Animal Review : ใครว่าสัตว์สังเคราะห์แสงไม่ได้? กระทู้แนะนำ การสังเคราะห์แสง เป็นกระบวนการเดียวที่ระบบนิเวศ ดึงเอาพลังงานจากนอกโลกเข้ามาสู่ห่วงโซ่อาหารได้ พืชใช้แสงสร้างแป้ง ถ่ายทอดไปให้สัตว์นับร้อยพัน ถ้าเกิดไม่มีแสง สิ่งมีชีวิตบนโลกนี้อยู่ไม่ได้อย่างแน่นอน เมื่อก่อนนี้กระบวนการสังเคราะห์แสงถูกจำกัดว่าพบแค่ใน พืช สาหร่าย แบคทีเรียบางชนิดเท่านั้น แต่การศึกษา (ที่ไม่ค่อยใหม่) ของนักวิทยาศาสตร์ ก็เผยให้เห็นว่า มีสัตว์มหัศจรรย์สกุลหนึ่งที่สร้างอาหารได้เช่นกัน สัตว์ตัวนี้คือ Elysia chlorotica ครับ ด้วยรูปร่างที่เหมือนใบไม้ลอยอยู่ในทะเลแถบแคลิฟอร์เนีย ผมขอเรียกมันว่า ทากชาเขียวละกันนะครับ นักวิทยาศาสตร์เริ่มสนใจสัตว์นี้ตั้งแต่ปี 1876 และพร้อมการทดลองมากมาย เปเปอร์วิจัยเกี่ยวกับสัตว์ตัวนี้มีมากทีเดียวครับ เพื่อดูว่าทำไมมันถึงมีสีเขียว ทำไมมันถึงสังเคราะห์แสงได้ แล้วมันเอาคลอโรพลาสต์ (โครงสร้างที่ใช้สังเคราะห์แสง) มาจากไหน กระบวนการนี้มีผลต่อการอยู่รอดของมันมากน้อยเพียงไร องค์ความรู้ที่ได้สามารถประยุกต์ในเชิงพันธุวิศวกรรมและสั่นคลอนทฤษฎีวิวัฒนาการหรือไม่ น่าตื่นเต้นมั้ยละครับ :) A = ด้านบน B = ด้านล่าง C = กินอาหารง่ำๆ D = อยู่กับเพื่อนๆ ที่น่าแปลกใจที่สุดก็ว่า แหล่งของคลอโรพลาสต์ที่มันได้มาเนี่ย มาจากอาหารหลักของมันครับ เป็นสาหร่ายชื่อ Vaucheria litorea ทากชาเขียวไม่ได้เกิดมาพร้อมกับมีร่างกายสีเขียว สาหร่ายที่มันกินเนี่ยจะแปะเอาคลอโรพลาสต์ไว้ในร่างกายของมันตามทางเดินอาหารของมันซึ่งมีลักษณะแตกแขนงครับ ยิ่งโตขึ้น ก็ยิ่งแตกแขนง สีเขียวก็ยิ่งแผ่ซ่านไปทั่วสรรพางค์กาย กลายเป็นเขียวอึ๋ยทั้งตัวเหมือนใบไม้เลยครับ ><" ทากชาเขียวแต่ละสายพันธุ์จะมีโครงสร้างปากที่ต่างกัน สัมพันธ์กับสาหร่ายซึ่งเป็นอาหารของมันว่าเป็นชนิดไหน เพราะคุณทากเนี่ย จะใช้ปากของมัน ดูดองค์ประกอบภายในเซลล์สาหร่ายออกมาจ๊วบๆ จนเมื่อคลอโรพลาสต์ตกถึงทางเดินอาหาร เซลล์เยื่อบุจะเขมือบคลอโรพลาสต์เข้าไปทันที ลักษณะการเจริญเติบโตของทากชาเขียว ความยาวค่อนข้างสั้นครับ ประมาณ 5-6 cm อายุเฉลี่ย 11 เดือนครับ วงจรชีวิตค่อนข้างสัมพันธ์กับกับสาหร่ายชนิดนี้ครับ คือถ้าตอนเด็กๆมันไม่มีคลอโรพลาสต์ในร่างกายแล้วเนี่ย มันไม่สามารถจะเมตามอโฟซิสเป็นตัวเต็มวัยได้ครับ แสดงว่าสิ่งมีชีวิตทั้งสองวิวัฒนาการมาด้วยกันในระดับนึงนะเนี่ย ตอนท้ายๆของชีวิต จะวางไข่ตอนปลายฤดูใบไม้ผลิ หลังจากนั้น จะตายเป็นเบือเลยครับ หมดฝูงเลย ไม่ใช่เพราะว่าคลอโรพลาสต์หมดอายุนะครับ แต่เกิดจากการติดเชื้อไวรัสชนิดหนึ่ง -*- โถพ่อคุณ ปรากฏการณ์นี้พบทั้งทากที่เลี้ยงไว้และในธรรมชาติครับ A = ระยะตัวอ่อน (lavae stage) B = ระยะทาก (slug stage) กำลังเคี้ยวสาหร่ายตุ้ยๆ C = ระยะโตเต็มวัยหลังกินสาหร่าย (young adult) D = ระยะโตเต็มวัยสุดๆ เขียวอี๋ไปเลยนะ (adult sea slug) เจ้าทากชาเขียวเนี่ย