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

การแบ่งเซลล์ (Cell Division)

การแบ่งเซลล์ (Cell Division) คือ การเพิ่มจำนวนของเซลล์ (cell) ในสิ่งมีชีวิต เพื่อการเจริญเติบโตและรักษา ซ่อมแซมร่างกายส่วนที่สึกหรอ รวมถึงสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่คงไว้ซึ่งสารพันธุกรรม ทำหน้าที่ควบคุมลักษณะและการแสดงออกที่เป็นเอกลักษณ์ของสิ่งมีชีวิต กระบวนการแบ่งเซลล์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน ได้แก่ การแบ่งตัวของนิวเคลียส (Karyokinesis) มีด้วยกัน 2 ลักษณะ คือ การแบ่งเซลล์ แบบไมโทซิส (Mitosis) คือ การเพิ่มจำนวนของเซลล์ร่างกาย (Somatic Cell) ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (Multicellular Organism) เช่น พืช สัตว์และมนุษย์ และเป็นการแบ่งเซลล์เพื่อการสืบพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (Unicellular Organism) และการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ในพืช ซึ่งการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสเป็นการเพิ่มจำนวนเซลล์จาก 1 เซลล์ดั้งเดิมเพิ่มจำนวนขึ้นเป็น 2 เซลล์ โดยที่เซลล์เกิดใหม่ยังคงมีคุณสมบัติเหมือนเซลล์ต้นแบบทุกประการ ทั้งชนิดและจำนวนของโครโมโซม (Chromosome) ซึ่งการแบ่งตัวแบบไมโทซิสนี้ สามารถจำแนกออกเป็น 5 ระยะหรือที่เรียกกันว่า “วัฏจักรเซลล์” (Cell Cycle) ได้ดังนี้ ระยะอินเตอร์เฟส […]

เกาหลีใต้ ป้องกันการระบาดอย่างไร

เกาหลีใต้ ต่อสู้กับการระบาดของเชื้อโควิด-19 ด้วยการตรวจหาผู้ติดเชื้อให้ได้มากที่สุด พวกเขาจะรักษาความสำเร็จนี้ไว้ได้หรือไม่ ณ กรุงโซล เกาหลีใต้ หากมองจากภายนอก ศูนย์ตรวจโควิด-19 ที่โรงพยาบาลเอชพลัสยางจีอาจดูไม่เหมือนห้องตรวจสักเท่าไหร่ อาคารปฏิบัติการชั่วคราวที่หน้าตาคล้ายกับบ้านสำเร็จรูปแห่งนี้ตั้งอยู่ในลานจอดรถใกล้กับทางลาดลำเลียงพัสดุ ฉากด้านหนึ่งของมันเป็นกระดานไม้ ส่วนกำแพงถูกคลุมด้วยป้ายสีแดงขาวที่ประกาศว่าโรงพยาบาลแห่งนี้คือหนึ่งใน 100 โรงพยาบาลที่ดีที่สุดของเกาหลีใต้ ภายในศูนย์คือซุ้มตรวจ 4 แถวที่กั้นด้วยกำแพงพลาสติกใส ถุงมือยางสอดผ่านพลาสติกในลักษณะที่คล้ายกับการทำงานในห้องปฏิบัติการด้านความปลอดภัยทางชีวภาพขั้นสูง เมื่อผู้ป่วยเข้ามา พวกเขาจะได้ปรึกษากับหมอด้านนอกผ่านระบบอินเตอร์คอม ส่วนหมอด้านในที่ป้ายเก็บตัวอย่างในจมูกและคอจะต้องสวมถุงมือยางเพื่อป้องกันการสัมผัสกับผู้ป่วย ความกดอากาศด้านในถูกควบคุมให้ติดลบซึ่งไม่เอื้ออำนวยต่อฝอยละอองที่มีไวรัสมาด้วย หลังการตรวจ เจ้าหน้าที่ในชุดป้องกันหนึ่งคนจะเข้าไปฆ่าเชื้อภายในซุ้ม ซุ้มตรวจแบบวอล์กอินที่คล้ายกันหลายร้อยอันซึ่งติดตั้งอยู่ทั่วประเทศคือหนึ่งในเสาหลักของยุทธศาสตร์การควบคุมโควิด-19 ที่ประสบความสำเร็จของเกาหลีใต้ พวกมันช่วยให้ทางการสามารถทำการวินิจฉัยโรคได้อย่างละเอียดและรวดเร็ว นอกจากซุ้มตรวจแล้ว ประเทศที่มีประชากรอยู่ 51 ล้านคนแห่งนี้ยังได้นำประวัติการติดต่อสื่อสาร การใช้บัตรเครดิต และการเดินทางจากเครือข่ายมือถือมาวิเคราะห์เพื่อแกะรอยการเคลื่อนไหวของผู้ติดเชื้อ ผลการสำรวจชี้ว่า ประชาชนชาวเกาหลีใต้ส่วนใหญ่ยินดีที่จะเสียสละความเป็นส่วนตัวทางดิจิทัลของตนเพื่อหยุดการแพร่ระบาด ซึ่งในขณะเดียวกัน เจ้าหน้าที่ก็ออกมารณรงค์เรื่องการเว้นระยะห่างทางสังคม (Social distancing) อย่างจริงจัง แต่ส่วนใหญ่ไม่ได้บังคับ ร้านเหล้า บาร์ ร้านอาหาร และโรงหนังหลายแห่งยังเปิดให้บริการตามปกติ จุดจบของการแพร่การะจายในเกาหลีใต้นั้นยังอยู่อีกไกล จากรายงานในวันที่ 12 พฤษภาคม การระบาดซึ่งเกี่ยวข้องกับไนท์คลับหลายแห่งเมื่อเร็วๆ นี้มียอดผู้ติดเชื้อถึง 102 ราย อย่างไรก็ตาม […]

จากหมาป่าสู่หมาบ้าน: กว่าจะมาเป็นเพื่อนรักแสนรู้ของมนุษย์

ในระดับดีเอ็นเอสุนัขป่ากับสุนัขบ้านไม่ได้แตกต่างกันมากนัก ว่าแต่มนุษย์เริ่มนำสุนัขป่ามาเลี้ยงตั้งแต่เมื่อใดกัน?

เส้นทางการบิน

หากนกทิ้งรอยบินไว้บนฟ้าได้ ภาพที่ปรากฏจะเป็นอย่างไร? ชมผลงานที่ผสานระหว่างศิลปะและวิทยาศาสตร์