‘มนุษย์คิดว่าตัวเองครองโลก แต่ความจริงแล้วไม่ใช่' รู้จักหนอนปีศาจ สิ่งมีชีวิตที่แฝงตัวอยู่ลึกใต้เปลือกโลก

ที่มาของภาพ : Gaetan Borgonie et al., Nature, 2011

• • Author, คาทารีนา ซิมเมอร์
  • Function, BBC.com
• Printed เมื่อ 3 ชั่วโมงที่แล้ว
• เวลาอ่าน: 8 นาที

หากคุณสามารถเจาะลึกลงไปใต้พื้นดินและค่อย ๆ ดำดิ่งสู่ชั้นเปลือกโลกได้ ไม่นานนักคุณจะเริ่มรู้สึกอึดอัดไม่สบายตัว

เมื่อแสงอาทิตย์ลับหายไปและคุณดำดิ่งลงไปใกล้แกนกลางที่หลอมเหลวของโลกมากขึ้น อุณหภูมิและความดันก็จะเพิ่มสูงขึ้น ในขณะที่น้ำบาดาลที่อยู่ลึกใต้พื้นโลกจะไหลเข้ามาเติมเต็มรอยแตกและโพรงต่าง ๆ ในชั้นหิน

ที่ระดับความลึกสุดแสนทรหดถึง 1.3 กิโลเมตร (0.8 ไมล์) คุณอาจคิดว่าคงไม่มีสิ่งมีชีวิตใดอาศัยอยู่ข้างล่างนี้ได้

แต่ถ้าคุณโชคดีคุณอาจจะได้เห็นพวกมันซึ่งก็คือแบคทีเรียหลายพันล้านตัว บางครั้งแบคทีเรียเหล่านี้ก็รวมตัวกันเป็นแผ่นสีส้มหรือสีขาวสดใส และถ้าคุณหากล้องจุลทรรศน์มาส่องด้วยได้ คุณอาจจะได้เห็นหนอนตัวเล็ก ๆ กำลังใช้รยางค์ที่ปากของมันไต่ไปตามหิน

นี่คือ ฮาลิเซฟาโลบัส เมฟิสโต (Halicephalobus mephisto) หรือที่รู้จักกันในชื่อหนอนปีศาจ พวกมันกำลังออกหาอาหารที่เป็นจุลินทรีย์

ถึงแม้พวกมันจะมีขนาดเล็กจิ๋ว มีความยาวเท่ากับเส้นผมมนุษย์ไม่กี่เส้นรวมกัน ทว่ามันก็คือปลาวาฬในระบบนิเวศขนาดจิ๋วนี้

เมื่อมันเสียชีวิตลงบนแผ่นฟิล์มเคลือบจุลชีพคล้ายเมือกที่กองสะสมอยู่บนหิน ซากของมันจะถูกแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ย่อยสลายและนำไปใช้เป็นอาหาร ซึ่งช่วยขับเคลื่อนวัฏจักรชีวิตอันแปลกประหลาดนี้ ราวกับหลงเหลือมาจากโลกในยุคเฮเดียน

ช่วงก่อนทศวรรษ 1980 นักชีววิทยาส่วนใหญ่ไม่คิดว่าจะมีสิ่งมีชีวิตใดอาศัยอยู่ลึกเกินกว่า 30 เซนติเมตร (หรือราว 1 ฟุต) จากผิวดิน

ได้รับความนิยมสูงสุด

การค้นพบหนอนปีศาจในปี 2011 ถือเป็นจุดเปลี่ยนครั้งใหญ่ที่พลิกความเข้าใจของเราที่มีต่อโลกใต้พื้นพิภพ

คาเรน ลอยด์ นักจุลชีววิทยาทางธรณีวิทยาจากมหาวิทยาลัยเซาท์เทิร์นแคลิฟอร์เนียหรือ USC กล่าวด้วยความประหลาดใจว่า “ถ้าเราหาหนอนเจอข้างล่างนั้นได้ นั่นแปลว่าเราพลาดอะไรไปอีกบ้างล่ะ?”

