda Skjærven, Knut Teigen ​และ Aurora Martinez ​แห่ง University of Bergen ​สังเคราะห์​ข้อโต้แย้ง​นี้​ไว้​ใน​ปี 2014 ​ต่อยอด​จาก​งาน​ทำ​แผนที่​โครโมโซม​ใน​ปี 1987 ​ที่​วาง​ยีน​มนุษย์​ของ tryptophan hydroxylase ​และ tyrosine hydroxylase ​ไว้​ด้วยกัน​บน​โครโมโซม​คู่​ที่ 11 ​แยกจาก phenylalanine hydroxylase ​บน​โครโมโซม​คู่​ที่ 12 phenylalanine hydroxylase ​คือ​สมาชิก​ต้นตระกูล​ของ​กลุ่ม​นี้ ​สาย​วิวัฒนาการ​ของ​เอนไซม์​กลุ่ม​นี้​ใน​สัตว์​ทั้งหมด​สืบทอด​มาจาก​ตระกูล hydroxylase ​ที่​มี​อยู่​ก่อน​แล้ว​ใน​โพร​คา​ริ​โอต ​ผ่าน​การทำซ้ำ​ยีน​อย่าง​น้อย​สอง​ครั้ง​และ​ย้าย​ตำแหน่ง​โครโมโซม​อีก​หนึ่ง​ครั้ง ​โพร​คา​ริ​โอต​คือ​เซลล์​ที่​ไม่​มี​นิวเคลียส ​โครงสร้าง​เรียบง่าย​ที่​แบคทีเรีย​ทุกชนิด​ใช้​ร่วมกัน ​ทั้งหมด​นี้​เกิดขึ้น​นาน​มา​ก่อนที่​สัตว์​จะ​ถือกำเนิด​ขึ้น​มา​ต้องการ​เซโรโทนิน​หรือ​โดปามีน​เสีย​อีก Dictyostelium discoideum ​อะมีบา​สังคม​ชนิด​หนึ่ง ​มี hydroxylase ​เวอร์ชัน​ของ​ตัวเอง​ที่​ถูก​ศึกษา​แยก​ต่างหาก ​และ​ยัง​ใช้​ช่วย​หา​ราก​ของ​แผนภูมิ​ตระกูล​นี้​อยู่​จนถึง​ทุกวันนี้

Whether bacteria actually make serotonin with this inherited machinery, rather than merely carrying look-alike genes, is unresolved. A 2022 review led by Luqman, Blackshaw and Wei-Cheng Liu surveyed bacterial genomes and found the enzymes capable of making serotonin — aromatic amino acid hydroxylases and decarboxylases — widely present, while confirmed serotonin production itself was absent in most of the species carrying those genes. The honest reading, which the review states plainly, is a gap rather than an answer: bacteria may be reaching the same molecule by a different, non-homologous chemical route, rather than running an inherited animal-style pathway. What is not in doubt is that specific gut bacteria alive today, including spore-forming species and Akkermansia-type microbes, measurably influence how much serotonin their animal hosts produce — a functional link at least as old as the animal gut itself.

