ไขปริศนา “ความลับแห่งหัวปลาดาวห้าแฉก”

โดย ป๋วย อุ่นใจ

นักวิทยาศาสตร์ตอบคำถามได้แล้วว่า “หัวปลาดาวนั้นอยู่ที่ตรงไหน ?” รู้แล้วอาจจะอึ้ง เพราะแม้จะฟังดูเหมือนเป็นคำถามที่ไม่มีสาระอะไร แต่พอศึกษาจนเข้าใจ ผลที่ได้กลับสะท้านสะเทือนวงการชีววิทยา

“งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ควรตั้งต้นมาจากความอยากรู้” เพราะความอยากรู้คือบ่อเกิดของแรงบันดาลใจ และถ้าเรื่องที่เราอยากรู้นั้นเป็นเรื่องใหม่ที่ไม่เคยมีใครรู้ เราก็จะเป็นคนแรกที่ขับเคลื่อนให้เกิดความก้าวหน้าทางสติปัญญา เป็นแนวหน้าในการไขปริศนาแห่งธรรมชาติ

บางทีคำถามที่ดูง่ายและเหมือนไม่น่าจะมีอะไรพิสดาร กลับกลายเป็นงานที่พลิกแนวคิดของวงการวิทยาศาสตร์ไปเลยก็ได้

และงานวิจัยล่าสุดของทีมวิจัยนำโดย คริสโตเฟอร์ โลว์ (Christopher Lowe) จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University) และศูนย์วิจัยชีวภาพชาน-ซักเคอร์เบิร์ก (Chan Zuckerberg Biohub) ที่เพิ่งจะเผยแพร่ออกมาในวารสาร Nature เมื่อต้นเดือนพฤศจิกายนที่ผ่านมา ดูโดดเด่นสะดุดตาน่าสนใจสำหรับผมเป็นพิเศษ บอกเลยว่างานนี้ทำออกมาได้งดงามทั้งภาพและแนวคิด

แม้ว่าชื่อเรื่อง “Molecular evidence of anteroposterior patterning in adult echinoderms” จะฟังดูลึกลับซับซ้อน ยากจะเข้าใจ แต่คำถามวิจัยของทีมคริสโตเฟอร์สำหรับเปเปอร์นี้กลับง่ายและตรงไปตรงมามาก

คำถามของพวกเขาก็คือ “ปลาดาวมีหัวไหม และหัวของมันอยู่ที่ไหน ?”

เป็นอะไรที่ตอบยาก และถ้าถามนักชีววิทยาพัฒนาการ พวกเขาจะตอบแบบมึน ๆ ออกมาได้หลายแบบ บางตำราบอกไว้เลยว่า ปลาดาวไม่มีหัว มีแต่ตัวล้วน ๆ

แต่ถ้าดูโครงสร้างร่างกายของปลาดาว ปากจะอยู่บริเวณท้องด้านล่างตรงกึ่งกลางตัวพอดิบพอดี ส่วนทวารจะอยู่ที่หลังด้านบน

ซึ่งทำให้หลายคนอาจตีความว่าส่วนหัวหรือส่วนหน้า (anterior) ก็น่าจะตรงกับส่วนตรงกลางข้างใต้ตัวปลาดาวตรงที่เป็นปากนี่แหละ ในขณะที่ลำตัวก็คือส่วนตรงกลางที่มีระยางค์ยื่นออกมาเป็นห้าแฉก และในส่วนของบั้นท้ายหรือส่วนหาง (posterior) ก็คือทวารที่อยู่ด้านบน

ถ้าเชื่อตามไอเดียนี้ ทิศทางโครงสร้างร่างกายปลาดาวจากหัวไปหางก็คือจากล่างขึ้นบน

แม้จะฟังดูเข้าที แต่ทว่าบางคนกลับไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีนี้ เพราะถ้าพิจารณาจากโครงสร้างของระบบประสาทที่พิลึกพิลั่นของพวกมันแล้ว ส่วนหัวน่าจะเป็นบริเวณตรงกลางตัวที่มีปมประสาทฟอร์มตัวเป็นวงแหวน เส้นประสาทของพวกมันจะกระจายยืดยาวออกไปตามวงรัศมีห้าแฉก โดยที่ปลายเส้นประสาทจะไปสุดอยู่ที่ส่วนปลายของแขนหรือระยางค์ของปลาดาว ซึ่งถ้าจะเลือกเชื่อทิศทางลำตัวไล่จากหัวไปหางตามทิศทางของระบบประสาท ก็อาจจะตีความได้ว่าตรงกลางที่มีวงแหวนประสาทอยู่ครบถ้วน (รวมทั้งปากและก้น) นั้นคือส่วนหัว ลำตัวคือระยางค์ทั้งห้าไล่มาเป็นส่วนบั้นท้ายที่ตรงสุดปลายประสาทที่สุดปลายรัศมี