ปกติแล้วจะกินสาหร่ายเป็นอาหารไปตลอดชีวิต แต่ถ้าเกิดเราจับมันมาอดอาหาร เราพบว่า มันสามารถสังเคราะห์แสงได้เองครับ ผลผลิตจากการสังเคราะห์แสงของมันจะได้เป็นสารประกอบคาร์บอนอินทรีย์ ที่เอาไปสร้างได้ทั้งอาหาร โมเลกุลภูมิคุ้มกัน และเมือกข้นที่ห่อหุ้มมันไว้ครับ แม้ว่าคลอโรพลาสต์ที่ได้รับมาจะได้มาตั้งแต่สมัยเด็กๆก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เลยสงสัยมากครับ เพราะว่าตามปกติแล้วเนี่ย การสังเคราะห์แสงจะต้องใช้โปรตีนที่ถูกถอดรหัสออกมาจาก DNA ทั้งจากนิวเคลียสของสาหร่าย 90% และจากคลอโรพลาสต์ของสาหร่าย 10% ครับ คุณสมบัติของคลอโรพลาสต์ที่พบในทากชาเขียว เค้าบอกว่าทั้งโครงสร้าง และการดูดกลืนแสง ใกล้เคียงกับของสาหร่ายมากครับ แต่ไอ้เจ้าทากตัวนี้ มันมีเฉพาะคลอโรพลาสต์นี่นา แล้วสังเคราะห์แสงเองได้เนี่ยนะ มันจะเป็นไปได้ยังไงกันหว่า? ส่องดูคลอโรพลาสต์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนครับ A B คือที่อยู่ในทาก ส่วน C D ในสาหร่ายครับ เหมือนกันเด๊ะ การศึกษาในช่วงแรกๆนักวิทยาศาสตร์พบว่า มีโปรตีนปริศนาถูกสร้างในไซโตพลาสซึมของเซลล์ทากชาเขียว แล้วอิมพอร์ทเข้าไปหาคลอโรพลาสต์ครับ เพื่อที่จะอธิบายว่า คลอโรพลาสต์ในทากชาเขียว ทำงานโดยปราศจากคำสั่งจากนิวเคลียสสาหร่ายได้อย่างไร และทำไมถึงมีอายุยืนนานเหลือเกิน เค้าเลยตั้งสมมติฐานขึ้นมา 5 ข้อครับ A คลอโรพลาสต์ของสาหร่ายชนิดนี้เป็นซูเปอร์คลอโรพลาสต์ ทำงานได้เองเกือบ 100% B คลอโรพลาสต์ของสาหร่ายชนิดนี้ และโปรตีนที่มันสร้างได้ มีความเสถียรมากและทนสุดๆ C คลอโรพลาสต์ชนิดนี้ ต้องการโปรตีนนิดเดียวก็ทำงานได้แล้ว ปริมาณ DNA มีน้อยก็ไม่เป็นไร D โปรตีนที่สังเคราะห์ได้จากเซลล์ทากเอง บางส่วนสามารถช่วยคลอโรพลาสต์ทำงานได้ E สารพันธุกรรมบางส่วนของสาหร่าย ได้แทรกเข้าไปอยู่ในจีโนม (สารพันธุกรรมภายในเซลล์) ของทาก จากการทดลองอันยาวนานปรากฏว่า A - genetic autonomy of chloroplastsข้อนี้ไม่จริงครับ เมื่อเค้าทดลอง sequence ลำดับ DNA ทั้งหมดในคลอโรพลาสต์ของทากตัวนี้ พบว่าสังเคราะห์โปรตีนต่างๆที่จำเป็นต่อการสังเคราะห์แสงได้ก็จริง แต่ยังไม่มากพอที่จะสังเคราะห์ทั้งหมดได้อย่างฉายเดี่ยวครับ B - chloroplast & protein stabilityเขาพบว่าความเสถียรของคลอโรพลาสต์ ส่งผลต่อความง่ายในการเขมือบ คลอโรพลาสต์เข้าเซลล์ทากชาเขียวมากกว่าครับ ส่วนความเสถียรของโปรตีนเนี่ยก็มีบ้าง แต่ก็ยังไม่ใช่ปัจจัยหลักในการทำงานนะครับ C - low minimal protein requiremnetข้อนี้ก็ผิดครับ เพราะกลไกการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายและทาก ก็เหมือนกับของชาวบ้านเขา นั่่นคือต้องการโปรตีนหลายร้อยชนิด ที่ถูกถอดรหัสและแปลรหัสจาก DNA จำนวนมหาศาลครับ D - animal nuclear-encoded protein redirect to chloroplastข้อนี้ถูกแต่ไม่ใช่ทั้งหมดครับ เพราะนักวิทยาศาสตร์เค้าพบว่า นิวเคลียสของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเนี่ย ต้องสร้างโปรตีนมาใช้ในกระบวนการสันดาปอาหารได้ ซึ่งกระบวนการนี้ มีความใกล้เคียงกับการสังเคราะห์แสงมากครับ ดังนั้นโปรตีนจากนิวเคลียสของทากชาเขียวที่เอาไว้ใช้สันดาปอาหาร จึงสามารถเข้าไปช่วยคลอโรพลาสต์สังเคราะห์แสงได้ครับ ปัญหาอยู่ที่ว่า การสังเคราะห์แสงนั้นใช้โปรตีนที่ต่างกับการสันดาปอาหาร 2 ชนิด คือรูบิสโก้ (rubisco) และ PRK (phosphoribulokinase) ครับ รูบิสโก้ เป็นโปรตีนที่มากที่สุดในโลกครับ สร้างเองได้จากคลอโรพลาสต์ ตรงนี้ก็ไม่เป็นปัญหา เพราะเซลล์ทากก็มีคลอโรพลาสต์ที่ไปเอาของเค้ามา แต่ PRK เนี่ย เป็นโปรตีนที่ต้องสังเคราะห์จากนิวเคลียสของสาหร่ายเท่านั้นครับ แล้วเจ้าทากที่มีแค่นิวเคลียสของตัวเอง และคลอโรพลาสต์จากสาหร่าย จะมี PRK ได้ยังไงกันล่ะครับ? เราจึงต้องใช้สมมติฐานสุดท้ายมาช่วยอธิบาย E - hotizontal gene transfer คือการที่สารพันธุกรรมหนึ่งจากนิวเคลียสสาหร่าย เข้าไปแทรกอยู่ในนิวเคลียสทากครับ ทำให้ทากสามารถสร้างโปรตีนที่มีความสำคัญ แต่ไม่สามารถสร้างได้จากนิวเคลียสของมันหรือจากคลอโรพลาสต์ที่ได้รับมาได้ เช่น PRK เมื่อกี้ หรือยีน psbO ที่สร้างโปรตีน MSP ครับ สรุปก็คือว่าโปรตีนที่ใช้ในการสังเคราะห์แสงของเจ้าสัตว์ตัวนี้ มาจากสามแหล่งครับ 1) นิวเคลียสของทาก สร้างโปรตีนสันดาปอาหารที่โครงสร้างคล้ายโปรตีนสังเคราะห์แสง 2) คลอโรพลาสต์ ที่ขโมยมาจากสาหร่าย ช่วยสร้างโปรตีนสังเคราะห์แสงได้ระดับหนึ่ง 3) นิวเคลียสของทาก ที่มีสารพันธุกรรมจากนิวเคลียสสาหร่ายมาสอดแทรก ดูเหมือนแค่นี้จะตอบได้ทุกคำถามใช่มั้ยครับ? เปล่าครับ เพราะคำว่า horizontal gene transfer หรือการส่งผ่านสารพันธุกรรม จากสาหร่ายให้ทากชาเขียวเนี่ย เป็นอะไรที่น่าสนใจมากกกกกกกกครับ เพราะปรากฏการณ์นี้ถ้าเกิดขึ้นโดยฝีมือมนุษย์ เราจะเรียกว่าพันธุวิศวกรรมครับ บังคับให้แบคทีเรียผลิตอินสุลินได้ หรือเมล็ดข้าวมีสีเหลืองเพราะสร้างแคโรทีนอยด์ได้ ถ้าในธรรมชาติ ก็พบในสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำเช่นแบคทีเรียครับ สิ่งมีชีวิตชั้นสูง นานๆทีมักเกิดกับสัตว์หรือพืช ได้รับจีโนมมาจากจุลินทรีย์ แต่การที่เกิดกับสิ่งมีชีวิตชั้นสูงอย่างสาหร่ายกับทากทะเลนี่ยิ่งใหญ่มากครับ ลองนึกดูดีๆนะครับว่า ทากตัวนี้ กิน สาหร่ายชนิดนี้ เลยสังเคราะห์แสงได้ ถ้าเกิดกับมนุษย์ล่ะครับ? เมื่อคนเรากินนก เราจะบินข้ามทวีปโดยไม่ใช่เครื่องบินได้หรือเปล่า? หรือกินปลาไหลไฟฟ้า เราจะช๊อตเพื่อนๆที่เข้ามาตบหัวเราได้มั้ยครับ? แล้วถ้ากินปลาตีน สกังค์ กิ้งกาคาเมเลียน ทุเรียน หรือตัวเม่น จะเป็นยังไงนะ ฟังดูเหมือน x-men เลยนะครับ:) ความมหัศจรรย์อีกอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นในทากตัวนี้ก็คือ ภาวะ symbiosis ที่เกิดขึ้นกับมันครับ symbiosis เนี่ย