​ยัง​ไม่​มี​ข้อสรุป​ว่า​แบคทีเรีย​สร้าง​เซโรโทนิน​ด้วย​กลไก​ที่​สืบทอด​มา​นี้​จริง ​หรือ​เพียง​แบก​ยีน​หน้าตา​คล้าย​กัน​เอาไว้​เฉยๆ ​งาน​ทบทวน​วรรณกรรม​ใน​ปี 2022 ​นำ​โดย Luqman, Blackshaw ​และ Wei-Cheng Liu ​สำรวจ​จีโนม​แบคทีเรีย ​แล้ว​พบ​เอนไซม์​ที่​สร้าง​เซโรโทนิน​ได้ ​ทั้ง aromatic amino acid hydroxylases ​และ decarboxylases ​อยู่​ทั่วไป ​แต่​ไม่​พบ​การผลิต​เซโรโทนิน​ที่​ยืนยัน​แล้ว​ใน​สปีชีส์​ส่วนใหญ่​ที่​แบก​ยีน​เหล่านั้น ​งาน​ทบทวน​ระบุ​การตีความ​ที่​ตรงไปตรงมา​ไว้​ชัดเจน ​นี่​คือ​ช่องว่าง​ของ​ความรู้ ​ไม่​ใช่​คำตอบ ​แบคทีเรีย​อาจ​ไป​ถึง​โมเลกุล​เดียวกัน​ด้วย​เส้นทาง​เคมี​คนละ​สาย​ที่​ไม่​เกี่ยวดอง​กัน​เลย ​แทนที่จะ​เดินตาม​วิถี​แบบ​สัตว์​ที่​สืบทอด​มา ​สิ่ง​ที่​ไม่​มี​ใคร​สงสัย​คือ ​แบคทีเรีย​ใน​ลำไส้​บาง​ชนิด​ที่​มีชีวิต​อยู่​ทุกวันนี้ ​รวมถึง​สปีชีส์​ที่​สร้าง​สปอร์​และ​จุลินทรีย์​กลุ่ม Akkermansia ​มีอิทธิพล​ที่วัด​ได้​ต่อ​ปริมาณ​เซโรโทนิน​ที่​โฮสต์​สัตว์​ของ​มัน​ผลิต​ขึ้น ​ความเชื่อม​โยง​เชิง​หน้าที่​นี้​เก่าแก่​อย่าง​น้อย​เท่ากับ​ทางเดินอาหาร​ของ​สัตว์​เอง

Plants make dopamine too, and by two different routes that never both run at once in the same species. One path hydroxylates tyrosine into L-DOPA before decarboxylating it into dopamine, the same order animals use. The other decarboxylates tyrosine into tyramine first, then hydroxylates it into dopamine using enzymes called polyphenol oxidases. Which route a given plant uses is species-specific: a 2025 study found the model grass Brachypodium distachyon relies on the tyramine-first route as its primary pathway. Roshchina and colleagues, reviewing the wider field in 2020, catalogue dopamine's plant jobs as growth and development signaling, antioxidant defense, and accumulation under both biotic stress (attack from other organisms) and