น้ำเชื้อ จุกอุด และเกมแห่งการสืบพันธุ์

ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ

ดังที่เล่าไปในตอนก่อน ในแมงมุม กลยุทธ์อุดช่องสืบพันธุ์ (ของตัวเมีย) เพื่อกีดกันไม่ให้ตัวผู้ตัวอื่นสามารถมาฟีเจอริ่งภรรยาของตนได้นั้น สามารถทำได้หลายวิธีมาก ตั้งแต่หักอวัยวะสืบพันธุ์ของตัวเองคาเอาไว้ ไปจนถึงกระตุ้นให้ตัวเมียยอมให้ตัวมันหลั่งสารคัดหลั่งออกมาสร้างเป็นเจลอุดช่องสืบพันธุ์ของตัวอีกด้วย

แต่กลยุทธ์อุดช่องสืบพันธุ์ (ของตัวเมีย) เพื่อยึดครองความเป็นพ่อของลูกในท้องนั้น ไม่ได้พบแค่ในแมงมุม

แค่แมงมุมเป็นเคสที่เอ็กซ์ตรีมกว่าชาวบ้านเขาเท่านั้น

ที่จริงแล้ว กลยุทธ์มหาอุดเช่นนี้ พบได้ในสิ่งมีชีวิตมากมายหลายกลุ่ม ตั้งแต่หนอนตัวกลม (nematodes) แมลง แมงมุม สัตว์เลื้อยคลาน ไปจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (เช่น หนู กระรอก ลีเมอร์ ค้างคาว และชิมแปนซี)

และถ้าจะเข้าใจกลไกของจุกอุดนี้ได้ ต้องเข้าใจก่อนว่าจุกอุดนี้มาจากไหน

แน่นอนว่าหนอนตัวกลม แมงมุม แมลง สัตว์เลื้อยคลาน และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อาจจะมีองค์ประกอบของจุกไม่เหมือนกัน

ของแมงมุมนี่ชัดเจนที่สุด อะไรก็ได้ที่จะอุดได้ น้องใช้หมด … ปลายอวัยวะเพศ อวัยวะเพศทั้งก้อน เศษซากของตัวผู้ (ที่เหลือจากที่ตัวเมียกิน) สารคัดหลั่งที่แข็งเป็นเจล … ทุกอย่าง

คำถามคือ แล้วสัตว์อื่นล่ะ … องค์ประกอบอะไรกันที่สัตว์เอามาใช้สร้างเป็นจุกอุด?

สำหรับคำถามนี้ บอกเลยว่าตอบยาก ขึ้นกับว่าเป็นสัตว์ประเภทไหน เพราะแตกต่างกันไปหมด ตั้งแต่พลวัตของการสร้าง ขนาดของจุก และความคงทน

“องค์ประกอบต้องอยู่ในน้ำเชื้อ หรือน้ำอสุจินั่นแหละ” แมททิว ดีน (Matthew Dean) นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย (University of Southern California) กล่าว

ซึ่งก็น่าจะเป็นเช่นนั้น เพราะไม่มีใครเคยเห็นหนูตัวไหนที่ฟีเจอริ่งกันจนองคชาตหักคาอยู่ในช่องสืบพันธุ์ใช่มั้ยล่ะ

ทีมวิจัยของดีนสนใจว่า ในน้ำอสุจินั้นมีองค์ประกอบอะไรอยู่บ้าง และสารแต่ละชนิดที่อยู่ในนั้น มีบทบาทอย่างไรบ้างต่อความสำเร็จในการสืบพันธุ์

แต่ดีนไม่ได้สนใจเซลล์อสุจิ หรือสเปิร์ม สิ่งที่เขาสนใจจริงๆ ก็คือ ส่วนใสของน้ำอสุจิที่เรียกว่า seminal fluid (ซึ่งก็คือของเหลวในน้ำเชื้อที่ไม่รวมสเปิร์ม หรือเซลล์อสุจินั่นแหละ) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบนี้มักจะถูกมองแค่ว่าน่าจะเป็นแหล่งอาหารค้ำจุนสเปิร์ม เป็นบัฟเฟอร์ช่วยรักษา pH ของน้ำอสุจิ ช่วยให้สเปิร์มอยู่รอดได้จนสืบพันธุ์สำเร็จ

