Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

นักวิทย์พบว่าพืชสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าคล้ายระบบประสาทในสัตว์

นักวิทย์พบว่าพืชสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าคล้ายระบบประสาทในสัตว์

ลองจินตนาการว่าเรากำลังนั่งชมวิวเพลินๆอยู่ใต้ร่มไม้

แล้วมียุงโชคร้ายตัวหนึ่งบินลงมาเกาะที่โคนขาของเรา จากนั้นมันค่อยๆบรรจงใช้ปากแหลมทิ่มแทงผ่านชั้นผิวหนังเพื่อควานหาเส้นเลือด ระบบรับรู้ความเจ็บปวดของเราก็ส่งสัญญาณแล่นผ่านเส้นประสาทไปแปลผลที่สมองสั่งการให้เรามองหาตำแหน่งที่ยุงกัดและเงื้อมือขึ้นเตรียมตบยุงตัวนั้น

สิ่งเร้าที่โคนขาทำให้เกิดการส่งสัญญาณไปยังสมองมาจบที่การตอบสนองของฝ่ามือ

กระบวนการทั้งหมดนี้กินเวลาไม่ถึงเสี้ยววินาที เพราะระบบประสาทที่สั่งการด้วยกระแสไฟฟ้าเพื่อรับสัมผัสประมวลผลและตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นต่างๆได้อย่างรวมเร็ว

นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่าต้นไม้เองก็อาศัยสารเคมีในการสื่อสารและตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม แต่การส่งสัญญาณด้วยกระแสไฟฟ้านั้นยังไม่มีการศึกษามากนัก

ทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดย มาซัตซูกุ โตโยต้า (Masatsugu Toyota) แห่งภาควิชาชีวเคมีและอณูชีววิทยามหาวิทยาลัยไซตามะ ประเทศญี่ปุ่นค้นพบว่าแท้จริงแล้วต้นไม้เองก็มีระบบสื่อสารทางไกลด้วยความรวดเร็วเมื่อได้รับบาดเจ็บโดยที่กลไกดังกล่าวคล้ายกับที่พบในสัตว์

เมื่อเซลล์ประสาทของสัตว์ได้รับการกระตุ้น โปรตีนขนส่งไอออนจะเปิดออกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์และส่งกระแสไฟฟ้าในระดับมิลลิโวลต์ไปตามแขนงประสาท เมื่อสัญญาณถูกส่งไปถึงปลายสุดของเซลล์ประสาทแล้ว เซลล์ประสาทจะปลดปล่อยสารสื่อประสาท (neurotransmitter) ออกมาเพื่อไปสั่งการเซลล์อื่นๆต่อไป

หนึ่งในสารสื่อประสาทสำคัญก็คือ กลูตาเมต (glutamate)

คณะนักวิจัยของมาซัตซูกุจึงพุ่งความสนใจไปที่ระบบส่งสัญญาณด้วยกลูตาเมตและแคลเซียมในพืชซึ่งก่อนหน้านี้พบว่ามีบทบาทสำคัญในกระบวนการต่อสู้กับเชื้อโรคและควบคุมการเจริญเติบโตของรากโดยศึกษาในต้นอะราบิดอปซิส(Arabidopsis) พืชในกลุ่มเดียวกับมัสตาร์ดและผักกาดที่นักวิจัยด้านพืชนิยมนำมาศึกษา

ทีมนักวิจัยตัดต่อพันธุกรรมให้เซลล์ของต้นอะราบิดอปซิสเรืองแสงสีเขียว เมื่อมีแคลเซียมเพิ่มมากขึ้น จากนั้นทดสอบโดยการนำหนอนผีเสื้อมากัดกินใบ

ภาพที่ได้ยืนยันว่าปริมาณแคลเซียมในเซลล์พืชที่โดนกัดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลา 2 วินาทีและใช้เวลา 1-2 นาทีในการแพร่กระจายไปยังใบที่อยู่ห่างออกไปผ่านท่อลำเลียงอาหาร (phloem) ส่วนเซลล์ที่อยู่ในใบที่ถูกทำลาย แคลเซียมจะเคลื่อนที่ผ่านรูระหว่างเซลล์ที่เรียกว่าพลาสโมเดสมาตา (plasmodesmata) แม้จะถือว่าช้ากว่าระบบประสาทของสัตว์มากซึ่งส่งสัญญาณได้ด้วยความเร็ว 120 เมตรต่อวินาที แต่ก็นับว่าเร็วมากแล้วสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้สร้างระบบอวัยวะขึ้นมาเพื่อรองรับการรับส่งสัญญาณไฟฟ้าโดยเฉพาะ

แน่นอนว่าเมื่อตัดต่อพันธุกรรมพืชให้มันไม่สามารถสร้างโปรตีนตัวรับกลูตาเมตได้ กระแสคลื่นของแคลเซียมก็จะไม่เกิดขึ้น

ไม่เพียงแต่รอยหนอนกัดเท่านั้น คณะนักวิจัยยังพบด้วยว่าร่องรอยการตัดด้วยกรรไกรหรือแม้กระทั่งการใช้มือสัมผัสก็ทำให้เกิดกระแสของแคลเซียมได้เช่นกัน

บางทีแคลเซียมในเซลล์ที่เพิ่มขึ้นอาจไปกระตุ้นกลไกการป้องกันตัวของพืชที่เคยค้นพบมาก่อนหน้านี้ เช่นการสร้างสารเคมีให้ระเหยไปตามอากาศเพื่อเรียกตัวต่อมาวางไข่บนหนอนผีเสื้อคู่ปรับ

การทดลองนี้ช่วยยืนยันว่าโลกสีเขียวของพืชนั้นซับซ้อนกว่าที่เราคิดและต่อไปเราอาจใช้กลไกนี้ช่วยควบคุมพฤติกรรมพืชให้เกิดประโยชน์สูงสุดต่อมนุษย์

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://www.sciencemag.org/news/2018/09/plants-communicate-distress-using-their-own-kind-nervous-system

http://science.sciencemag.org/content/361/6407/1112

http://www.plantphysiol.org/content/121/2/325

Date

ตุลาคม 29, 2018

Category

STEM NEWS