abiotic stress (heat, drought, salt). Banana, potato, various legumes and Brachypodium are named, characterized examples. No molecular clock has dated plant dopamine biosynthesis specifically; the shared ancestry of its enzymes with the animal versions implies an origin before the plant and animal lineages split, but that is an inference from enzyme-family relationships, not a measured date.

​พืช​ก็​สร้าง​โดปามีน​เช่นกัน ​และ​สร้าง​ด้วย​เส้นทาง​ต่างกัน​สอง​แบบ​ที่​ไม่​เคย​ทำงาน​พร้อมกัน​ใน​สปีชีส์​เดียวกัน ​เส้นทาง​หนึ่ง​ไฮ​ดร​อก​ซิ​เลต tyrosine ​ให้​เป็น L-DOPA ​ก่อน ​แล้วจึง​ดี​คาร์​บอก​ซิ​เลต​กลายเป็น​โดปามีน ​เป็นลำดับ​เดียว​กับ​ที่​สัตว์​ใช้ ​อีก​เส้นทาง​กลับด้าน ​ดี​คาร์​บอก​ซิ​เลต tyrosine ​เป็น tyramine ​ก่อน ​แล้วจึง​ไฮ​ดร​อก​ซิ​เลต​เป็น​โดปามีน​ด้วย​เอนไซม์​ที่​เรียก​ว่า polyphenol oxidases ​พืช​แต่ละ​ชนิด​เลือก​เส้นทาง​ไม่​เหมือนกัน ​ขึ้นอยู่กับ​สปีชีส์ ​การศึกษา​ใน​ปี 2025 ​พบ​ว่า​หญ้า​ต้นแบบ​อย่าง Brachypodium distachyon ​ใช้​เส้นทาง​ที่​เริ่ม​จาก tyramine ​เป็น​เส้นทาง​หลัก Roshchina ​และ​คณะ ​ทบทวน​งานวิจัย​ใน​วงกว้าง​เมื่อ​ปี 2020 ​และ​รวบรวม​หน้าที่​ของ​โดปามีน​ใน​พืช​ไว้​ดังนี้ ​ส่งสัญญาณ​การเจริญเติบโต​และ​พัฒนาการ ​ป้องกันตัว​แบบ​ต้าน​อนุมูล​อิสระ ​และ​สะสม​ตัว​ภายใต้​ความเครียด​ทั้ง​จาก​สิ่งมีชีวิต​อื่น (​การถูก​โจมตี) ​และ​จาก​สภาพแวดล้อม (​ความร้อน ​ความแห้งแล้ง ​ความเค็ม) ​กล้วย ​มันฝรั่ง ​พืช​ตระกูล​ถั่ว​หลายชนิด ​และ Brachypodium ​คือ​ตัวอย่าง​ที่​มี​การระบุ​และ​ศึกษา​ลักษณะ​ไว้​แล้ว ​ยัง​ไม่​มี​นาฬิกา​โมเลกุล​ใด​กำหนด​อายุ​การสังเคราะห์​โดปามีน​ใน​พืช​ได้​โดยตรง ​บรรพบุรุษ​ร่วม​ของ​เอนไซม์​เหล่านี้​กับ​เวอร์ชัน​ใน​สัตว์​บ่งชี้​ว่า​มัน​กำเนิด​ขึ้น​ก่อน​สาย​พืช​และ​สาย​สัตว์​แยกทาง​กัน ​นั่น​เป็นการ​อนุมาน​จาก​ความสัมพันธ์​ของ​ตระกูล​เอนไซม์ ​ไม่​ใช่​อายุ​ที่วัด​ได้

