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

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงรูปแบบใหม่

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงรูปแบบใหม่

เราเรียนกันมาตั้งแต่เด็กแล้วว่า พืช สาหร่าย และแบคทีเรียกลุ่มไซยาโนแบคทีเรีย (cyanobacteria) สามารถสร้างอาหารได้เองจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยอาศัยพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ กระบวนการนี้เรียกว่า การสังเคราะห์ด้วยแสง(photosynthesis)

สิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้เหล่านี้จะสร้างเม็ดสีขึ้นมาดักจับพลังงานแสง โดยเม็ดสีหลักๆที่เราต่างคุ้นชื่อกันดีอยู่แล้วก็คือคลอโรฟิลล์เอ (chlorophyll a) ซึ่งดูดซับแสงโทนสีน้ำเงินม่วงและสีแดงได้ดี ส่วนแสงสีเขียวไม่ได้ถูกนำไปใช้งานทำให้เราเห็นใบไม้เป็นสีเขียวเพราะมันหลงเหลือมาสะท้อนเข้าสู่ดวงตาของเรานั่นเอง

ความสามารถในการดูดซับพลังงานแสงเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษามาโดยตลอดเพราะนี่คือกุญแจสำคัญสำหรับการสร้างอาหารของโลก ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์พบว่าพลังงานต่ำที่สุดที่สามารถกระตุ้นการสังเคราะห์ด้วยแสงได้อยู่ในย่านแสงสีแดง แนวคิดดังกล่าวเรียกว่า ขีดจำกัดแสงสีแดง (Red limit)

ล่าสุด ทีมนักวิทยาศาสตร์จากอิมพีเรียลคอลเลจ (Imperial College) กรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษได้ค้นพบไซยาโนแบคทีเรียกลุ่มหนึ่งซึ่งอาศัยอยู่ในที่อับแสงของอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน (Yellow Stone)  ประเทศสหรัฐอเมริกาและหินที่อยู่ตามชายหาดของประเทศออสเตรเลียโดยที่แบคทีเรียกลุ่มนี้สามารถใช้สเปกตรัมในแถบใกล้รังสีอินฟราเรด (near-infrared) ซึ่งมีพลังงานต่ำกว่าแสงสีแดงมาทำการสังเคราะห์ด้วยแสงได้

กล่าวได้ว่าพวกมันเป็นแบคทีเรียที่สามารถทลาย Red limit ลงไปได้

พืช สาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรียส่วนใหญ่จะใช้คลอโรฟิลล์เอเป็นเม็ดสีหลักในการดักจับพลังงานแสง แต่แบคทีเรีย Chroococcidiopsis thermalis  ตัวเอกของงานนี้จะใช้คลอโรฟิลล์เอในภาวะแสงปกติ แต่เมื่อใดก็ตามที่อยู่ในสภาพแสงน้อยมันจะสลับมาใช้คลอโรฟิลล์เอฟ (chlorophyll f) เป็นเม็ดสีหลักในการดักจับพลังงานจากรังสีอินฟราเรด! โดยรังสีอินฟราเรดที่ว่านี้อยู่ในช่วงความยาวคลื่นที่เรียกว่า เนียร์อินฟราเรด (near-infrared) ซึ่งอยู่ใกล้กับแสงสีแดงที่สุด

คณะนักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงแต่ศึกษาแบคทีเรียในแหล่งธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังนำแบคทีเรียเหล่านี้มาเพาะเลี้ยงในห้องทดลองจนพบว่าพวกมันสามารถสังเคราะห์ด้วยแสงในย่านความยาวคลื่นเนียร์อินฟราเรดได้จริงๆเมื่อนำไปเลี้ยงในตู้ปิดทึบและมีเพียงรังสีในช่วงเนียร์อินฟราเรด เป็นแหล่งพลังงานเท่านั้น

ความน่าทึ่งคือ พวกมันสามารถใช้อินฟราเรดในการสังเคราะห์ด้วยแสง แล้วสลับมาใช้แสงปกติได้ ราวกับไม่มีอะไรเกิดขึ้น

“งานวิจัยนี้ทำให้เราเปลี่ยนความเข้าต่อปฏิกิริยาสำคัญของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เอาจริงๆนะ บางทีเราอาจจะต้องเขียนตำรากันใหม่” บิล รูเทอร์ฟอร์ด (Bill Rutherford) หัวหน้าทีมวิจัยแห่งอิมพีเรียลคอลเลจให้สัมภาษณ์

ปัจจุบัน ตำราชีววิทยาได้กล่าวถึงกลไกสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงเอาไว้ว่า โมเลกุลคลอโรฟิลล์เอคู่พิเศษจะเป็นตัวรวบรวมพลังงานแสงที่เม็ดสีอื่นๆกักเก็บมาแล้วขับเคลื่อนกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงไปยังขั้นตอนถัดไป แต่แนวคิดนี้กำลังจะเปลี่ยนไป เนื่องจากก่อนหน้านี้เคยมีรายงานมาบ้างแล้วว่าคลอโรฟิลล์ตัวอื่นๆที่เป็นเพียงตัวประกอบนั้นสามารถลุกขึ้นมาทำหน้าที่สำคัญได้เช่นเดียวกันและงานวิจัยนี้ก็เป็นหลักฐานอีกหนึ่งชิ้นที่ช่วยยืนยันว่าคลอโรฟิลล์ที่เป็นตัวหลักไม่จำเป็นต้องเป็นคลอโรฟิลล์เอคู่พิเศษเสมอไป

การศึกษาสิ่งมีชีวิตที่ทลาย Red limit นี้ช่วยเปิดโอกาสใหม่ๆให้นักวิทยาศาสตร์นำไปศึกษาต่อยอดมากขึ้น หนึ่งในนั้นคือบรรดานักวิจัยในวงการชีวดาราศาสตร์ที่ก่อนหน้านี้จะใช้ความเข้มของแสงสีแดงเป็นตัวตัดสินว่าสิ่งมีชีวิตจะอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงอื่นๆได้หรือไม่  แต่ต่อไปนี้พวกเขาอาจจะต้องมองหาถึงความเป็นไปได้เพิ่มเติมจากรังสีอินฟราเรด นอกจากนี้ยังกรุยทางไปสู่การตัดต่อพันธุกรรมพืชไร่ พืชสวนให้สามารถใช้ประโยชน์จากแสงอาทิตย์ได้มากยิ่งขึ้น รวมถึงการปรับเอาเทคนิคการป้องกันเซลล์จากภาวะแสงมากเกินของแบคทีเรียเหล่านี้มาใช้ในพืชเศรษฐกิจได้อีกด้วย

ดร. Dennis Nürnberg ผู้ริเริ่มงานวิจัยชิ้นนี้เปิดเผยว่าเขาไม่เคยคาดคิดมาก่อนว่าความสนใจสิ่งมีชีวิตเล็กๆอย่างไซยาโนแบคทีเรียและความหลากหลายในการดำรงชีวิตของมันจะส่งผลกระทบต่อเนื่องเป็นลูกโซ่จนเปลี่ยนแปลงความเข้าใจเดิมๆที่นักวิทยาศาสตร์เคยมีต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

“ธรรมชาติยังมีสิ่งมหัศจรรย์อีกมากรอให้เราไปค้นพบ” เขากล่าวปิดท้าย

 

บทความโดย

อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://www.imperial.ac.uk/news/186732/new-type-photosynthesis-discovered/

Date

กรกฎาคม 2, 2018

Category

STEM NEWS