กลางท้องทะเลใต้สุดขอบขั้วโลกอันหนาวเหน็บ

สัตว์น้ำตระกูลเคยขนาดเพียงไม่กี่เซนติเมตรสำแดงพลังแห่งการปรับตัวเพื่อความอยู่รอด

“เคยแอนตาร์กติกา (Antarctic krill)” จำนวนนับแสนล้านตัวมีน้ำหนักรวมกันหลายร้อยล้านตันมากที่สุดในบรรดาสัตว์ตามธรรมชาติทั้งหลายบนโลก มันเป็นทางลัดที่เชื่อมห่วงโซ่อาหารจากแพลงตอนพืชเซลล์เดียวถึงยักษ์ใหญ่แห่งมหาสมุทรอย่างปลาวาฬ

ทีมวิจัยจาก Beijing Genomic Institute ประเทศจีนเพิ่งรายงานการอ่านวิเคราะห์รหัสพันธุกรรมของ “เคย” ชนิดนี้ ตรงข้ามขนาดร่างกายเล็กจิ๋วพวกมันกลับมีขนาดข้อมูลพันธุกรรมรวมหรือ “จีโนม (genome)” ที่ใหญ่กว่าสัตว์ทุกชนิดที่มนุษย์เรารู้จัก

จีโนมขนาดมหึมาอาจจะช่วยเราตอบคำถามถึงวิวัฒนาการความเป็นมาและเคล็ดลับการปรับตัวในสภาวะอันยากลำบากในดินแดนขั้วโลกใต้ของสัตว์น่ามหัศจรรย์ชนิดนี้

ความแตกต่างระหว่างฤดูกาลขึ้นกับตำแหน่งละติจูด ระบบนิเวศน์เส้นศูนย์สูตรนั้นไร้ฤดูกาล กลางวัน-กลางคืนยาว 12 ชั่วโมงเท่ากันทั้งปี ยิ่งละติจูดสูงความต่างระหว่างกลางวัน-กลางคืนในแต่ละเดือนยิ่งมาก ระบบนิเวศน์แถบขั้วโลกที่เคยแอนตาร์กติกาอยู่มีช่วงฤดูร้อนที่ดวงอาทิตย์ไม่ตกดินสลับกับช่วงฤดูหนาวที่มืดมิดนานหลายเดือน

ความต่างนี้นำมาสู่ความผันแปรรุนแรงของอุณหภูมิ ระดับน้ำแข็งและความอุดมสมบูรณ์ของแพลงตอนพืชที่ฐานรากห่วงโซ่อาหาร

ความสุดโต่งของฤดูกาลเป็นโจทย์ใหญ่ในการปรับตัวเพื่อความอยู่รอดของทุกชีวิตในโซนนี้

 

เคยแอนตาร์กติกาวางไข่ช่วงกลางถึงปลายฤดูร้อนของซีกโลกใต้ (มกราคมถึงมีนาคม)

ตัวเมียหนึ่งตัววางไข่ได้ถึงหมื่นฟองที่บริเวณใกล้ผิวน้ำ

ไข่หลังปฏิสนธิค่อยๆ จมลงสู่ทะเลลึกหลายพันเมตรเป็นเวลาสิบกว่าวันระหว่างที่ตัวอ่อนพัฒนาอยู่ภายในก่อนจะฟักออกมาเป็นตัวเคยที่ว่ายน้ำกลับมาสู่ผิวน้ำใหม่

สัตว์มีข้อปล้องที่มีโครงแข็งภายนอกอย่างแมลง ปู กุ้ง กั้ง และเคย ต้องลอกคราบเป็นระยะเพื่อขยายขนาดร่างกายขณะที่เติบโตจากตัวอ่อนเป็นตัวเต็มวัย

แต่ความพิเศษของเคยแอนตาร์กติกาคือพวกมันสามารถลอกคราบตลอดชีวิตเพื่อเปลี่ยนขนาดกลับไปกลับมาระหว่างเล็กและใหญ่ได้ตามฤดูกาล

