อนุช อาภาภิรม : วิกฤตไวรัสแห่งยุคสมัย

อนุช อาภาภิรม

วิกฤตินิเวศ สงครามและการยับยั้งสงคราม (17)
ไวรัสในระบบนิเวศ

ไวรัสมีอยู่เป็นจำนวนมากและหลากหลายชนิด เป็นธาตุอินทรีย์ที่มากที่สุดในโลก มันอยู่ในทุกที่และทุกชีวิต อยู่ในแบคทีเรีย อาเคียและยูแคริโอต (เซลล์ที่มีนิวเคลียสและโครงสร้างอื่นคือออร์แกเนสอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ เป็นเซลล์ซับซ้อนในสัตว์และพืชทั้งหลาย สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางชนิดก็มีเซลล์แบบยูแคริโอต) ทุกที่ที่แบคทีเรียอยู่ได้ ไวรัสก็อยู่ได้

ไวรัสบางชนิด เช่น ไวรัสโปลิโอมีสารพันธุกรรมเป็นอาร์เอ็นเอที่อุบัติขึ้นมาก่อนดีเอ็นเอหรือสารพันธุกรรมที่เรารู้จักและเป็นตัวเรา

แต่ไวรัสที่ก่อให้เกิดโรคเริมมีสารพันธุกรรมเป็นดีเอ็นเอ

นอกจากนี้ ยังมีไวรัสบางชนิด เช่น ไวรัสเอชไอวี ที่มีสารพันธุกรรมเป็นอาร์เอ็นเอ แต่มีความสามารถที่จะพลิกพันธุกรรมจากอาร์เอ็นเอเป็นดีเอ็นเอได้เมื่อเข้าไป อยู่ในเซลล์อื่น อยู่ในตระกูลรีโทรไวรัส

ไวรัสเล็กกว่าแบคทีเรียมากจนมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดาไม่เห็น ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กทรอนิกส์ (ประดิษฐ์ใช้ได้ในทศวรรษ 1930)

แต่ก็มีไวรัสยักษ์ที่มีขนาดใหญ่ขนาดแบคทีเรีย ตอนพบครั้งแรกคิดว่าเป็นแบคทีเรีย ในปี 2003 จึงเห็นกันว่าเป็นไวรัส ตั้งชื่อว่ามิมิไวรัส มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดา

ที่น่าตื่นเต้นกว่านั้นได้แก่ การพบไวรัสยักษ์ในดินเยือกแข็งคงตัวที่ไซบีเรีย มียีนเกือบ 500 ตัว เผยแพร่ในเอกสารวิชาการในปี 2014 ตั้งชื่อว่า ไพโทไวรัส (นอกจากนี้ยังพบไวรัสยักษ์ชนิดอื่นอีก) เป็นไวรัสโบราณมีอายุกว่า 30,000 ปี ทั้งยังสามารถฟื้นชีพขึ้นมา เข้าสิงในเซลล์อื่นได้

เกรงกันว่าภาวะโลกร้อนอาจทำให้ไวรัสและเชื้อโรคอื่นที่ถูกแช่แข็ง ฟื้นชีพและก่อโรคแก่มนุษย์ได้ (ดูบทความของ Stefen Sirucek ชื่อ Ancient “Giant Virus” Revived From Siberian Permafrost ใน nationalgeographic.com 05/03/2014)

มนุษย์อยู่ในสิ่งแวดล้อมของไวรัสตั้งแต่อุบัติขึ้น และสามารถรู้โดยสัญชาตญาณและการสังเกตว่ามีสิ่งนี้ดำรงอยู่ ก่อโรคได้ เช่น โรคพิษสุนัขบ้า (รู้จักมานานราว 4,000 ปีมาแล้ว) ไข้เหลือง (ระบาดทั่วไปในแอฟริกา เป็นอุปสรรคต่อการตั้งอาณานิคมที่นั่น) และฝีดาษ (พบในมัมมี่อียิปต์กว่า 2 พันปีมาแล้ว)

การศึกษาไวรัสสมัยใหม่ กล่าวได้ว่าเริ่มต้นจากหลุยส์ ปาสเตอร์ (1822-1895) ผู้สร้างทฤษฎีเชื้อโรค และระบุว่ามีเชื้อโรคที่มีขนาดเล็กกว่าไวรัสอยู่ จึงได้มีผู้คิดสร้างเครื่องกรองที่เล็กจนแบคทีเรียผ่านไม่ได้

