มีสัตว์ที่สร้างพลังงานเอง
เหมือนพืชบ้างไหม ?
วิทย์คิดไม่ถึง
เรื่อง : ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์ namchai4sci@gmail.com
ภาพประกอบ : นายดอกมา
เวลาถามว่าจะแยกพืชและสัตว์ออกจากกันอย่างไร คนส่วนใหญ่มักมีภาพในหัวแบบหนึ่งว่า พืชอยู่กับที่ ส่วนสัตว์นั้นเคลื่อนที่ได้
แม้โดยทั่วไปเป็นเช่นนั้น แต่ก็มีข้อยกเว้นอยู่บ้าง สัตว์บางชนิด เช่น ปะการังส่วนใหญ่อยู่ประจำที่ ไม่เคลื่อนหนีไปไหน
ส่วนพืชบางชนิด เช่น ปาล์มเดินได้ (walking palm) ที่มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Socratea exorrhiza พบในป่าเขตร้อนของอเมริกาใต้ก็เคยได้รับการร่ำลือว่าเดินได้ พวกมันสร้างรากใหญ่สูงเหนือพื้นดิน และเชื่อกันว่ามันเดินได้ถึงปีละ ๒๐ เมตรจากจุดเดิม จนทำให้บางคนนึกถึงเผ่าพันธุ์ต้นไม้เดินได้ในนิทานหรือนิยายต่าง ๆ (เช่น เดอะลอร์ดออฟเดอะริงส์) ทีเดียว
น่าเสียดายที่เรื่องลี้ลับแบบนี้ไม่เคยเกิดขึ้นจริง จากงานวิจัยในยุคปัจจุบันทำให้รู้แล้วว่า ต้นปาล์มเดินได้ไม่ได้เดินจริง แค่เพียงมีระบบรากค้ำยันที่สร้างขึ้นใหม่เรื่อย ๆ ในทิศทางที่ได้รับแสงมากกว่า ขณะเดียวกันก็ปล่อยให้รากเก่าตายไป จนดูราวกับว่ามันเคลื่อนที่ได้ แต่อันที่จริงแล้วลำต้นยังคงอยู่กับที่ไม่ไปไหน
อีกเรื่องหนึ่งที่มักยกขึ้นมาใช้แยกความแตกต่างระหว่างพืชกับสัตว์ก็คือพืชสังเคราะห์สารด้วยแสงได้ แต่สัตว์ทำไม่ได้ เรื่องนี้เป็นจริงหรือ ? ไม่มีข้อยกเว้นใด ๆ แน่หรือ ?
โลกนี้มี “สัตว์มหัศจรรย์” อยู่มาก แม้จะไม่ได้มหัศจรรย์แบบในนิทานหรือนิยาย แต่คุณลักษณะและความสามารถหลายอย่างของพวกมันก็น่าทึ่ง
มีหอยและหนอนตัวแบนบางจำพวกที่หยิบยืมพลังการสังเคราะห์สารด้วยแสงจากพืชมาใช้งานได้ เพียงแต่มันทำตัวสบายกว่านั้นหน่อย คือไม่ต้องสังเคราะห์สารเอง แต่อาศัยการอยู่ร่วมกับสาหร่ายแบบต่างได้ประโยชน์
ยกตัวอย่างหนอนทะเลรอสคอฟฟ์ (Roscoff worm) ตัวเขียวปี๋ มีชื่อวิทยาศาสตร์ยืดยาวว่า Symsagittifera roscoffensis ซึ่งสร้างความงุนงงให้นักชีววิทยามานานกว่า ๑๕๐ ปีแล้วว่า สีเขียวในตัวของมันมาจากไหนแน่ คำตอบคือมีสาหร่ายสีเขียวขนาดจิ๋วชื่อ Tetraselmis convolutae อาศัยอยู่ใต้ผิวหนังของมัน
สาหร่ายเหล่านี้สังเคราะห์สารโดยใช้พลังงานจากแสงแดด และสารที่ได้กลายเป็นพลังงานหล่อเลี้ยงชีวิตหนอนทะเลเหล่านี้ ถือเป็นการอยู่ร่วมกันอย่างสมยอมและต่างมีความสุข (symbiosis) ที่งดงามมากแบบหนึ่ง สาหร่ายได้ที่อยู่อาศัย ขณะที่หนอนทะเลก็ได้พลังงานเป็นค่าเช่าบ้าน
