รู้จักปลาสายพันธุ์ตัวเมียล้วน ที่ดำรงอยู่มาแสนปี จนนักวิทยาศาสตร์ต้องทบทวนทฤษฎีการสืบพันธุ์

ที่มาของภาพ : Manfred Schartl/BBC

• • Author, ฟลอเรนซ์ เครก
  • Role, ผู้สื่อข่าว บีบีซี
• Printed เมื่อ 21 นาทีที่ผ่านมา
• เวลาอ่าน: 8 นาที

ในแม่น้ำหลายสายของประเทศเม็กซิโกและทางตอนใต้ของรัฐเท็กซัส มีปลาชนิดหนึ่งกำลังแหวกว่าย ทั้งที่แท้จริงแล้วปลาชนิดนี้ควรจะสูญพันธุ์ไปนานแล้ว

ปลาตัวเมียตัวนี้กำลังแหวกว่ายไปท่ามกลางฝูงที่มีแต่ตัวเมีย เกล็ดสีเงินของเธอปัดป่ายกับตัวผู้ของสายพันธุ์ที่มีความใกล้ชิดกัน และในตอนนั้นเองที่เธอเลือกคู่ แต่ด้วยความพลิกผันทางวิวัฒนาการที่เกินคาดคิด ยีนของตัวผู้กลับไม่มีส่วนเกี่ยวข้องใด ๆ กับลูกหลานที่จะออกมาเลย

กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ “ไจโนเจเนซิส” (gynogenesis) ซึ่งปลาตัวเมียจะใช้อสุจิของตัวผู้เพียงเพื่อกระตุ้นการพัฒนาของไข่ แต่จะกำจัดดีเอ็นเอจากตัวผู้ทิ้งไปอย่างรวดเร็ว และปลาตัวเมียนี้ก็ให้กำเนิดเฉพาะลูกสาว ซึ่งแต่ละตัวล้วนเป็นร่างโคลนของเธอเอง

ปลาชนิดนี้คือปลาแอมะซอน มอลลี่ (Amazon molly) ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามชนเผ่านักรบหญิงล้วนในตำนานกรีก และมันได้สร้างความฉงนให้กับนักวิทยาศาสตร์มานานเกือบหนึ่งศตวรรษ

ทฤษฎีวิวัฒนาการชี้ให้เห็นว่าสายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศควรจะสูญไปอย่างรวดเร็ว เพราะเมื่อไม่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ การกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายจะสะสมตัวอยู่ในจีโนมเมื่อเวลาผ่านไป แต่สายพันธุ์ที่มีเฉพาะตัวเมียนี้กลับดำรงอยู่มาได้ราว 100,000 ปีแล้ว

ปลาแอมะซอน มอลลี่รอดชีวิตมาได้อย่างไร ในเมื่อทฤษฎีระบุว่ามันควรจะสูญพันธุ์ไปตั้งนานแล้ว ?

ทำไมการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศจึงเป็นเรื่องสำคัญ

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศนั้นมีต้นทุนที่สูง เอ็ดเวิร์ด ไรซ์ไมเยอร์ นักชีววิทยาเชิงคำนวณจากมหาวิทยาลัยลุดวิก แมกซิมิเลียน แห่งมิวนิก ในประเทศเยอรมนี และผู้ร่วมเขียนงานศึกษาชิ้นใหม่เกี่ยวกับปลาแอมะซอน มอลลี่กล่าว

สิ่งมีชีวิตแต่ละตัวต้องค้นหาและแข่งขันเพื่อแย่งชิงคู่ และพ่อแม่แต่ละฝ่ายจะถ่ายทอดดีเอ็นเอของตนเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น การสืบพันธุ์มักมีความไม่เท่าเทียมกัน โดยตัวเมียในหลายสายพันธุ์ต้องใช้พลังงานมากกว่าตัวผู้มากในการสร้าง ให้กำเนิดลูก หรือฟักไข่ และเลี้ยงดูลูก

of ได้รับความนิยมสูงสุด

ในทางกลับกัน การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศฟังดูเป็นทางเลือกที่ดีกว่ามาก ไม่มีความจำเป็นต้องหา และรับมือกับ คู่ และยังสามารถถ่ายทอดยีนของตนเองได้ถึง 100%

ทว่าเมื่อพิจารณาจากแผนผังของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศกลับเป็นรูปแบบที่โดดเด่นอย่างแท้จริง

“หากคุณดูในภาพรวม 99.9% คือการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ” เดฟ สไปเยอร์ นักชีววิทยาวิวัฒนาการจากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม ในประเทศเนเธอร์แลนด์กล่าว

