ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

ดีเอ็นเอ

กับความลับที่ซ่อนอยู่ในอากาศ

 

กลิ่นหอมหึ่งฟุ้งกระจายราวประพรมไปด้วยโคโลญกลิ่น “หมาเปียกที่ตากไม่แห้ง” ที่ปะทะเข้ามาในรูจมูกคือเสน่ห์ที่ไม่เหมือนใครของสองท่าเรือใหญ่ Pier 39 และ Pier 41 แหล่งท่องเที่ยวยอดนิยมของอ่าวซานฟรานซิสโก

ไปเมื่อไรก็ไม่มีหลง ตามกลิ่นนี้ไปยังไงก็ได้เจอ เพราะนี่คือกลิ่นตุ๊ยตุ่ยที่เป็นซิกเนเจอร์ของฝูงสิงโตทะเลน้อยใหญ่ที่นอนอาบแดดเรียงรายอยู่อย่างสบายอารมณ์ราวกล้วยตากที่บนแพในอ่าว (อาจจะมีทะเลาะตบตีกันบ้างเล็กๆ ในบางที)

และในกลิ่นพวกนี้ มีดีเอ็นเออยู่!

“เราปลดปล่อยดีเอ็นเอนิดๆ หน่อยๆ ออกมาอยู่ตลอด เราเรียกว่า ดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อม (environmental DNA) หรือ eDNA” ดร.อลิซาเบธ แคลร์ (Elizabeth Clare) จากมหาวิทยาลัยควีนส์ แมรีแห่งลอนดอนกล่าว “คุณไม่ต้องมองเห็นชิ้นของเส้นขนหรือเนื้อเยื่อเพื่อที่จะตามหามัน”

คอนเซ็ปต์นี้น่าสนใจ เพราะถ้าสิ่งมีชีวิตปลดปล่อยดีเอ็นเอออกมาเรื่อยๆ ตลอดเวลาในสิ่งแวดล้อม ผ่านทางของเสีย ผิวหนังที่หลุดลอก เหงื่อ ละอองน้ำลายหรือแม้แต่ลมหายใจเข้าออก เราก็น่าที่จะใช้ดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อมมาตรวจหาได้ว่ามีตัวอะไรบ้างที่อยู่ (หรือเคยอยู่) ในบริเวณนั้นได้ โดยไม่ต้องเจอกับสัตว์แบบตัวเป็นๆ

เพราะการเผชิญหน้ากับสัตว์ป่าอาจจะไม่สนุกอย่างที่คิด… เพราะในความเป็นจริง เวลาเข้าป่าแล้วเจอช้าง ความรู้สึกมักจะเป็นแนวๆ “ช้างป่าล่าสุดขอบโลก” มากกว่าจะเป็นแนว “ช้างน้อยเพื่อนเกลอ”… ไม่ใช่ทุกคนที่จะสวมวิญญาณแบร์ กริลส์ (Bear Grylls) หาวิธีเอาตัวรอดได้เสมอไปในทุกสถานการณ์

ยิ่งไปกว่านั้น การพบเจอกับสัตว์ป่าอาจจะเป็นการรบกวนการดำรงชีวิตจนอาจจะส่งผลถึงพฤติกรรมและการอยู่รอดของสัตว์ได้ด้วย ลองจินตนาการว่าถ้าสัตว์ป่าหายากบางประเภท เชื่องเดินเข้าหามนุษย์เพราะชินคน ก็อาจจะทำให้โดนล่าได้ง่าย หรือสัตว์ป่าบางประเภทอาจจะตื่นตูมจนไม่ยอมผสมพันธุ์ไปเลยก็เป็นได้อีก

นักชีววิทยาที่ศึกษาระบบนิเวศ ความหลากหลายทางชีวภาพและพันธุกรรมของสัตว์ป่าส่วนใหญ่จึงมักจะพยายามหลีกเลี่ยงการเผชิญหน้ากับสัตว์ป่าตัวเป็นๆ แต่เน้นเก็บข้อมูลจากร่องรอยจากพวกมันมากกว่า อาจจะเป็นรอยเท้า มูลสารคัดหลั่ง หรือร่องรอยต่างๆ ที่พวกมันทิ้งไว้ เพราะทุกที่ที่สัตว์พวกนี้เคยอยู่จะต้องมีเศษซากของดีเอ็นเอของพวกมันเหลือทิ้งไว้เสมอ

