การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต เกิดขึ้นได้อย่างไร และเหตุผลที่ต้องเรืองแสงคืออะไร

การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต (Bioluminescence)


การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต สามารถพบได้ในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดบนโลกนี้

ไม่ว่าจะเป็นฟองน้ำ แมงกะพรุน หรือปลาน้ำลึกบางชนิด รวมไปถึงสิ่งมีชีวิตบนบกจำพวกแบคทีเรีย เห็ด และเชื้อรา ขณะที่มนุษย์นำแสงสว่างมาใช้เป็นพลังงาน รวมถึงใช้เพื่อการนำทางในยามค่ำคืน แต่ การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต เหล่านี้ นำแสงสว่างภายในตัวเองมาปรับใช้ในหลากหลายรูปแบบ เพื่อการดำรงชีวิตและเพื่อความอยู่รอด

การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต (Bioluminescence) คือ การสร้างพลังงานจากปฏิกิริยาทางเคมีภายในร่างกายที่ก่อให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของ “แสงสว่าง” ซึ่งนับเป็นหนึ่งในกลไกสำคัญทางธรรมชาติที่น่าอัศจรรย์ใจ เนื่องจากพลังงานหรือแสงสว่างส่วนใหญ่ที่มนุษย์เรารู้จักนั้น มักก่อให้เกิดความร้อนหรือรังสีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต แต่การสร้างแสงในตนเองตามกลไกทางธรรมชาติของพืช เชื้อรา หรือ สัตว์ทั้งหลายเหล่านี้ คือ การสร้างพลังงานแสงที่เรียกว่า “แสงเย็น” (Cold Light) แสงที่ก่อให้เกิดรังสีหรือพลังงานความร้อนที่เป็นอันตรายในอัตราต่ำ

กลไกของการเรืองแสงในสิ่งมีชีวิต

การเรืองแสงในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด เกิดขึ้นภายใต้สภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันและก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่แตกต่าง ไม่ว่าจะเป็นสีของแสง ตำแหน่งของแสง ช่วงและระยะเวลา หรือแม้แต่จังหวะของการเปล่งแสง

อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตเรืองแสงส่วนใหญ่มีกลไกการผลิตแสงที่ตั้งอยู่บนพื้นฐานเดียวกัน คือ การสร้างแสงสว่างจากปฏิกิริยาชีวเคมีทั้งหลายภายในเซลล์ ซึ่งอยู่ภายใต้การควบคุมของสารเคมีที่เรียกว่า “เอนไซม์” (Enzyme) โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญ 2 ส่วน คือสารลูซิเฟอริน (Luciferin) และเอนไซม์ลูซิเฟอเรส (Luciferase) หรือโฟโตโปรตีน (Photoprotein) โดยที่ลูซิเฟอรินคือสารที่ก่อให้เกิดแสงจากการกระตุ้นของเอนไซม์และโปรตีนในปฏิกิริยาเคมี ซึ่งส่งผลให้เกิดกระบวนการสันดาป (Oxidation) ซึ่งอาศัยพลังงาน (ATP) ออกซิเจน (Oxygen) และเกลือแมกนีเซียมต่าง ๆ ในการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสงสว่างในท้ายที่สุด

สิ่งมีชีวิตเรืองแสงส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในมหาสมุทร ไม่ว่าจะเป็นดอกไม้ทะเล ปลาชนิดต่าง ๆ หอย หรือหนอนทะเล ขณะที่สิ่งมีชีวิตเรืองแสงที่อาศัยอยู่บนบก คือ แมลง เช่น หิ่งห้อย หรือ พวกสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำ เช่น เชื้อราชนิดต่าง ๆ ซึ่งอาศัยการเรืองแสงในการดำรงชีวิตที่แตกต่างกันออกไป เช่น

  • เปล่งแสงเพื่อข่มขู่ศัตรู : สาหร่ายและเห็ดบางชนิดอาศัยการเรืองแสง เพื่อป้องกันตนเองและเตือนภัยต่อศัตรู เช่นเดียวกับแพลงก์ตอนกลุ่มไดโนแฟลกเจลเลต (Dinoflagellates) หรือแพลงก์ตอนที่เรียกว่า “นอคติลูกา มิลิเอริส” (Noctiluca Miliaris) ที่อาศัยอยู่ในทะเล ซึ่งจะเรืองแสงสีฟ้าขึ้น เมื่อน้ำทะเลตรงแหล่งที่อยู่อาศัยเกิดการเคลื่อนไหวอย่างรุนแรง เช่น มีฝูงปลาขนาดใหญ่ว่ายผ่าน มีเรือแล่นหรือมีคนลงไปว่ายน้ำใกล้ ๆ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะเรืองแสงขึ้น เพื่อให้ศัตรูที่พบเห็นตกใจ ซึ่งเป็นที่มาของปรากฏการณ์แพลงก์ตอนเรืองแสง หรือ “พรายน้ำ” นั่นเอง

