จุลินทรีย์...ท้าสู้

โดย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เอกชัย ชูเกียรติโรจน์

ใครเลยจะนึกว่าจุลินทรีย์ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก จะมีความสามารถในการต่อกรกับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ เช่น สัตว์ ในฐานะของคู่ต่อสู้ในการแย่งชิงอาหารสำหรับการดำรงชีวิตได้

จากรายงานการวิจัยของ ศาสตราจารย์มาร์ก เฮย์ (Mark Hay) และทีมงาน ซึ่งได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Ecology ฉบับที่ 87 พ.ศ. 2549 พบว่า จุลินทรีย์อาจจะเป็นคู่ปรับที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตในกลุ่มสัตว์ โดยเฉพาะพวกที่ดำรงชีวิตอยู่ได้ด้วยการบริโภคซากของสิ่งมีชีวิตชนิด อื่น โดยการผลิตสารเคมีที่มีกลิ่นรุนแรงไปรบกวนหรือ ขัดขวางผู้บริโภคอื่นๆ จากแหล่งอาหารสำคัญ อาทิ เนื้อสัตว์ เมล็ดธัญพืช และผลไม้

บทบาทของจุลินทรีย์ในระบบนิเวศ

ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละกลุ่มในระบบนิเวศ จะ มีความซับซ้อนแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับความหลากหลายของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ปรากฏ ตลอดจนสภาพแวดล้อมโดยทั่วไปกลุ่มของสิ่งมีชีวิตจะมีบทบาทและความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกัน ดังจะเห็นได้จากความสัมพันธ์ในเรื่องของสายใยอาหาร โดยนักนิเวศวิทยาสามารถแบ่งกลุ่มของสิ่งมีชีวิตตามบทบาทของการถ่ายทอดพลังงานในสายใยอาหาร เป็น ผู้ผลิต (producer) ผู้บริโภค (consumer) และ ผู้ย่อยสลายอินทรียสาร (decomposer หรือ scavenger) สำหรับความสัมพันธ์ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยร่วมกันใน ระบบนิเวศอาจจะเป็นไปในลักษณะที่ส่งเสริมกัน หรือต้องแข่งขันกัน (ในเรื่องของปัจจัยอาหาร และสถานที่อยู่) ทั้งนี้ความสัมพันธ์ดังกล่าวจะเห็นได้ชัดเจนในกลุ่มสิ่งมีชีวิต ขนาดใหญ่ เช่น พืช และสัตว์

สำหรับจุลินทรีย์ บทบาทที่สำคัญในระบบนิเวศได้แก่การเป็นผู้ย่อยสลายอินทรียสาร ช่วยให้ซากอินทรีย์เน่าเปื่อย ไม่เกิดการสะสม และที่สำคัญคือทำให้เกิดการหมุนเวียน ของธาตุและสารอาหารในระบบนิเวศ นอกจากนี้ จุลินทรีย์อาจจะเป็นผู้ผลิตที่สำคัญ เช่น กลุ่มไซยาโนแบคทีเรีย (cyanobacteria) โดยที่บทบาทของจุลินทรีย์ในฐานะผู้บริโภคมักจะถูกมองข้ามไป หรือคิดว่าไม่สำคัญ หรือแม้กระทั่งไม่น่าจะเป็นไปได้สำหรับสิ่งมีชีวิตในกลุ่มนี้ และนั่นคือที่มาของการศึกษาวิจัยครั้งนี้ โดยศาสตราจารย์เฮย์ ได้เปิดประเด็นในแง่ที่ว่า กลุ่มจุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการครอบครองและป้องกันแหล่งอาหารจากสิ่งมีชีวิตกลุ่มอื่นๆ ได้ จะมีข้อได้เปรียบกว่ากลุ่มจุลินทรีย์ที่ไม่มีความสามารถดังกล่าว ศาสตราจารย์เฮย์ยังได้กล่าวเพิ่มเติมอีกว่า ถ้าจุลินทรีย์สามารถผลิตสารเคมีที่ใช้ขับไล่สัตว์อื่น เช่น พวกปูหรือปลา จากแหล่งอาหารของมันได้ พวกจุลินทรีย์ เหล่านี้ก็สามารถที่จะใช้แหล่งอาหารนี้ได้อย่างเต็มที่ เพื่อ การเจริญเติบโตและขยายพันธุ์