ส่วนลักษณะภายนอกก็สามารถย้อนวัยกลับไปมาระหว่างตัวเต็มวัยกับตัวอ่อนได้เรื่อยๆ

ความสามารถนี้ทำให้พวกมันสามารถย่อขนาดเพื่อเตรียมพร้อมกับภาวะอดอยากช่วงฤดูหนาว

เคยแอนตาร์กติกามีอายุขัยยาวได้ถึงราวๆ 5-10 ปี (ถ้าไม่โดนตัวอะไรกินไปเสียก่อน)

และอยู่รอดโดยไม่กินอะไรเลยได้ถึง 200 วัน

จีโนมของเซลล์สิ่งมีชีวิตทั้งโลกประกอบจากโมเลกุลดีเอ็นเอ ลำดับเบสหน่วยย่อยสี่หน่วยในดีเอ็นเอสลับสับเปลี่ยนกันเหมือนอักษรที่สามารถประกอบกันเป็นคำ ประโยค เรื่องราวที่มีความหมายไม่รู้จบ

ข้อมูลในจีโนมเปรียบเสมือนบันทึกคู่มือที่กำหนดว่ากลไกการทำงานของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ร่อยรอยการเปลี่ยนแปลงข้อมูลพันธุกรรมยังบ่งบอกว่าบันทึกนี้ถูกพัฒนาเปลี่ยนมาอย่างไรตลอดวิวัฒนาการที่ผ่านมา

การอ่านรหัสพันธุกรรม (DNA sequencing) จึงเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่ขาดไม่ได้ในการศึกษาสิ่งมีชีวิตทุกชนิด

จีโนมของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดมีขนาดข้อมูลมากเกินกว่าเทคโนโลยีปัจจุบันจะอ่านออกมาได้รวดเดียวจบ

นักชีววิทยาจึงต้องอ่านข้อมูลออกมาเป็นส่วนๆ จากนั้นก็เอาแต่ละส่วนมาต่อจิ๊กซอว์กันเป็นข้อมูลทั้งจีโนมที่สมบูรณ์

ความยากง่ายของงานนี้ขึ้นอยู่กับ “ขนาด” และ “ความซ้ำซ้อน” ของข้อมูล

ข้อมูลจีโนมขนาดใหญ่ที่ความความซ้ำซ้อนสูงก็เปรียบเหมือนจิ๊กซอว์ที่มีจำนวนชิ้นมหาศาลแถมแต่ละชิ้นก็ดูหน้าตาซ้ำๆ คล้ายๆ กัน

จีโนมมนุษย์มีขนาดประมาณสามพันล้านเบส ถ้าพิมพ์เป็นตัวหนังสือฟอนต์ 12 จะได้ราวๆ ล้านหน้ากระดาษ บรรจุในหนังสือขนาด 500 หน้าได้ประมาณ 2,000 เล่ม

จีโนมของสัตว์หลายชนิดใหญ่กว่านั้นมาก จีโนมใหญ่ที่สุดเท่าที่ศึกษากันมาก่อนหน้านี้เป็นของปลาปอดแอฟริกา (African lungfish) ขนาดอยู่ที่ราว 4 หมื่นล้านเบส

แต่งานวิจัยล่าสุดบอกว่าเคยแอนตาร์กติกาได้ล้มแชมป์เก่าตัวนี้ไปเรียบร้อยแล้วด้วยขนาดจีโนม 4.8 หมื่นล้านเบส ใหญ่กว่าของปลาปอดถึงหนึ่งในห้าและใหญ่กว่าของมนุษย์เราถึง 16 เท่า

ยิ่งกว่านั้นชิ้นส่วนข้อมูลที่ซ้ำซ้อนในจีโนมเคยแอนตาร์กติกายังมากถึงกว่า 90%

ทำให้นี่เป็นหนึ่งในงานอ่านรหัสจีโนมที่โหดหินที่สุดที่เคยมีมา

ดีเอ็นเอที่มีข้อมูลซ้ำๆ พวกนี้จัดว่าเป็นปรสิตในจีโนม เพราะมันเพิ่มจำนวนตัวเองได้อิสระกว่าส่วนอื่นๆ