  • เรืองแสงเพื่อล่าเหยื่อ : ปลาแองเกลอร์หรือปลาตกเบ็ด (Anglerfish) เป็นปลาทะเลน้ำลึก ซึ่งมีอวัยวะพิเศษที่เรียกว่า “เอสคา” (Esca) เกิดจากการดัดแปลงของครีบหลังที่กลายเป็นติ่งเนื้อโผล่ขึ้นมาบริเวณหัว มีลักษณะคล้ายคันเบ็ดตกปลาบริเวณหน้าผาก โดยที่ปลายเบ็ดมีลักษณะเป็นกระเปาะใช้กักเก็บแบคทีเรียที่สามารถเรืองแสงได้ในที่มืด ซึ่งปลาแองเกลอร์ใช้การเรืองแสง เพื่อล่อเหยื่อ รวมไปถึงใช้เพื่อการสื่อสารกับปลาตัวอื่น ๆ ผ่านรูปแบบและจังหวะของหารเปล่งแสงอีกด้วย

 

  • กะพริบแสงเพื่อเรียกคู่ : หิ่งห้อยใช้การกะพริบแสงในยามค่ำคืน เพื่อหาคู่ผสมพันธุ์ แม้ว่าหิ่งห้อยทั้งเพศผู้และเพศเมียจะสามารถเรืองแสงได้ทั้งคู่ แต่ในอเมริกาเหนือหิ่งห้อยส่วนใหญ่ที่กะพริบแสงเป็นเพศผู้ ซึ่งใช้รูปแบบการกะพริบ (ความถี่) เพื่อสื่อสารและส่งสัญญาณต่อหิ่งห้อยตัวเมียที่อยู่ใกล้ ๆ

 

การเรืองแสงเหล่านี้ ปรากฏขึ้นในสิ่งมีชีวิตทุกลำดับขั้นของวิวัฒนาการ ตั้งแต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น จุลินทรีย์และแบคทีเรีย ไปจนถึงกลุ่มของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งกลไกการเรืองแสงที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดต่างตั้งอยู่บนพื้นฐานเดียวกัน

ดังนั้น ในวงการวิทยาศาสตร์ การเรืองแสงในสิ่งมีชีวิตจึงถูกสันนิษฐานว่ามีจุดกำเนิดมาตั้งแต่ในระยะแรกเริ่มของการเกิดสิ่งมีชีวิตบนโลก โดยเฉพาะในช่วงเวลาที่เกิดการผลิตออกซิเจนบนดาวเคราะห์ดวงนี้ขึ้นเป็นครั้งแรก ซึ่งนับเป็นอีกหนึ่งกลไกสำคัญทางธรรมชาติที่นำไปสู่การเกิดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช รวมไปถึงกลไกการแลกเปลี่ยนออกซิเจนหรือกระบวนการหายใจที่ใช้ออกซิเจนและการผลิตแสงขึ้นภายในตนเองของสิ่งมีชีวิต

การเรืองแสงจึงถือเป็นส่วนหนึ่งของผลลัพธ์ที่ได้จากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ (Natural selection) ซึ่งเป็นการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตบางชนิดตั้งแต่อดีตกาลที่ยังคงเหลือรอดมาจนถึงทุกวันนี้

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ

ข้อมูลอ้างอิง

National Geographic – https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/bioluminescence/
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) – http://nstda.or.th/rural/public/100%20articles-stkc/91.pdf
ทรูปลูกปัญญา – https://www.trueplookpanya.com/blog/content/60324
สำนักงานความหลากหลายทางชีวภาพด้านป่าไม้ กรมป่าไม้ – http://biodiversity.forest.go.th/index.php?option=com_content&view=article&id=149:2011-10-20-07-39-16&catid=25:the-project&Itemid=68


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : หิ่งห้อย เปล่งแสงเต็มผืนป่าที่เงียบงัน

