“ภูมิทัศน์จีโนมิกส์” ไขความลับการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

ABG Research Unit Team

ไก่ป่าและปลากัดพบได้ในหลายพื้นที่ของประเทศไทย การพบเจอสิ่งมีชีวิตสองชนิดนี้จึงไม่ใช่เรื่องที่น่าแปลกใจ แต่อาจจะแปลกตาสำหรับคนช่างสังเกตและช่างสงสัย ว่า “ทำไมไก่ป่าหรือปลากัดแต่ละที่มีลักษณะภายนอกที่แตกต่างกัน ?” หากจะคิดถึงคำตอบโดยทั่วไป ปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมย่อมมีผล แต่เราจะประเมินปัจจัยเหล่านี้ได้อย่างไร บริเวณใดเหมาะสม บริเวณใดมีอิทธิพลมากน้อยอย่างไร

แน่นอนว่าการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายเป็นเรื่องที่น่าอัศจรรย์และน่าสนใจ เมื่อพิจารณาถึงภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกัน ทั้งสภาพอากาศ อุณหภูมิ หรือระดับความสูง สิ่งมีชีวิตทุกชนิดล้วนต้องเผชิญกับความท้าทายเหล่านี้และหาวิธีปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมใหม่ ๆ เช่น สัตว์ที่อาศัยในพื้นที่ราบมีความสามารถในการดำรงชีวิตที่แตกต่างจากสัตว์บนยอดเขาสูงที่ต้องทนกับอากาศหนาวและปริมาณออกซิเจนที่เบาบาง การปรับตัวเหล่านี้อาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาหรือแม้กระทั่งทางพันธุกรรมที่ทำให้สัตว์อยู่รอดได้ บทความนี้จะพาผู้อ่านไปค้นพบว่า ปัจจัยทางภูมิศาสตร์และความหลากหลายของสิ่งแวดล้อมส่งผลอย่างไรต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต

landscape หมายถึง “ภูมิทัศน์” หรือสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่เรามองเห็น เช่น ภูเขา ทะเล ป่าไม้ และสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงในแต่ละพื้นที่ ส่วน genomics คือ “การศึกษาพันธุกรรม” ซึ่งหมายถึงการศึกษาเกี่ยวกับยีนหรือรหัสพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต เมื่อนำสองคำนี้มารวมกันเป็น landscape genomics จึงหมายถึง “การศึกษาพันธุกรรมในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ” เป็นการศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตสามารถปรับตัวอย่างไรกับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน เช่น ทำไมไก่บางพันธุ์หรือสายพันธุ์จึงอยู่ในพื้นที่สูงได้ดี หรือสัตว์บางชนิดปรับตัวให้ทนทานต่ออากาศร้อนได้ การศึกษานี้ช่วยให้เราเข้าใจวิธีที่ธรรมชาติช่วยให้สิ่งมีชีวิตอยู่รอดในโลกที่หลากหลายและเปลี่ยนแปลง

ภูมิศาสตร์ พันธุกรรม และการปรับตัวของไก่

ประเทศไทยเป็นแหล่งอาศัยของไก่ป่าที่พบได้ในทุกภูมิภาค นอกจากนี้ยังมีการเลี้ยงไก่หลากหลายพันธุ์ ทั้งไก่พื้นเมืองและไก่ประจำถิ่นที่มีรูปร่างและลักษณะทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกันไป เกิดจากปัจจัยทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ของประเทศ ความหลากหลายทางพันธุกรรมของไก่เหล่านี้จึงสะท้อนถึงการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม ซึ่งเป็นการคัดเลือกโดยธรรมชาติและการคัดเลือกพันธุ์ตามความต้องการของเกษตรกร ไม่ว่าจะเป็นการพัฒนาไก่เพื่อความสวยงาม ไก่ชนที่มีความแข็งแรงและทนทานในการต่อสู้ หรือไก่สำหรับการบริโภคที่เน้นการเจริญเติบโตและคุณภาพเนื้อที่ดี

ไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงมีต้นกำเนิดมาจากไก่พื้นเมืองในประเทศจีนที่มีเนื้อและกระดูกสีดำ ได้นำเข้ามาในประเทศไทยผ่านการอพยพของคนจีนที่ตั้งรกรากในพื้นที่ภาคเหนือเมื่อหลายสิบปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะที่ดอยแม่สลอง หมู่บ้านสันติคีรี ตำบลแม่สลองนอก อำเภอแม่ฟ้าหลวง จังหวัดเชียงราย การศึกษาทางวิทยาศาสตร์โดยใช้เทคโนโลยีจีโนมิกส์พบว่ามีความเชื่อมโยงทางพันธุกรรมระหว่างไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงกับไก่พันธุ์ต่าง ๆ ในประเทศจีน นอกจากนี้ยังค้นพบองค์ประกอบพันธุกรรมบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับไก่ป่าในประเทศไทย ซึ่งแสดงให้เห็นว่าในอดีต ไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงเคยมีโอกาสผสมพันธุ์กับไก่ป่าของไทย ทำให้เกิดการปรับตัวทางพันธุกรรมและสภาพแวดล้อมให้เหมาะสมกับพื้นที่ความสูงจากระดับทะเลปานกลางประมาณ 1,200 เมตร เช่น บริเวณดอยแม่สลอง จังหวัดเชียงราย จนกลายเป็นไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงที่เราเห็นในปัจจุบัน

ไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงยังนำมาเพาะเลี้ยงในจังหวัดแม่ฮ่องสอนซึ่งมีความแตกต่างทางภูมิศาสตร์จากจังหวัดเชียงราย โดยจังหวัดเชียงรายมีภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสูงในทวีปตอนเหนือ มีพื้นที่ราบสูงเป็นหย่อม ๆ บริเวณเทือกเขามีความสูงประมาณ 1,500-2,000 เมตร จากระดับทะเลปานกลาง ในขณะที่ความสูงเฉลี่ยของแม่ฮ่องสอนอยู่ที่ประมาณ 1,000 เมตร จากระดับทะเลปานกลาง แม้ความชื้นสัมพัทธ์และอุณหภูมิเฉลี่ยของทั้งสองจังหวัดจะคล้ายคลึงกัน แต่ยังคงมีผลกระทบต่อการเพาะพันธุ์สัตว์และพืชที่ต้องการสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมในการเจริญเติบโต ไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงที่เพาะเลี้ยงในเชียงรายและแม่ฮ่องสอนมีพันธุกรรมแตกต่างกัน นอกจากนี้ไก่ในแม่ฮ่องสอนยังมีองค์ประกอบพันธุกรรมบางส่วนที่ร่วมกับไก่พื้นเมืองของจังหวัดแม่ฮ่องสอน แสดงถึงความหลากหลายทางพันธุกรรมและการปรับตัวที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมของจังหวัดแม่ฮ่องสอนอีกด้วย

ไก่ชี้ฟ้าและไก่ฟ้าหลวงที่เพาะเลี้ยงในจังหวัดแม่ฮ่องสอนมีพันธุกรรมบางส่วนที่คล้ายคลึงกับไก่แม่ฮ่องสอน ซึ่งคาดว่าเป็นผลจากการปรับตัวเพื่อให้อยู่รอดในสภาพแวดล้อมเฉพาะของพื้นที่

ปี พ.ศ. 2567 นี้ ดร.ตรีฟาน บูดี (Trifan Budi) และคณะ ค้นพบแอลลีลพิเศษในไก่แม่ฮ่องสอน จากการศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมของยีน adenosine succinate lyase (ADSL) ซึ่งเป็นเอนไซม์สำคัญในกระบวนการสังเคราะห์พิวรีน (purine) และมีบทบาทต่อการควบคุมปริมาณพิวรีนในร่างกาย เมื่อทำการเปรียบเทียบยีน ADSL ในไก่แม่ฮ่องสอน ไก่พื้นเมือง ไก่พันธุ์ท้องถิ่น และไก่ป่า พบแอลลีลของยีน ADSL 5 รูปแบบ ใน exon 2 รวมถึงการกลายพันธุ์แบบเปลี่ยนรหัส (missense mutation) และแบบเงียบ (silent mutation) ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการสังเคราะห์พิวรีน การกลายพันธุ์เหล่านี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบกรดอะมิโนของโปรตีน ADSL ที่อาจมีผลต่อกิจกรรมของเอนไซม์