คือการอาศัยอยู่ด้วยกันของสิ่งมีชีวิตสองชนิดครับ บางทีก็เกิดขึ้นในระดับสิ่งมีชีวิต เช่น การที่ปลาเหาฉลามเกาะปลาฉลามไปไหนมาไหน การที่แบคทีเรีย E. coli ในลำไส้เราช่วยสร้างวิตามิน หรือการที่โพรโทซัวในลำไส้ปลวกช่วยสร้างน้ำย่อยออกมาย่อยไม้ที่มันกินครับ ต่างๆเหล่านี้ทำให้เกิดวิวัฒนาการร่วม (coevolution) ต่อทั้งสัณฐานและสรีรวิทยาของคู่สิ่งมีชีวิตครับ สัตว์บางชนิดก็มีสาหร่ายมาอยู่ด้วยแบบ symbiosis นะครับ ทำให้เรามองเห็นสัตว์เหล่านั้นร่างกายมีสีสันต่างๆ และอาศัยออกซิเจนและอาหารที่สาหร่ายเหล่านั้นสร้างขึ้นมาประทังชีวิตครับ สัตว์ประเภทนั้นเช่น ฟองน้ำ ไฮดรา ปะการัง และดอกไม้ทะเลครับ ในบางครั้ง symbiosis อาจเกิดขึ้นในระดับภายในเซลล์ครับ เช่นวิวัฒนาการของสาหร่ายต่างๆในรูปข้างล่าง เค้าบอกว่า สาหร่ายแต่ละชนิดเกิดจากสาหร่ายชั้นต่ำชนิดอื่นๆ มาอาศัยอยู่ในเซลล์สิ่งมีชีวิตชนิดอื่นครับ อยู่ไปนานๆเลยวิวัฒนาการกลายเป็นส่วนหนึ่งของเขาไปซะงั้น แต่สิ่งที่เกิดขึ้นกับทากเนี่ย เป็นสิ่งที่ค่อนข้างแปลกครับ เพราะสิ่งที่เข้าไปอยู่ในภายเซลล์ทาก ไม่ใช่เซลล์อื่น แต่เป็นส่วนของเซลล์อื่นครับ เข้าไปอยู่เปลือยๆซะยังงั้นเลย เป็นที่น่าสงสัยครับว่าทำไม ได้ไง เพราะอะไรกันนะ บางคนก็บอกว่า นี่เป็นการวิวัฒนาการของทากเพื่อเป็นสาหร่ายรึเปล่า? สาหร่ายจากทากเนี่ยนะ -*- อันนี้ไม่น่าใช่นะครับ เพราะว่าลูกทากที่เกิดมาเนี่ย ยังเป็นสัตว์อยู่เลยครับ ตัวยังไม่เขียว ไม่มีคลอโรพลาสต์ ถึงตอนนี้นักวิทยาศาสตร์จะรู้คร่าวๆเกี่ยวกับไอ้ทากตัวนี้แล้ว แต่กลไกที่ซับซ้อนอื่นๆยังเป็นปริศนาอยู่เยอะครับ ทั้งในระดับชีวเคมี ระดับพันธุศาสตร์ อณูพันธุศาสตร์ ฯลฯ ครับ อย่างไรก็ตามจะเห็นว่าโลกของเรามีสิ่งมหัศจรรย์อยู่อีกเยอะ และความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นอีกสิ่งที่ช่วยจรรโลงโลกและธรรมชาติของเราเอาไว้ ยังไงๆก็รักโลกรักสัตว์กันนะคร้าบ ^^" จบแล้วครับ ขอบคุณที่ติดตามตั้งแต่ต้นจนจบนะครับ :) เอกสารอ้างอิง Solar-Powered Sea Slugs. Mollusc/Algal Chloroplast Symbiosis Mary E. Rumpho, Elizabeth J. Summer, and James R. Manhart Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chloroticaMary E. Rumphoa,1, Jared M. Worfula, Jungho Leeb, Krishna Kannana, Mary S. Tylerc, Debashish Bhattacharyad, Ahmed Moustafad, and James R. Manharte Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica CESAR V. MUJER,DAVID L. ANDREWS,JAMES R. MANHART,SIDNEY K.PIERCES,AND MARY E. RUMPHO //www.newscientist.com/article/dn16124-solarpowered-sea-slug-harnesses-stolen-plant-genes-.html //en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis   Create Date : 17 มีนาคม 2552 9 comments Last Update : 7 พฤศจิกายน 2552 13:47:43 น. Counter : 2529 Pageviews. Share Tweet