ถ้าเชื่อตามนี้ ปลาดาวจะมีหนึ่งหัวตรงกลาง มีห้าลำตัวแยกออกเป็นห้าแฉก แต่นี่อาจจะยังไม่เพี้ยนพอ เพราะที่เพี้ยนที่สุดคือที่ตรงปลายสุดของเส้นประสาทของปลาดาวบางชนิดมีปมประสาทที่มารวมตัวกันเป็นจุดตา (ocelli) ไว้รับแสงอยู่อีกด้วย

นั่นหมายความว่าถ้าทฤษฎีนี้เป็นจริง ปลาดาวหนึ่งตัวจะมีห้าหาง ทุกหางมีโครงสร้างภายในเหมือนกันเป๊ะ และที่สำคัญแต่ละหางอาจจะมีตาเล็ก ๆ อยู่ตรงปลาย (เหวอ)

แต่เหตุผลแนวคิดที่ว่ามาทั้งหมดนี้ แม้แต่นักชีววิทยาทางทะเลแบบฮาร์ดคอร์อย่างคริสโตเฟอร์ยังไม่สามารถฟันธงได้จริง ๆ ว่าหัวของปลาดาวอยู่ตรงไหน

ลักษณะทางกายวิภาคของปลาดาวมันพิลึกพิลั่นเกินไป ถ้าจะให้บอกได้ ต้องย้อนกลับไปดูตั้งแต่กระบวนการพัฒนาการตอนที่ยังเป็นตัวอ่อน…

และที่แปลกประหลาดที่สุดคือปลาดาวไม่ได้เกิดมามีสมมาตรเป็นรัศมีมีห้าแฉกเป็นรูปดาวเลย ในความเป็นจริงตัวอ่อนของปลาดาวมีรูปร่างเป็นแบบสมมาตรครึ่งซีก หรือทางชีววิทยาเรียกว่าเป็นพวกไบแลเทอเรียน (bilaterian) นั่นคือลักษณะร่างกายสองด้านสมมาตรกัน เช่นเดียวกับมนุษย์ นก ปลา และสัตว์อื่นๆ

แต่พอมันเริ่มเจริญเติบโต สมมาตรในร่างกายของพวกมันจะเริ่มเเปรเปลี่ยนไปกลายเป็นรูปดาวมีสมมาตรเป็นแบบรัศมีห้าแฉก

การแปลงร่าง (metamorphosis) จากที่เป็นสมมาตรครึ่งซีกในระยะตัวอ่อนไปเป็นสมมาตรแบบรัศมีในระยะตัวเต็มวัย
ที่มาภาพ : Laurent Formery

คริสโตเฟอร์เชื่อว่าถ้าเราสามารถเข้าใจกระบวนการแปลงร่างของมันได้ เราจะหาเจอว่าหัวที่แท้จริงของปลาดาวนั้นอยู่ที่ไหน

นี่ไม่ใช่เรื่องง่ายเลย คริสโตเฟอร์เผยว่าการศึกษาพัฒนาการของปลาดาวให้รู้ว่าพัฒนาจากสมมาตรครึ่งซีกไปเป็นสมมาตรรัศมีได้อย่างไรนั้นถือเป็น “ปริศนาทางสัตววิทยาที่ไม่มีใครสามารถไขได้มากว่าศตวรรษ”

การค้นพบว่าสัตว์ต่าง ๆ ที่มีสมมาตรแบบครึ่งซีกอย่างแมลงหวี่นั้นพัฒนาขึ้นมาเป็นส่วนหัว ส่วนลำตัว ส่วนหางได้อย่างไรในระดับอณูก็ถือเป็นการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ ถึงขนาดที่นักวิจัยสามท่านผู้บุกเบิกและค้นพบกลไกทางพันธุกรรมที่ควบคุมกระบวนการแห่งพัฒนาการนี้สามารถคว้ารางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ไปครองได้ในปี ค.ศ. 1995

ได้เเรงมาจากงานโนเบลทั้งสาม คริสโตเฟอร์เชื่อว่าไม่ว่าร่างกายจะประหลาดสุดจินตนาการแค่ไหน ถ้าสามารถเข้าใจกลไกทางพันธุกรรมที่ควบคุมพัฒนาการแห่งสมมาตรรัศมีของปลาดาวในระหว่างการแปลงร่างได้ การที่จะระบุหัว ลำตัว และหางของปลาดาวแบบที่ไม่น่าจะมีใครเถียงได้ก็น่าจะเป็นไปได้

