มหัศจรรย์เกินคาดคิด...เมื่อมีสิ่งมีชีวิตที่ไม่พึ่งออกซิเจน

        นักวิทยาศาสตร์อาจเคยค้นพบพบสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อยู่ได้โดยไม่อาศัยออกซิเจนจำนวนมาก ทั้งใต้ทะเลลึกและใต้พื้นดิน แต่ยังไม่เคยพบสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่อาศัยอยู่ได้โดยไม่ใช้ออกซิเจน ล่าสุดพบ "หนอนหลอดยักษ์" ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนอยู่ได้แม้ปราศจากออกซิเจน
    

ภาพที่ 1  Closeup ของหนอนท่อยักษ์ 
จาก ( NOAA Ocean Explorer image ) ( ภาพ NOAA Ocean Explorer )

  
        จากการสำรวจสิ่งมีชีวิตในสภาวะที่สุดขั้วดังกล่าวนั้น นักวิทยาศาสตร์ทีมดาโนวาโรคาดหวังเพียงจะได้พบไวรัส แบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ ส่วนซากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่พบในตะกอนดินเดียวกันมักถูกเข้าใจว่าเป็นซากที่ตกตะกอนจากแหล่งน้ำชั้นบนซึ่งมีออกซิเจนอยู่ หากแต่หนอนหลอดยักษ์ (giant tube worms) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ทีมสำรวจของดาโนวาโรในปล่องระบายความร้อน (hydrothermal vents) ใต้ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนนั้นไม่ใช่ซากแต่ยังมีชีวิตอยู่ อีกทั้งทีมวิจัยยังพบด้วยว่าหนอนหลอดยักษ์บางตัวนั้นมีไข่อยู่ด้วย     
       นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่า สิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ที่พบในครั้งนี้ ฉายให้เห็นภาพของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ก่อนระดับออกซิเจนในทะเลลึกจะเพิ่มขึ้น รวมถึงการปรากฏของสัตว์ขนาดใหญ่ตามบันทึกของฟอสซิลที่มีอายุประมาณ 550-600 ล้านปีก่อน
       การค้นพบในสิ่งไม่คาดคิดนี้ยังชวนให้คิดว่าสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จำพวกเมตาซัว (metazoan) อาจอาศัยอยู่ในสิ่งแวดล้อมอื่นที่ไม่มีออกซิเจน เช่น ใต้ปล่องระบายความร้อนของมหาสมุทร หรือในแหล่งน้ำที่มีออกซิเจนน้อย หรือบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกมุดตัวซึ่งเป็นสาเหตุของแผ่นดินไหว เป็นต้น(ข่าวจากhttps://www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9530000050014)
       
      

ภาพที่ 2 Riftia pachyptilla
(จาก : https://media.marine-geo.org/image/tube-worms-riftia-pachyptila-near-hydrothermal-vents-epr-2004)