มนุษย์ก็ได้รู้จักกับไวรัสที่ก่อเชื้อโรคหลายอย่าง โดยที่ไม่ได้เห็นตัวมัน

ด้วยการใช้เทคนิคนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พบเชื้อไข้เหลืองในมนุษย์ตั้งแต่ปี 1881 และรู้ด้วยว่าแพร่เชื้อโดยผ่านยุง มีการพัฒนาการศึกษาไวรัสโดยลำดับ จนปัจจุบันสามารถศึกษาไวรัสในสภาพแวดล้อมธรรมชาติ นั่นคือสิงอยู่ในเซลล์หนึ่งในสิ่งแวดล้อมหนึ่ง

เช่น การนำน้ำทะเลในพื้นที่หนึ่งมาแยกอนุภาคไวรัสออกจากแบคทีเรีย หรือการซื้อปลาสดสุขภาพดีจากตลาดแห่งหนึ่ง เพื่อตรวจหาไวรัสในเซลล์ของปลานั้นๆ เกิดความเข้าใจไวรัสในด้านโครงสร้าง ปริมาณ ความหลากหลาย การก่อโรค และบทบาทของไวรัสในระบบนิเวศ ที่ประกอบด้วยธรณีภาค อุทกภาค ชีวภาค อากาศภาค

และไวรัสภาค (Virosphere) เป็นเรื่องใหญ่ที่น่าสนใจอีกเรื่องหนึ่ง

 

ความเข้าใจบางประการเกี่ยวกับไวรัส

ไวรัสเป็นอนุภาคชีวภาพที่เก่าแก่มาก ทฤษฎีหนึ่งกล่าวว่า อาจอุบัติขึ้นก่อนและมีวิวัฒนาการร่วมกับเซลล์ชีวิตแรกในโลก เมื่อราว 3.5 พันล้านปีมาแล้ว

ไวรัสมีกลไกเพื่อการดำรงอยู่และการสืบพันธุ์

แต่ยุทธศาสตร์การสืบพันธุ์อาศัยการเข้าไปสิงในเซลล์ให้อาศัย

ไวรัสไม่ทำเมแทบอลิสต์ด้วยตนเอง นั่นคือสร้างพลังงานคือโมเลกุลเอทีพีด้วยตนเองไม่ได้

ดังนี้จึงมียุทธศาสตร์การสืบพันธุ์ด้วยการเข้าไปสิงในเซลล์อื่นในการสร้างพลังงานที่ใช้ในการสืบพันธุ์ ชีวิตของไวรัสจึงนับว่ามีความรีบเร่ง และเป็นทุกข์ไม่น้อย

ไวรัสมีวิวัฒนาการเป็นไปตามกฎของวิวัฒนาการคล้ายกับสิ่งมีชีวิตอื่น

นั่นคือการคัดเลือกทางธรรมชาติของสิ่งแวดล้อม มีความเร็วและทิศทางในการวิวัฒน์ที่สามารถศึกษาได้

ไวรัสมีวิวัฒนาการเร็วเนื่องจากมียีนรวมสั้น ระยะห่างของรุ่นสั้น การผ่าเหล่าสูง มีขนาดประชากรใหญ่ มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง มีแรงกดดันจากการคัดเลือกสูง

เนื่องจากไวรัสขาดโปรตีนที่คอยตรวจสอบการสืบพันธุ์ การถอดแบบตนเองผิดพลาดได้ตลอด ทำให้การวิวัฒน์เป็นไปอย่างรวดเร็ว

 

ไวรัสในสามพื้นที่

จะกล่าวถึงไวรัสในสามพื้นที่ซึ่งแสดงให้เห็นบทบาทซับซ้อนและสูงยิ่งของไรรัสในระบบนิเวศและต่อมนุษย์ ยากที่มนุษย์จะหลีกเลี่ยงและเอาชนะได้ คือ ไวรัสในมหาสมุทร ไวรัสในอากาศ และไวรัสในปลา

ไวรัสในมหาสมุทร ไวรัสอยู่ในสิ่งแวดล้อมทุกแบบ แต่ที่เด่นที่สุดอยู่ในมหาสมุทร ซึ่งไวรัสได้เป็นอนุภาคชีวภาพที่หลากหลายที่สุด ประมาณว่ามีไวรัสถึงราว 10 ยกกำลัง 30 ในมหาสมุทร