A Patchier Inheritance

​มรดก​ที่​ขาดๆ ​หายๆ

Histamine breaks the pattern the other three molecules suggest, and the break is worth naming carefully. The amino acid it is built from, histidine, has an origin as deep as origins get: the pathway that builds histidine from scratch is inferred, from comparative genomics of the his operon across Archaea, Bacteria and Eukarya by Marco Fondi, Renato Fani and colleagues in 2009, to have been fully assembled before LUCA, the last universal common ancestor of all life, roughly 3.5 to 4 billion years ago, in the Archean eon or earlier, because essentially the same pathway shows up across all three domains of life. Histamine itself is a different story. The enzyme that removes a carbon-dioxide group from histidine to make histamine, called histidine decarboxylase, exists as two structurally unrelated enzyme families that evolved independently of one another — one dependent on a helper molecule called pyridoxal-5′-phosphate, found mainly in Gram-negative bacteria, the other a self-processing, pyruvoyl-dependent type found mainly in Gram-positive bacteria such as lactic acid bacteria.

​ฮิสตามีน​แหก​กฎ​ที่​โมเลกุล​อีก​สาม​ตัว​วาง​ไว้ ​และ​ควร​ระบุ​ความแตกต่าง​นี้​ให้​ชัด ​กรดอะมิโน​ต้นทาง​ของ​มัน​คือ​ฮิสทิ​ดีน ​จุดกำเนิด​ของ​ฮิสทิ​ดีน​เก่าแก่​ที่สุด​เท่าที่​จุดกำเนิด​จะ​เก่า​ได้ Marco Fondi, Renato Fani ​และ​คณะ ​อ่าน​จี​โน​มิกส์​เปรียบเทียบ​ของ his operon ​ใน​อาร์เคีย ​แบคทีเรีย ​และ​ยู​คา​ริ​โอ​ตา ​แล้ว​สรุป​ไว้​ใน​ปี 2009 ​ว่า​วิถี​สร้าง​ฮิสทิ​ดีน​จาก​ศูนย์​น่าจะ​ประกอบ​สร้าง​ครบ​สมบูรณ์​แล้ว​ก่อน LUCA ​บรรพบุรุษ​ร่วม​สากล​สุดท้าย​ของ​สิ่งมีชีวิต​ทั้งหมด ​เมื่อ​ราว 3.5 ​ถึง 4 ​พัน​ล้าน​ปีก่อน ​ใน​มหายุค​อาร์​เคียน​หรือ​ก่อนหน้า​นั้น ​เหตุผล​ที่​พวกเขา​สรุป​เช่นนั้น​คือ​วิถี​เดียวกัน​นี้​ปรากฏ​อยู่​ใน​สิ่งมีชีวิต​ทั้ง​สาม​โดเมน​แทบ​ไม่​ต่างกัน ​ฮิสตามีน​เอง​กลับเป็น​อีก​เรื่อง​หนึ่ง ​เอนไซม์​ที่​ดึง​หมู่​คาร์บอนไดออกไซด์​ออกจาก​ฮิสทิ​ดีน​เพื่อ​เปลี่ยนเป็น​ฮิสตามีน ​เรียก​ว่า​ฮิสทิ​ดีน​ดี​คาร์​บอก​ซิเลส ​มัน​มี​อยู่​สอง​ตระกูล​ที่​โครงสร้าง​ไม่​เกี่ยวดอง​กัน​เลย ​และ​วิวัฒนาการ​ขึ้น​แยกจาก​กัน​โดยอิสระ ​ตระกูล​หนึ่ง​พึ่ง​โมเลกุล​ผู้ช่วย​ที่​เรียก​ว่า pyridoxal-5′-phosphate ​พบ​มาก​ใน​แบคทีเรีย​แก​รม​ลบ ​อีก​ตระกูล​ประมวลผล​ตัวเอง​ได้​และ​พึ่ง​ไพรู​โวอิล ​พบ​มาก​ใน​แบคทีเรีย​แก​รม​บวก ​เช่น ​แบคทีเรีย​กรด​แล็กติก