แต่ในความเป็นจริง seminal fluid อาจจะมีบทบาทมากกว่านั้น

อย่างน้อยก็เป็นองค์ประกอบของจุกอุดนี่แหละ

และเพื่อศึกษาว่า seminal fluid มีบทบาทอย่างไรต่อการสืบพันธุ์ ดีนและทีมจึงออกแบบการทดลองเพื่อดูว่าระหว่างที่ฟีเจอริ่งกันนั้น หนูตัวผู้ได้ส่งสารอะไรเข้าไปในระบบสืบพันธุ์ของตัวเมียบ้าง

พวกเขาปล่อยให้หนูคู่รักผสมพันธุ์กันตามปกติ จากนั้นจึงเก็บตัวอย่างจากท่อสืบพันธุ์ของตัวเมียมาแยกและวิเคราะห์องค์ประกอบโปรตีนด้วยเทคนิคโปรตีโอมิกส์ (proteomics)

แต่ปัญหาก็คือ ถ้าใช้หนูตัวผู้ปกติ โปรตีนที่จะตรวจเจอจะไม่ได้มีแค่โปรตีนที่มาจาก seminal fluid แต่จะมีโปรตีนของตัวสเปิร์มปะปนมาด้วย

เพื่อให้เห็นเฉพาะองค์ประกอบของ seminal fluid จริงๆ หนูตัวผู้ที่ถูกเอามาใช้ในการทดลองนี้จึงเป็นหนูที่ถูกทำหมันมาเรียบร้อยแล้วด้วยการผูกท่อนำอสุจิ (vasectomy) หนูเป็นหมันพวกนี้จะยังสามารถผสมพันธุ์และหลั่ง seminal fluid ได้ตามปกติ เพียงแต่ไม่มีสเปิร์มถูกหลั่งออกมาด้วยในน้ำอสุจิ

และเพื่อให้รู้ว่าโปรตีนไหนมาจากตัวผู้จริงๆ พวกเขาติดฉลากโปรตีนจากหนูตัวผู้ด้วยกัมมันตรังสี

จากการทดลองนี้ พวกเขาพบว่ามีโปรตีนจากตัวผู้คงค้างอยู่ในท่อสืบพันธุ์ของตัวเมียราวๆ 69 ชนิด

ส่วนใหญ่จะเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการปกป้องและค้ำจุนสเปิร์ม เช่น โปรตีนสำหรับรับมือกับความเครียดจากกระบวนการออกซิเดชัน (oxidative stress) และพวกตัวยับยั้งเอนไซม์เอนโดเพปทิเดส (endopeptidase inhibitors) ซึ่งช่วยลดการย่อยทำลายโปรตีนในระหว่างการสืบพันธุ์

และในบรรดาโปรตีนทั้งหมดนั้น ก็มีโปรตีนกลุ่มหนึ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษ ซึ่งก็คือโปรตีนที่ใช้เพื่อสร้างจุกอุด

พวกเขาพบว่าจุกอุดในหนูเป็นโปรตีนที่ถูกสร้างขึ้นมาจากยีนเพียงแค่ 7 ยีนเท่านั้น

ดีนตื่นเต้นมาก เขาตีพิมพ์ผลงานวิจัยนี้ออกมาในวารสาร BMC Genetics ในปี 2011

และเพื่อที่จะศึกษาต่อเนื่องเรื่องจุกอุด ในปี 2012 ดีนขอทุน เรื่อง Understanding the function of the copulatory plug (การศึกษาบทบาทของจุกอุดช่องสืบพันธุ์) จากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สหรัฐอเมริกา