การวิเคราะห์ eDNA จากน้ำและดิน จึงเป็นอีกหนึ่งไอเดียที่เริ่มถูกเอามาใช้กันอย่างแพร่หลาย เพื่อวิเคราะห์ความหลากหลายทางชีวภาพ ระบุชนิดของแมลง สัตว์ หรือแม้แต่จุลินทรีย์ ติดตามการกระจายพันธุ์ของกลุ่มประชากรปลาหายาก หรือแม้แต่ค้นหาพวกผู้รุกรานทางชีวภาพก็ยังทำได้

ทว่า บางทีการเก็บตัวอย่าง แม้จะเป็นแค่การเก็บดีเอ็นเอเพียงเล็กๆ น้อยๆ จากสภาพแวดล้อม ก็อาจจะไม่ได้ง่ายอย่างที่คิด

อลิซาเบธสนใจสัตว์ถ้ำ อดีต เธอเคยศึกษาค้างคาว ดร.คริส ฟอล์กส์ (Chris Faulkes) เพื่อนร่วมงานคนสนิทของเธอศึกษาพวกสัตว์ที่ขุดรูอยู่ใต้ดิน การจะปีนเข้าไปเก็บดินในถ้ำหรือน้ำในโพรงออกมาก็อาจจะทำไม่ได้ง่ายนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าสัตว์จำพวกเจ้าตัวจิ๋วที่รวดเร็ว หาตัวจับยาก หรือเป็นพวกที่อาศัยอยู่ใต้ดินลึกๆ

คริสและอลิซาเบธเริ่มสนใจการศึกษาดีเอ็นเอในอากาศ เพราะถ้ากลิ่นหมาน้อยเปียกน้ำแสดงถึงการมีอยู่ของดีเอ็นเอของสิงโตทะเลแห่งท่าเรือซานฟรานซิสโกในอากาศ

อากาศจากแถวปากรูตุ่นหนูไร้ขน (naked mole rat) ก็น่าที่จะมีดีเอ็นเอที่พวกตุ่นหนูไร้ขนปลดปล่อยออกมาเหมือนกัน และถ้าพวกเขาเก็บอากาศเหล่านั้นมาวิเคราะห์ก็น่าจะเจอดีเอ็นเอของตุ่นหนูไร้ขนได้โดยไม่ต้องขุดหรือไต่ลงไปเก็บดินในรูตุ่น

 

เพื่อพิสูจน์ว่าไอเดียนี้เป็นไปได้ อลิซาเบธและทีมต่อท่อจากกรงตุ่นหนูไร้ขนเข้ากับปั๊มดูดอากาศที่ถูกปรับแต่งให้เหมาะสมกับการเก็บดีเอ็นเอ

ปรากฏว่ามีดีเอ็นเอของตุ่นหนูไร้ขนจากอากาศที่เก็บมาจริงๆ และดีเอ็นเอที่เก็บมาได้นั้นมีความสมบูรณ์มากพอที่จะเอาไปทดลองหาลำดับพันธุกรรมเพื่อจำแนกสปีชีส์ของตุ่นหนูไร้ขนได้อย่างสบายๆ

และยิ่งไปกว่านั้น เธอยังเจอดีเอ็นเอของมนุษย์ (ซึ่งก็น่าจะมาจากทีมงานและตัวเธอเองนั่นแหละ) ในอากาศที่เก็บมาด้วย และนั่นอาจจะหมายความว่าการดูดดีเอ็นเอจากอากาศมาวิเคราะห์หาสปีชีส์ของสิ่งมีชีวิตนั้นสามารถพิสูจน์ได้แล้วว่าทำได้จริง

อลิซาเบธและทีมตีพิมพ์ผลงานวิจัยของเธอในวารสาร PeerJ เมื่อตอนต้นปี 2021 แต่ไอเดียในสมองของเธอยังพลุ่งพล่าน เธออยากให้การทดลองเก็บดีเอ็นเอจากอากาศนี้สามารถเอามาใช้ได้จริงในภาคสนาม

เพราะถ้าหากทำได้สำเร็จ ไม่แน่ว่าเราอาจจะได้ข้อมูลและแผนที่ความหลากหลายทางชีวภาพของแต่ละพื้นที่แบบละเอียดและสะท้อนความเป็นจริงมากกว่านี้