หิ่งห้อย, แมลง, อุทยานแห่งชาติ,

เรื่องแนะนำ

อย. อนุมัติชุดตรวจโควิด-19 COXY-AMP ผ่านมาตรฐาน

สวทช. เผย อย. ไฟเขียว โคซี่-แอมป์ ‘COXY-AMP’ ชุดตรวจโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียวผ่านมาตรฐานเครื่องมือแพทย์ เตรียมถ่ายทอดเทคโนโลยี คัดกรองโควิด-19 เชิงรุก สวทช. พัฒนาผลงานวิจัย ‘COXY-AMP’ ชุดตรวจโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว สำหรับวินิจฉัยโรคโควิด-19 แบบคัดกรองรายบุคคล ซึ่งล่าสุด สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (อย.) ออกใบรับรองผ่านการประเมินเทคโนโลยีเครื่องมือแพทย์ นับเป็นชุดตรวจโควิด-19 ชิ้นแรกที่ผลิตและผ่านการรับรองในประเทศไทย เตรียมถ่ายทอดเทคโนโลยีแก่ผู้ประกอบการ ภาคเอกชนที่สนใจ เพื่อผลิตชุดตรวจฯ ใช้คัดกรองเชิงรุกควบคุมโรคโควิด-19 และโรคอุบัติใหม่อื่นๆ ได้เองในประเทศ อีกทั้งยังสามารถต่อยอดยกระดับอุตสาหกรรมสู่การผลิตเพื่อส่งออกในอนาคต ที่สำคัญคุณภาพของ ‘COXY-AMP’ ชุดตรวจโควิด-19 ยังการันตีด้วยการเป็นหนึ่งเดียวจากภูมิภาคเอเชียที่ผ่านการเข้ารอบ 1 ใน 20 ทีมสุดท้าย ในการประกวดของมูลนิธิ XPRIZE ซึ่งเป็นการแข่งขันระดับโลก เมื่อเร็วๆ นี้ สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (อย.) ออกใบรับรองผ่านการประเมินเทคโนโลยีเครื่องมือแพทย์ ให้แก่ผลงานวิจัย ‘COXY-AMP’ ชุดตรวจโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว ซึ่งพัฒนาโดยทีมวิจัยจากศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สวทช. ร่วมกับคณะเวชศาสตร์เขตร้อน […]

ดอกไม้เรืองแสง

แสงอัลตราไวโอเลตเผยให้เห็นสีสันและประกายเปล่งปลั่งซึ่งซ่อนอยู่ภายในดอกไม้ ราวกับว่าพืชธรรมดาๆ เหล่านี้หลุดออกมาจากป่าในเทพนิยาย

HandySense ระบบฟาร์มอัจฉริยะ (Smart Farm)

การเกษตรในประเทศไทยยังคงเป็นอาชีพที่หล่อเลี้ยงประชากรหลายล้านครัวเรือนทั่วประเทศ และยังเป็นสินค้าส่งออกที่ขับเคลื่อนเศรษฐกิจของประเทศมาอย่างยาวนาน แต่เกษตรกรผู้ผลิตสินค้าจำนวนมากยังเข้าไม่ถึงเทคโนโลยีและนวัตกรรมสมัยใหม่ ที่ช่วยให้การเกษตรกรรมมีต้นทุนที่ลดลง และได้ผลผลิตที่เพิ่มมากขึ้น HandySense ระบบฟาร์มอัจฉริยะ หรือ Smart Farm เป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่ประยุกต์และบูรณาการหลายศาสตร์มาใช้งานร่วมกันอย่างเป็นระบบ เพื่อนำไปใช้งานในภาคเกษตรกรรมให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นทั้งในการลดต้นทุน ผลผลิตที่เพิ่มขึ้น และความสะดวกสบาย ซึ่งในประเทศไทยได้นำระบบนี้มาใช้งานจริงแล้วในหลายพื้นที่HandySense ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ หรือ NECTEC ศูนย์วิจัยภายใต้ สวทช. เป็นองค์กรวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูง เปรียบเสมือน “เครื่องจักรสำคัญในการสร้างฐานรากทางเทคโนโลยีให้ประเทศ” รวมถึงเตรียมความพร้อมงานวิจัยเทคโนโลยีแห่งอนาคต โดยร่วมกับพันธมิตรผลักดันให้เกิดระบบนิเวศของการใช้เทคโนโลยีที่วิจัยและพัฒนาขึ้นให้เกิดประโยชน์ต่อคนหมู่มาก ที่ให้ทุกภาคส่วนสามารถเข้าถึงและใช้ประโยชน์ได้เสมือนกับการเป็นสาธารณูปโภคที่ส่งให้ประชาชนทุกคนในบ้าน ดร.ชัย วุฒิวิวัฒน์ชัย ผู้อำนวยการศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ กล่าว ในช่วงหลายปีปี่ที่ผ่านมา NECTEC ได้สนับสนุนงานและพัฒนางานวิจัยที่เกี่ยวกับระบบ Smart Farm มาโดยตลอด ปัจจุบัน NECTEC ได้เผยแพร่นวัตกรรมแฮนดีเซนส์ – HandySense ซึ่งเป็นอุปกรณ์ IoT (Internet of Thaings) เซนเซอร์ และแอปพลิเคชันควบคุมสภาวะแวดล้อมที่เป็นตัวแปรสำคัญในการเพาะปลูกของพืช โดยสามารถกำหนดตัวแปรควบคุมสภาวะแวดล้อม เพื่อให้ได้สภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการเพาะปลูกมากที่สุด โดยอุปกรณ์สามารถใช้ได้ทั้งระบบการปลูกพืชในโรงเรือน และระบบการปลูกพืชกลางแจ้ง การทำงานของระบบ ระบบแฮนดีเซนส์ ทำงานร่วมกัน […]