ถ้านำมาเรียงต่อกัน จะได้ความยาวเท่ากับแกแล็กซี่ 60 แกแล็กซี่ด้วยกัน

ทุกๆ วินาที ไวรัสได้เข้าโจมตีเซลล์อื่นราว 10 ยกกำลัง 23 ครั้ง

การโจมตีนี้ก่อให้เกิดโรคและความตาย ตั้งแต่กุ้งไปจนถึงวาฬ ทำให้องค์ประกอบสิ่งมีชีวิตในทะเลเปลี่ยนไป

ไวรัสฆ่าจุลินทรีย์ในทะเล ได้แก่ แบคทีเรียและอาเคีย คิดเป็นชีวมวลถึงราวร้อยละ 20 ทุกๆ วัน

จุลินทรีย์ในทะเลมีชีวมวลราวร้อยละ 70 ของชีวมวลทางทะเลทั้งหมด ซึ่งมีผลกระทบอย่างสูงต่อวัฏจักรของอาหาร แร่ธาตุและพลังงาน

นอกจากนี้ ไวรัสมีบทบาทสำคัญในการทำลายตะไคร่หรือสาหร่ายทะเลที่ก่อน้ำเน่าเสีย ทำให้ปลาและสัตว์น้ำตาย

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไวรัสกับสิ่งที่ชีวิตที่มันเข้าไปสิง ได้ส่งผลต่อวิวัฒนาการของไวรัสและสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ทั้งยังกำหนดความหลากหลายทางพันธุกรรมและส่งอิทธิพลต่อองค์ประกอบของชุมชีพ (community) ของจุลินทรีย์เหล่านั้นด้วย

ไวรัสในอากาศ มีไวรัสจำนวนมากอยู่ในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ ซึ่งเป็นบรรยากาศชั้นล่างสุด สูงจากผิวโลกระหว่าง 6-18 กิโลเมตร เป็นบรรยากาศที่มีอิทธิพลต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อมมากที่สุด พายุ ลมฝน และลักษณะอากาศต่างๆ เกิดขึ้นในบรรยากาศชั้นนี้ มีมวลร้อยละ 75 ของบรรยากาศทั้งหมด มีไอน้ำและสารแขวนลอยร้อยละ 98 ของทั้งหมด

มีคณะนักวิทยาศาสตร์จากแคนาดา สเปนและสหรัฐได้ศึกษาว่า มีไวรัสตกจากท้องฟ้าสู่ผิวโลกมากเพียงใด โดยการตั้งสถานีตรวจวัดที่เขาเซียรา เนวาดาในสเปน 2 แห่ง สูงเหนือระดับน้ำทะเลราว 2 ก.ม. ทำให้สามารถตรวจวัดได้ก่อนถึงอากาศที่ผิวโลก มีการเก็บตัวอย่างทุก 1-2 สัปดาห์เป็นเวลา 2 ปี

ผลการวิจัยพบว่า มีไวรัสนับพันล้านตกลงสู่ผิวโลกในพื้นที่ 1 ตารางเมตรทุกวัน (รวมทั้งแบคทีเรียหลายสิบล้านตัว)

ถ้าขยายพื้นที่ให้คลุมทั้งโลกก็จะมีไวรัสตกจากท้องฟ้าวันละนับล้านล้านอนุภาค ไวรัสเหล่านี้ส่วนใหญ่คือราวร้อยละ 62 เกาะติดอยู่กับฝุ่นและจุลินทรีย์ ทำให้สามารถ ลอยอยู่ได้นานขึ้น และลอยไปได้ไกลมาก

ซึ่งเป็นคำอธิบายอย่างดีว่า เหตุใดจึงพบไวรัสที่มีสารพันธุกรรมเหมือนกันปรากฏอยู่ในที่ห่างกันมากในโลก

และยังพบว่าไวรัสลอยอยู่ในท้องฟ้าส่วนใหญ่มาจากมหาสมุทร (ดูบทรายงานชื่อ Viruses – lots of them – are falling from the sky ใน sciencedaily.com 06/04/2018)

ไวรัสในปลา ปลาเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง อาศัยอยู่ในน้ำ เป็นสัตว์โบราณ รุ่นแรกสุดอุบัติในโลกมาราว 540 ล้านปีมาแล้ว สัตว์น้ำมีกระดูกสันหลังนี้บางชนิดมีวิวัฒน์ขึ้นบกเมื่อราว 400 ล้านปี จนเกิดสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก กระจายไปทั่วแผ่นดิน มีตั้งแต่สัตว์เลื้อยคลาน ไปจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งอุบัติขึ้นเมื่อราว 200 ล้านปีและเผ่ามนุษย์ซึ่งอุบัติขึ้นเมื่อราว 2 ล้านปีที่ผ่านมา ส่วนมนุษย์ สมัยใหม่ที่เหมือนเราอุบัติขึ้นราว 2 แสนปีเศษ