ที่มาของภาพ : Oleg Kovtun by Getty Photography

ในระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ดีเอ็นเอของพ่อและแม่จะถูกสับเปลี่ยนผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การรวมตัวใหม่ของยีน (recombination) ซึ่งทำให้ลูกแต่ละตัวมีชุดผสมของยีนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

สิ่งนี้หมายความว่าสัตว์สายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศมักจะมีความหลากหลายทางพันธุกรรมที่มากกว่า เนื่องจากสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวมีส่วนผสมของยีนที่แตกต่างกัน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นประโยชน์ต่อการอยู่รอดของสายพันธุ์

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศยังช่วยเรื่องปกป้องอีกด้วย หากปราศจากการสับเปลี่ยนทางพันธุกรรมนี้ จีโนมจะต้องเผชิญกับภัยคุกคามที่ค่อย ๆ คืบคลานเข้ามาอย่างช้า ๆ ซึ่งเรียกว่า ปรากฏการณ์กลไกของมุลเลอร์ (Muller's ratchet)

สไปเยอร์อธิบายว่าเมื่อมีการคัดลอกดีเอ็นเอ “มันย่อมมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเสมอ”

ในสายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ข้อผิดพลาดเหล่านี้สามารถถูกสับเปลี่ยนและคัดแยกออกจากกลุ่มยีนได้ แต่ในสายพันธุ์ที่เกิดจากการโคลนซึ่งโดยหลักแล้วสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ข้อผิดพลาดเหล่านี้กลับถูกถ่ายทอดส่งต่อซ้ำแล้วซ้ำเล่า

เมื่อเวลาผ่านไป เชื่อกันว่าการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายเหล่านี้จะสะสมพอกพูนขึ้นราวกับรอยบากบนฟันเฟืองที่หมุนไปทางเดียว โดยจะค่อย ๆ ลดทอนคุณภาพของจีโนมลงทีละขยัก จนกระทั่งสายพันธุ์นั้นสูญพันธุ์ไปในที่สุด

ดำรงเผ่าพันธุ์ได้ดีโดยการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

ตามแนวข้างต้น สายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศควรจะมีช่วงชีวิตที่สั้นและต้องเผชิญกับความเสื่อมถอยทางพันธุกรรมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ทว่าบางสายพันธุ์อย่างปลาแอมะซอน มอลลี่ ไม่เพียงแค่รอดชีวิต แต่ยังดำรงเผ่าพันธุ์ได้เป็นอย่างดีอีกด้วย

สไปเยอร์คิดว่าความสับสนส่วนหนึ่งอาจเกิดจากวิธีการตีความทฤษฎีดังกล่าว

แทนที่จะมองแค่เฉพาะเรื่องของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเพียงอย่างเดียว เขาโต้แย้งว่าควรทำความเข้าใจทฤษฎีนี้ในฐานะข้อจำกัดในวงกว้างสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจะดีกว่า โดยทุกระบบจำเป็นต้องมีวิธีจัดการกับ “ข้อผิดพลาด” ทางพันธุกรรม และการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศก็เป็นเพียงหนึ่งในกลยุทธ์เหล่านั้น

เมื่อมองในมุมนี้ สายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศและดำรงเผ่าพันธุ์มายาวนาน จึงไม่ได้กำลังฝ่าฝืนกฎเกณฑ์ทางวิวัฒนาการเสมอไป แต่เป็นการค้นพบทางเลือกอื่นเพื่อรับมือกับกฎเกณฑ์หล่านั้นต่างหาก

ที่มาของภาพ : Charles Krebs by Alamy

ทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์ มีสิ่งมีชีวิตที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศหลายชนิดที่ดูเหมือนจะดำรงเผ่าพันธุ์มาได้ยาวนานกว่าที่ทฤษฎีคาดการณ์ไว้ ตั้งแต่แมลงกิ่งไม้ที่อาศัยอยู่ตามพุ่มไม้ ไปจนถึง “จุลสัตว์” ที่มีรูปร่างคล้ายก้อนกลม

ปลาแอมะซอน มอลลี่จัดอยู่ในกลุ่มสายพันธุ์พิเศษที่มีเฉพาะตัวเมียล้วน ซึ่งดำรงชีวิตอยู่ได้โดยปราศจากตัวผู้ รุ่นแล้วรุ่นเล่า แต่วิธีที่ทำให้สิ่งมีชีวิตที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ดำรงเผ่าพันธุ์มายาวนาน และรอดพ้นจากชะตากรรมตามที่ปรากฏการณ์กลไกของมุลเลอร์ได้ทำนายไว้นั้น ยังคงเป็นที่ถกเถียง