ไก่แม่ฮ่องสอนที่เติบโตบนพื้นที่สูงเจริญเติบโตช้า มีเนื้อสัมผัสเหนียวนุ่ม และเหมาะสำหรับผู้ที่เป็นโรคเกาต์เนื่องจากมีปริมาณพิวรีนต่ำ การศึกษาพบการคัดเลือกแบบ selective sweep ของยีน ADSL ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการลดปริมาณพิวรีนในไก่แม่ฮ่องสอน แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของยีน ADSL กับปริมาณพิวรีนที่ลดลง อาจส่งผลต่อคุณภาพเนื้อไก่

ไก่เหล่าป่าก๋อย หนึ่งในพันธุ์ไก่ชนที่มีต้นกำเนิดจากหมู่บ้านเหล่าป่าก๋อย ตำบลน้ำดิบ อำเภอป่าซาง จังหวัดลำพูน ซึ่งขึ้นชื่อว่าเป็นแหล่งเพาะพันธุ์ไก่ชนที่มีเชิงกัดจิกและลีลาการชนที่ดุดัน รวดเร็ว และว่องไว ปัจจุบันมีฟาร์มเลี้ยงไก่ชนประมาณ 100 แห่ง ในจังหวัดลำพูนและจังหวัดใกล้เคียง ไก่เหล่าป่าก๋อยได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยผู้เพาะพันธุ์ท้องถิ่นมานานกว่า 40 ปี มีความเชื่อกันว่า ไก่เหล่าป่าก๋อยเกิดจากการผสมระหว่างไก่ชนพันธุ์ตราด ที่เป็นไก่ชนท้องถิ่นจากจังหวัดตราดทางภาคตะวันออกของไทย กับไก่พื้นเมืองเพศเมียจากจังหวัดลำพูนในภาคเหนือ ที่มีพฤติกรรมก้าวร้าวและแข็งแรง

มีงานวิจัยของพิญช์ วัฒนดิลกชาติกุล และคณะ เมื่อปี พ.ศ. 2566 ที่ผ่านมาได้เปรียบเทียบข้อมูลพันธุกรรมของไก่เหล่าป่าก๋อยกับไก่พื้นเมืองพันธุ์อื่น ๆ ในประเทศไทย พบว่า ไก่เหล่าป่าก๋อยมีความหลากหลายทางพันธุกรรมที่เกิดจากการผสมระหว่างไก่บ้านกับไก่ป่า โดยมาจากไก่ป่าภาคเหนือและภาคตะวันออกของประเทศ การคัดเลือกพันธุกรรมนี้เกิดขึ้นทั้งจากการคัดเลือกตามธรรมชาติและการคัดเลือกโดยมนุษย์ เพื่อให้เหมาะสมกับการชนไก่

ความหลากหลายทางพันธุกรรมของไก่เหล่าป่าก๋อยที่เกิดจากการผสมข้ามพันธุ์ระหว่างไก่บ้านกับไก่ป่าจากภาคเหนือและภาคตะวันออกของประเทศ

การศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมของปลากัดไทยในพื้นที่ป่าตะวันออก

ปลากัดป่าภาคกลาง (Betta splendens) เป็นสัตว์น้ำที่มีความสวยงามและนิยมเลี้ยงทั่วโลก โดยเฉพาะในประเทศไทยมีปลากัดป่าที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมสูง การศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมประกอบกับข้อมูลเชิงพื้นที่ของประชากรของปลากัดป่าตะวันออก (B. siamorientalis) เพื่อการอนุรักษ์และการจัดการทรัพยากรทางน้ำ ซึ่งพิชญ์และคณะวิจัยได้ศึกษาบริเวณพื้นที่ตะวันออกของประเทศไทยในปีนี้และพบว่า ประชากรของปลากัดป่าตะวันออกมีความหลากหลายทางพันธุกรรมสูงแม้ว่าจะมีภัยคุกคามต่อการสูญพันธุ์อยู่ก็ตาม การศึกษาพบว่ามีการถ่ายทอดพันธุกรรมในรูปแบบทิศทางเดียวไปยังปากแม่น้ำบางปะกง