The clearest evidence against a deep, uniform origin for histamine comes from a 2017 study by Daniel Wüthrich, Hélène Berthoud, Stefan Irmler and colleagues at Agroscope and the University of Bern, comparing the histamine-producing gene cluster across strains of Lactobacillus parabuchneri. The genes showed close to ninety-nine percent nucleotide identity to homologs in other Lactobacillus and in Oenococcus — a similarity so high it signals recent horizontal gene transfer, genes moving sideways between species, rather than billions of years of vertical, parent-to-offspring inheritance. The lesson generalizes: histamine-producing capacity is patchy and mobile across the bacterial tree, not evenly and anciently distributed the way the histidine pathway beneath it is. It stands as a caution against assuming every biogenic amine is as old as its parent amino acid. Lactobacillus parabuchneri, Tetragenococcus halophilus and Oenococcus oeni, all found today in fermented foods, are the clearest living non-neural histamine producers. Plants accumulate histamine under stress but appear to lack an active histidine-decarboxylase pathway of their own; a candidate gene in Arabidopsis, once proposed as a plant histidine decarboxylase, was later shown to actually be a serine decarboxylase, with no activity on histidine at all.

​ความสามารถ​ใน​การสร้าง​ฮิสตามีน​กระจัดกระจาย​และ​เคลื่อนที่​ไปมา​ทั่ว​แผนภูมิ​วิวัฒนาการ​ของ​แบคทีเรีย ​ไม่​ได้​กระจาย​ตัว​สม่ำเสมอ​และ​เก่าแก่​เหมือน​วิถี​ฮิสทิ​ดีน​ที่​รองรับ​มัน​อยู่​เบื้องล่าง ​หลักฐาน​ที่​ชัดเจน​ที่สุด​ที่​คัดค้าน​จุดกำเนิด​อัน​ลึกล้ำ​และ​สม่ำเสมอ​ของ​ฮิสตามีน ​มาจาก​งานวิจัย​ใน​ปี 2017 ​ของ Daniel Wüthrich, Hélène Berthoud, Stefan Irmler ​และ​คณะ ​จาก Agroscope ​และ​มหาวิทยาลัย​เบิร์น ​พวกเขา​เปรียบเทียบ​กลุ่ม​ยีน​สร้าง​ฮิสตามีน​ข้าม​สายพันธุ์​ต่างๆ ​ของ Lactobacillus parabuchneri ​ยีน​เหล่านี้​เหมือนกัน​ใน​ระดับ​นิวคลีโอไทด์​เกือบ​เก้า​สิบ​เก้า​เปอร์เซ็นต์​กับ​ยีน​ที่​คล้าย​กัน​ใน Lactobacillus ​ชนิด​อื่น​และ​ใน Oenococcus ​ความเหมือน​ที่สูง​ขนาด​นั้น​บ่งชี้​ถึง​การถ่ายโอน​ยีน​ใน​แนวราบ​เมื่อไม่นานมานี้ ​คือ​ยีน​เคลื่อนย้าย​ข้าม​สายพันธุ์​กันเอง ​มากกว่า​การถ่ายทอด​ใน​แนวดิ่ง​จาก​พ่อแม่​สู่​ลูกหลาน​ตลอด​หลาย​พัน​ล้าน​ปี ​บทเรียน​นี้​ขยายผล​ไป​ได้​ไกล​กว่า​กรณี​เดียว ​มัน​เตือน​ไม่​ให้​ด่วน​สรุป​ว่า​เอ​มีน​ชีวภาพ​ทุก​ตัวย่อม​เก่าแก่​เท่ากับ​กรดอะมิโน​ต้นทาง​ของ​มัน Lactobacillus parabuchneri, Tetragenococcus halophilus ​และ Oenococcus oeni ​พบ​ได้​ใน​อาหาร​หมักดอง​ทุกวันนี้ ​และ​เป็น​สิ่งมีชีวิต​ที่​ผลิต​ฮิสตามีน​โดย​ไม่​พึ่ง​ระบบประสาท​ที่​ชัดเจน​ที่สุด ​พืช​สะสม​ฮิสตามีน​ได้​เมื่อ​เผชิญ​ความเครียด ​แต่​ดูเหมือน​จะ​ไม่​มี​วิถี​ฮิสทิ​ดีน​ดี​คาร์​บอก​ซิเลส​ของ​ตัวเอง​ที่ทำงาน​ได้​จริง ​ยีน​ตัว​หนึ่ง​ใน Arabidopsis ​เคย​ถูก​เสนอ​ว่า​เป็น​ฮิสทิ​ดีน​ดี​คาร์​บอก​ซิเลส​ของ​พืช ​ภายหลัง​พิสูจน์​ได้​ว่า​แท้จริง​มัน​เป็น​ซี​รีน​ดี​คาร์​บอก​ซิเลส ​และ​ไม่​มีฤทธิ์​ต่อ​ฮิสทิ​ดีน​เลย​แม้แต่น้อย

The single clearest proof that this entire chemical kit predates nervous systems comes from a single-celled organism with no nervous system to speak of. Gyula Csaba, at Semmelweis University, spent decades studying the ciliate Tetrahymena — a single cell covered in hair-like cilia, common in freshwater ponds — and reviewed the results in 2015. Tetrahymena synthesizes, stores and secretes nearly the entire animal signaling kit at once: histamine, serotonin, epinephrine, dopamine and melatonin, together with binding sites resembling the G-protein-coupled receptors that animal nervous systems use to detect these same molecules. It uses this chemistry to regulate its own phagocytosis (engulfing food), cell division, the regrowth of its cilia, glucose metabolism, and chemotaxis — swimming toward or away from a chemical cue. All of this happens, Csaba's review argues, in an organism separated from any nervous system by hundreds of millions of years and by an entire kingdom of life. Tetrahymena pyriformis and its relatives, in the group called ciliates, are the living species in which this has been directly measured; whether their amine receptors are truly the same ancestral proteins later used by animal nerves, or a separate, convergent invention, remains an open question no single study has settled.