ระบบ ‘คัดลอกแล้ววาง'

ไรซ์ไมเยอร์กล่าวว่าการศึกษาชิ้นใหม่นี้ช่วยไขความกระจ่างให้กับจิ๊กซอว์ชิ้นที่เคยขาดหายไป “และจิ๊กซอว์ชิ้นนี้ก็คือ ยีนคอนเวอร์ชัน” (การแปลงยีน)

ยีนคอนเวอร์ชันเป็นรูปแบบหนึ่งของการซ่อมแซมทางพันธุกรรม และไม่ได้พบแค่เฉพาะในปลาแอมะซอน มอลลี่เท่านั้น แต่มันยังเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตหลายชนิด รวมถึงมนุษย์ด้วย

ในสายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศอย่างพวกเรา โดยปกติสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวจะมียีนส่วนใหญ่จำนวนสองชุด ชุดหนึ่งจากแม่และอีกชุดหนึ่งจากพ่อ เมื่อดีเอ็นเอได้รับความเสียหาย ตัวอย่างเช่น จากรังสีอัลตราไวโอเลต บางครั้งเซลล์สามารถใช้ยีนชุดหนึ่งเป็นแม่แบบในการซ่อมแซมยีนอีกชุดหนึ่งได้

กระบวนการนี้ซึ่งรู้จักกันในชื่อ ยีนคอนเวอร์ชัน ท้ายที่สุดแล้วจะสามารถทำให้ยีนทั้งสองชุดมีความคล้ายคลึงกันมากขึ้น

ในมนุษย์และสัตว์ส่วนใหญ่ กลไกนี้มักทำหน้าที่เป็นเหมือนกระบวนการเบื้องหลังที่คอยซ่อมแซมความเสียหายของดีเอ็นเออย่างเงียบ ๆ แต่ในปลาแอมะซอน มอลลี่ ดูเหมือนว่ากลไกนี้จะมีบทบาทที่โดดเด่นและเป็นหัวใจสำคัญอย่างมากในการรักษาสภาพจีโนมของมัน

ที่มาของภาพ : OsakaWayne Studios by Getty Photography

ไรซ์ไมเยอร์และทีมงานใช้การจัดลำดับของจีโนมทั้งหมด (total-genome sequencing) เพื่อเปรียบเทียบดีเอ็นเอของปลาแอมะซอน มอลลี่ในช่วงหลายชั่วอายุรุ่น

พวกเขาสังเกตเห็นว่าดีเอ็นเอของปลาแอมะซอน มอลลี่บางส่วนดูเหมือนจะถูก “เขียนทับ” ซ้ำแล้วซ้ำเล่า ซึ่งไม่ได้เกิดจากการสับเปลี่ยนทางพันธุกรรมผ่านการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ แต่เกิดจากการทำงานของยีนคอนเวอร์ชัน ที่ทำงานในปลาแอมะซอน มอลลี่บ่อยกว่าในสัตว์ชนิดอื่นส่วนใหญ่

ในกรณีนี้ ดูเหมือนว่ายีนคอนเวอร์ชันทำหน้าที่คล้ายคลึงกับสิ่งที่การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศทำให้กับจีโนมของพวกเรา นั่นคือการช่วยจำกัดการสะสมตัวของการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตราย

เช่นเดียวกับสัตว์ที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศส่วนใหญ่ ปลาแอมะซอน มอลลี่ถือกำเนิดขึ้นจากการพบกันโดยบังเอิญเพียงครั้งเดียว งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 100,000 ปีก่อน เมื่อปลาแอตแลนติก มอลลี่ (Atlantic molly) ตัวเมียผสมพันธุ์กับปลาเซลฟิน มอลลี่ (sailfin molly) ตัวผู้

แตกต่างจากสัตว์ลูกผสมส่วนใหญ่ เช่น ล่อ (ลาผสมม้า) หรือไลเกอร์ (สิงโตผสมเสือ) การจับคู่ในครั้งนี้ไม่ได้ทำให้เกิดลูกหลานที่เป็นหมัน แต่กลับให้กำเนิดสายพันธุ์ที่สามารถสืบพันธุ์ได้โดยไม่ต้องอาศัยเพศ