ปลาเป็นแหล่งอาหารของคน ประมาณว่าปลาสนองโปรตีนสัตว์ให้ถึงร้อยละ 16 ที่มนุษย์บริโภค การเลี้ยงปลาได้กลายเป็นอุตสาหกรรมที่ขยายตัวเร็วที่สุดสาขาหนึ่ง เพื่อสนองอาหารทะเลแก่ผู้คน

แต่อุตสาหกรรมการเลี้ยงปลามีอุปสรรคใหญ่จากโรคปลา ซึ่งจำนวนมากเกิดจากไวรัส จึงเกิดการศึกษาไวรัสในปลาขนานใหญ่ ว่ามันมีวิวัฒนาการ สามารถกระโจนข้ามสปีชีส์เจ้าเรือนจากสปีชีส์หนึ่งสู่อีกสปีชีส์หนึ่ง และทำให้เกิดโรคในปลาได้อย่างไร

ปลามีอยู่จำนวนมากด้วยกัน เป็นที่อยู่ของไวรัสที่มากและหลากหลายกว่าสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นทั้งหมด เดิมเชื่อกันว่าไวรัสอาร์เอ็นเอโจมตีเฉพาะสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่ก็พบไวรัสพวกนี้ในพวกปลากระดูกแข็งด้วย ซึ่งแสดงว่าไวรัสเหล่านี้มีวิวัฒนาการมายาวนานตลอดช่วงของสัตว์มีกระดูกสันหลัง หรือกระทั่งนานกว่านั้น

ดังนั้น ไวรัสในปลาจึงอาจเข้าไปอยู่ในสัตว์ชนิดอื่น รวมทั้งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และนก อย่างไรก็ตาม ไม่พบหลักฐานว่าไวรัสในปลาจะก่อโรคขึ้นในคน ทั้งนี้เพราะมีความแตกต่างทางสรีระมากระหว่างปลาและคน แต่การพบไวรัสพืชอยู่ในตัวอย่างอุจจาระของคน แสดงว่ามีการส่งผ่านไวรัสโดยผ่านอาหารได้

ปลายังมีการอยู่รวมเป็นระบบนิเวศที่หลากหลาย ซึ่งช่วยการวิวัฒน์ของไวรัสในปลาให้มีความหลากหลาย และการส่งผ่าน เช่น ปลาบางชนิดอยู่ค่อนข้างโดดเดี่ยว บางชนิดอยู่เป็นฝูงใหญ่ ขนาดเกือบ 5 ตารางกิโลเมตร โดยมีความหนาแน่นระหว่าง 0.5 ถึง 1 ตัวต่อลูกบาศก์เมตร ก็จะมีปลาอยู่ในฝูงนี้ถึงราว 3 พันล้านตัว

การส่งผ่านไวรัสระหว่างปลา ส่วนมากในแนวนอน โดยผ่านอุจจาระ น้ำปนเปื้อน หรืออาหารปนเปื้อนที่ผลิตจากปลาในธรรมชาติ (ดูบทความของ Jemma L. Geoghegan และคณะ ชื่อ Hidden diversity and evolution of viruses in market fish ใน academic.oup.com 31/10/2018)

มีบางการศึกษา พบโรคไวรัสในปลาที่รุนแรงมากชนิดหนึ่ง ได้แก่ โรคเลือดออกในปลา (เกิดจากไวรัสเฮโมราจิก เซปติซีเมีย) พบจุดเลือดออกและแผลหลุมตามลำตัวปลา สามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่า เกิดในอุตสาหกรรมเลี้ยงปลา พบไวรัสในปลาตามระบบนิเวศทั้งน้ำจืดและน้ำเค็มมากกว่า 140 ชนิด

ฉบับต่อไปจะกล่าวถึงไวรัสและแบคทีเรียในตัวมนุษย์ และการเกิดขึ้นของเชื้อโรคจากไวรัส

บทความก่อนหน้านี้“บิ๊กตู่”นำครม.ใหม่ถ่ายภาพหมู่ชื่นมื่น อวยพรทุกคนโชคดี “อนุชา”โดดกราบแทบตัก บิ๊กป้อม ขอบคุณ
บทความถัดไป“ยุทธพงศ์”ไม่ปล่อยแน่ เล็งยื่นปปช.ตรวจสอบ หากครม.ไฟเขียวขยายสัมปทานรถไฟฟ้าสายสีเขียวอีก 40 ปี