หนอนหลอดยักษ์
       ชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่่า Riftia pachyptilla
       ชื่ออื่น  Beard worm, ลอริซิเฟอแรนส์ (loriciferans) 
       ขนาด ยาว 8 ฟุต
       ที่อยู่อาศัย  มหาสมุทรแปซิฟิกน้ำลึก สามารถอยูื่อาศัยในแหล่งที่อุณหภูมิสูง ไม่มีแสง ทนต่อสารซัลไฟด์หรือกำมะถันอยู่ในระดับที่เป็นพิษ
       ลักษณะ  มีลักษณะคล้ายแมงกะพรุนที่มีเปลือกรูปกรวย มีสีแดงอยู่ส่วนปลาย ส่วนก้านเป็นสารประกอบไคติน(พบสารเหล่านี่ที่เปลือกกุ้ง ปู) เป็นส่วนที่ทำให้โครงสร้างภายนอกแข็งแรง
ไม่มีตา ไม่สามารถรับแรงเคลื่อนไหวและการสั่นสะเทือน 
       การแพร่พันธุ์ วางไข่ในน้ำ เมื่อเป็นตัวอ่อนจะว่ายน้ำไปเกาะกับหิน 
       ความพิเศษ หนอนหลอดยักษ์มีเพียงโครงสร้างที่คล้ายปากและทางเดินอาหาร เพื่อให้แบคทีเรียมาอาศัยอยู่ ซึ่งเป็นการดำรงชีวิตแบบอาศัยอยู่ร่วมกันของสองสิ่งมีชีวิต(Symbiosis)
ส่วนปลายที่มีสีแดงเกิดจากสารฮีโมโกลบินเป็นอวัยวะพิเศษโดยใช้แบคทีเรียที่อาศัยอยู่จะเปลี่ยนสารเคมีต่างๆเพื่อแลกเปลี่ยนก๊าซ ออกซิเจ คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนและซัลไฟล์   นอกจากนี้ยังพบว่าไม่มีไมโตคอนเดรีย (mitochondria) ซึ่งเป็นองค์ประกอบของเซลล์ที่ทำหน้าที่สร้างพลังงาน หรืออธิบายได้ว่าเป็นองค์ประกอบภายในเซลล์ของเราที่ทำให้เราสร้างพลังงานจากออกซิเจนได้ แต่หนอนหลอดเหล่านี้กลับมีองค์ประกอบของเซลล์ที่เรียกว่า “ไฮโดรจีโนโซม” (hydrogenosomes) ซึ่งเป็นอีกรูปของไมโตคอนเดรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน และเป็นองค์ประกอบของเซลล์ที่พบก่อนหน้านี้ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวซึ่งอาศัยอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน
(ผูเขียนแปลจาก https://www.seasky.org/deep-sea/giant-tube-worm.html)
       
      

        กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
       กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (อังกฤษ: Electron microscope) ประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 2475 ในประเทศเยอรมนี โดยนักวิทยาศาสตร์ 2 คน คือ แมกซ์ นอลล์ และ เอิร์นท์ รุสกา เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ลำอิเล็กตรอนแทนแสงธรรมดา กล้องแบบนี้มีหลักการทำงานคล้ายกับกล้องจุลทรรศน์ชนิดใช้แสง แต่แตกต่างกันที่ส่วนประกอบภายใน กล่าวคือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะใช้ลำอิเล็กตรอนซึ่งมีขนาดเล็กมากวิ่งผ่านวัตถุและโฟกัสภาพลงบนจอเรืองแสง เลนส์ต่าง ๆ ในกล้องจะใช้ขดลวดพันรอบ ๆ แท่งเหล็กอ่อน เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น ซึ่งสนามแม่เหล็กจะผลักกับประจุของอิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอนเบี่ยงเบนไปสู่เป้าหมายได้
      

ภาพที่ 3 กล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอน
(จาก : https://rakkontemehaojai.blogspot.com)
/2009_08_01_archive.html

       กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่าน (Transmission Electron microscope) หรือเรียกแบบย่อว่า TEM ซึ่งคิดค้นโดย เอิร์นส์ท รุสกา ในปีพ.ศ. 2475 ใช้ศึกษาโครงสร้างภายในของเซลล์ โดยลำแสง    อิเล็กตรอนจะส่องผ่านเซลล์หรือตัวอย่างที่ต้องการศึกษาซึ่งผู้ศึกษาต้องเตรียมตัวอย่างให้ได้ขนาดบางเป็นพิเศษ 
      กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องกราด (Scanning Electron microscope) หรือเรียกแบบย่อว่า SEM ซึ่งคิดค้นโดยเอ็ม วอน เอนเดนนี่ สร้างสำเร็จในปีพ.ศ. 2481 ใช้ศึกษาโครงสร้างของผิวเซลล์หรือผิววัตถุ โดยลำแสงอิเล็กตรอนจะส่องกราดไปบนผิวของวัตถุ ทำให้ไดเภาพที่มีลักษณะเป็น 3 มิติ 
       (https://th.wikipedia.org/wiki/)
       

