โครงสร้างที่สวยงามและซับซ้อนเช่นนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? กว่าจะมาเป็น “เปลือกหอย” หนึ่งในโครงสร้างธรรมชาติอันน่าหลงใหลมากที่สุดในโลก

เราเห็นมันได้ใน วงเกลียวลอการิทึมของหอยงวงช้าง สีขาวนวลเหลือบรุ้งของหอยเป๋าฮื้อ เกลียวเปลือกที่เต็มไปด้วยหนามของหอยสังข์ราชินี แม่นยำ สง่างาม แข็งแกร่ง เปลือกหอยเป็นความกลมกลืนของรูปทรงและการใช้งานที่ทั้งท้าทายและชี้นำ การสร้างสรรค์ของมนุษย์

โครงสร้างที่สวยงามและซับซ้อนเช่นนั้นถือกำเนิดขึ้นได้อย่างไร วิวัฒนาการจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติช่วยอธิบายได้ว่า ทำไมเปลือกหอยจึงแพร่หลายในหมู่มอลลัสก์ แต่ไม่อาจให้ความกระจ่างได้ว่า สัตว์แต่ละตัวสร้างโครงร่างวิจิตรพิสดารเช่นนั้นได้อย่างไร การจะเข้าใจเปลือกหอยได้อย่างแท้จริงนั้น เราต้องมองไปยังคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่แฝงอยู่ใต้ชีววิทยาของมัน ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ นักวิทยาศาสตร์ผู้รับหน้าที่ดังกล่าวพัฒนาความเข้าใจอันซับซ้อนได้มากขึ้นเกี่ยวกับแรงทางกายภาพต่างๆที่ชี้นำการสร้างเปลือกหอย การศึกษาที่ไม่เคยมีมาก่อนของเดเร็ก โมลตัน ศาสตราจารย์ด้านคณิตศาสตร์ประยุกต์จากมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด และเพื่อนร่วมงานเผยว่า ความหลากหลายอันน่าอัศจรรย์ส่วนใหญ่ของเปลือกหอยอธิบายได้ด้วยหลักการทางคณิตศาสตร์ง่ายๆไม่กี่หลักการ

ร่างกายของมอลลัสก์ทุกชนิดล้อมรอบด้วยเยื่อแมนเทิลซึ่งเป็นอวัยวะบางๆที่หลั่งแคลเซียมคาร์บอเนตออกมาผสมกับโครงร่างโปรตีนเพื่อก่อรูปเป็นเปลือกทีละชั้นๆ ขณะมอลลัสก์ขยายขนาดเปลือก มันเพิ่มวัสดุใหม่เข้าไปตรงบริเวณเดียวเท่านั้น นั่นคือช่องเปลือก ลองนึกภาพว่าช่องเปลือกเป็นวงกลม ถ้ามอลลัสก์พอกวัสดุเป็นรูปวงแหวนขนาดเท่ากับช่องเปลือก ชั้นใหม่   แต่ละชั้นจะทำให้เปลือกของมันยาวขึ้นเป็นทรงกระบอก แต่ถ้ามอลลัสก์นั้นเพิ่มเส้นรอบวงของวงแหวนใหม่แต่ละวง เปลือกจะกลายเป็นรูปกรวย การพอกวัสดุบนช่องเปลือกมากกว่าอีกด้านจะทำให้เปลือกทรงกระบอกโค้งเป็นโดนัต ลองคิดถึงการติดวงแหวนเบี้ยวๆซ้อนกัน โดยแต่ละอันมีด้านซ้ายหนากว่าด้านขวา แทนที่จะเกิดเป็นหอคอยทรงกระบอกสวยงามอย่างที่เกิดจากวงแหวนกลมดิก เปลือกจะโค้งไปทางด้านหนึ่ง เหมือนหินรูปลิ่มบนซุ้มประตูหิน จนในที่สุดก็เกิดเป็นวง เมื่อหมุนจุดที่เยื่อแมนเทิลหลั่งวัสดุมากขึ้นหรือน้อยลง มอลลัสก์สามารถบิดวงนั้นให้เป็นท่อรูปเกลียว