-สุดยอด ขอชื่นชมค่ะ ไม่ว่ากันนะคะที่พาออกทะเลหน้ากระทู้ พระอินทร์... อิ่มทิพย์ พระอินทร์....ตัวสีเขียว ฤๅ.. พระอินทร์จะสังเคราะห์แสงได้   โดย: ตัวกลมๆผมม้า 17 มีนาคม 2552 16:02:10 น.

ดูรูปไม่ได้ง่ะ   โดย: candleberry 1 พฤษภาคม 2552 16:36:15 น.

น่าทึ่งจริงๆครับ ชอบๆ ขอให้โพสต์เรื่องแบบนี้ให้อ่านบ่อยๆนะครับ   โดย: นกหงส์หยก IP: 125.27.181.27 16 ธันวาคม 2552 20:17:02 น.

ืทากสีเขียวมากเลยค่ะ ท่าทางจะกินสาหร่ายต่อวันเยอะมาก เป็นสิ่งมีชีวิตที่ประหลาดดีนะคะ ไม่เคยอ่านเรื่องราวแบบนี้มาก่อนด้วย ชอบมากเลยค่ะ ^^   โดย: SD08 IP: 58.11.21.184 3 เมษายน 2553 23:42:37 น.

สุดยอด หนุกมากเลยนะ ฮ่าๆๆๆๆๆๆๆ แบบว่ามีสาระดีนะเนี่ย ชอบๆๆๆๆๆ   โดย: polly IP: 183.88.33.199 22 เมษายน 2553 11:12:33 น.

ชอบๆคับ น่าสนใจ เหมือนทบทวนความรู้ไปนตัว   โดย: NaCo IP: 180.180.169.114 11 สิงหาคม 2553 19:57:45 น.

พี่เต๊น เขียนแล้ว อ่านเพลินมากเลยค่ะ ได้ความรู้เพิ่มขึ้นเยอะมากกก   โดย: Parploii IP: 192.168.1.64, 61.7.235.56 2 มีนาคม 2554 11:06:04 น.

So cool ! 100,000 like   โดย: EED IP: 119.46.119.62 26 กันยายน 2554 17:43:55 น.

รูปไม่ขึ้นงะ   โดย: Best IP: 110.168.254.37 24 เมษายน 2557 21:33:43 น.