หนอนทะเลเหล่านี้มักอยู่รวมกันเป็นหมู่คณะ อาจมากถึงหลายล้านตัว ใครเห็นเข้าคงอดรู้สึกหยึย ๆ ไม่ได้
อีกตัวอย่างได้แก่การอยู่ร่วมกันระหว่างสาหร่ายเซลล์เดียวที่สังเคราะห์สารด้วยแสงเรียกว่าซูแซนเทลลา (zooxanthellae) กับหอยมือเสือ (giant clam) ซึ่งอยู่ในวงศ์ Tridacnidae อาศัยอยู่ตามน้ำตื้นใกล้แนวปะการัง สาหร่ายพวกนี้อาศัยอยู่กับหอย คอยสร้างสารอาหารและแบ่งให้หอย โดยหอยจะพยายามหันเปลือกหรือเนื้อตัวด้านที่มีสาหร่ายไปหาแสงอาทิตย์เพื่อให้ “ฟาร์มสาหร่าย” สร้างพลังงานได้สูงสุด แม้หอยพวกนี้จะพึ่งพาสารอาหารจากสาหร่ายบนตัวมาก แต่ก็ยังกรองสิ่งมีชีวิตจิ๋ว ๆ กินได้แบบหอยสองฝาทั่วไป
น่าดีใจที่พบตัวอย่างสิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกันอย่างสมัครสมานสามัคคีแบบนี้ที่เกาะลันตา จังหวัดกระบี่ ในประเทศไทยด้วย
ตัวอย่างคลาสสิกที่มักกล่าวถึงในตำราเรียนและหลายคนอาจเคยได้ยินมาบ้างแล้วคือปะการังซึ่งเป็นสัตว์ที่อาศัยอยู่รวมกับสาหร่ายสีเขียวในแบบคล้ายคลึงกับกรณีของหอยมือเสือนั่นเอง แต่ปะการังนั้นสร้างโคโลนี (colony) ขนาดใหญ่ยักษ์ได้ แนวปะการังเกรตแบร์ริเออร์รีฟ (The Great Barrier Reef) ชายฝั่งของรัฐควีนส์แลนด์ ประเทศออสเตรเลีย เป็นระบบปะการังใหญ่ที่สุดในโลก ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ ๓๔๔,๔๐๐ ตารางกิโล-เมตร เทียบเท่ากับสองในสามของพื้นที่ประเทศไทยทีเดียว ! โดยในพื้นที่ดังกล่าวประกอบด้วยแนวปะการังเดี่ยวราว ๓,๐๐๐ แนว เกาะแก่งราว ๙๐๐ เกาะ จนถือเป็นโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งบนโลกนี้
เล่ามาถึงตรงนี้ตัวอย่างส่วนใหญ่ยังครอบคลุมสัตว์ที่มีโครงสร้างร่างกายไม่ซับซ้อนนัก ไม่ว่าจะเป็นหนอนทะเล หอยทะเล หรือปะการัง แต่ตัวอย่างต่อไปจะเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังซึ่งในเชิงวิวัฒนาการถือว่าซับซ้อนกว่าที่กล่าว
มาแล้วแบบขาดลอย นั่นก็คือซาลามาน-เดอร์ลายจุด (spotted salamander) ซาลามานเดอร์ทั่วไปใช้ประโยชน์จากการสังเคราะห์แสงของพืชไม่ได้ แต่เจ้า
ซาลามานเดอร์ลายจุดมีความพิเศษอยู่ไม่น้อย มีการทดลองหนึ่งที่ทำให้รู้ว่าหากสาหร่ายสีเขียวไปเกาะอาศัยสร้างกลุ่มก้อนอยู่บนไข่ของซาลามานเดอร์ก็จะสอดแทรกตัวเองเข้าไปอยู่กับเซลล์เอ็มบริโอหรือตัวอ่อนของซาลามานเดอร์ได้ และสารอาหารที่พวกมันสร้างขึ้นก็จะช่วยโด๊ปตัวอ่อนเหล่านั้นที่กำลังเติบโตให้โตไวขึ้น
