ฟีโรโมนกับมหาวิบัติตั๊กแตนถล่มโลก

เรื่องโดย
ผศ.ดร.ป๋วย อุ่นใจ
ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

หมอกควันจากพิษเศรษฐกิจ ผลพวงจากวิกฤติโควิด-19 ยังไม่ทันจะจางหาย ทว่าการคุกคามครั้งใหม่ก็ได้ก่อตัว แพร่กระจายสร้างปัญหาใหม่ขึ้นแล้วในหลายประเทศทั่วโลก

ภาพตั๊กแตนอพยพในประเทศออสเตรเลีย เครดิตภาพ : CSIRO

แต่มรสุมแห่งการทำลายล้างคราวใหม่นี้ ไม่ใช่โรคร้ายที่มีเป้าหมายเป็นมนุษย์ แต่กลับเป็นกองทัพตั๊กแตนนับล้าน ที่รวมกลุ่มกันเป็นกองทัพขนาดมหึมาบินว่อนไปทั่วมืดฟ้ามัวดินราววันสิ้นโลก ทำลายพืชผลทางการเกษตรที่เป็นอาหารของมนุษย์ในหลายพื้นที่ทั้งในแอฟริกาและตะวันออกกลางจนแทบไม่เหลือหรอ

การคุกคามของกองทัพแมลงนี้อาจจะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่เป็นประวัติศาสตร์ที่ซ้ำรอยเดิมเวียนไปเวียนมา ซ้ำๆ ซากๆ ภาพการรุกรานของกองทัพตั๊กแตนมีจารึกไว้ในสุสานอียิปต์โบราณตั้งแต่ราวๆ สองพันปีก่อนคริสตกาล หรือแม้ในมหากาพย์ในตำนานอย่างอีเลียด (Iliad) ก็ยังมีกล่าวถึง จะว่าไปก็คงเป็นเหมือนฉากแห่งโศกนาฏกรรมเดิมๆ ที่ส่งผลให้เกษตรกรในหลายๆ ประเทศอาจถึงขั้นล้มละลาย เฝ้ามองดูพืชพรรณธัญญาหารที่เฝ้าเพาะเลี้ยงมาแรมปีอันตรธานหายไปในไม่กี่วันกับฝูงตั๊กแตนขนาดใหญ่ที่บินว่อนกันยั้วเยี้ย โดยไม่รู้จะทำอย่างไร

โดยปกติ ตั๊กแตนจะไม่ค่อยจะถือเป็นปัญหาใหญ่ทางการเกษตร เพราะมักจะอยู่แยกกันแบบเดี่ยวๆ แต่ในสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม อาจจะเป็นระยะฝนชุก อากาศชื้น หรืออาจจะเกี่ยวมรสุมเขตร้อน พวกตั๊กแตนจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างเห็นได้ชัด ทั้งสี ทั้งขนาดตัว ทั้งพฤติกรรม ในระยะนี้ พวกมันจะเข้ารวมฝูงและขยายพันธุ์เพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็วทบเท่าทวีคูณ (อาจจะมากถึงยี่สิบเท่าในระยะเวลาเพียงแค่สามเดือน) กองทัพแมลงขนาดมโหฬารจะแพร่กระจายไปทั่วราวกับกองกำลังเคลื่อนที่เร็วไล่กัดกินพืชผลทางการเกษตรจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง และเมื่อนั้นพวกมันจะกลายเป็นปัญหาใหญ่ระดับโลก

นักวิทยาศาสตร์จะเรียกระยะการอยู่แบบโดดเดี่ยวของตั๊กแตนว่าระยะโดดเดี่ยว (Solitary phase) และเรียกระยะการรวมกลุ่มของตั๊กแตนว่า “ระยะเข้าสังคม” หรือ ระยะ“กริแกเรียส (Gregarious phase)”

ภาพวาดตั๊กแตนที่รวมฝูงถล่มประเทศอังกฤษในป 1748 โดย De la Cour
(เครดิตภาพ: National Libray of Wales)