และเพื่อหาว่าจุกอุดในหนูนั้นใช้กันชู้ เอ้ยยยย กีดกันหนูตัวผู้ตัวอื่นๆ ไม่ให้มาดุ๊บดิ๊บซ้ำกับตัวเมียของพวกมัน และพรากความเป็นพ่อไปจากพวกมันได้จริงหรือเปล่า

ดีนตัดสินใจคิดหาวิธีสร้างหนูตัวผู้แปลงพันธุ์ที่สร้างจุกไม่ได้ขึ้นมา

เขาเลือกที่จะน็อกเอาต์ยีน Tgm4 ซึ่งควบคุมการสร้างเอนไซม์จากต่อมลูกหมากที่เรียกว่า transglutaminase IV ซึ่งทำหน้าที่ในการเชื่อมต่อโปรตีนใน seminal fluid ให้เป็นโครงสร้างแข็งคล้ายอีพ็อกซี (epoxy) ที่จะฟอร์มตัวเป็นจุกอุดช่องสืบพันธุ์ (copulatory plug) ในหนู

ในกรณีนี้ พวกเขาคาดว่าหนูแปลงพันธุ์ของพวกเขาจะยังสร้างอสุจิได้ตามปกติ แต่จะไม่สามารถสร้างจุกอุดช่องสืบพันธุ์ของตัวเมียได้

และเพื่อคอนเฟิร์ม ดีนจับคู่ผสมพันธุ์โดยเปรียบเทียบระหว่างหนูตัวผู้ปกติกับหนูตัวผู้แปลงพันธุ์กับหนูตัวเมีย แล้วตรวจดูขนาดและลักษณะของจุกที่เกิดขึ้นในหนูสาวหลังปล่อยให้ผสมพันธุ์กันราว 3 ชั่วโมง

ผลที่ได้ค่อนข้างชัดเจน เป็นไปตามที่คาด ในคู่หนูปกติทั้งหมด 16 คู่ พวกเขาพบจุกในตัวเมียถึง 14 ตัว แต่ในกรณีของหนูตัวผู้แปลงพันธุ์ ในคู่หนูทดลอง 13 คู่ ไม่พบจุกอุดเลยแม้แต่ตัวเดียวในหนูตัวเมีย

และถ้าปล่อยไว้นานกว่านั้น ให้พวกมันอยู่ด้วยกัน 20 ชั่วโมง ผลที่ได้ก็แทบไม่ต่างออกไป ในคู่หนูปกติทั้งหมด 15 คู่ พบจุกอุดในหนูตัวเมีย 11 ตัว ในขณะที่ในคู่หนูแปลงพันธุ์ 8 คู่ กลับไม่พบจุกอุดในหนูตัวเมียเลยแม้แต่ตัวเดียว

ชัดเจนว่ากลยุทธ์ในการน็อกเอาต์ยีน Tgm4 นั้น ประสบความสำเร็จอย่างใหญ่หลวง ดังที่พวกเขาต้องการ

แต่ยังไม่ทันที่จะได้ดูว่าจุกอุดนั้นสามารถป้องกัน กีดกัน ปิดกั้นไม่ให้ตัวผู้ตัวอื่นมาผสมซ้ำกับแม่หนูคู่รักของมันได้หรือไม่ ดีนและทีมกลับสังเกตเห็นอะไรที่น่าสนใจยิ่งกว่า

เพราะเมื่อผ่าดูอวัยวะสืบพันธุ์ในหนูตัวเมียที่พบจุกอุดนั้น ปีกมดลูก (uterine horn) ของมันบวมเป่งราวกับจะปริ ภายในเต็มไปด้วยอสุจิและน้ำเชื้อที่อัดแน่นอยู่ข้างใน ในขณะที่ปีกมดลูกของหนูตัวเมียที่ผสมพันธุ์กับหนูแปลงพันธุ์ที่น็อกเอาต์ยีน Tgm4 ออกไป นั้นตีบแฟบ แทบไม่มีสเปิร์มอยู่ข้างใน ลักษณะมิต่างไปจากหนูตัวเมียที่ยังไม่ได้ผสมพันธุ์