ขณะที่กฎทางคณิตศาสตร์ตรงไปตรงมาเหล่านี้อธิบายรูปร่างพื้นฐานมากมายของเปลือกหอย ชุดปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกว่าทำให้เกิดลักษณะเฉพาะที่วิจิตรพิสดารส่วนใหญ่ หนาม ปุ่ม และส่วนประกอบเสริมอื่นๆ เกิดขึ้นจากเยื่อแมนเทิลของมอลลัสก์ร่างกายอ่อนนิ่มมีอัตราการเจริญเติบโตไม่สอดคล้องกับเปลือกแข็ง ความไม่สอดคล้องกันนี้ทำให้เกิดรอยโป่งนูนที่ขยายขนาดใหญ่กว่าปกติด้วยชั้นใหม่แต่ละชั้น อัตราการเจริญเติบโตสัมพัทธ์ของเยื่อแมนเทิลและความแข็งมีส่วนกำหนดความยาว ความหนา และความโค้งของรอยนูนเหล่านี้ ในตอนแรก ส่วนประกอบเสริมดังกล่าวอาจเกิดจากการกลายพันธุ์โดยบังเอิญ ผสมกับผลลัพธ์อันหลีกเลี่ยงไม่ได้ของแรงเชิงกลที่เกี่ยวข้องในการเจริญเติบโตของเปลือก อย่างไรก็ตาม ถ้าปรากฏว่าพวกมันมีประโยชน์ต่อความอยู่รอดและการสืบพันธุ์ของมอลลัสก์ การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะทำให้ส่วนประกอบเหล่านี้คงอยู่อย่างถาวร และในที่สุดก็กลายมาเป็นลักษณะสืบสายพันธุ์ที่แพร่หลาย

แม้ว่าเราให้คุณค่าเปลือกหอยจากความสวยงามเป็นหลัก แต่สัตว์ที่อาศัยอยู่ในเปลือกเหล่านั้นให้คุณค่ามันด้วยเหตุผลด้านการใช้งานมากกว่า นั่นคือการเป็นเกราะป้องกัน ราว 540 ล้านปีก่อน ในช่วงที่เกิดวิวัฒนาการรูปแบบใหม่ขึ้นอย่างมากมายและรวดเร็วที่เรียกว่า การปะทุในยุคแคมเบรียน (Cambrian Explosion) สัตว์นักล่ามีจำนวนเพิ่มขึ้นมากและล่าเหยื่อได้เชี่ยวชาญ สิ่งมีชีวิตร่างกายอ่อนนิ่มว่ายน้ำช้าตกอยู่ในอันตรายตลอดเวลา ราวช่วงเวลานี้ มอลลัสก์ในทะเลวิวัฒน์เปลือกที่เรียบง่ายแต่แข็งแกร่งขึ้นมาปกป้องเนื้อเยื่อเปราะบางไม่มีอะไรปิด ครัสเตเชียน ปลา และสัตว์นักล่าอื่นๆ พัฒนาอาวุธและวิธีล่าเหยื่อที่ซับซ้อนมากขึ้นเป็นการตอบโต้

ในที่สุด วิวัฒนาการร่วมของสัตว์นักล่าและเหยื่อก็ทำให้เปลือกมอลลัสก์หลากหลายมากขึ้นอย่างมหาศาล บางชนิดวิวัฒน์เปลือกที่ใหญ่และหนาเป็นพิเศษ มีเพียงสัตว์ที่เชี่ยวชาญและแข็งแรงที่สุดเท่านั้นจึงจะทำให้แตกได้ ช่องเปิดแคบที่บางครั้งเสริมความแข็งแรงด้วยประตูที่เรียกว่า ฝาปิดเปลือก (operculum) ทำให้สัตว์นักล่าเข้าถึงตัวเหยื่อยากขึ้นไปอีก ก้นหอยที่ยาวช่วยให้มอลลัสก์บางชนิดล่าถอยจากอันตรายได้ลึกมากขึ้น เดือย หนาม และปุ่ม ป้องกันก้ามปูและขากรรไกร เช่นเดียวกับพื้นผิวที่เรียบลื่น

เปลือกหอยจึงไม่ได้เป็นเพียงผลงานการสรรค์สร้างของชีววิทยาหรือฟิสิกส์เท่านั้น ความสวยงามเชิงประติมากรรมอัน   น่าหลงใหลของเปลือกหอย เป็นผลจากการมาบรรจบกันของเรขาคณิต กลศาสตร์ นิเวศวิทยา วิวัฒนาการ และโชค เปลือกหอยทุกอันที่เราเคยหยิบขึ้นมาจากพื้นทรายหรือรู้สึกพิศวงในพิพิธภัณฑ์ เป็นตำราที่ซ่อนความลับซ้อนทับกันชั้นแล้วชั้นเล่าซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามคลี่คลาย

เรื่อง แฟร์ริส เจเบอร์

ภาพถ่าย ฮิว เทอร์วีย์

แปล ปณต ไกรโรจนานันท์

อ่านเพิ่มเติม : ย้อนดูการดัดแปลงภาพถ่ายเพื่อใช้เป็นเครื่องมือทางการเมืองในอดีต ก่อนมีเทคโนโลยี  Deepfake