ยิ่งมีสาหร่ายมาก ตัวอ่อนก็จะมีโอกาสอยู่รอดมากขึ้น และมีพัฒนาการไวกว่าตัวอ่อนแบบเดียวกันที่มีสาหร่ายน้อยกว่า ! ช่างเป็นความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการแบบ “แม่นม” ช่วยเลี้ยงอีกแรงจริง ๆ
แต่มือหนึ่งในเรื่องการเป็นสัตว์ที่สุขสบายกับการสังเคราะห์สารด้วยแสงต้องยกให้ทากทะเล (sea slug) พวกมันทำได้
สุดยอดมาก ๆ สัตว์อื่นกินสาหร่ายสีเขียวเข้าไปก็ย่อยหมด แต่เมื่อผ่านบุพกรรมร่วมกันตามวิวัฒนาการอันยาวนาน ก็ทำให้เกิดปรากฏการณ์ “เคลปโตพลาสตี (kleptoplasty)” ขึ้น
กระบวนการนี้ทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง (ทากทะเล) หยิบยืมอุปกรณ์สร้างพลังงาน (คลอโรพลาสต์) จากสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่งที่แตกต่างกัน (สาหร่ายสีเขียว) มาใช้งานได้ โดยอาจยืดยาวนานหลายสัปดาห์หรือแม้แต่หลายเดือน
มีงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทอร์คู ประเทศฟินแลนด์ ทดลองเลี้ยงทากทะเล Elysia timida ด้วยสาหร่าย Acetabularia acetabulum (เจ้าของฉายา “แก้วไวน์ของนางเงือก”) อย่างต่อเนื่อง พบว่าเมื่อทากทะเลกินสาหร่ายเข้าไป เซลล์สาหร่ายจะถูกย่อยจนแตกออกในทางเดินอาหารเซลล์สาหร่ายจึงตายสนิทในขั้นตอนนี้ แต่คลอโรพลาสต์กลับไม่ตายไปด้วย ไม่แม้แต่จะเสียหายหรือโดนย่อย
ทากทะเลพวกนี้มีลำตัวใส คลอโร-พลาสต์ที่เข้าไปอยู่ในเซลล์ทางเดินอาหารของทากทะเลจึงสังเคราะห์สารอาหารด้วยแสงได้ ทำให้ทากทะเลพวกนี้ราวกับเป็น “ทากทะเลติดโซลาร์เซลล์” โดยปริยาย
ห้องปฏิบัติการที่ทดลองเลี้ยงทั้งทากทะเลและสาหร่ายนานหลายปีต่อเนื่อง ก็พบว่าความสามารถอยู่ร่วมกันนี้ไม่หมดหายไปไหน และยังอธิบายกลไกการทำงานของคลอโรพลาสต์ในสภาวะมีแสงและไร้แสงได้อย่างละเอียดอีกด้วย
ซึ่งแตกต่างกันพอสมควร แต่ขอไม่ลงรายละเอียดในที่นี้
เคล็ดลับส่วนหนึ่งอาจมาจากการที่ทากทะเลพวกนี้มีสารพันธุกรรมบางอย่างของสาหร่ายสีเขียวอยู่ในนิวเคลียส จนอาจเรียกได้ว่าเกิด “การผสมข้ามสายพันธุ์” ระหว่างพืชกับสัตว์ขึ้นแล้ว นี่เป็นการส่งมอบพันธุกรรมกันโดยตรงระดับ
เซลล์
ทั้งหมดนี้คือตัวอย่างของสัตว์ที่พยายามสังเคราะห์สารด้วยแสงผ่านกลไกแบบเดียวกับที่พืชใช้ แม้จะใช้กลยุทธ์หรือกลเม็ดแตกต่างกันอย่างน่ามหัศจรรย์ใจยิ่ง