ด้วยเหตุการณ์ที่โชคดีอย่างเหลือเชื่อหลายเหตุการณ์ นักวิทยาศาสตร์สามารถเพาะพันธุ์ลูกหลานของหนอนปีศาจตัวนั้นได้สำเร็จ และกำลังศึกษาลูกหลานของมันอย่างจริงจังเพื่อทำความเข้าใจว่าสายพันธุ์นี้อยู่รอดได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมที่ร้อนและมืดทึบใต้พื้นโลก

สู่โลกชีวมณฑลใต้พิภพ

ที่มาของภาพ : Gaetan Borgonie/Low Life Isyensya

กาเอต็อง บอร์โกนี นักชีววิทยาที่ศึกษาหนอนและผู้ก่อตั้งสถาบันวิจัยไม่แสวงหาผลกำไร เอ็กซ์ตรีม ไลฟ์ อิซีเอนซา (Low Life Isyensya) ในประเทศเบลเยียม ย้อนเล่าว่าในช่วงต้นทศวรรษ 2000 นักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นต่างหัวเราะเยาะความคิดที่ว่าอาจมีสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่านี้อาศัยอยู่ในส่วนลึกของโลก

ในช่วงไม่กี่ปีก่อนหน้านั้น เริ่มมีรายงานที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในชั้นลึกใต้พื้นโลกปรากฏออกมา เช่น การพบแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ลึกลงไป 2.8 กิโลเมตร (1.7 ไมล์) ภายในหลุมเจาะก๊าซธรรมชาติเมื่อปี 1997

บอร์โกนีเชื่อว่าอาจมีกลุ่มหนอนตัวเล็ก ๆ ที่เรียกว่าหนอนตัวกลมหรือนีมาโทด (nematodes) อาศัยอยู่ใต้ดินลึก

แม้แนวคิดนี้จะไม่ใช่แนวคิดที่ได้รับความนิยมในวงการวิทยาศาสตร์ในตอนนั้น แต่บอร์โกนีรู้ดีว่าสัตว์ขนาดจิ๋วเหล่านี้มีความแข็งแกร่งเพียงใด ทำให้เขาเชื่อว่ามันคุ้มค่าที่จะค้นหาคำตอบ

ในปี 2008 บอร์โกนีได้จับมือกับนักวิทยาศาสตร์ผู้เชี่ยวชาญด้านสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว เพื่อสำรวจเหมืองทองเบียร์ทริกซ์ในแอฟริกาใต้

บอร์โกนีเล่าว่า ลึกลงไปใต้ดินพวกเขาเข้าไปยังรูที่เจาะไว้ตามผนังของเหมืองเพื่อเข้าถึงน้ำที่มีอุณหภูมิราว 37 องศาเซลเซียสที่อยู่ภายในเนื้อหิน และปล่อยให้น้ำส่วนนั้นไหลผ่านตัวกรองที่ออกแบบมาเพื่อดักจับสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก โดยหลังจากกรองน้ำไปมากกว่า 6,000 ลิตร พวกเขาก็พบหนอนตัวเล็ก ๆ ตัวหนึ่ง

ที่มาของภาพ : Gaetan Borgonie/Low Life Isyensya

ที่เหมืองอีกสองแห่งในแอฟริกาใต้ พวกเขาได้กรองน้ำในปริมาณที่มากกว่าเดิม โดยเหมืองแห่งหนึ่งกรองน้ำไปมากกว่า 12 ล้านลิตร และพบหนอนตัวกลมหลายสายพันธุ์ รวมทั้งสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เชื้อรา และสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอีกหลายชนิด

สายพันธุ์ของหนอนตัวกลมส่วนใหญ่เป็นชนิดที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักอยู่แล้วจากแหล่งอาศัยบนพื้นผิวโลก แต่ตัวอย่างจากเหมืองเบียร์ทริกซ์ ซึ่งหางของมันขาดไปจากกระบวนการกรอง กลับเป็นชนิดที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยพบมาก่อน และได้ตั้งชื่อให้ว่า ฮาลิเซฟาโลบัส เมฟิสโต (Halicephalobus mephisto)

หางที่สูญเสียไปเป็นเสมือนคำตัดสินความเสียชีวิตสำหรับหนอนตัวกลม แต่โชคดีที่ตัวนั้นเป็นตัวเมีย และมันสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ซึ่งหมายความว่ามันสามารถสืบพันธุ์ได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องผสมพันธุ์ และวางไข่ที่ฟักไว้ได้ 8 ฟองก่อนจะเสียชีวิต

ที่มาของภาพ : Gaetan Borgonie/Low Life Isyensya

ลูกหลานบางส่วนของหนอนตัวนี้ได้ถูกส่งไปยังห้องทดลองของจอห์น แบรคท์ นักวิจัยด้านพันธุศาสตร์จีโนมแห่งมหาวิทยาลัยอเมริกันในสหรัฐฯ

