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

สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม (GMOs)

สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม หรือจีเอ็มโอ (Genetically Modified Organisms: GMOs) คือ สิ่งมีชีวิตที่ได้รับการดัดแปรพันธุกรรม จากการใช้เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering) หรือ เทคนิคการตัดต่อยีนที่สามารถคัดเลือกสารพันธุกรรมหรือยีน (Genes) ที่จำเพาะเจาะจงจากสิ่งมีชีวิตต่างชนิด ก่อนนำมาตัดแต่งเข้ากับสิ่งมีชีวิตเป้าหมาย เพื่อให้เกิดการผสมข้ามสายพันธุ์และก่อกำเนิดสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติหรือลักษณะพิเศษตามความต้องการของมนุษย์ อย่างเช่น การนำยีนที่แสดงคุณสมบัติทนทานต่อความหนาวเย็นจากปลาขั้วโลก มาผสมผสานและตัดแต่งเข้ากับยีนของมะเขือเทศ เพื่อสร้างมะเขือเทศชนิดใหม่ที่สามารถเพาะปลูกได้ในพื้นที่ซึ่งมีอากาศหนาวเย็น เป็นต้น การใช้ประโยชน์จาก สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการดัดแปรพันธุกรรมได้รับการพัฒนาขึ้น โดยมีจุดประสงค์หลักในการยกระดับคุณภาพอาหาร ยา และเทคโนโลยีทางการแพทย์ เพื่อรองรับจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มมากขึ้นในทุก ๆ วัน โดยสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมถูกนำมาประโยชน์มากที่สุดในภาคอุตสาหกรรมการเกษตร โดยเฉพาะพืชผลหลักในอุตสาหกรรมอาหาร ไม่ว่าจะเป็นถั่วเหลือง ข้าวโพด มันฝรั่ง มะเขือเทศ และมะละกอ ซึ่งผ่านการดัดแปรพันธุกรรม เพื่อให้มีคุณสมบัติทนทานต่อสภาพแวดล้อม ทนต่อศัตรูพืช ทนทานต่อยาฆ่าแมลง หรือแม้แต่มีความสามารถในการเจริญเติบโตรวดเร็วขึ้น นอกจากนี้ การปรับปรุงสายพันธุ์ในพืชบางชนิดยังสามารถเพิ่มคุณสมบัติทางโภชนาการอาหาร หรือเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ขนาด และสีสันของพืชให้แตกต่างจากสายพันธุ์ดั้งเดิมในธรรมชาติได้อีกด้วย ในอุตสาหกรรมยายังมีการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมในการผลิตวัคซีนหรือยาหลากหลายชนิด อย่างเช่น อินซูลิน (Insulin) ขณะที่สัตว์ส่วนใหญ่ที่ถูกดัดแปรพันธุกรรม ถูกนำมาใช้ในงานวิจัย เพื่อเป็นต้นแบบในการศึกษาการทำงานของยีนจำเพาะที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพและโรคภัยต่าง ๆ […]

เหยื่อจ๋าระวังให้ดี!! ปลาแลมป์เพรย์ แวมไพร์กระหายเลือดแห่งโลกใต้น้ำ

คำเตือน!! โปรดระวังปลาแลมป์เพรย์ให้ดี ในขณะที่คุณไปเที่ยวลำธาร หรือแหล่งน้ำต่างๆ ถ้าคุณไม่อยากเป็นเหยื่อผู้โชคร้ายของแวมไพร์กระหายเลือดแห่งโลกใต้น้ำชนิดนี้

เส้นทางการบิน

หากนกทิ้งรอยบินไว้บนฟ้าได้ ภาพที่ปรากฏจะเป็นอย่างไร? ชมผลงานที่ผสานระหว่างศิลปะและวิทยาศาสตร์

ต้นไม้สื่อสารกันได้

ต้นไม้สื่อสารกันได้ ต้นไม้พูดได้! แต่ไม่ใช่เปล่งคำพูดออกมาให้เราฟังเช่นในภาพยนตร์ การสื่อสารของต้นไม้เกิดขึ้นที่ใต้ผืนดิน ณ เครือข่ายรากของพวกมันต่างหาก ซูซาน ซิมาร์ด นักนิเวศวิทยาป่าไม้ ติดตามสารเคมีจำเพาะบางอย่าง และพบว่าต้นไม้ในป่าสนดักลาสของแคนาดากำลังพูดคุยกันใต้ดิน ด้วยการสร้างความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันที่เรียกว่า “ไมคอร์ไรซา” (mycorrhiza) ร่วมกับราเพื่อส่งสัญญาณต่างๆ และแบ่งปันทรัพยากรระหว่างกัน เริ่มต้นด้วย “ต้นแม่” ต้นไม้ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด สูงที่สุด และได้รับแสงแดดในการผลิตอาหารมากกว่าที่มันต้องการ กลุ่มราหรือไมซีเลียมที่ห่อหุ้มปลายรากของต้นแม่จะส่งธาตุอาหารจากดินให้แลกกับน้ำตาลที่ต้นไม้ผลิตได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ราขาดแคลน จากนั้นราจะส่งน้ำตาลให้กับต้นไม้เล็กกว่าที่อ่อนแอ และอยู่ในร่มเงาของต้นไม้ใหญ่ ด้วยวิธีการนี้ช่วยให้ต้นไม้ใหญ่สามารถแบ่งปันสารอาหารไปยังต้นไม้อื่นๆ ได้ โดยผ่านเครือข่ายของราที่อาศัยอยู่บริเวณราก นอกจากนั้นหากต้นไม้เผชิญกับความเครียดหรือภัยคุกคามก็ยังสามารถส่งสัญญาณเคมีเตือนต้นไม้ต้นอื่นได้ด้วยเช่นกัน ด้านนักวิจัยพบว่าป่าที่มีการเชื่อมโยงเครือข่ายกันในลักษณะนี้จะช่วยให้ต้นไม้อยู่รอดได้ดีกว่า และหากต้นแม่ถูกโค่นลง ต้นไม้เล็กๆ ก็จะตายตามอีกด้วย   อ่านเพิ่มเติม ค้นพบต้นไม้เก่าแก่ที่สุดในยุโรป และยังคงเติบโตอยู่