“ฝูงตั๊กแตนในระยะกริแกเรียสอาจจะมีสมาชิกในฝูงได้มากมายหลายพันล้านตัว” คีท เครสแมน (Keith Cressman) ผู้เชี่ยวชาญจากองค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ (UN Food and Agriculture Organization, FAO) ให้สัมภาษณ์ “ฝูงหนึ่งกองคาราวานตั๊กแตนอาจจะอพยพต่อกันได้ยาวไกลหลายสิบกิโลเมตรแต่ที่น่าสะพรึงที่สุด ก็คือ อานุภาพการทำลายล้างพืชพันธุ์ธัญญาหารต่อวันของฝูงตั๊กแตนอพยพโดยทั่วไป ที่มีขนาดราวๆ 4 ถึง 8 พันล้านตัวจะเทียบเท่ากับปริมาณอาหารที่สามารถเอามาใช้เลี้ยงปากท้องผู้คนได้มากถึงราวๆ สามล้านห้าแสนคนเลยทีเดียว”

ผู้เชี่ยวชาญจาก UN ยังเสริมอีกว่า “ปีนี้ ในเคนยา ปัญหาตั๊กแตนดูจะสาหัสเป็นพิเศษ เรียกว่าหนักที่สุดในรอบ 70 ปี ที่จริง ในอินเดียและปากีสถาน สถานการณ์ก็หนักหนาไม่แพ้กัน” ซึ่งในตอนนี้ รัฐบาลในหลายประเทศที่ต้องประสบปัญหาตั๊กแตนระบาดก็เริ่มที่จะตื่นตัวและเริ่มคิดค้นหาวิธีควบคุมกองทัพตั๊กแตนกันบ้างแล้ว ส่วนใหญ่ก็อจะใช้การโปรยสารฆ่าแมลงหรือสปอร์ราฆ่าแมลงลงมาจากเครื่องบิน เพื่อจัดการฝูงแมลง แต่ทว่าการจัดการกับกองทัพตั๊กแตนนับพันล้านตัวที่เคลื่อนที่ไปอย่างรวดเร็วก็ยังคงเป็นเรื่องที่ท้าทายมากๆ

แต่ปัญหาก็คือมหกรรมตั๊กแตนถล่มเมืองไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยๆ ในทุกๆ ปี แต่นานๆ ทีถึงจะมีสักครั้ง การระบาดครั้งสุดท้ายที่หนักหนาจนถึงขนาดทำให้เกิดทุพภิกขภัยแบบหนักๆ ได้ ก็เนิ่นนานตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษที่แล้ว

งานวิจัย “พื้นฐาน” ที่จะช่วยให้เราเข้าใจชีววิทยาของตั๊กแตนได้อย่างถ่องแท้จนสามารถทำนายการเปลี่ยนพฤติกรรมจากระยะโดดเดี่ยวเพื่อเข้าสู่ระยะกริแกเรียส ก็เลยถูกมองเป็นว่าเป็นงานวิจัยชั้นสอง แนวๆ งานวิจัยลูกเมียน้อย ที่ผู้ให้ทุนดูจะไม่ค่อยเห็นความสำคัญเท่าไร เพราะไม่ได้จะช่วยตอบโจทย์เศรษฐกิจได้ในระยะเวลาอันสั้น

ปัจจุบัน เราจึงยังไม่มีระบบอะไรที่จะช่วยทำนายได้ว่าการระบาดครั้งใหม่จะเกิดขึ้นอีกเมื่อไร ที่ไหน และจะจัดการกับมันอย่างไรดี

