อะมีบาชนิดนี้มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Incendiamoeba cascadensis พบในแหล่งน้ำร้อนใต้พิภพภายในอุทยานแห่งชาติภูเขาไฟลาสเซน (Lassen Volcanic National Park) รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา มีชื่อสามัญ (common name) ว่า Fire amoeba (อะมีบาเพลิง)
ทีมวิจัยเก็บตัวอย่างสิ่งมีชีวิตจากแหล่งน้ำร้อนภายในอุทยาน ก่อนนำมาเพาะเลี้ยงและศึกษาต่อในห้องปฏิบัติการ และได้พบว่าอะมีบาชนิดหนึ่งที่เก็บกลับมานั้นยังคงเจริญเติบโตได้ดีที่อุณหภูมิ 57 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นสถิติเดิมของอะมีบา จากนั้นนักวิจัยจึงค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิขึ้น
ผลการทดลองพบว่า I. cascadensis ยังคงเพิ่มจำนวนตัวเองได้ในอุณหภูมิ 63 องศาเซลเซียส เป็นการทำลายสถิติเดิมของยูแคริโอตที่ 60 องศาเซลเซียส ซึ่งเคยพบในเชื้อราและสาหร่ายสีแดงบางชนิด เมื่ออุณหภูมิทะลุ 63 องศาเซลเซียส อะมีบาจะหยุดเพิ่มจำนวน แต่ยังเคลื่อนไหวและหาอาหารได้ หากอุณหภูมิสูงกว่านั้น อะมีบาจะหดตัวเป็นรูปทรงกลมซีสต์ (cyst) ซึ่งเป็นภาวะที่อะมีบาหลายชนิดใช้เพื่อพักตัวและลดความเสียหายจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม
แม้จะต้องผ่านความร้อนที่สูงถึง 70 องศาเซลเซียส แต่เหล่าอะมีบาก็สามารถกลับมาเจริญเติบโตตามปกติได้เมื่อลดอุณหภูมิลงเหลือ 60 องศาเซลเซียส ทีมนักวิจัยพบว่าขีดจำกัดด้านอุณหภูมิของอะมีบาชนิดนี้อยู่ที่ 80 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นจุดที่โปรตีนและเซลล์หยุดการทำงานโดยสมบูรณ์
เหตุใดการค้นพบนี้จึงสำคัญ
สิ่งมีชีวิตบนโลกแบ่งอย่างกว้าง ๆ ได้เป็นสองกลุ่ม คือ โพรแคริโอต (prokaryote) และยูแคริโอต (eukaryote)
โพรแคริโอตได้แก่ แบคทีเรีย (bacteria) และอาร์เคีย (archaea) เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ไม่มีนิวเคลียส (nucleus) หรือออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม (membranous organelle) โครงสร้างภายในเซลล์จึงไม่ซับซ้อนมากนัก สิ่งมีชีวิตบางชนิดในกลุ่มนี้ทนต่อสภาพแวดล้อมรุนแรงได้ดี เช่น อาร์เคีย Methanopyrus kandleri ซึ่งอาศัยอยู่ใกล้ปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลลึก สามารถทนความร้อนได้ถึง 122 องศาเซลเซียส
ส่วนยูแคริโอตมีโครงสร้างเซลล์ซับซ้อนกว่า ภายในเซลล์มีนิวเคลียสซึ่งบรรจุสารพันธุกรรม รวมถึงออร์แกเนลล์ต่าง ๆ เช่น ไมโทคอนเดรีย (mitochondroa) และร่างแหเอนโดพลาสมิก (endoplasmic reticulum) สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้ครอบคลุมตั้งแต่โพรทิสต์ (protist) และสาหร่ายเซลล์เดียว ไปจนถึงเห็ดรา พืช และสัตว์
ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์ของยูแคริโอตอาจไม่เสถียรเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 62 องศาเซลเซียส เนื่องจากความร้อนจะทำให้โปรตีนและโมเลกุลที่จำเป็นต่อการทำงานของเซลล์เสื่อมสภาพ รวมทั้งทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ได้ การที่ I. cascadensis ยังแบ่งเซลล์ได้ที่ 63 องศาเซลเซียส จึงแสดงให้เห็นว่ายูแคริโอตบางชนิดทนความร้อนได้มากกว่าที่เคยคาดกันไว้
อะไรทำให้อะมีบาทนความร้อนได้มากขนาดนี้