ที่นั่นพวกมันถูกเลี้ยงในจานเพาะเชื้อภายใต้สภาพแวดล้อมที่คล้ายกับที่ญาติของหนอนปีศาจอาศัยนั่นคือแคนีโอแรบดิทิส เอเลแกนส์ (Caenorhabditis elegans) ซึ่งเป็นหนอนตัวกลมชนิดหนึ่งที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและอาศัยอยู่บนผลไม้เน่า

อย่างไรก็ตาม ทั้งหนอนทั้งสองชนิดก็มีความแตกต่างกันอยู่บ้าง หนอนปีศาจไม่สามารถว่ายน้ำ แต่จะเกาะติดอยู่กับผนังด้านในของหลอดพลาสติก ความสามารถนี้อาจเป็นสิ่งที่ช่วยให้มันยึดเกาะและเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวหินที่อยู่ลึกใต้ดินได้

ที่สำคัญหนอนปีศาจไม่สามารถเจริญเติบโตได้ดีในอุณหภูมิห้อง ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส การเจริญเติบโตของมันจะชะลอตัว และมันจะใช้เวลาเพียง 8 วันในการดำเนินวงจรชีวิตครบหนึ่งรอบ โดยหนอนชนิดนี้ชอบอุณหภูมิที่ประมาณ 37 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นสภาวะที่โดยทั่วไปสามารถทำให้แคนีโอแรบดิทิส เอเลแกนส์ (Caenorhabditis elegans) เสียชีวิต แต่เป็นสภาพแวดล้อมที่หนอนปีศาจสามารถสืบพันธุ์ได้อย่างปกติ โดยมันจะออกลูกทุก ๆ สองวัน

ที่มาของภาพ : Gaetan Borgonie/Low Life Isyensya

ปรับตัวเพื่อความอยู่รอด

การศึกษาสายพันธุ์โดยการตรวจสอบเฉพาะลูกหลานของสิ่งมีชีวิตตัวเดียวเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายพันธุ์ที่พลัดพรากจากถิ่นกำเนิดมาเป็นเวลานาน แต่แบรคท์ นักวิจัยด้านพันธุศาสตร์จีโนม ม.อเมริกัน พบเบาะแสที่ช่วยอธิบายว่าหนอนชนิดนี้อยู่รอดได้อย่างไรในใต้ดินลึก

เมื่อเขาและทีมวิจัยถอดลำดับพันธุกรรมของหนอนปีศาจในปี 2019 พวกเขาพบว่ามันมียีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนที่ตอบสนองต่อความร้อน (heat-shock proteins) ในจำนวนที่สูงผิดปกติ โปรตีนเหล่านี้ทำหน้าที่ปกป้องโปรตีนชนิดอื่นไม่ให้เสียหายจากสภาพอุณหภูมิแบบสุดขั้ว

เมื่อไม่นานมานี้ในปี 2024 ทีมของแบรคท์ได้ศึกษาลงลึกไปในโมเลกุลอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ไซโทโครมออกซิเดส ซี (cytochrome oxidase c) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีความสำคัญต่อการใช้ออกซิเจนของเซลล์และช่วยให้สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่ได้

จากการทดลองหลายครั้ง แบรคท์ค้นพบว่าโมเลกุลไซโทโครมออกซิเดส ซี ของหนอนปีศาจมีประสิทธิภาพในการทำงานได้ดีเฉพาะภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง แต่เมื่ออยู่ที่อุณหภูมิห้องโมเลกุลส่วนนี้จะหยุดทำงาน ทำให้กระบวนการสร้างพลังงานของเซลล์ช้าลง และเป็นเหตุผลที่หนอนตัวกลมเหล่านี้เคลื่อนไหวอย่างเชื่องช้าในสภาพแวดล้อมเช่นนี้

ที่มาของภาพ : Gaetan Borgonie, Low Life Isyensya, Belgium

แบรคท์สันนิษฐานว่า กลไกการหยุดทำงานนี้อาจเป็นวิธีที่ช่วยให้มันอยู่รอดได้ เขากล่าวว่า “พวกมันกำลังทำให้แน่ใจว่าพวกมันจะสืบพันธุ์ได้ดีขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมกว่า ซึ่งก็คือสภาพแวดล้อมที่อุ่นขึ้น”