จากการประเมินความหลากหลายทางพันธุกรรมของปลากัดป่าตะวันออกพบว่ามีความเชื่อมโยงอย่างมีนัยสำคัญกับปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะของพื้นที่ ได้แก่ ภูมิประเทศหรือสภาพแวดล้อม การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าการกระจายของปลากัดในพื้นที่มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างทางพันธุกรรม ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญสำหรับการฟื้นฟูประชากรในพื้นที่ตะวันออกของประเทศไทย ที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ทั้งในด้านอุตสาหกรรมและการเกษตร

การศึกษาพันธุกรรมของปลากัดป่าตะวันออกพบว่าการไหลของยีน (gene flow) มีทิศทางไปยังปากแม่น้ำบางปะกง โดยมีทิศทางจากแม่น้ำปราจีนบุรีตอนล่าง (ST7) และคลองพระสะทึง (ST12) ไปยังคลองท่าลาด (ST3)

การประยุกต์ใช้ภูมิศาสตร์และจีโนมิกส์เพื่อการจัดการสัตว์ป่าและสุขภาพ One Health

การจัดการสัตว์ป่าและสุขภาพ One Health เป็นการเชื่อมโยงสุขภาพของมนุษย์ สัตว์ และสิ่งแวดล้อมเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างความยั่งยืนในการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและป้องกันการแพร่ระบาดของโรคจากสัตว์สู่มนุษย์อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะการศึกษาวิจัยสัตว์ในปศุสัตว์ และสัตว์ที่มีโอกาสเป็นพาหะ เช่น หนู นก ค้างคาว เพื่อระบุความเสี่ยงและพัฒนากลยุทธ์การป้องกันที่เหมาะสมในอนาคต

ค้างคาวเป็นสัตว์ที่มีบทบาทสำคัญในการแพร่เชื้อไวรัสใหม่ ๆ การระบาดของโรคในปัจจุบันทำให้เราต้องสนใจศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมของค้างคาวมากขึ้น โดยเฉพาะค้างคาวแม่ไก่ (Pteropus lylei) ที่กระจายตัวอย่างกว้างขวางในภาคกลางของประเทศ มักพบอาศัยอยู่ในวัดที่ใกล้ชิดกับคน ข้อมูลพบว่ามากกว่าร้อยละ 50 ของที่อยู่อาศัยของค้างคาวอยู่ที่วัด ซึ่งเป็นสถานที่ที่ผู้คนมาทำกิจกรรมต่าง ๆ เช่น ทำบุญ เที่ยวงานวัด นี่จึงเป็นเหตุผลที่ทำให้การศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมของค้างคาวมีความสำคัญมากขึ้นในบริบทของการแพร่กระจายของโรคที่สามารถส่งต่อจากสัตว์สู่คนได้

ดร.อิงอร ไชยเยศ และทีมวิจัย ได้ตั้งสมมติฐานว่าค้างคาวแม่ไก่ที่อยู่ใกล้กันน่าจะมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมกัน จากการเก็บตัวอย่างค้างคาวจาก 10 กลุ่มประชากรเพื่อตรวจสอบลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนบนจีโนมไมโทคอนเดรีย พบว่ามีการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างประชากรค้างคาว แสดงให้เห็นว่าค้างคาวแม่ไก่ยังคงรักษาความสมดุลของพันธุกรรมภายในประชากรไว้ได้ และบางประชากรมีแนวโน้มขยายจำนวนเพิ่มขึ้น ข้อมูลเหล่านี้ ช่วยให้เราเข้าใจพันธุศาสตร์ประชากรของค้างคาวแม่ไก่ และเป็นข้อมูลที่ใช้ติดตามและจัดการประชากรค้างคาวในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราต้องการปกป้องสุขภาพของสัตว์ป่าและสุขภาพของมนุษย์ในโลกที่เชื่อมโยงกันมากขึ้น

การกระจายตัวของค้างคาวแม่ไก่ในภาคกลางของประเทศไทย ซึ่งพบว่ามากกว่าร้อยละ 50 ของที่อยู่อาศัยของค้างคาวอยู่ที่วัด

