การเรืองแสงทางชีวภาพในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก

คุณได้อ่านบทความ " ข้อเท็จจริงสุดเจ๋งเกี่ยวกับกบ" และ " ทำไมกบถึงสำคัญ หรือยัง? แม้ก่อนที่ฉันจะรู้ว่าสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำสามารถเรืองแสงในที่มืดได้ กบก็เป็นดาวเด่นในโลกของฉันอยู่แล้ว! ในที่นี้ ฉันอยากจะแบ่งปันกับคุณเกี่ยวกับการค้นพบการเรืองแสงทางชีวภาพที่แพร่หลายในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ความหมายที่แท้จริงของมัน และความสามารถนี้มีประโยชน์ต่อสัตว์เหล่านั้น รวมถึงมนุษย์เราด้วย

ในภาพด้านบน กบเขาแครนเวลล์ ( Ceratophrys cranwelli ) เรืองแสงสีเขียวภายใต้แสงกระตุ้น ภาพถ่ายโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis จากหนังสือ Salamanders and other amphibians are aglow with biofluorescence

การค้นพบการเรืองแสงทางชีวภาพในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก

กาลครั้งหนึ่งนานมาแล้ว (หรือเจาะจงกว่านั้นคือในปี 2020) มีนักวิจัยสองคนจากมหาวิทยาลัยเซนต์คลาวด์สเตท รัฐมินนิโซตา ตั้งคำถามกับตัวเองว่า สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาจเรืองแสงได้ทั่วไปภายใต้แสงบางประเภทหรือไม่ คนแรกคือ ดร. เจนนิเฟอร์ แลมบ์ นักวิทยาศาสตร์ด้านสัตว์เลื้อยคลานและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ที่ศึกษาพฤติกรรม วงจรชีวิต และด้านชีววิทยาอื่นๆ ของสัตว์เหล่านี้ ส่วนคนที่สองคือ ดร. แมทธิว พี. เดวิส ผู้ศึกษาปลาทะเลลึก และวิวัฒนาการของลักษณะต่างๆ เช่น การเรืองแสง เพื่อช่วยให้พวกมันอยู่รอดในที่มืด ในขณะที่พวกเขาค้นพบเรื่องนี้ การเรืองแสงได้ถูกสังเกตพบในสัตว์อื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสัตว์น้ำ แต่มีการศึกษาเกี่ยวกับเรื่องนี้ในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำน้อยมาก ดังนั้น เมื่อพวกเขาตัดสินใจที่จะ ตรวจสอบความแพร่หลายของการเรืองแสงในกลุ่มนี้ พวกเขาก็ตกใจที่พบว่ามันแพร่หลายมากเพียงใด! ในตอนแรก พวกเขามุ่งเน้นไปที่ซาลาแมนเดอร์ตัวเต็มวัย แต่เมื่อพวกเขาตรวจสอบกลุ่มและช่วงชีวิตอื่นๆ ของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอย่างตื่นเต้น พวกเขาก็พบว่าพวกมันทั้งหมดเรืองแสงได้!

เพื่อความชัดเจน นี่ไม่ได้หมายความว่าคุณจะได้เห็นกบเรืองแสงอ่อนๆ ในแสงจันทร์ขณะเดินผ่านบ่อเพาะพันธุ์ของพวกมันในคืนดึกดื่น เพราะคุณต้องใช้แสงและอุปกรณ์พิเศษในการสังเกตปรากฏการณ์นั้น โชคดีสำหรับคนรักกบและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำทั่วโลก แลมบ์และเดวิสไม่เพียงแต่มีอุปกรณ์ที่เหมาะสมในการตรวจจับไบโอฟลูออเรสเซนซ์เท่านั้น แต่พวกเขายังมีแนวคิดและความรู้ความเข้าใจในการค้นหามันอีกด้วย!

รูปแบบการเรืองแสงทางชีวภาพที่แตกต่างกันพบได้ในซาลาแมนเดอร์ ภาพโดย เจนนิเฟอร์ วาย. แลมบ์ และ แมทธิว พี. เดวิส ในหนังสือ "ซาลาแมนเดอร์และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกอื่นๆ เปล่งประกายด้วยการเรืองแสงทางชีวภาพ".

