จุลสาหร่าย เป็นสิ่งมีชีวิตชนิดไหน...ทำไมนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังให้ความสนใจเป็นอย่างมาก...
จุลสาหร่าย ทางเลือกใหม่ของอุตสหกรรม
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) และบริษัท ปตท. เคมิคอล จำกัด (มหาชน) ได้ร่วมลงนามบันทึกความเข้าใจเพื่อการวิจัยด้านจุลสาหร่าย (Algal Biotechnologies) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อนำความสามารถของ สวทช. ในฐานะหน่วยงานชั้นนำด้านการวิจัยของภาครัฐ และบริษัท ปตท. เคมิคอล จำกัด (มหาชน) องค์กรเอกชนชั้นนำด้านอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและเคมีภัณฑ์ มาร่วมกันศึกษา วิจัยและพัฒนาด้านจุลสาหร่ายของประเทศสู่งานวิจัยขั้นสูง เพื่อตอบสนองความต้องการของภาคอุตสาหกรรมได้อย่างตรงเป้าหมาย อันจะก่อให้เกิดประโยชน์ต่อการพัฒนาของประเทศ
ที่มาของข่าว สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ : https://www.nstda.or.th/index.php/news/1298-2010-05-26-09-45-24
จุลสาหร่าย จัดเป็นทรัพยากรชีวภาพ (Bioresource) ที่มีความสำคัญยิ่งทางเศรษฐกิจ เซลล์ของจุลสาหร่ายมีสารที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญ เช่น กรดอะมิโนที่จำเป็นหลายชนิด กรดไขมันไม่อิ่มตัว วิตามิน เกลือแร่ รงควัตถุหรือสีธรรมชาติ และสารปฎิชีวนะ เป็นต้น จุลสาหร่ายจึงสามารถนำมาเป็นวัตถุดิบของโรงงานอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมผลิตสารเคมีภัณฑ์ อุตสาหกรรมผลิตปุ๋ยชีวภาพ และอุตสาหกรรมด้านพลังงาน (www.nstda.or.th/index.php/news/1298-2010-05-26-09-45-24)
สาหร่ายคืออะไร
สาหร่าย สิ่งมีชีวิตในไฟลัมคลอโรไฟตา(Chorophyta) เป็นพืชชั้นต่ำซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ปรากฏขึ้นบนโลกมากกว่า 3,000 ล้านปี มีขนาดตั้งแต่เล็กมากไปจนถึงขนาดใหญ่ แหล่งที่อยู่ของสาหร่ายมีทั้งในน้ำจืด น้ำกร่อย และน้ำเค็ม
ได้เเก่ พวกสาหร่ายสีเขียว( green algae ) มีทั้งพวกที่อาศัยในน้ำจืดเเละน้ำเค็ม มีลักษณะเป็นสีเขียวสด
ตัวอย่างของสาหร่ายสีเขียวน้ำจืด
- เซลล์เดียว ได้เเก่ คลอเรลลา ( chlorella )
- เซลล์รวมเป็นกลุ่ม เช่น ซีนเดสมัส ( Scenedesmus ) เพดิเอสตรัม ( Pediastrum ) วอลวอกซ์ ( Volvox )
โอโดโกเนียม ( Oesogonium )
- เซลล์ต่อเป็นสาย เช่น สไปโรไจรา ( Spirogira ) หรือเทาน้ำ ยูโรทริกซ์ ( Urothrix )
ภาพสาหร่ายสีเขียว
(ที่มาของภาพ : https://www.igetweb.com/www/phowiset/index.php?mo=3&art=333080)
ตัวอย่างของสาหร่ายสีเขียวที่เป็นสาหร่ายทะเล เช่น
- อะเซตาบูลาเรีย ( Asetabularia )
- อุลวา ( Ulva ) เเละโคเดียม ( Codium ) ซึ่งเป็นสาหร่ายที่มีขนาดใหญ่มากรงควัตถุของสาหร่ายสีเขียว
- รงควัตถุสีเขียว ได้เเก่ คลอโรฟิลล์ชนิด a เเละ b
- รวควัตถุสีเหลือง คือ เเคโรทีน ( Carotene ) เเละเเซนโทฟีลล์ ( xanthophyll )
(https://dit.dru.ac.th/biology/chlorophyta.html)
ชนิดของสาหร่ายแบ่งได้ทั้งจากสีและขนาดของสาหร่าย หากจะแบ่งตามสีสันของสาหร่าย จะแบ่งได้ 4 ชนิด คือ
1. สาหร่ายสีเขียว (Green Algae) ส่วนใหญ่เป็นแพลงก์ตอนพืช มีสารสีที่ใช้สังเคราะห์แสงเป็นสีเขียว
2. สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (Blue – green Algae) มีโครงสร้างของเซลล์คล้ายแบคทีเรียมีสารสังเคราะห์แสงเป็นสีเขียว พบได้ในแหล่งน้ำทุกที่ทั่วโลก ตั้งแต่ขั้วโลกที่เป็นน้ำแข็ง จนถึงน้ำพุร้อน ในดิน หรือแม้กระทั่งทะเลทราย
ภาพสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน
(ที่มาของภาพ : https://learners.in.th/file/dawood/view/87634)
3. สาหร่ายสีน้ำตาล (Brown Algae) เป็นสาหร่ายหลายเซลล์ลักษณะเป็นเส้นสายต่อกันออกเป็นกิ่งก้าน มีสารสีเป็นสีน้ำตาล
ภาพสาหร่ายสีน้ำตาล
(ที่มาของภาพ : https://nihongo.istockphoto.com/stock-photo-1439011-brown-algae-seaweed-specimen.php?id=1439011&SearchLang=JA)
4. สาหร่ายสีแดง (Red Algae) เป็นสาหร่ายหลายเซลล์ มีสารสีเป็นสีแดง พบได้ทั้งในน้ำจืด น้ำกร่อย และน้ำเค็ม
ภาพสาหร่ายสีแดง
(ที่มาของภาพ : https://shop.club-cleo.com/pages.php?pageid=16)
การสืบพันธุ์ มีทั้งเเบบอาศัยเเละเเบบไม่อาศัยเพศ
- สไปโรไจรา สืบพันธุ์ด้วยวิธีการคอนจูเกชัน ( conlugation ) ซึ่งเป็นเเบบอาศัยเพศ
ประโยชน์
- เป็นผู้ผลิตที่สำคัญของระบบนิเวศ ช่วยเพิ่มปริมาณออกซิเจนให้เเหล่งน้ำ
- หลายชนิดมีโปรตีนสูงมากใช้เป็นอาหารได้ ได้เเก่ คลอเรลลา ซีนีเดสมัส เพดิเสตรัม
- สไปโรไจราหรือเทาน้ำ เป็นสาหร่ายที่คนบางท้องถิ่นนำมาใช้ประกอบอาหาร(https://dit.dru.ac.th/biology/chlorophyta.html)
ภาพ ระบบการเพาะเลี้ยงจุลสาหร่ายแบบต่าง ๆ (ทางซ้ายเป็นแบบบ่อเปิด ตรงกลางเป็นแบบท่อ และทางขวาเป็นแบบบ่อเปิดที่มีใบพัดช่วยให้เกิดการหมุนเวียนของของเหลว) (ที่มาของภาพ :https://www.eng.chula.ac.th/newsletter/index.php?q=node/118)
จุลสาหร่ายเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวในธรรมชาติที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ จุลสาหร่ายมีหลายประเภท(มากจนนับไม่ถ้วน)แต่ละประเภทมีลักษณะ และคุณสมบัติแตกต่างกันไป บางชนิดมีโปรตีนเป็นองค์ประกอบสูง เช่น สไปรูไลน่า (Spirulina platensis) หรือบางชนิดมีคาร์โบไฮเดรตสูง เช่น นอสตอก (Nostoc sp.) หรือมีไขมัน (หรือกรดไขมัน) ในปริมาณมาก เช่น คีโตเซอรอส (Chaetoceros calcitrans) หรือชิโซไซเตรียม (Schizochytrium sp.) บางประเภทมีรายงานว่าสามารถผลิตน้ำมันเป็น Extracellular Product ได้ เช่น บอทริลโอคอคคัส (Botryococcus braunii) จุลสาหร่ายแต่ละชนิดจะเจริญเติบโตในธรรมชาติที่มีสภาวะแตกต่างกัน มีบางประเภทที่โตได้เร็วกว่าประเภทอื่น ๆ บางสายพันธ์โตในน้ำจืด หรือบางชนิดโตได้ดีในน้ำทะเลและบางชนิดจะสามารถเจริญเติบโตได้ในสภาวะที่ค่อนข้างรุนแรงที่จุลสาหร่ายตัวอื่น ๆ ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ เช่น สไปรูไลน่าเจริญเติบโตในสภาวะที่เป็นด่างมาก ๆ (pHราว 9-11) หรือดูน่าลิเอลล่า (Dunaliella) ที่สามารถเจริญเติบโตในสภาพที่มีความเค็มสูง ๆ ได้มนุษย์ได้นำจุลสาหร่ายมาใช้ประโยชน์หลายประการที่เห็นเด่นชัดและที่ได้ยินอยู่บ่อย ๆ เช่น สไปรูไลน่าที่เป็นแหล่งสำคัญของโปรตีนใช้ทำอาหารเสริมทั้งของมนุษย์ และเป็นส่วนประกอบสำคัญของอาหารสัตว์หลายประเภทหรือจะเป็นคลอเรลล่าที่เพาะเลี้ยงไว้เป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอื่น ๆ เช่นไรแดง ซึ่งนำมาเป็นอาหารสัตว์อีกทีหนึ่ง บางชนิดเราอาจเพาะเลี้ยงไปเพื่อกิจกรรมอื่น ๆ เช่น ทำปุ๋ยหรือผลิตสารเคมีบางประเภท เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ (Antioxidant) หรือสารราคาแพงอื่น ๆ