ความสำคัญของการศึกษาภูมิทัศน์จีโนมิกส์

การทำความเข้าใจว่าปัจจัยสิ่งแวดล้อมส่งผลต่อพันธุกรรมและความสามารถในการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตอย่างไร ยกตัวอย่าง สิ่งมีชีวิตในพื้นที่เขตร้อนที่กำลังเผชิญกับความท้าทายจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การขาดแคลนอาหาร น้ำ และการเพิ่มขึ้นของโรค จะทำให้เรารู้ว่าลักษณะทางพันธุกรรมใดช่วยให้สิ่งมีชีวิตเหล่านั้น โดยเฉพาะสัตว์พื้นเมือง ปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันได้ ซึ่งมีผลต่อความอยู่รอดและการผลิตของพวกมัน โดยผลลัพธ์จากการศึกษาภูมิทัศน์จีโนมิกส์ช่วยให้เราวางแนวทางเพื่อการจัดการและพัฒนาการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ให้มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย นอกจากนี้ยังเป็นเครื่องมือสำคัญในการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างระบบนิเวศที่มั่นคงและยั่งยืน

บทบาทของเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศในการวิจัยภูมิทัศน์จีโนมิกส์

เทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ (geo-informatics) มีบทบาทสำคัญในการผลักดันงานวิจัยด้านภูมิทัศน์จีโนมิกส์ ด้วยการใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ เพื่อรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน ช่วยให้เราศึกษาการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตได้อย่างแม่นยำมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการรับข้อมูลจากระยะไกล (remote sensing: RS) คือการใช้ดาวเทียมหรืออากาศยานเพื่อตรวจสอบข้อมูลสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และการเปลี่ยนแปลงของภูมิประเทศ ระบบนำทางด้วยดาวเทียม (global navigation satellite systems:GNSS) เป็นระบบนำทางผ่านดาวเทียมที่ใช้กำหนดพิกัดของพื้นที่อาศัยของสัตว์และติดตามการเคลื่อนที่ของสัตว์ในภูมิประเทศต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยำ ส่วนระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (geographic information systems: GIS) เป็นระบบที่ใช้จัดเก็บ วิเคราะห์ และแสดงข้อมูลภูมิประเทศ ช่วยให้นักวิจัยเห็นความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลความหลากหลายทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตกับสภาพแวดล้อมได้อย่างชัดเจน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

Budi, T., Singchat, W., Tanglertpaibul, N., Wongloet, W., Chaiyes, A., Ariyaraphong, N., Thienpreecha, W., Wannakan, W., Mungmee, A., Thong, T., et al. (2023). Thai local chicken breeds, Chee Fah and Fah Luang, originated from Chinese Black-Boned Chicken with introgression of Red Junglefowl and domestic chicken breeds. Sustainability, 15, 6878. https://doi.org/10.3390/su15086878
Budi, T., Kumnan, N., Singchat, W., Chalermwong, P., Thong, T., Wongloet, W., Faniriharisoa Maxime Toky, R., Pathomvanich, P., Panthum, T., Wattanadilokchatkun, P., et al. (2024). Purifying selection in allelic diversity of the ADSL gene in indigenous and local chicken breeds and red junglefowl in Thailand. Gene, 923, 148587. https://doi.org/10.1016/j.gene.2024.148587
Chaiyes, A., Ariyaraphong, N., Sukgosa, N., Jangtarwan, K., Ahmad, S. F., Laopichienpong, N., Singchat, W., Panthum, T., Duangjai, S., Muangmai, N., et al. (2022). Evidence of genetic connectivity among Lyle’s Flying Fox populations in Thailand for wildlife management and One Health framework. Sustainability, 14, 10791. https://doi.org/10.3390/su141710791
Wattanadilokchatkun, P., Chaiyes, A., Ariyaraphong, N., Wongloet, W., Suksavate, W., Thatukan, C., Kumnan, N., Panthum, T., Thong, T., Singchat, W., et al. (2024). Integrative approach for landscape demography analysis of Plakad-Pa Pak-Tawan-Ok (Betta siamorientalis): Deciphering genetic and environmental factors in Eastern Thailand’s conservation efforts. Global Ecology and Conservation. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e02870
Wattanadilokchatkun, P., Chalermwong, P., Singchat, W., Wongloet, W., Chaiyes, A., Tanglertpaibul, N., et al. (2023). Genetic admixture and diversity in Thai domestic chickens revealed through analysis of Lao Pa Koi fighting cocks. PLoS ONE, 18(10), e0289983. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0289983