การเรืองแสงทางชีวภาพคือการแผ่รังสีแสงซ้ำที่ความยาวคลื่นต่างกัน

(Biofluorescence) ไม่ เหมือนกับการเปล่งแสงทางชีวภาพ (Bioluminescence) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตผลิตและเปล่งแสงออกมาเอง ไม่ว่าจะผ่านปฏิกิริยาเคมีภายใน หรือในกรณีที่พบได้ยากกว่า คือเกิดจากแบคทีเรียที่เป็นพันธมิตรทางชีวภาพช่วยผลิตแสงให้ ปลาตกเบ็ด แมงกะพรุน หิ่งห้อย และเห็ดบางชนิด อาจเป็นตัวอย่างของสิ่งมีชีวิตที่คุณอาจเคยได้ยินว่าสามารถทำเช่นนี้ได้

การเรืองแสงทางชีวภาพเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิต ดูดซับ คลื่น แสงพลังงาน สูง เช่น ในช่วงสีน้ำเงินหรืออัลตราไวโอเลต แล้ว แผ่รังสีออกมา ใน ความยาวคลื่น ที่ต่ำกว่า โดยปกติจะอยู่ในช่วงสีแดง ส้ม หรือเขียว เพื่อให้เห็นภาพความแตกต่างได้ชัดเจนขึ้น ลองนึกภาพแสงที่แท่งเรืองแสงปล่อยออกมาเมื่อคุณหักมันเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีภายใน (การเรืองแสง) เทียบกับแสงสีน้ำเงินม่วงสดใสที่แผ่ออกมาจากเสื้อยืดสีขาวของคุณเมื่อคุณเต้นรำอย่างมีความสุขภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต (การเรืองแสง)

เพื่อเปิดเผยความสามารถในการเรืองแสงทางชีวภาพของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ แลมบ์และเดวิสได้ส่องไฟฉายที่ปล่อยแสงสีน้ำเงินและรังสีอัลตราไวโอเลตไปที่สัตว์เหล่านั้น โดยใช้ตัวกรองพิเศษเพื่อปิดกั้น ๆ ยกเว้น แสงเรืองแสงที่สัตว์ปล่อยออกมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แสงสีน้ำเงิน สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำทั้งหมดที่พวกเขาตรวจสอบได้ปล่อยแสงสีเขียวถึงเหลืองในรูปแบบต่างๆ ที่มีความเข้มต่างกัน ในหลายกรณี แสงเรืองแสงมาจากจุดและเส้นที่สว่างและชัดเจนซึ่งเรามองเห็นได้อยู่แล้วภายใต้แสงสเปกตรัมเต็มรูปแบบ ในบางกรณี ท้องจะส่องสว่างในขณะที่หลังยังคงมืด และในบางกรณีอื่นๆ ส่วนใหญ่เป็นบริเวณทวารหนักที่ส่องประกายราวกับจะดึงดูดความสนใจทางเพศจากคู่ผสมพันธุ์ที่อาจเกิดขึ้น แม้แต่สายพันธุ์ที่ดูหมองคล้ำภายใต้แสงสเปกตรัมเต็มรูปแบบก็ยังปล่อยแสงเรืองแสงออกมาบ้าง โดยรวมแล้ว เนื้อเยื่อหรือสารที่ทำให้เกิดแสงเรืองภายใต้แสงกระตุ้นนั้นแตกต่างกันไป ตั้งแต่ผิวหนัง กระดูก สารคัดหลั่งจากผิวหนังคล้ายเมือก ไปจนถึงปัสสาวะ

ด้วยเหตุนี้ กลไกทางโครงสร้างหรือทางเคมีที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์นี้จึงยังคงไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ทำให้จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม การพบการเรืองแสงทางชีวภาพในสัตว์หลากหลายชนิดที่พวกเขาตรวจสอบ บ่งชี้ว่าลักษณะดังกล่าวได้วิวัฒนาการมาตั้งแต่ช่วงต้นของบรรพบุรุษของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกในปัจจุบัน.

ของซาลาแมนเดอร์เสือตะวันออก ( Ambystoma tigrinum ) จะเรืองแสงสีเขียวเมื่ออยู่ภายใต้แสงสีฟ้า ภาพถ่ายโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis จากหนังสือ Salamanders and other amphibians are aglow with biofluorescence

เหตุใดการเรืองแสงทางชีวภาพจึงอาจมีความสำคัญต่อสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ

แลมบ์และเดวิสตั้งสมมติฐานว่าลักษณะการเรืองแสงทางชีวภาพที่พวกเขาพบในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาจมีบทบาทสำคัญในการสื่อสารและการส่งสัญญาณระหว่างสายพันธุ์หรือภายในประชากร เพื่อตรวจสอบสมมติฐานนี้ จำเป็นต้องพิจารณาว่าดวงตาของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำได้วิวัฒนาการให้มีความไวต่อการเรืองแสงทางชีวภาพของตัวเองหรือไม่ และสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำเคยสัมผัสกับแสงสว่างในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติที่เอื้อต่อปรากฏการณ์นี้หรือไม่ บทบาทอื่นๆ ที่การเรืองแสงทางชีวภาพอาจมีในชีวิตประจำวันของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ได้แก่ การแสดงสีเตือนภัย (สีที่ใช้เพื่อเตือนผู้ล่า) การเลียนแบบ หรือแม้แต่การพรางตัว.

