Techno-Termite (5)

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

Techno-Termite (5)

“ผมสนใจเรื่องแมลงมาตั้งแต่ก่อนเข้าอนุบาล ตอนเรียนปริญญาตรีปีสามได้เข้าค่ายซัมเมอร์ที่ Wood’s Hole และได้ส่องลำไส้ปลวกใต้กล้องจุลทรรศน์เป็นครั้งแรก เห็นสิ่งมีชีวิตรูปร่างประหลาดขนาดจิ๋วขยับตัวยุกยิกแน่นไปหมดในนั้น ผมมีคำถามมากมายกับ John Breznak อาจารย์พี่เลี้ยงที่ค่าย บางคำถามแกตอบได้ แต่อีกหลายคำถามแกก็ยอมรับมาตรงๆ ว่าไม่รู้ ผมตัดสินใจตั้งแต่ตอนนั้นว่าอยากศึกษาจุลินทรีย์ลำไส้ปลวกตอนเรียนต่อปริญญาโท/เอก และมี Breznak เป็นที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์”

Jared Leadbetter หนึ่งในนักวิจัยแนวหน้าด้านจุลินทรีย์ปลวกจาก Caltech ให้สัมภาษณ์ในปี 2007 ไม่นานหลังตีพิมพ์ผลงานถอดรหัสจีโนมจุลินทรีย์จากปลวกในวารสาร Nature

John Breznak จาก Michigan State University โด่งดังมาตั้งแต่กว่าสามสิบปีก่อนหน้านั้นจากการค้นพบว่าแบคทีเรียลำไส้ปลวกสามารถตรึงไนโตรเจนได้

ผลงานของ Breznak สร้างแรงบันดาลใจให้ลูกศิษย์และนักวิจัยอีกหลายท่าน รวมทั้ง Leadbetter ซึ่งกลายมาเป็นอาจารย์นักวิจัยด้านชีวธรณีวิทยาที่ Caltech ตั้งแต่ช่วงปี 2000

Leadbetter เล่าว่า เวลาคุยเรื่อง “ระบบนิเวศและความหลากหลายทางชีวภาพ” คนส่วนมากจะนึกถึงแนวปะการัง ป่าดิบชื้น ทุ่งหญ้าสะวันนา ฯลฯ นึกถึงสัตว์ พืช เห็ดรา ฯลฯ

แต่ในทางชีววิทยาแล้วสิ่งมีชีวิตที่ตาเรามองเห็นพวกนี้เป็นญาติใกล้ชิดกัน กระจุกรวมกันอยู่บนกิ่งเล็กนิดเดียวบนต้นไม้แห่งวิวัฒนาการ (evolutionary tree) ขนาดมหึมา โปรโตซัวหรือแบคทีเรียสองชนิดอาจจะแตกต่างกันในเชิงวิวัฒนาการ วิถีชีวิตและระบบการทำงานภายในเซลล์มากกว่าความต่างระหว่างมนุษย์กับกิ้งกือหรือผักกาดเสียอีก

ลำดับความใกล้ชิดวิวัฒนาการแบ่งได้ตั้งแต่ระดับใกล้ชิดสุดคือ เป็นสปีชีส์เดียวกัน ไล่ขึ้นไปถึงระดับสกุล (genus) วงศ์ (family) ฯลฯ จนถึงระดับที่ห่างกันที่สุดคือ โดเมน (domain) ซึ่งมีทั้งหมดสามโดเมนคือ ยูแคริโอต (eukaryote) อาร์เคีย (archea) และแบคทีเรีย (bacteria)

ระบบนิเวศในลำไส้ปลวกโดยเฉพาะส่วนท้าย (hindgut) ที่ป่องออกมาเป็นกระเปาะมีจุลินทรีย์ทั้งสามโดเมนอยู่กันครบ ความหนาแน่นเซลล์อาจจะสูงถึง 1011 เซลล์ต่อมิลลิลิตรภายในปริมาตรไม่ใหญ่ไปกว่าเมล็ดงา

ขณะที่ระบบนิเวศใหญ่ๆ อย่างป่าหรือแนวปะการังอาจจะเจอได้ที่เดียวบนโลกนี้ แถมยังเปิดเชื่อมต่อถึงกันไม่มีพรมแดนชัดเจนทำให้ยากต่อการศึกษาเปรียบเทียบ ระบบนิเวศลำไส้ปลวกเป็นระบบเกือบปิด ประมาณกันว่าทั้งโลกนี้มีปลวกอยู่รวม 1015-1017 ตัว แต่ละตัวคือหนึ่งตัวอย่างของระบบนิเวศซ้ำๆ (จากปลวกแต่ละตัวในรังเดียวกันหรือต่างรังต่างสปีชีส์) ให้เราศึกษาเปรียบเทียบ

จุลินทรีย์หลายร้อยชนิดในลำไส้ปลวกไม่ถูกพบในสิ่งแวดล้อมอื่นอีก ส่วนปลวกเกิดใหม่ก็ไม่ได้มีจุลินทรีย์ติดมาด้วยต้องรับจุลินทรีย์จากปลวกรุ่นก่อนผ่านทางการกินสิ่งขับถ่าย ส่งต่อมาเรื่อยๆ แบบนี้กว่าร้อยล้านปีแล้ว

Leadbetter มองว่านี่คือแง่มุมที่น่าสนใจมากในเชิงนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการ มันคือสังคมสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายมากๆ ที่ทั้งต่อสู้แย่งชิงและพึ่งพาอาศัยกันมานานในอีกโลกใบจิ๋วที่แทบจะตัดขาดจากโลกภายนอก

ประมาณครึ่งหนึ่งของแบคทีเรียในลำไส้ส่วนท้ายของปลวกเป็นแบคทีเรียทรงเกลียวที่เรียกว่า spirochete ในสกุล Treponema ซึ่งเป็นญาติใกล้ชิดกับแบคทีเรียที่ก่อโรคซิฟิลิสในมนุษย์ ลำไส้ปลวกส่วนนี้เป็นระบบนิเวศเดียวในโลกที่มีแบคทีเรียกลุ่มนี้เป็นประชากรส่วนใหญ่และมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรการหมุนเวียนแร่ธาตุ

แม้ว่า spirochete ในทางเดินอาหารปลวกจะถูกค้นพบมาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 แต่ก็เพิ่งถูกคัดแยกมาเพาะเลี้ยงศึกษาเป็นเชื้อบริสุทธิ์สำเร็จโดยทีมของ Leadbetter และ Breznak ช่วงสิ้นศตวรรษที่ 20 ต่อศตวรรษที่ 21

ทีมวิจัยได้แยก spirochete ที่สามารถเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับก๊าซไฮโดรเจน (ผลพลอยได้จากการย่อยเซลลูโลส) เป็นแอซิเตต และ Spirochete ที่สามารถตรึงก๊าซไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย

งานทั้งสองชิ้นนี้ถูกตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำอย่าง Science