​หลักฐาน​ชิ้น​เดียว​ที่​ชัด​ที่สุด​ว่า​ชุด​เคมี​ทั้งหมด​นี้​มี​มา​ก่อน​ระบบประสาท ​มาจาก​สิ่งมีชีวิต​เซลล์​เดียว​ที่​แทบ​ไม่​มีระบบ​ประสาท​ให้​พูดถึง​เลย Gyula Csaba ​แห่ง Semmelweis University ​ใช้เวลา​หลาย​ทศวรรษ​ศึกษา Tetrahymena ​และ​สรุป​ผล​ไว้​ใน​ปี 2015 Tetrahymena ​คือ​ซิ​ลิ​เอต​เซลล์​เดียว​ที่​ปกคลุม​ด้วย​ขน​ซี​เลีย​คล้าย​เส้น​ผม ​พบ​ได้​ทั่วไป​ใน​บ่อน้ำ​จืด ​มัน​สังเคราะห์ ​เก็บ​สะสม ​และ​หลั่ง​ชุด​สัญญาณ​เคมี​ของ​สัตว์​เกือบ​ทั้ง​ชุด​ใน​คราว​เดียวกัน ​ทั้ง​ฮิสตามีน ​เซโรโทนิน ​อะดรีนาลีน ​โดปามีน ​และ​เมลาโทนิน ​พร้อมด้วย​ตำแหน่ง​จับ​ที่​คล้าย​กับ​ตัวรับ G-protein-coupled receptors ​ที่​ระบบประสาท​ของ​สัตว์​ใช้​ตรวจจับ​โมเลกุล​กลุ่ม​เดียวกัน​นี้​เอง ​เคมี​ชุด​นี้​คุม​งาน​ของ​ตัว​มัน​เอง ​ทั้ง​ฟา​โก​ไซ​โท​ซิส ​คือ​กลืน​กิน​อาหาร ​การแบ่ง​เซลล์ ​การงอก​ใหม่​ของ​ขน​ซี​เลีย ​เม​แทบอ​ลิ​ซึม​ของ​กลูโคส ​และ​คีโมแทก​ซิส ​คือ​ว่าย​เข้าหา​หรือว่าย​หนี​สัญญาณ​เคมี ​งาน​ทบทวน​ของ Csaba ​ชี้​ว่า​ทั้งหมด​นี้​เกิดขึ้น​ใน​สิ่งมีชีวิต​ที่​ห่าง​จาก​ระบบประสาท​ใดๆ ​นับ​ร้อย​ล้าน​ปี ​และ​อยู่​คนละ​อาณาจักร​ของ​สิ่งมีชีวิต​กัน​เลย​ทีเดียว Tetrahymena pyriformis ​และ​ญาติ​ของ​มัน​ใน​กลุ่ม​ที่​เรียก​ว่า​ซิ​ลิ​เอต ​คือ​สปีชีส์​ที่​มีชีวิต​ซึ่ง​วัด​เรื่อง​นี้​ได้​โดยตรง ​ตัวรับ​เอ​มีน​ของ​พวก​มัน​เป็น​โปรตีน​บรรพบุรุษ​ตัว​เดียว​กับ​ที่​ระบบประสาท​ของ​สัตว์​นำไปใช้​ใน​ภายหลัง​จริง​หรือไม่ ​หรือ​เป็น​สิ่งประดิษฐ์​คนละ​ชิ้น​ที่​วิวัฒนาการ​มา​บรรจบ​กัน ​ยังคง​เป็น​คำถามเปิด ​ไม่​มี​งานวิจัย​ชิ้น​ใด​ชี้ขาด​ได้

None of these molecules, across three and a half billion years of bacteria, plants and single cells, ever produced a feeling. A cyanobacterium mopping up radicals with melatonin is not calm. A fermenting Lactobacillus making histamine is not alarmed. Tetrahymena swimming up a gradient of its own dopamine is not wanting anything, in any sense that would be recognized inside a body with a brain. What existed, everywhere these molecules turn up, was chemistry doing metabolic and regulatory work with no experience attached to it. The experience would need something none of these organisms had: cells specialized for nothing but carrying a signal, wired together into a network. That network, and the animals built around it, is what appears next.