จุลินทรีย์ในบทบาทของผู้บริโภค

อย่างไรก็ตาม สมมติฐานที่ว่าจุลินทรีย์อาจจะมีความสัมพันธ์กับกลุ่มสิ่งมีชีวิตอื่นในลักษณะที่เป็นการแข่งขันเพื่อแย่งชิงปัจจัยอาหารนั้น ไม่ใช่แนวความคิดใหม่ทีเดียวนัก โดยใน พ.ศ. 2520 นักนิเวศวิทยา ชื่อ แดน แจนเซน (Dan Janzen) ได้เสนอแนวความคิดที่ว่า จุลินทรีย์ที่ทำให้ผลไม้หรือเนื้อเน่านั้น จะทำให้เกิดกลิ่นเหม็นที่รุนแรง และมีผลกระทบต่อสัตว์อื่น เพื่อประโยชน์ของกลุ่มจุลินทรีย์เอง โดยที่จุลินทรีย์สามารถยึดครอง แพร่จำนวน และ ใช้แหล่งอาหารเหล่านี้โดยไม่มีการรบกวนจากกลุ่มสิ่งมีชีวิตอื่น

การทดลองของศาสตราจารย์เฮย์

เพื่อที่จะทดสอบแนวความคิดดังกล่าว ศาสตราจารย์เฮย์และคณะได้ออกแบบการทดลองโดยใช้เนื้อปลาเมนแฮเดน (menhaden) ซึ่งปลาชนิดนี้โดยทั่วไปนิยมใช้เป็นเหยื่อสำหรับตกปู หรือปลาขนาดใหญ่ เป็นเหยื่อล่อวางในกรงเพื่อใช้ดักจับสัตว์น้ำ เช่น ปู ปลา และหอยทาก โดยที่เหยื่อปลาเมนแฮเดนนั้นจะใช้ในลักษณะของเนื้อสด (มีจำนวนจุลินทรีย์อยู่น้อย) และในแบบของเนื้อที่ปล่อยให้เน่าตามธรรมชาติในกระแสน้ำเป็นเวลาหนึ่ง และสองวัน (ซึ่งจะมีการครอบครองของจุลินทรีย์อยู่) โดยในการทดลองขั้นแรก คณะผู้วิจัยได้เลือกทดสอบในแหล่งหนองน้ำธรรมชาติใกล้ กับเกาะ สกิดอะเวย์ รัฐจอร์เจีย

จากผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมการเลือกบริโภคเหยื่อของสัตว์น้ำที่จับได้พบว่า สัตว์ส่วนใหญ่เลือกที่จะกินเหยื่อปลาเมนแฮเดนสด มากกว่าเหยื่อที่ปล่อยให้เน่าแล้ว ทั้งนี้โดยสังเกตจากจำนวนของสัตว์น้ำที่ดักจับได้ ในกรงที่ใส่เหยื่อปลาเมนแฮเดนทั้งสองแบบ โดยที่จำนวนของสัตว์น้ำโดยเฉลี่ยที่จับได้ในกรงที่ใส่เหยื่อแบบสดจะมีจำนวนมากกว่าที่พบในกรงที่ใส่เหยื่อที่ปล่อยให้เน่าแล้ว คิดเป็น 2.6 เท่า นอกจากนี้ ทีมวิจัยได้ตรวจสอบถึงชนิดและจำนวนของสัตว์ที่เข้ามากินเหยื่อพบว่า จากจำนวนสัตว์ทั้งหมดที่จับได้ 339 ตัว เป็น ปูประมาณ 74 เปอร์เซ็นต์ ปลาประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ และหอยทากประมาณ 12 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งทางทีมวิจัยได้ให้ข้อสังเกตว่า กลุ่มของสัตว์ที่จับได้ดังกล่าวเป็นพวกที่ใช้ระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับ การรับกลิ่นในการเสาะหาแหล่งอาหาร