และถ้าดูที่ความสำเร็จของการผสมพันธุ์ ผลที่ได้ก็ออกมาสอดคล้องกันกับความสามารถในการสร้างจุกอุด

ในกรณีของหนูที่สามารถสร้างจุกอุดได้ปกติ พบว่ามีการปฏิสนธิสำเร็จมากถึง 66 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมากกว่าที่พบในพวกหนูแปลงพันธุ์ที่ไม่สามารถสร้างจุกอุดได้ถึงเกือบสองเท่า

แล้วเกิดอะไรขึ้นกันแน่?

ดีนและทีมลองผ่าดูระบบสืบพันธุ์ของหนูตัวเมียหลังการผสม พวกเขาพบว่าในกรณีที่ตัวเมียจับคู่กับหนูตัวผู้แปลงพันธุ์ซึ่งไม่สามารถสร้างจุกอุดได้ น้ำเชื้อส่วนใหญ่ที่หลั่งออกมา แทนที่จะเคลื่อนลึกเข้าไปในระบบสืบพันธุ์ของตัวเมียเหมือนในหนูปกติ กลับไหลย้อนออกมาทางช่องคลอดเสียเป็นส่วนใหญ่

นั่นหมายความว่าจุกอุดอาจมีหน้าที่มากกว่าแค่ใช้ปิดกั้นการผสมพันธุ์จากตัวผู้ตัวอื่น

มันอาจทำหน้าที่คล้าย “จุกก๊อก” คอยป้องกันไม่ให้น้ำเชื้อไหลย้อนกลับออกมา หรืออาจมากกว่านั้น คือช่วยสร้างแรงดันภายในช่องคลอดและดันน้ำเชื้อให้เคลื่อนเข้าไปในมดลูกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ไม่ย้อนกลับออกมา

และนั่นคือสาเหตุที่ทำให้หนูแปลงพันธุ์ที่ไม่มีจุกอุด แทบจะไม่มีโอกาสแข่งขันกับพวกหนูปกติได้เลยแม้แต่น้อยในแง่ของการสืบพันธุ์

แต่เรื่องยังไม่จบแค่นั้น เพราะถึงจะไม่มีจุกอุด ในความเป็นจริง หนูเหล่านี้ก็ยังสามารถทำให้เกิดการปฏิสนธิได้อยู่ เพียงแต่เมื่อดูจำนวนลูกที่เกิดขึ้นจริง กลับพบว่าน้อยกว่าหนูปกติอย่างเห็นได้ชัด

จึงเป็นไปได้ว่า ผลของการไม่มีจุกอุดไม่ได้หยุดอยู่เพียงแค่การพาสเปิร์มไปถึงไข่เท่านั้น แต่อาจยังส่งผลต่อกระบวนการทางชีวภาพบางอย่างที่เกิดขึ้นหลังการปฏิสนธิด้วย

คราวหน้า เราจะมาดูกันต่อ ว่าจุกอุดและน้ำเชื้อของหนูยังมีบทบาทอะไรอีกบ้างในการสืบพันธุ์ และการทดลองอะไรที่จะมาพิสูจน์ได้ว่าจุกอุดที่พวกมันสร้างขึ้นมานั้นจะกันชู้ และ/หรือผู้ตัวใหม่ได้จริงหรือไม่

References :

Dean MD, Findlay GD, Hoopmann MR, Wu CC, MacCoss MJ, et al. (2011) Identification of ejaculated proteins in the house mouse (Mus domesticus) via isotopic labeling. BMC Genomics 12 : 306

Dean MD (2013) Genetic Disruption of the Copulatory Plug in Mice Leads to Severely Reduced Fertility. PLoS Genet 9 (1) : e1003185. doi:10.1371/journal.pgen.1003185