งานวิจัยล่าสุดที่พึ่งตีพิมพ์ออกมาในวารสาร Scientific Reports โดยทีมวิจัยจากเคนยา และ FAO ได้นำเสนอระบบปัญญาประดิษฐ์ที่ใช้ข้อมูลต่างๆ ทั้งปริมาณน้ำฝน อุณหภูมิ ความชื้นในดิน รวมถึงการเกิดการคุกคามของฝูงตั๊กแตนนับหลายพันแหล่งที่ได้มาจากฐานข้อมูลที่บันทึกไว้เกือบหมื่นรายการ มาช่วยทำนายแหล่งผสมพันธุ์และระดมผลของพวกตั๊กแตน ที่จะทำให้เราสามารถเข้าไปจัดการวางกับดัก สังหารและควบคุมจำนวนประชากรพวกมันได้ตั้งแต่ก่อนที่จะทวีคูณขยายเผ่าพันธุ์ไปจนคุมไม่อยู่ได้

กระนั้น ผลการทำนายของระบบปัญญาประดิษฐ์ก็ไม่ได้การันตีว่าจะถูกเป๊ะร้อยเปอร์เซ็นต์ ที่จริงแล้ว ผลของมันยังคงต้องรอการประเมินความถูกต้องแม่นยำก่อนว่าตรงแค่ไหน แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ก็ยังเชื่อว่าไม่ว่าระบบปัญญาประดิษฐ์นี้จะทำงานได้ดีเพียงไร ก็ยังอาจจะต้องมีการปรับแต่งและฟีดข้อมูลใหม่ๆ เติมเข้าไปเรื่อยๆ เพื่อช่วยเพิ่มความสามารถในการคาดการณ์การระบาดให้ได้แม่นยำมากยิ่งๆ ขึ้นไป ซึ่งจะน่าเชื่อถือจนสามารถเอามาประยุกต์ใช้งานได้จริงๆ เมื่อไร ก็คงต้องลุ้นกันอีกที

แต่อีกงานวิจัยหนึ่งที่พึ่งจะเผยแพร่ในวารสาร Nature โดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเหอเป่ย (Hebei University) และสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Chinese Academy of Science) ได้เผยองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญที่จะช่วยไขความลับให้เราเข้าใจได้ว่าอะไรที่ทำให้ตั๊กแตนที่เคยอยู่เดี่ยวๆ เปลี่ยนใจแล้ว หันมารวมกลุ่มกันเป็นฝูงตั๊กแตนขนาดยักษ์ได้

พวกเขาสกัดสารเคมีที่ตั๊กแตนหลั่งออกมาได้ทั้งหมด 35 ชนิดและทดสอบคุณสมบัติของสารแต่ละตัวอย่างละเอียด พบว่ามีสารฟีโรโมนอยู่ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า 4-vinylanisole หรือ 4VA ที่โดดเด่นในการดึงดูดตั๊กแตนตัวอื่นๆ ให้เข้ามาสนใจรวมฝูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสารตัวนี้มีอิทธิพลกับตั๊กแตนได้แทบทุกเพศทุกวัย ตั้งแต่วัยรุ่นไปจนถึงตัวเต็มวัย ทั้งตัวผู้และตัวเมีย ทั้งพวกที่อยู่ระยะโดดเดี่ยวและในระยะกริแกเรียส

คำถามคือแล้วตั๊กแตนจะเริ่มสร้าง 4VA เพื่อดึงดูดให้ตั๊กแตนตัวอื่นเข้ามารวมฝูงเมื่อไร? พวกเขาพบว่าเมื่อพวกมันเริ่มอยู่ด้วยกันหลายตัว พวกมันจะเริ่มหลั่ง 4VA ออกมาเพื่อเรียกตั๊กแตนตัวอื่นให้มาสมทบ

ที่เด็ดกว่านั้นคือพวกเขาพบว่าฝูงตั๊กแตนเริ่มต้นโดยมีตั๊กแตนเพียงแค่สี่ห้าตัวก็เพียงพอแล้วที่จะกระตุ้นให้พวกมันเริ่มผลิต 4VA เรียกพวกพ้องมาก่อร่างสร้างฝูงจนกลายเป็นกองทัพได้