เพราะการเก็บดีเอ็นเอจากอากาศแบบนี้ ถ้าทำได้ดีพอ ก็อาจจะเก็บติดพวกตัวเล็กๆ ที่วิ่งหนีได้ว่องไว หรือแม้แต่พวกที่พรางตัวและหลบซ่อนได้เก่งเทพจนปกติจะตกสำรวจมาด้วยได้

 

ผลการทดลองกับตุ่นหนูไร้ขนนั้นดูดีมาก แต่การดูดดีเอ็นเอจากอากาศในสิ่งแวดล้อมมาวิเคราะห์โดยตรงนั้น ก็ยังฟังดูเป็นเรื่องท้าทายจนบางคนไม่อยากจะเชื่อว่าจะได้ข้อมูลอะไรเลยอยู่ดี งานนี้ไม่เหมือนกับการต่อท่อดูดอากาศเข้าไปในกรงตุ่นหนูไร้ขน เพราะถ้าท่อมันต่อตรงเข้าไปในกรงของตุ่นหนู ดีเอ็นเอที่ดูดออกมาได้ก็น่าจะมีเหลือเฟือ ในขณะที่การดูดเอาดีเอ็นเอในธรรมชาติ ที่สัตว์ปลดปล่อยออกมาในอากาศมาวิเคราะห์โดยตรงนั้น ปริมาณดีเอ็นเอที่ได้อาจจะมีน้อย แถมยังถูกเจือจางโดยอากาศโดยรอบ จนแทบไม่เหลืออะไรให้วิเคราะห์ก็เป็นได้

“ไอเดียนี้มันบ้ามาก เหมือนเราดูดเอาดีเอ็นเอออกมาจากผืนฟ้า” อลิซาเบธกล่าว แต่ที่น่าสนใจที่สุดก็คือ ไม่ใช่อลิซาเบธคนเดียวที่คิดอะไรแบบนี้

คริสติน โบห์แมนน์ (Kristine Bohmann) นักพันธุศาสตร์วิวัฒนาการ ผู้เชี่ยวชาญด้าน eDNA จากสถาบันโกลบ มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน (the Globe Institute, University of Copenhagen) ก็มีความสนใจเรื่องการเก็บตัวอย่างดีเอ็นเอจากอากาศเช่นกัน

“ตอนนั้นฉันกำลังพยายามคิดไอเดียหลุดโลกเพื่อขอทุนวิจัยจากองค์กรที่ให้ทุนแบบแนวหลุดโลก และในท้ายที่สุด ฉันก็สติแตก ไอเดียที่คิดมันธรรมดาไป มันต้องเพี้ยนมากกว่านี้ ต้องแบบดูดดีเอ็นเอจากสัตว์ออกมาจากอากาศ” คริสตินเผย “ที่จริงแล้ว เราไม่เคยคิดเลยว่าการดูดดีเอ็นเอของสัตว์จากอากาศนั้นจะได้ผล” แต่ไอเดียนี้มันติดฝังแน่นอยู่ในหัวของเธอ ไม่ว่าจะพยายามสลัดให้หลุดออกไปยังไง ก็ยังฟุ้งซ่านคิดถึงแต่เรื่องนี้

เธอตัดสินใจลองส่งไปชิงทุนดู ในท้ายที่สุด เธอก็ได้ทุนวิจัยนี้ขึ้นมาจริงๆ และนั่นคือสาเหตุที่ทำให้เธอต้องจริงจังกับงานนี้ และต้องพยายามผลักดันให้มันสำเร็จให้ได้

 

เพื่อให้ผลการทดลองชัดเจน ไม่มีปัญหาจากดีเอ็นเอพึงประสงค์ที่อาจจะปนเปื้อนมาจากพวกสัตว์ท้องถิ่น ทั้งคริสตินและอลิซาเบธจึงตัดสินใจติดต่อสวนสัตว์ใกล้เคียง เพื่อขอเก็บตัวอย่างอากาศ

“เรามีสวนสัตว์โคเปนเฮเกน มันเหมือนกับว่าสวนสัตว์นี้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่องานวิจัยนี้โดยเฉพาะ สัตว์เกือบทั้งหมดไม่ใช่สัตว์พื้นถิ่น ดีเอ็นเอของพวกมันจึงให้ผลชัดเจนมากในการวิเคราะห์” คริสตินเผย ตอนนั้นเธอยังไม่รู้ว่าอลิซาเบธก็กำลังทดลองแบบเดียวกันกับเธอที่สวนสัตว์ฮาเมอร์ตัน (Hamerton Zoo Park) ในประเทศอังกฤษ