ช่องทวารของซาลาแมนเดอร์ลายหินอ่อน (Ambystoma opacum) อาจเรืองแสงสว่างเพื่อดึงดูดความสนใจของคู่ครองที่อาจเกิดขึ้นได้ ภาพโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis จากรูปที่ 1 ในหนังสือ with biofluorescence

เหตุใดการเรืองแสงทางชีวภาพของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำจึงอาจมีความสำคัญต่อมนุษย์

ดังนั้น กบและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอื่นๆ จึงดูเจ๋งขึ้นมากในสายตาของฉัน! อย่างที่แลมบ์และเดวิสชี้ให้เห็น ความสามารถในการเรืองแสงทางชีวภาพของพวกมัน "ส่องแสงให้เห็นถึงสิ่งที่เรายังต้องเรียนรู้เกี่ยวกับสัตว์มีกระดูกสันหลังที่น่าทึ่งเหล่านี้อีกมาก".

ปัจจุบัน นักวิจัยทราบแล้วว่ากบผลิตสารคัดหลั่งจากผิวหนังหลายสิบชนิดที่มีคุณสมบัติ เป็นยาปฏิชีวนะ ยาแก้ปวด และ คุณสมบัติอื่นๆ ที่น่าสนใจอย่างยิ่งในทางเภสัชกรรม และอาจมีสารเหล่านี้อีกหลายร้อยหรือหลายพันชนิดที่ยังรอการค้นพบอยู่ เมื่อไม่นานมานี้ โฟมจากรังกบ เป็นสารธรรมชาติที่มีความเสถียรและเข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งอาจใช้ได้ดีเป็นระบบนำส่งยาเฉพาะที่แบบอ่อนโยนสำหรับมนุษย์

ปัจจุบัน โปรตีนเรืองแสงและสารคัดหลั่งหรือเนื้อเยื่ออื่นๆ ของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาจมีศักยภาพที่จะสร้างประวัติศาสตร์ทางการแพทย์ครั้งใหม่ ในปี 2551 รางวัลโนเบลสาขาเคมีได้มอบให้กับนักวิจัยสามคนที่ค้นพบและพัฒนาสารที่รู้จักกันในชื่อ โปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) ซึ่งแยกได้ครั้งแรกจากแมงกะพรุน และปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเครื่องหมายเรืองแสงในการวิจัยเกี่ยวกับการทำงานของเซลล์และระบบต่างๆ ในสิ่งมีชีวิต

กบอาจผลิตหรือมีสารเรืองแสงทางชีวภาพที่อาจช่วยพัฒนาเทคนิคการวิจัยทางการแพทย์เหล่านั้นได้หรือไม่? ขณะนี้กำลังมีการค้นหาสารเรืองแสงทางชีวภาพชนิดต่างๆ ในสิ่งมีชีวิตในน้ำที่อาจทำเช่นนั้นได้ (ลองชมสารคดีพิเศษของ NOVA/National Geographic เรื่อง Creatures of Light ) เวลาเท่านั้นที่จะบอกได้ แต่ถึงกระนั้นก็เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นที่จะคิดว่า หากแสงกระตุ้นพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการตรวจจับสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำขนาดเล็กที่หลบซ่อนตัวอยู่ในสภาพแวดล้อมของพวกมัน การเรืองแสงทางชีวภาพอาจกลายเป็นวิธีที่ไม่แพงสำหรับนักชีววิทยาในการสำรวจและติดตามความหลากหลายทางชีวภาพของสัตว์เหล่านี้ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับโครงการอนุรักษ์สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่จำเป็นอย่างยิ่งทั่วโลก

มีการใช้แสง UV ในการศึกษาภาคสนามเกี่ยวกับกบต้นไม้เขตร้อน รวมถึงกบต้นไม้จากอเมริกาใต้ ( Boana punctata ) เครดิตภาพ: Jorge Enrique García Melo, ใน Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). การสำรวจภาคสนามเกี่ยวกับการเรืองแสงในกบต้นไม้เขตร้อนโดยใช้ไฟฉาย LED UV-B Herpetology Notes. 12. 987-990