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

แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กโลก

แม่เหล็ก มีแรงดึงดูดและแรงผลักต่อโลหะบางชนิด การค้นพบ แม่เหล็ก (Magnet) และสนามแม่เหล็กโลก แม่เหล็กถูกค้นพบครั้งแรก โดยชายเลี้ยงแกะในดินแดนแมกนีเซีย (Magnesia) พื้นที่ทางตอนเหนือของประเทศกรีซ เมื่อราว 5 พันปีก่อน แรงแม่เหล็ก หรือแรงดึง ที่ดูดโลหะแปลกปลอมเข้าหานั้น ถูกพบภายในก้อนหินสีดำใต้พื้นผิวโลก หินที่ถูกขนานนามว่า “แมกเนต” (Magnet) หรือ “แม่เหล็ก” หินแม่เหล็กในธรรมชาติเป็นสารประกอบออกไซด์ของเหล็ก (Fe3O4) หรือ “แมกนีไทต์” (Magnetite) เป็นวัตถุที่มีคุณสมบัติในการดึงดูดโลหะบางชนิด โดยเฉพาะวัตถุที่มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก (Fe) โครเมียม (Cr) แมงกานิส (Mn) และนิกเกิล (Ni) หรือที่เรียกกันว่า “สารแม่เหล็ก” (Ferromagnetic material) ในอดีต มนุษย์นำหินสีดำนี้มาใช้ประโยชน์มากมาย ทั้งการใช้เป็นหินนำทาง (Lodestone) ของชาวกรีกและโรมัน รวมถึงการนำมาใช้ประดิษฐ์เข็มทิศเพื่อนำทางและใช้ในศาสตร์พยากรณ์ของชาวจีนโบราณ โดยเข็มทิศเรือนแรกของโลกถูกสร้างขึ้นในสมัยราชวงศ์ฮั่นของจีน เมื่อหลายพันปีมาแล้ว ก่อนได้รับการพัฒนาเรื่อยมาจนเป็นเข็มทิศในยุคปัจจุบัน แม่เหล็กและอำนาจแม่เหล็ก (Magnet and Magnetism) แม่เหล็กมีแรงดึงดูดและแรงผลักต่อโลหะบางชนิด ซึ่งเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าภายในโครงสร้างของแม่เหล็กที่แตกต่างจากวัตถุทั่วไป […]

โปรตีนทางเลือกจากจุลินทรีย์

ครั้งแรกในไทย วิจัย โปรตีนทางเลือก จากจุลินทรีย์ พัฒนาสู่เนื้อบดเทียมทดแทนเนื้อสัตว์ ปลอดภัยไร้สารปนเปื้อน ในปัจจุบัน เทคโนโลยีและการวิจัยเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์อาหารกำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หัวข้อที่เกี่ยวข้องกับอาหารแห่งอนาคต หรือการเสาะหาแหล่งอาหารจากทางเลือกอื่นๆ ล่าสุด ไบโอเทค สวทช. เปิดตัวความสำเร็จผลงานวิจัย โปรตีนทางเลือก จากจุลินทรีย์ หรือ “มัยคอโปรตีน (Mycoprotein)” ที่ผลิตได้ในประเทศไทยเป็นครั้งแรก โดยโปรตีนที่ได้มีลักษณะเส้นใยคล้ายเนื้อสัตว์ ไม่มีคอเลสเตอรอล อุดมด้วยไฟเบอร์ ไวตามิน และเบต้ากลูแคน ที่สำคัญบริโภคได้อย่างมั่นใจ ปลอดภัย ไร้สารปนเปื้อน พร้อมร่วมมือบริษัทเอกชน พัฒนาสู่ “เนื้อบดเทียม” และ “ผลิตภัณฑ์อาหารสำเร็จรูป” ออกสู่ตลาด เผยเตรียมโชว์ในงานประชุมวิชาการประจำปี สวทช. ครั้งที่ 16 (NAC2021) ที่จะจัดขึ้นในรูปแบบออนไลน์ ระหว่างวันที่ 25-30 มีนาคม 2564 นี้ ดร.กอบกุล เหล่าเท้ง นักวิจัยอาวุโส กลุ่มวิจัยส่วนผสมฟังก์ชันและนวัตกรรมอาหาร ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) เปิดเผยในงานแถลงข่าวการจัดงานประชุมวิชาการ […]