กุญแจสำคัญคือมองให้ลึกลงไประดับยีนที่เกี่ยวข้องกับการแยกส่วนหัวจากส่วนหางให้ได้ ซึ่งจริง ๆ แล้วก็เป็นรหัสยีนเดียวกันที่ควบคุมแต่ละส่วนของร่างกายในทุกกลุ่มของสัตว์นั่นแหละ

และเพื่อให้เห็นภาพชัด พวกเขาศึกษาแบบแผนการแสดงออก (หรือก็คือการเปิดสวิตช์) ของยีนที่ควบคุมการสร้างหัว ลำตัว และหางของปลาดาว Patiria miniata เป็นสามมิติ โดยเปรียบเทียบกับหนอนทะเล Saccoglossus kowalevskii ที่หลาย ๆ คนเรียกหนอนลูกโอ๊ก (acorn worm) หนึ่งในญาติที่สนิทที่สุดของปลาดาวที่มีการวิจัยและศึกษาข้อมูลทางพันธุกรรมเอาไว้อย่างค่อนข้างทะลุปรุโปร่ง

ปลาดาว Patiria miniata พระเอกหลักของงานวิจัยนี้ มีโครงสร้างร่างกายเป็นรูปดาวห้าแฉก
ที่มาภาพ : Laurent Formery

ยีนที่ควบคุมลักษณะและพัฒนาการของส่วนหัว ลำตัว และหางของหนอนลูกโอ๊กก็น่าที่จะแสดงออกในช่วงพัฒนาการของส่วนหัว ลำตัว และหางของปลาดาวด้วยเช่นกัน

ลอเรนต์ ฟอเมอรี (Laurent Formery) หนึ่งในนักวิจัยในทีมวิจัยปลาดาวของคริสโตเฟอร์กล่าวด้วยความประหลาดใจ “ยีนที่ควบคุมการสร้างหัวนั้นแสดงออกไปทั่วในตัวปลาดาว แม้แต่ผิวที่ดูตะปุ่มตะป่ำก็ยังเจอ ในขณะที่การแสดงออกของยีนที่ควบคุมการสร้างลำตัวและหางนั้นกลับแทบไม่มีเลย”

นักวิจัยจากชาน-ซักเคอร์เบิร์กไบโอฮับย้อมร่างของปลาดาวด้วยสีฟลูออเรสเซนซ์เพื่อติดตามการแสดงออกของยีนที่ควบคุมส่วนต่าง ๆ ในร่างกายปลาดาว
ที่มาภาพ : Laurent Formery

นั่นหมายความว่า ปลาดาวนั้นมีแต่หัว ลำตัวไม่มี ร่างกายทั้งตัวของมันทั้งห้าแฉกก็คือหัวล้วน ๆ จินตนาการว่ามีแต่หัวคืบคลานเตร็ดเตร่อยู่ใต้ท้องทะเล แค่คิดก็แทบจะได้พลอตเรื่องหนังสยองขวัญแล้ว

การค้นพบนี้สำคัญมากเพราะช่วยเปิดมุมมองใหม่ในการศึกษาพัฒนาการ-วิวัฒนาการ (evo-devo) ของสิ่งมีชีวิต

และถ้ามองในมุมของวิวัฒนาการ ปลาดาววิวัฒน์มาสายเดียวกับไบแลเทอเรียน ซึ่งบางทีการสูญเสียการแสดงออกของยีนในท่อนลำตัวและหางไปในช่วงพัฒนาการอาจจะเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้พวกมันย้อนกลับไปมีโครงสร้างร่างกายสมมาตรแบบรัศมี และนั่นอาจจะเกิดขึ้นในช่วงไหนสักช่วงในห้วงเวลาอันยาวนานของการวิวัฒน์

ชีวิตคือสิ่งซับซ้อน ธรรมชาติทำให้เราแปลกใจได้เสมอ บางทีการตอบคำถามหนึ่งอาจจะเปิดประตูสู่คำถามใหม่ ๆ อีกมากมายที่เป็นปริศนาท้าทายความอยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์ต่อไป

หลายครั้งที่งานวิจัยที่เกิดจากความอยากรู้อยากเห็นฉีกตำราและความเข้าใจดั้งเดิมไปแบบแทบไม่เหลือ อย่างในกรณีนี้ก็เรียกว่าแทบจะเขียนตำราใหม่เกี่ยวกับพัฒนาการของสิ่งมีชีวิตไปได้เลย

ชัดเจนว่ายังมีอะไรอีกมากที่เราไม่รู้ แต่อย่างน้อยตอนนี้ เราก็รู้แล้วว่า “หัวปลาดาว” อยู่ตรงไหน !!!