ถ้ามันก๊อบปี้ตัวเองแล้วดันเข้าไปแทรกผิดที่ผิดทางก็อาจจะสร้างความเสียหายให้จีโนมเกิดเป็นโรคทางพันธุกรรมต่างๆ ได้

แทบทุกจีโนมที่เรารู้จักรวมทั้งจีโนมมนุษย์มีพวกนี้แฝงอยู่แต่จีโนมใหญ่ๆ อย่างเคยแอนตาร์กติกาจะมีเยอะเป็นพิเศษ หลักฐานจากการเปรียบเทียบจีโนมบ่งชี้ว่ามันเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วในจีโนมเคยช่วง 36 และ 170 ล้านปีที่แล้ว เรายังไม่รู้แน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้นตอนนั้นและพวกมันอาจจะทำประโยชน์อะไรให้กับตัวเคยบ้างจึงคงอยู่ในจีโนมได้มากมายขนาดนั้น

งานวิจัยก่อนหน้านี้พบว่าสัตว์มีข้อปล้องพวก ปู กุ้ง กั้ง และเคยในโซนใกล้ขั้วโลกมักจะมีจีโนมที่ใหญ่กว่าพวกที่อยู่เขตอบอุ่นหรือเขตร้อนที่ใกล้เส้นศูนย์สูตรมากกว่า

เหตุผลเบื้องหลังยังไม่ปรากฏชัด อาจจะเป็นการระบาดของปรสิตในจีโนม

หรือข้อได้เปรียบเชิงวิวัฒนาการบางอย่างของจีโนมที่ใหญ่ (หรือทั้งสองอย่างร่วมกับสาเหตุอื่นๆ)

ทีมวิจัยพบว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับนาฬิกาชีวิต (circadian clock) การเผาผลาญพลังงาน (energy metabolism) การลอกคราบ (molting) ขยายเพิ่มจำนวนมากขึ้นเป็นพิเศษและปรับระดับการทำงานต่างกันอย่างชัดเจนระหว่างฤดูร้อน-ฤดูหนาว

น่าจะเป็นเพราะว่าเคยกลุ่มนี้ต้องปรับตัวให้เข้ากับช่วงกลางวันกลางคืนที่ต่างกันมากๆ ระหว่างฤดูกาล ซึ่งส่งผลกับทั้งอุณหภูมิ ระดับน้ำแข็ง ปริมาณอาหาร ฯลฯ

ข้อมูลพันธุกรรมยังบ่งบอกว่าตลอดหลายล้านปีที่ผ่านมาประชากรของเคยเพิ่มๆ ลดๆ หลายเท่าสอดคล้องกับระดับอุณหภูมิของโลกและระดับของน้ำแข็งในแอนตาร์กติกา

นอกจากนี้ เคยจำนวนมหาศาลที่อยู่รอบพื้นที่ยาวหลายหมื่นกิโลเมตรรอบแอนตาร์กติกายังเชื่อมโยงเป็นประชากรกลุ่มเดียวกันและมีพันธุกรรมใกล้เคียงกันมาก ผ่านการไหลเวียนของกระแสน้ำใต้ทะเลที่แรงที่สุดโลกรอบขั้วโลก

นี่อาจจะเป็นจุดอ่อนให้ทั้งประชากรได้รับผลกระทบต่อเนื่องกันหมดหากเกิดการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม

การประมงอย่างไร้การควบคุมเพื่อนำเคยเหล่านี้มาทำอาหารสัตว์และมนุษย์ ตลอดจนสภาวะโลกร้อนกำลังเริ่มส่งกระทบต่อระดับประชากรที่ครั้งหนึ่งมากมายเหมือนจะไม่มีวันหมด

เมื่อสัตว์ตัวจิ๋วที่เป็นผู้เล่นสำคัญได้รับผลกระทบหนักก็อาจจะเกิดผลเสียร้ายแรงต่อระบบนิเวศน์ของทั้งโลกในสเกลที่เราคาดเดาไม่ถึงก็เป็นได้

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022