ขณะนี้เขากำลังศึกษาว่า กลยุทธ์การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศของหนอนปีศาจเป็นอีกหนึ่งกลไกที่ช่วยเพิ่มโอกาสในการอยู่รอดของมันหรือไม่ เนื่องจากหนอนปีศาจอาจไม่ค่อยได้พบเจอกับหนอนตัวอื่นที่เป็นชนิดเดียวกันในพื้นที่อันกว้างใหญ่ใต้พิภพ การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศจึงอาจเป็นวิธีเดียวที่ช่วยให้พวกมันขยายพันธุ์และให้กำเนิดลูกหลานได้ในบางช่วงเวลา

แบรคท์ตั้งข้อสันนิษฐานว่า บางทีหนอนปีศาจเพศผู้อาจมีอยู่จริง ซึ่งจะทำให้เกิดการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศได้บ้างเมื่อแต่ละตัวพบเจอกัน แต่จนถึงตอนนี้พวกมันอาจยังไม่ถูกค้นพบเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หนอนเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวของพวกมันได้เป็นอย่างดี

“ทุกพื้นที่ที่มีแหล่งอาหาร และเปิดโอกาสให้สัตว์เข้าไปได้ หนอนตัวกลมจะค่อย ๆ วิวัฒนาการเพื่อเข้าไปครอบครองพื้นที่นิเวศแห่งนั้น”

หนอนปีศาจอยู่ลึกใต้โลกขนาดนั้นได้อย่างไร

ยังเป็นปริศนาว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้มาอยู่ที่นี่ได้อย่างไร งานวิจัยของบอร์โกนีและนักธรณีชีววิทยา คารา แมกนาบอสโก แห่งสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส ซูริก (ETH Zürich) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เสนอว่าหนอนตัวกลมบางชนิดอาจเดินทางจากพื้นผิวโลกลงสู่ใต้ดินลึกผ่านน้ำที่ไหลลงสู่ใต้ดิน และอาจถูกพัดพาหรือช่วยให้เคลื่อนลงไปโดยแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว

อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียจำนวนมากอาจดำรงอยู่ที่นั่นมาเป็นเวลานานกว่านั้นมาก

งานวิจัยชิ้นหนึ่งในปี 2021 โดยแม็กกี หลิว นักจุลชีววิทยาธรณีและคณะ จากสถาบันวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมทะเลลึกแห่งประเทศจีน เผยว่า แบคทีเรียใต้พิภพชนิด เดซัลโฟรูดิส ออดักซ์วีเอเตอร์ (Desulforudis audaxviator) ที่พบในสภาพแวดล้อมลึกใต้โลกจากสามทวีป มีลักษณะทางพันธุกรรมแทบจะเหมือนกัน ทั้งที่ไม่เคยพบสิ่งมีชีวิตชนิดนี้ในบริเวณพื้นผิวโลกเลย

เธอและทีมวิจัยคาดว่าแบคทีเรียชนิดนี้อาจดำรงอยู่ภายในเปลือกโลกมาตั้งแต่ยุคที่มหาทวีปแพนเจียเริ่มแยกตัวออกจากกันเมื่อราว 165 ล้านปีก่อน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ไดโนเสาร์ยังครองโลกอยู่

นอกจากนี้แล้วยังอาจเป็นเพราะดาวเคราะห์น้อยขนาดมหึมาพุ่งชนโลกจนไม่เหลือสิ่งมีชีวิตอยู่บนพื้นโลก สิ่งมีชีวิตก็อาจถือกำเนิดขึ้นใหม่ได้จากเหล่าสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ที่อาศัยอยู่ใต้พื้นโลก

“ในฐานะมนุษย์ เรามักคิดว่าเราเป็นผู้ครองโลก แต่จริง ๆ แล้วไม่ใช่แบบนั้นเลย” ฟาน เฮียร์เดนกล่าว “สำหรับฉันแล้ว นี่เป็นสิ่งที่ทำให้ฉันรู้สึกถ่อมตัวลงมาก เมื่อได้เข้าใจว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อยู่บนโลกมานานหลายล้านปี หรืออาจถึงหลายพันล้านปี และพวกมันจะยังคงอยู่ที่นี่ต่อไปอีกนานแสนนาน แม้ว่าเราจะจากไปแล้วก็ตาม”