ดังนั้นในปัจจุบัน ปลาแอมะซอน มอลลี่ทุกตัวจึงพกพาสารพันธุกรรมจากสายพันธุ์บรรพบุรุษทั้งสองสายพันธุ์ติดตัวมาด้วย ซึ่งเป็นการมอบความหลากหลายทางพันธุกรรมระดับสูงให้กับสายพันธุ์นี้มาตั้งแต่เริ่มแรก ถือเป็นการได้เปรียบนำหน้าทางชีววิทยาเพื่อต่อสู้กับปรากฏการณ์กลไกของมุลเลอร์

มรดกทางพันธุกรรมแบบคู่นี้น่าจะเป็นกุญแจสำคัญ ที่ทำให้ปลาแอมะซอน มอลลี่มีความสามารถในการทำกระบวนการยีนคอนเวอร์ชันได้อย่างครอบคลุม เนื่องจากสายพันธุ์พ่อแม่มีความใกล้ชิดกันพอสมควร ยีนของพวกมันจึงมีความคล้ายคลึงกันมากพอที่จะทำหน้าที่เหมือนกันได้เป็นส่วนใหญ่ แต่ก็ยังมีความแตกต่างกันมากพอที่จะเป็นแม่แบบอันหลากหลายให้เลือกใช้งาน

ที่มาของภาพ : DEA/C.DANI/De Agostini by Getty Photography

สิ่งที่น่าประหลาดใจพอ ๆ กันก็คือ ยีนคอนเวอร์ชันดูเหมือนจะเกิดขึ้นในบางส่วนของจีโนมบ่อยกว่าส่วนอื่น ๆ

“รูปแบบของการกลายพันธุ์ที่คุณคาดว่าจะเลวร้ายที่สุด อันตรายที่สุด และส่งผลเสียมากที่สุด ตำแหน่งเหล่านั้นแหละคือจุดในจีโนมที่เราพบว่าเกิดกระบวนการยีนคอนเวอร์ชันขึ้นบ่อยที่สุด” ไรซ์ไมเยอร์กล่าว

ผลลัพธ์ที่ได้คือ สายพันธุ์ที่ดูเหมือนว่ามีสุขภาพทางพันธุกรรมที่ดีอย่างน่าทึ่ง แม้จะดำรงเผ่าพันธุ์มาถึง 100,000 ปี โดยปราศจากการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

นัยต่อชีววิทยาของมนุษย์

การทำความเข้าใจกลยุทธ์ทางเลือกเหล่านี้ในการรับมือกับ “ข้อผิดพลาด” ทางพันธุกรรม อาจมีนัยสำคัญที่ส่งผลไปไกลกว่าแค่เรื่องของปลาแอมะซอน มอลลี่ แต่ไปจนถึงระดับชีววิทยาของมนุษย์

ท้ายที่สุดแล้ว การกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายก็ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะกับสายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเท่านั้น

“โรคมะเร็งเป็นโรคที่เกิดจากการกลายพันธุ์” ไรซ์ไมเยอร์กล่าว แม้เขาจะระมัดระวังที่จะไม่กล่าวอ้างถึงนัยสำคัญของการค้นพบของพวกเขาจนเกินไป แต่เขากล่าวว่าสิ่งใดก็ตามที่สามารถช่วยให้เราเข้าใจเกี่ยวกับการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น รวมถึงกลยุทธ์ของธรรมชาติในการรับมือกับพวกมัน ก็ล้วนเป็นประโยชน์ในระยะยาว

การที่ปลาแอมะซอน มอลลี่ได้พัฒนาทางเลือกที่มั่นคงอย่างแท้จริงมาทดแทนพลังแห่งการสับเปลี่ยนยีนของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศได้หรือไม่นั้น ยังคงเป็นคำถามที่หาข้อสรุปไม่ได้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ากระบวนการยีนคอนเวอร์ชันจะสามารถสกัดกั้นปรากฏการณ์กลไกของมุลเลอร์ไปได้อีกนานแค่ไหน

แต่สำหรับปลาสายพันธุ์ ที่ทฤษฎีวิวัฒนาการเคยชี้ว่าไม่ควรมีอยู่ให้พบเห็นแล้ว ภาพรวมด้านสุขภาพทางพันธุกรรมของมันกลับแข็งแกร่งอย่างไม่น่าเชื่อ

“เราเคยคิดว่าการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเป็นวิธีที่เหมาะสมเพียงวิธีเดียวในการรักษาสภาพจีโนมให้สมบูรณ์… แต่ตอนนี้เราค้นพบแล้วว่าไม่ใช่อย่างนั้น มันยังมีวิธีอื่นอีกด้วยเช่นกัน” ไรซ์ไมเยอร์กล่าว