​ไม่​มี​โมเลกุล​ตัว​ใด​ใน​บรรดา​นี้​เคย​สร้าง "​ความรู้สึก" ​ขึ้น​มา​ได้​เลย​แม้แต่น้อย ​ตลอด​สาม​พัน​ห้า​ร้อย​ล้าน​ปี​ใน​แบคทีเรีย ​พืช ​และ​สิ่งมีชีวิต​เซลล์​เดียว ​ไซ​ยา​โน​แบคทีเรีย​ที่​กำจัด​อนุมูล​อิสระ​ด้วย​เมลาโทนิน​ไม่​ได้​รู้สึก​สงบ Lactobacillus ​ที่​กำลัง​หมัก​และ​ผลิต​ฮิสตามีน​ไม่​ได้​ตื่นตระหนก Tetrahymena ​ที่ว่าย​ทวน​กระแสความ​เข้มข้น​ของ​โดปามีน​ของ​ตัวเอง​ไม่​ได้ "​ต้องการ" ​สิ่งใด ​ไม่​ว่า​จะ​ใน​ความหมาย​ใด​ที่​ร่างกาย​ซึ่ง​มี​สมอง​จะ​รับรู้​ได้ ​ทุกแห่ง​ที่​พบ​โมเลกุล​เหล่านี้ ​สิ่ง​ที่​มี​อยู่​คือ​เคมี​ที่ทำงาน​เม​แทบอ​ลิ​ซึม​และ​งาน​ควบคุม​ระบบ ​โดย​ไม่​มีประสบการณ์​ใด​ผูก​ติด​มา​ด้วย​เลย ​ประสบการณ์​ต้องการ​บางสิ่ง​ที่​สิ่งมีชีวิต​เหล่านี้​ไม่​มี​สัก​ตัว​เดียว ​นั่น​คือ​เซลล์​ที่​ทำหน้าที่​เดียว​คือ​ส่งผ่าน​สัญญาณ ​แล้ว​เชื่อม​เข้าด้วยกัน​เป็น​เครือข่าย ​เครือข่าย​นั้น ​กับ​สัตว์​ที่​ถูก​สร้าง​ขึ้น​รอบ​มัน ​คือ​สิ่ง​ที่จะ​ปรากฏ​ขึ้น​ต่อไป

Overturned if: a bacterial species is confirmed to synthesize serotonin through the same homologous aromatic-amino-acid-hydroxylase and decarboxylase pathway animals use, rather than a convergent, non-homologous route, closing the evidence gap the 2022 Luqman, Blackshaw and Liu review leaves open.

​พลิกกลับ​ได้​หาก: ​ยืนยัน​ได้​ว่า​แบคทีเรีย​สปีชีส์​หนึ่ง​สังเคราะห์​เซโรโทนิน​ผ่าน​วิถี aromatic-amino-acid-hydroxylase ​และ decarboxylase ​สาย​เดียว​กับ​ที่​สัตว์​ใช้ ​ไม่​ใช่​วิถี​คนละ​สาย​ที่​วิวัฒนาการ​มา​บรรจบ​กันเอง ​การยืนยัน​แบบ​นั้น​จะ​ปิด​ช่องว่าง​หลักฐาน​ที่​งาน​ทบทวน​ของ Luqman, Blackshaw ​และ Liu ​ใน​ปี 2022 ​ทิ้ง​เปิด​ไว้

Sources

​แหล่งข้อมูล

บทถัดไป · 9 / 1409. The First Animals
Size
Page
Font

AMINO — The Immortal Thread

❦
101. The First Choice01. ทางเลือกแรก202. Four Letters02. สี่ตัวอักษร303. The Molecule That Copied Itself03. โมเลกุลที่คัดลอกตัวเอง404. The Frozen Code04. รหัสที่แข็งตัว505. The Upgrade to DNA05. การอัปเกรดสู่ดีเอ็นเอ606. The Membrane and the Machine06. เยื่อหุ้มและเครื่องจักร707. The Great Merger07. การรวมตัวครั้งยิ่งใหญ่808. Messengers Before Minds08. ผู้ส่งสารก่อนจะมีจิตใจ909. The First Animals09. สัตว์กลุ่มแรก1010. The Bonding Peptides10. เปปไทด์แห่งความผูกพัน1111. The Lobster's Posture11. ท่ายืนของล็อบสเตอร์1212. The Vertebrate Bargain12. ข้อตกลงของสัตว์มีกระดูกสันหลัง1313. Big Brains, Ancient Molecules13. สมองใหญ่ โมเลกุลโบราณ1414. The Unbroken Thread14. เส้นด้ายที่ไม่เคยขาด