จากนั้น ทีมวิจัยได้คัดเลือกปูหิน (stone crab) สำหรับทำการทดลองเพิ่มเติมในห้องปฏิบัติการ ซึ่งผลที่ได้ก็คล้ายคลึงกับผลการทดลองในตอนแรก กล่าวคือ ปูหินยังคงเลือกที่จะกินเหยื่อแบบสดมากกว่า และถึงแม้ว่าในการทดลองที่มีเพียงเหยื่อที่เน่าแล้วเพียงอย่างเดียว ปูหินก็หลีกเลี่ยงที่จะกินอาหารดังกล่าว

นอกจากนี้ คณะผู้วิจัยได้ศึกษาลงในรายละเอียดว่า หากมีการลดจำนวนของจุลินทรีย์ลง จะมีผลให้พฤติกรรมในการบริโภคดังกล่าวเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่ โดยทีมวิจัยได้ทดลองใช้เหยื่อปลาเมนแฮเดนที่ปล่อยให้เน่าแบบเดิม เป็นเวลาสองวัน เปรียบเทียบกับเหยื่อที่ปล่อยให้เน่า แต่ว่ามีการใส่ยาปฏิชีวนะ คลอแรมเฟนิคอล (chloramphenicol) ลงไปด้วย จากผลการทดลองพบว่าปูหินเลือกที่จะกินเหยื่อสด และเหยื่อเน่าที่มีการผสมยาปฏิชีวนะลงไปด้วย แต่ไม่กินเหยื่อเน่าที่ไม่ได้มีการผสมยา

สำหรับการทดลองต่อมา ทีมวิจัยได้ทดลองสกัดสารเคมีจากเหยื่อที่เน่า จากการวิเคราะห์พบว่าองค์ประกอบเป็นสารประกอบพวกเอสเทอร์ของกรดไขมัน ซึ่งสารเคมีกลุ่มนี้หากมีปริมาณมากมักจะทำให้อาหารมีกลิ่นเหม็นหืน ทำให้สัตว์หลายๆ ชนิดไม่ชอบและหลีกเลี่ยง จากการค้นพบองค์ประกอบของสารสกัดดังกล่าวน่าจะเป็นสิ่งที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ดังกล่าวได้ อย่างไรก็ตามทางทีมวิจัยพบว่า เมื่อนำสารสกัดดังกล่าวมาทดสอบโดยตรงกับเหยื่อแล้วสังเกตพฤติกรรมในการบริโภค พบว่าการใช้สารสกัดนั้นไม่มีผล ต่อพฤติกรรมการบริโภคของปูหิน

ถึงกระนั้นก็ตาม ทีมวิจัยยังเชื่อมั่นว่าการที่สัตว์ (ในกรณีนี้คือปูหิน) มีพฤติกรรมการบริโภคที่เปลี่ยนแปลงไป คือไม่เลือกกินเหยื่อที่เน่านั้น เป็นผลมาจากสารเคมีที่จุลินทรีย์ผลิตขึ้น แต่ทั้งนี้เนื่องจากอาจมีข้อผิดพลาดจากวิธีการสกัด การเสื่อมสลายของสารเคมีในระหว่างการสกัด หรือแม้กระทั่งปริมาณของสารเคมีที่สกัดได้มีน้อยมากจนไม่สามารถตรวจสอบได้

จุลินทรีย์เป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่พบได้ทั่วไป และเป็นกลุ่มที่สำคัญในระบบนิเวศ ข้อมูลที่ได้จากการค้นพบครั้งนี้เป็น การชี้ให้เห็นถึงบทบาทและความสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในฐานะผู้แข่งขันกับกลุ่มสิ่งมีชีวิตพวกสัตว์ ในเรื่องของการครอบครองแหล่งอาหารในสายใยอาหาร ผลที่ได้จากการทดลองในครั้งนี้อาจจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนทัศนคติสำหรับบทบาทและความสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ใหม่ หลังจากที่เคยสรุปว่าจุลินทรีย์มีบทบาทในฐานะเพียงผู้ย่อยสลายอินทรียสารเท่านั้น

แปลและเรียบเรียงจาก
Burkepile, D.E. et al. (2006) Chemically mediated competition between microbes and animals: microbes as consumers in food webs. Ecology 87: 2821-2831.