นักวิจัยถอดรหัสจีโนมของ I. cascadensis และตรวจสอบการแสดงออกของยีนในอุณหภูมิระดับต่าง ๆ ผลการศึกษาพบว่าอะมีบามีกลไกหลายอย่างที่ช่วยลดความเสียหายจากความร้อน ได้แก่ การเพิ่มการทำงานของยีนที่ช่วยรักษาโครงสร้างและการพับตัวของโปรตีน การปกป้องและซ่อมแซมดีเอ็นเอ การควบคุมการลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และการใช้โปรตีนที่มีประจุบวกบนพื้นผิวเป็นจำนวนมาก ซึ่งอาจช่วยเพิ่มความเสถียรเมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูง
ลักษณะการใช้โปรตีนดังกล่าว พบในแบคทีเรียและอาร์เคียที่ทนความร้อนเช่นกัน แม้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะอยู่คนละกลุ่มและวิวัฒนาการมาแตกต่างกัน แต่ต่างก็พัฒนาคุณสมบัติบางอย่างที่ช่วยให้โปรตีนภายในเซลล์ทำงานได้ในสภาพร้อนจัด
นอกจากนี้ เมื่ออะมีบาอยู่ในภาวะซีสต์ นักวิจัยยังพบโครงสร้างคล้ายขนที่เคลื่อนไหวได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งคาดว่าอาจเกี่ยวข้องกับการตรวจจับอุณหภูมิ แต่ยังต้องศึกษาเพิ่มเติมเพื่อยืนยันหน้าที่ของโครงสร้างดังกล่าว
อาจมีอะมีบาทนร้อนชนิดอื่นอีก
เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลพันธุกรรมจากตัวอย่างแหล่งความร้อนใต้พิภพในพื้นที่ต่าง ๆ นักวิจัยพบชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่คล้ายกับของ I. cascadensis อยู่ทั้งภายในตัวอย่างสิ่งมีชีวิตที่ได้มาจากนิวซีแลนด์และอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน (Yellowstone) ข้อมูลนี้บ่งชี้ว่าอาจมีอะมีบาทนความร้อนที่มีความเกี่ยวข้องกันอาศัยอยู่ในภูมิภาคอื่นของโลกด้วย ทำให้นักวิทยาศาสตร์อาจจะต้องกลับไปทำการสำรวจหาอะมีบาในแหล่งน้ำพุร้อนกันใหม่อีกครั้งจากที่เดิมทีโพรแคริโอต อันเนื่องมาจากแนวคิดเดิมที่เคยเชื่อว่ายูแคริโอตไม่น่าจะทนความร้อนได้สูงนัก
ความเกี่ยวข้องกับการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก
นักชีวดาราศาสตร์ (astrobiologist) ศึกษาสิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาพแวดล้อมรุนแรง (extremophile) เพื่อทำความเข้าใจขอบเขตที่สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่ได้ การศึกษาส่วนใหญ่ในอดีตมุ่งไปที่แบคทีเรียและอาร์เคีย แต่การค้นพบครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ที่มีโครงสร้างซับซ้อนก็อาจปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วได้เช่นกัน
ข้อมูลนี้ช่วยขยายกรอบการพิจารณาว่าสภาพแวดล้อมแบบใดอาจรองรับสิ่งมีชีวิตได้ ทั้งบนโลกและดาวดวงอื่น อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งเท่านั้น การดำรงชีวิตยังขึ้นอยู่กับความเป็นกรด-ด่าง ปริมาณออกซิเจน ความดัน น้ำ แหล่งอาหาร และสิ่งมีชีวิตอื่นในระบบนิเวศ
ดังนั้น การค้นพบ I. cascadensis เป็นหนึ่งในข้อมูลใหม่ที่แสดงให้เห็นว่า ขีดจำกัดด้านอุณหภูมิของยูแคริโอตอาจสูงกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยประเมินไว้ และอาจจะมีสิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้บนดาวเคราะห์ที่มีทะเลร้อนระอุอยู่ก็เป็นได้
เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
ที่มาข้อมูล : NASA, sciencealert
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