นอกจากนี้ นักวิจัยยังค้นพบยีน Or35 ซึ่งเป็นยีนที่ใช้ในการสร้างโปรตีนตัวรับของ 4VA ในเซลล์ประสาทรับกลิ่นในหนวดของตั๊กแตนและพิสูจน์ต่อไปอีกว่าโปรตีนตัวนี้มีความสำคัญมากสำหรับพฤติกรรมรวมกลุ่มของตั๊กแตน พวกเขาพบว่าเมื่อลบยีน Or35 ออกไปจากจีโนมของตั๊กแตนโดยใช้เทคนิค CRISPR-Cas9

ตั๊กแตนกลายพันธุ์ที่ถูกลบยีน Or35 ออกไปแล้วจะไม่รับรู้ฟีโรโมน 4VA และไม่ตอบสนองต่อสัญญานเรียกเข้าสังคมแต่อย่างใด ต้องขอบคุณเทคโนโลยี CRISPR-Cas9 ที่ช่วยให้นักวิจัยสามารถบ่งชี้และพิสูจน์บทบาทของโปรตีนตัวรับของ 4VA ได้อย่างชัดเจนและรวดเร็ว เพราะในอดีต การค้นหาโปรตีนตัวรับ (receptor) ของฟีโรโมนของแมลงถือเป็นเรื่องที่ท้าทาย อย่างในกรณีของ “แบมบิคอล (Bambykol)” ฟีโรโมนแมลงตัวแรกที่พบในหนอนไหม (Bombyx mori) นักวิจัยจำต้องใช้เวลากว่า 50 ปีเพื่อฟันธงลงไปว่าโปรตีนตัวใดที่ทำหน้าที่เป็นโปรตีนตัวรับของแบมบิคอล

แม้ว่าการค้นพบฟีโรโมน 4VA จะถือเป็นการเปิดศักราชใหม่แห่งความเข้าใจในกลไกการรวมกลุ่มของแมลงจำพวกตั๊กแตนที่อาจจะเป็นประโยชน์ในการเอาไปประยุกต์ใช้ในการสร้างนวัตกรรมที่จะใช้ในการดักจับกองทัพตั๊กแตนก่อนที่จะอพยพสร้างปัญหาไปทั่วก็เป็นได้ แต่การค้นพบโปรตีนตัวรับของ 4VA ที่ชื่อว่า Or35 ถือได้ว่าเป็นพัฒนาการอีกก้าวที่สำคัญยิ่งกว่าเพราะมันอาจจะนำไปสู่ในการออกแบบสารเคมีเพื่อยับยั้งการทำงานของโปรตีนตัวรับตัวนี้และหยุดการรวมฝูงไปเลยตั้งแต่แรก เรียกว่าปิดจบปัญหาไปเลย ตั้งแต่ปัญหานั้นยังไม่เกิด

แม้งานวิจัยนี้จะช่วยอธิบายกลไกการรวมฝูงของแมลงได้เป็นอย่างดี และทำให้เราเข้าใจชีววิทยาของแมลงในกลุ่มนี้แบบเห็นภาพมาขึ้น แต่ทว่าก็ยังคงมีคำถามอีกมากมายที่ต้องรอคำตอบต่อไป เช่น มีสารอื่นๆ อีกมั้ยที่จะช่วยกระตุ้นการรวมฝูงของแมลงพวกนี้ แล้ว 4VA นั้นนอกจากจะสามารถกระตุ้นการรวมฝูงได้แล้วนั้น ยังช่วยกระตุ้นการเปลี่ยนสีของแมลงด้วยหรือเปล่า หรือว่าแค่ทำหน้าที่เรียกรวมฝูงเฉยๆ ในตอนแรก แล้วจึงมีสารฟีโรโมนอื่นๆ มารับช่วงต่อไปในภายหลัง

เห็นได้ชัดว่าปัญหาแห่งพายุตั๊กแตนนี้ยังต้องการงานวิจัยเพื่อช่วยสร้างองค์ความรู้อีกมากมายกว่าที่เราจะสามารถควบคุมและจัดการยุติปัญหานี้ไปได้แบบตัดไฟตั้งแต่ต้นลม!

แต่จะว่าไปตั๊กแตนทอดก็อร่อยดีนะครับ…