       ไมโทคอนเดรีย
       รูปร่างของไมโตคอนเดรีย เป็นก้อนกลม หรือก้อนรีๆ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.5-1.0 ไมครอน ความยาวประมาณ 5-10 ไมครอน หรือยาวมากกว่า มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ซึ่งเป็นชนิดยูนิตเมมเบรน เยื่อชั้นในมีลักษณะเป็นท่อ หรือเยื่อที่พับทบกันอยู่ เรียกว่า ครีสตี ( cristae) ท่อนี้ยื่นเข้าไปในส่วนของเมทริกซ์ ( matrix) ที่เป็นของเหลว ของสารประกอบหลายชนิด 
โครงสร้างอย่างละเอียดของไมโตคอนเดรีย 
         ไมโตคอนเดรีย พบในยูคารีโอตเกือบทุกชนิด ยกเว้นเซลล์บางชนิด เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดง โดยเซลล์แต่ละเซลล์ มีจำนวนไมโตคอนเดรียไม่เท่ากัน โดยทั่วไป พบไมโตคอนเดรียมาก ในเซลล์ที่มี อัตราเมตาโบลิซึมสูง เช่น เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ เซลล์ต่อม เซลล์ที่กำลังเจริญเติบโต เป็นต้น

         หน้าที่

1. สร้างสารให้พลังงานสูง คือ ATP (Adenosine triphosphate) โดยแยกเป็น 2 ส่วน คือ

•  เยื่อหุ้มด้านนอก ทำหน้าที่เกี่ยวข้อง กับการสร้างสารประกอบ ฟอสโฟลิปิด

•  เยื่อหุ้มด้านใน มีเอนไซม์เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ATP

2. ภายในเมทริกซ์มีของเหลว ที่ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวข้อง กับปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในวัฏจักรเครปส์ ( Krebs cycle)

3. มี DNA (Deoxyribonucleic acid) RNA (Ribonucleic acid) เอนไซม์ และไรโบโซม อยู่ภายในออร์แกเนลล์ ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนขึ้น ภายในออร์แกเนลล์ 
(https://www.sema.go.th/files/Content/science/k4/0030/CELL/eight1.htm)
 

 ภาพที่ 5 สายวิวัฒนาการของMetazoa
(จาก : https://www.ucmp.berkeley.edu/phyla/metazoasy.html)
                  
      

      เมตาซัว
      เมตาซัว (metazoa) คือกลุ่มของสัตว์ที่มีเนื้อเยื่อมากขึ้น  จะมีการเปลี่ยนแปลงของร่างกาย ที่มีขนาดใหญ่ มีความซับซ้อนของโครงสร้าและ หน้าที่การทำงานเนื่องมากจาก มีการรวมกลุ่มของเซลล์และ พัฒนารูปแบบในการทำงานขึ้น การทำงานของกลุ่มเซลล์จะไม่สามารถทำงานอย่างเป็นอิสระต่อกันได้ (https://coursewares.mju.ac.th/section2/bi220/content/chap2/chap22.htm)
      
      
        นักเรียนจะนำความรู้ไปบูรณาการ เมื่อเรียนสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ระดับชั้นม.1- 6 
        มาตรฐาน 1.2  เข้าใจกระบวนการและความสำคัญของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ความหลากหลายทางชีวภาพ การใช้เทคโนโลยีชีวภาพที่มีผลกระทบต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้และจิตวิทยาศาสตร์ สื่อสาร สิ่งที่เรียนรู้ และนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 
        ตัวชี้วัด  ๑.   อธิบายกระบวนการการเกิดความหลากหลายทางชีวภาพ 
        
        

       กิจกรรมเพิ่มเสริมความรู้สิ่งมีชีวิตด้วยกล้องจุลทรรศน์

       1. สืบค้นหา หนอนหลอดยักษ์ เพิ่มเติม
       2. ไปค้นหาความหลากหลายทางทะเลที่มหาสมุทรแปซิฟิก
       3. ศึกษาสิ่งมีชีวิตด้วยกล้องจุลทรรศน์

       นำความรู้สู่บูรณาการ

1. วิชาภาษาอังกฤษ        เรียนรู้คำศัพท์จากบทความ

       อ้างอิง
https://www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9530000050014
https://www.seasky.org/deep-sea/giant-tube-worm.html
https://th.wikipedia.org/wiki/
https://www.sema.go.th/files/Content/science/k4/0030/CELL/eight1.htm

 
ที่มา : https://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=2434