ไขปริศนา “วาฬ” และ “แมวน้ำ” กักออกซิเจนระหว่างดำน้ำยังไง

เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเหมือนคน แต่ “วาฬ” และ “แมวน้ำ” กลับดำน้ำได้นานเป็นชั่วโมง ทำให้นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าสัตว์ทะเลทั้งสองกักออกซิเจนให้เพียงพอต่อการหายใจระหว่างดำสู่ก้นมหาสมุทรได้อย่างไร ล่าสุดนักวิจัยอังกฤษหาคำตอบดังกล่าวได้แล้ว

ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษา “ไมโอโกลบิน” (myoglobin) โปรตีนที่ทำหน้าที่เก็บโปรตีนไว้ในกล้ามเนื้อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และพบว่าโปรตีนดังกล่าวในวาฬและแมวน้ำนั้นมีคุณสมบัติพิเศษที่ “ไม่หนืด” ซึ่งทำให้สัตว์ทะเลทั้งสองกักออกซิเจนปริมาณมหาศาลไว้ให้กล้ามเนื้อได้โดยไม่เกิดการอุดตัน ซึ่งบีบีซีนิวส์รายงานว่าว่าผลจากการศึกษาครั้งนี้พวกเขาได้เผยแพร่ในวารสาร “ไซน์” (Science)

ดร.ไมเคิล เบเรนบริงก์ (Dr.Michael Berenbrink) จากสถาบันชีววิทยาบูรณาการ (Integrative Biology) มหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล (University of Liverpool) สหราชอาณาจักร ซึ่งร่วมศึกษาในการวิจัยนี้ด้วยกล่าวว่า นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่า สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทางทะเลนั้นอัดโปรตีนที่จำเป็นต่อการหายใจนี้ไว้ในร่างกายมากๆ ได้อย่างไร เพราะหากมีความเข้มข้นมากเกินไปโปรตีนเหล่านี้ก็จะติดกัน      

“ดังนั้น เราจะพยายามทำความเข้าใจว่า แมวน้ำและวาฬนั้นมีวิวัฒนาการให้เก็บโปรตีนเหล่านี้ไว้ในระดับความเข้มข้นสูงมากๆ ภายในกล้ามเนื้อโดยที่ไม่ทำให้สูญเสียการทำงานได้อย่างไร” ดร.เบเรนบริงก์ระบุ
 
ทีมวิจัยที่นำโดย สก็อตต์ มีร์เซตา (Scott Mirceta) จากมหาวิทยาลัยลิเวอร์พูลเช่นเดียวกัน ได้สกัดเอาไมโอโกลบินบริสุทธิ์จากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ทั้งสัตว์บนบกอย่างวัว สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอย่างนาก ไปจนถึงวาฬหัวทุย ซึ่งพวกเขาได้พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงของไมโอโกลบินของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่สามารถดำน้ำลึกนี้ ผ่านวิวัฒนาการนานกว่า 200 ล้านปี และสามารถกักอากาศหายใจได้ดีเยี่ยมจากวิวัฒนาการให้ไมโอโกลบินไม่หนืด

ดร.เบเรนบริงก์ อธิบายว่า ความลับดังกล่าวเป็นเคล็ดสำคัญ เพราะไมโอโกลบินในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทางทะเลนั้นมีประจุเป็นบวก ซึ่งส่งผลเชิงกายภาพที่สำคัญตามมา โดยเหมือนกรณีแม่เหล็กที่ขั้วเหมือนกันจะผลักกัน โปรตีนดังกล่าวจึงผลักกัน และด้วยลักษณะที่ว่านี้ทำให้ทีมวิจัยเชื่อว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ดำน้ำได้ลึกนั้นสามารถกักโปรตีนไว้ในกล้ามเนื้อด้วยความเข้มข้นสูง โดยที่โปรตีนไม่ติดกันและอุดตันกล้ามเนื้อ

ดร.เบเรนบริงก์ กล่าวว่า เขาตื่นเต้นกับการค้นพบนี้ เพราะเป็นสิ่งที่ช่วยให้เข้าใจได้ถึงการเปลี่ยนแปลงอันน่าทึ่งที่เข้ามาแทนในร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เมื่อสัตว์เหล่านั้นวิวัฒนาการจากสัตว์บกมาเป็นสัตว์น้ำ กลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่ต้องหายใจเอาอากาศที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรอย่างทุกวันนี้ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นไปพร้อมๆ กับการเปลี่ยนจากสัตว์สู่สัตว์น้ำ และช่วยให้เราประเมินได้ว่าบรรพบุรุษของวาฬนั้นเริ่มดำน้ำตั้งแต่เมื่อไหร่ และยังค้นหาฟอสซิลเพื่อคาดการณ์ช่วงเวลาที่สัตว์เหล่านี้ดำน้ำได้

นอกจากนี้การเข้าใจแจ่มแจ้งว่าร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนั้นกักเก็บออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไรนั้นยังช่วยงานวิจัยทางการแพทย์ได้ โดยการลอกเลียนข้อมูลทางเคมีของโปรตีนดังกล่าวจะช่วยในการพัฒนาของเหลวนำพาออกซิเจน ซึ่งจะช่วยนำส่งออกซิเจนฉุกเฉินแก่เนื้อเยื่อผูที่ไม่สามารถรับการให้เลือดได้ หากแต่งานวิจัยนี้มีผลที่สำคัญต่อองค์ความรู้ด้านชีววิทยาวิวัฒนาการ

ด้าน นิโคลัส เพียนสัน (Nicholas Pyenson) ภัณฑรักษ์ด้านฟอสซิลสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทางทะเลของสถาบันสมิทโซเนียน (Smithsonian Institution) ในวอชิงตัน ดี.ซี. สหรัฐฯ กล่าวว่า งานวิจัยนี้เป็นความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้นสำหรับความเข้าใจต่อวิวัฒนาการการดำน้ำได้ลึกๆ ซึ่งแนวคิดที่ว่าเราสามารถประมาณเวลานานที่สุดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกวันนี้ จะส่งผลกระทบลึกซึ้งต่อแนวคิดของเราที่มีเกี่ยวกับวิวัฒนาการและชีววิทยาของบรรพบุรุษสัตว์เหล่านี้

อย่างไรก็ดีในมุมของ ศ.ไมเคิล เฟดัค (Prof.Michael Fedak) จากหน่วยวิจัยสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทางทะเล (Sea Mammal Research Unit) ของมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูวส์ (University of St Andrews) ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานวิจัยนี้ชี้ว่า ไมโอโกลบินเป็นแค่ปัจจัยหนึ่งที่อธิบายว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมดำน้ำได้อย่างไร แต่ไม่ใช่ส่วนสำคัญ

“แนวคิดสำคัญสำหรับงานวิจัยคือประเด็นที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทางทะเลนั้นรอดชีวิตจากการถูกบีบอัดจากแรงดันใต้น้ำได้อย่างไร และการหยิบฟอสซิลกระดูกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทางทะเลที่สูญพันธุ์ไปแล้ว และหาเวลาที่สัตว์เหล่านั้นดำน้ำได้ก็นับเป็นเรื่องน่าพิศวง” ศ.เฟดัคให้ความเห็น