ทีมวิจัยของคริสตินทดลองปั๊มดูดอากาศหลายแบบ แบบที่ง่ายที่สุด แถมยังได้ผลด้วย คือ เครื่องดูดฝุ่นบ้านธรรมดา ทีมของเธอตรวจพบดีเอ็นเอของสัตว์มากถึง 49 ชนิด ทั้งจากสวนสัตว์โคเปนเฮเกน นก ปลา สัตว์เลื้อยคลาน และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แถมยังเจอพวกสัตว์ท้องถิ่นที่ชอบแอบเข้ามาทำรังในบริเวณใกล้เคียงอย่างหนูนา และกระรอก นอกจากสัตว์พวกนี้ เธอยังเจอดีเอ็นเอของพวกสัตว์ที่ใช้เป็นเหยื่อของสัตว์ในสวนสัตว์อีกด้วย

ส่วนทีมของอลิซาเบธก็ไม่น้อยหน้า งานวิจัยของพวกเธอก็ประสบความสำเร็จถล่มทลายเช่นกัน ดีเอ็นเอที่พบในอากาศมีทั้งของเสือ ลีเมอร์ ดิงโก และสัตว์อื่นๆ อีกมากมาย อีกทั้งยังเจอสัตว์ท้องถิ่นหายากที่ไม่มีในสวนสัตว์อย่างตัวเม่นแคระยูราเซียด้วย

“มันบ้าบอมาก ที่สองกลุ่มวิจัยจะทำงานวิจัยแบบแทบจะเหมือนกันเป๊ะๆ ในสองที่แบบนี้” คริสตินกล่าว หลังจากที่รู้ว่ามีอีกทีมที่ทำงานวิจัยแบบเดียวกัน

การทดลองเพื่อพิสูจน์หลักการแบบนี้จำเป็นต้องมีการยืนยันเพื่อความมั่นใจว่าผลที่ได้นั้นถูกต้อง การที่สองกลุ่มทำวิจัยแบบเดียวกันในต่างพื้นที่โดยที่ไม่เคยรู้ว่ามีอีกทีมกำลังทำอยู่ และได้ผลแบบเดียวกันนั้น ถือเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมาก เพราะงานทั้งสองจะช่วยยืนยันผลของกันและกัน

และทำให้ทั้งสองงานนั้นน่าเชื่อถือยิ่งขึ้นกว่าเดิม

 

นี่คือมิติใหม่ของการศึกษาสิ่งแวดล้อม การเก็บดีเอ็นเอจากอากาศจะช่วยให้เราเข้าใจสภาพแวดล้อมและระบบนิเวศที่เราอยู่อาศัยได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งอาจจะช่วยให้เราออกแบบกลยุทธ์ในการปกป้องและใช้ประโยชน์จากความหลากหลายทางชีวภาพที่มีอย่างยั่งยืนได้

และถ้าจะจินตนาการต่อ การเก็บตัวอย่างจากอากาศแบบนี้อาจจะช่วยให้เราสามารถออกแบบกระบวนการติดตามการระบาดของโรคร้ายได้ดียิ่งขึ้นกว่าเดิมได้อีกด้วย อยากกระซิบบอกว่ามีงานวิจัยน่าสนใจจากมาเลเซียที่ออกแบบงานวิจัยคล้ายๆ กันในวอร์ดคนป่วยในโรงพยาบาลเพื่อเชื่อมโยงการกระจายในอากาศของไวรัสโควิดกับ PM 2.5 และผลที่ได้ก็น่าสนใจเลยทีเดียว นักวิจัยเจอสารพันธุกรรมของไวรัสในอากาศ แม้จะยังไม่รู้ว่าสารพันธุกรรมที่ตรวจเจอนั้น มาจากไวรัสที่ยังติดเชื้อได้อยู่ หรือมาจากซากไวรัส

แต่นั่นก็ทำให้เราตระหนักมากขึ้นถึงความเสี่ยงและคงจะต้องระวังตัวกันให้ดีในสถานการณ์วิกฤตแบบนี้

เพราะในอากาศรอบตัวคุณ อาจจะมีอะไรมากกว่าที่คุณคิด อย่างน้อยก็ดีเอ็นเอ!