(https://www.eng.chula.ac.th/newsletter/index.php?q=node/118)
ในอนาคตจุลสาหร่ายเหล่านี้อาจเป็นทางใหม่ของพลังงาน
สาหร่ายนำมาสกัดน้ำมันได้เรียกว่า “จุลสาหร่าย” (Microalgae) เป็นคนละชนิดกับสาหร่าย ที่ใช้เป็นอาหาร ที่เรียกว่าสาหร่ายขนาดใหญ่ หรือ (Macroalgae) จุลสาหร่ายเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กคล้ายแบคทีเรีย แต่สามารถสังเคราะห์แสงเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นอาหารของตัวเองได้ สามารถพึ่งพิงกระบวนการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายในการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เท่ากับว่าสาหร่ายเป็นพืชที่ช่วยลดก๊าซเรือนกระจกจุดที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ในพื้นที่อุตสาหกรรม จะเห็นจุลสาหร่ายและจำแนกชนิดได้เมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น ปัจจุบันเริ่มนำเอาจุลสาหร่ายมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ต่าง ๆ เช่น การนำสาหร่ายมาใช้บำบัดน้ำเสีย การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นของเสียหลักของโรงงานอุตสาหกรรม ปัจจุบันมีบริษัทผู้ผลิตจุลสาหร่ายไม่ต่ำกว่า 130 บริษัททั่วโลก รวมทั้งการเลี้ยงสาหร่ายในพื้นที่ทะเลทรายขณะนี้เกิดขึ้นแล้ว
คำถามสู่การอภิปราย
1. สาหร่ายเป็นสิ่งมีชีวิตที่จัดอยู่ในไฟลัมใด
2. สาหร่้ายมีกี่ชนิด อะไรบ้าง
3. ประโยชน์ของสาหร่้ายมีอะไรบ้าง
4. สาหร่ายเกี่ยวข้องกับพลังงานอย่างไร
กิจกรรมเพิ่ม เสริมความรู้
1. เข้าเว็บไซต์ศึกษากระบวนการเลี้ยงจุลสาหร่าย เช่น https://campus.sanook.com/teen_zone/earthday_05933.php https://www.boonsomfarm.com/index.php?showlink=1&fid=8&p=links&area=1&categ=6
2. อภิปรายการเลี้ยงสาหร่ายในท้องถิ่นว่าสามารถทำได้หรือไม่อย่างไร
กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1-6 สาระที่ 1 สิ่งมีชีวิตกับกระบวนการดำรงชีวิต
มาตรฐาน 1.2เข้าใจกระบวนการและความสำคัญของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ความหลากหลายทางชีวภาพ การใช้เทคโนโลยีชีวภาพที่มีผลกระทบต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้และจิตวิทยาศาสตร์ สื่อสาร สิ่งที่เรียนรู้ และนำความรู้ไปใช้ประโยชน์
บูรณาการผสานความรู้
1. วิชาเคมี องค์ประกอบของกรดอะมิโน ในสาหร่าย
2. วิชาฟิสิกส์ เรื่องพลังงาน
อ้างอิง
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ : https://www.nstda.or.th/index.php/news/1298-2010-05-26-09-45-24
https://dit.dru.ac.th/biology/chlorophyta.html
https://www.tkpark.or.th/tk/index.php?option=com_content&view=article&id=948%3A2552-11-21-08-nov-s&catid=15%3A2009-02-05-08-07-04&Itemid=4&lang=th
https://www.eng.chula.ac.th/newsletter/index.php?q=node/118
ภาพไอคอน : https://www.siamreefclub.com/forums/index.php?showtopic=18229&mode=threaded&pid=259498
ที่มา : https://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=2702