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

กัญชง-กัญชา สามารถส่งทดสอบมาตรฐานคุณภาพได้แล้ว

สวทช. เปิดห้องปฏิบัติการทดสอบมาตรฐาน กัญชง-กัญชา เพ-ลาเพลิน จังหวัดบุรีรัมย์ ประเดิมส่งทดสอบ ‘สารสำคัญ’ คัดเกรดและเพิ่มมูลค่า ความร่วมมือระหว่างองค์กรเป็นหนึ่งกลไลที่มีความสำคัญในเรื่องการยกระดับความน่าเชื่อถือ และขีดความสามารถของชุมชน ศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ได้ลงนามการบันทึกข้อตกลงความร่วมมือการวิเคราะห์ทดสอบ กัญชง-กัญชา เพื่อเสริมสร้างขีดความสามารถวิสาหกิจชุมชน ระหว่างวิสาหกิจชุมชนศูนย์กลางการพัฒนาสมุนไพร เพ-ลา เพลิน เพื่อชุมชน (วพพ.) จังหวัดบุรีรัมย์ กับศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ สวทช. หรือ NCTC (NSTDA Characterization and Testing Center) นายณฏฐพล วุฒิพันธุ์ ผู้อำนวยการศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ สวทช. กล่าวว่า ศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ (NCTC) ภายใต้สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กระทรวงการอุดมศึกษาวิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (อว.) เป็นศูนย์กลางในการพัฒนาและส่งเสริมงานบริการวิเคราะห์ทดสอบ ด้านวิทยาศาสตร์ ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย ควบคุมระบบคุณภาพห้องปฏิบัติการให้เป็นไปตามมาตรฐานสากล เปิดให้บริการวิเคราะห์ทดสอบสนับสนุนกลุ่มงานอุตสาหกรรมทั้งในและนอกประเทศ สร้างผลิตภัณฑ์และบริการที่มีคุณภาพ ด้วยโครงสร้างพื้นฐานด้านคุณภาพ (National Quality Infrastructure) ศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ […]

สารอาหารที่ไม่ให้พลังงาน : วิตามิน และเกลือแร่

วิตามิน และ เกลือแร่ เป็นสารอาหารที่ร่างกายไม่นำไปสร้างพลังงาน แต่มีความจำเป็นอย่างยิ่งในการรักษาระบบต่างๆ ในร่างกายให้สมดุล นอกจากร่างกายของเราต้องการพลังงานจากแหล่งพลังงานอย่างคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมันแล้ว ยังมีอีกหลายกิจกรรมในร่างกายมนุษย์ที่ต้องพึ่งพาสารหาอาหารอื่นๆ นั่นคือ วิตามิน และ เกลือแร่ วิตามิน เป็นสารอาหารที่ร่างกายของเราต้องการในปริมาณน้อย แต่ก็ไม่สามารถขาดได้ ถ้าขาดจะทำให้ระบบร่างกายของเราผิดปกติ หรือเกิดโรคต่างๆ ได้ วิตามินแบ่งออกเป็น 2 พวก ได้แก่ 1. วิตามินที่ละลายในไขมัน ได้แก่ วิตามิน เอ ดี อี เค 2. วิตามินที่ละลายในน้ำ ได้แก่ วิตามินซี และวิตามินบีรวม วิตามินเอ ช่วยป้องกันการแพ้แสงสว่างของบางคนผู้ที่ต้องการวิตามินเอมาก คือผู้ที่ต้องใช้สายตามาก วิตามินเอมีมากในไขมันเนย น้ำมันปลา ไข่แดง กะหล่ำปลี พืชตระกูลถั่ว ผักสีแดง ผักสีเหลือง วิตามินดี ช่วยในการดูดซึมแคลเซียมในร่างกาย ป้องกันโรคกระดูกอ่อน และควบคุมปริมาณของแคลเซียมในเลือด อาหารที่ให้วิตามินดีมีน้อยมาก จะมีอยู่ในพวกน้ำมันตับปลา ร่างกายสามารถสังเคราะห์วิตามินดีได้จากรังสีอุลตราไวโอเลต ซึ่งมีอยู่ในแสงแดด […]

ชาวบาจาววิวัฒน์ร่างกายให้มีม้ามใหญ่ ช่วยดำน้ำนานขึ้น

เป็นเวลาหลายร้อยปีแล้วที่การคัดเลือกทางธรรมชาติช่วยให้ชาวบาจาวซึ่งอาศัยอยู่ในทะเลมีพันธุกรรมที่แข็งแรง และปรับตัวเข้ากับการดำน้ำ

เชื้อไวรัสซิกา : เชื้อก่อโรคที่สามารถป้องกันได้

นักวิจัยไบโอเทค สวทช. พัฒนาออร์แกนอยด์ หรืออวัยวะจำลองมดลูกและรก เพื่อศึกษาวิธียับยั้งการแพร่ เชื้อไวรัสซิกา จากแม่สู่ลูก เชื้อไวรัสซิกา เกิดจากยุงลายเป็นพาหะสำคัญเช่นเดียวกับโรคไข้เลือดออก สามารถถ่ายทอดจากแม่สู่ลูก ซึ่งยังไม่มีวัคซีนหรือยาป้องกันการติดเชื้อได้ มักพบในประเทศเขตร้อน ข้อดีของออร์แกนอยด์ หรือการสร้างอวัยวะจำลองมดลูกและรก คือนักวิจัยสามารถทำการทดลองเพื่อศึกษาการติดเชื้อของโรค และทดสอบการใช้ยาในการรักษา โดยที่ไม่ต้องทดสอบกับอาสาสมัครหรือคนไข้จริง โครงการนี้เป็น 1 ใน 5 โครงการ TDR Global Crowdfunding Challenge Contest ขององค์การอนามัยโลก (WHO) ซึ่งจัดตั้งเพื่อสนับสนุนงานวิจัยเกี่ยวกับโรคติดต่อในเขตร้อน พร้อมเปิดระดมทุนเพื่อดำเนินงานวิจัย (Crowdfunding for Science) ตั้งเป้า 8,000 ดอลลาร์สหรัฐ (ประมาณ 260,000 บาท) ในช่วงระยะเวลาการตั้งครรภ์ รกเป็นอวัยวะที่เชื่อมต่อระหว่างทารกและแม่ มีหน้าที่ในการควบคุมการแลกเปลี่ยนสารต่าง ๆ ระหว่างแม่และทารกในครรภ์ ซึ่งรวมไปถึงสารอาหาร แก๊ส ของเสีย และยาต่าง ๆ ที่แม่รับประทาน เข้าไป นอกจากนี้ รกยังเป็นตัวเชื่อมการถ่ายทอดเชื้อโรคต่างๆ จากแม่สู่ทารกอีกด้วย […]