สวยใสไร้สมอง

เป็นตอนที่ 1 ใน 6 ตอนของเรื่อง ร่างกายมหัศจรรย์ของน้องเยลลี่

แม้ว่าจะไม่มีสมอง ไม่มีปอด ไม่มีหัวใจ ไม่มีเลือด แต่ซากฟอสซิลแมงกะพรุนดึกดำบรรพ์ยืนยันว่าพวกมันมีชีวิตบนโลกนี้มานานกว่า 500 ล้านปีแล้ว แถมรอดพ้นการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ (Mass Extinction) มาแล้วทั้ง 5 ครั้ง… มหาวิบัติที่กวาดล้างสิ่งมีชีวิตไปราว 99% ไม่อาจทำอะไรแมงกะพรุน

Preserved Jellyfishes from the Middle Cambrian

Preserved Jellyfishes from the Middle Cambrian (credits: Paulyn Cartwright Susan L. Halgedahl … Bruce S. Lieberman)

ร่างกายของมันคือความเรียบง่ายที่เปี่ยมประสิทธิภาพ ในความใสของมันมีข้อดีมากมาย อย่างแรกคือช่วยในการพรางตัวท่ามกลางทะเลเปิดที่ไม่มีอะไรกำบัง นอกจากนั้น การที่มันไม่ต้องสร้างเม็ดสีก็ถือเป็นการประหยัดต้นทุน ทำให้มันก็สามารถนำพลังงานส่วนนี้ไปใช้ในการพัฒนาส่วนอื่นๆ ของร่างกายได้ ส่วนการหายใจนั้น ก็ไม่ต้องการระบบหลอดเลือดใดๆ เพราะผิวมันบางมาก ออกซิเจนจึงซึมผ่านเนื้อเยื่อได้โดยตรง

นอกจากนั้น พวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกๆ ที่วิวัฒนาการระบบประสาทขึ้นมา แม้จะยังเป็นขั้นพื้นฐานมากๆ ไม่ได้มีสมองหรือศูนย์กลางระบบประสาท แต่ก็เพียงพอที่จะทำให้มันรับรู้สิ่งแวดล้อมรอบตัว เช่น แสง สารเคมี การสั่นสะเทือน และสามารถตอบสนองได้

มีอะไรข้างในวุ้นใส ?

เป็นตอนที่ 2 ใน 6 ตอนของเรื่อง ร่างกายมหัศจรรย์ของน้องเยลลี่

เราทุกคนคงคุ้นเคยกันดีกับลำตัวใสๆ ของแมงกะพรุน… แต่เคยสงสัยไหมว่า มีอะไรอยู่ข้างในวุ้นใสนั้น?

เนื้อเยื่อเจลาติน

แมงกะพรุนประกอบด้วยเนื้อเยื่อ 2 ชั้น ตรงกลางระหว่างชั้นทั้งสอง คือสารที่มีลักษณะคล้ายวุ้น เรียก Mesoglea ซึ่งประกอบด้วยน้ำถึง 95% ทำให้มันมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับน้ำ จึงลอยตัวในน้ำได้อย่างไม่ต้องใช้พลังงานอะไรมากมาย

Anatomy picture of a true jellyfish

Anatomy picture of a true jellyfish

ระบบย่อยอาหาร

บอกได้เลยว่าเป็นระบบที่เราไม่อยากเลียนแบบแน่ๆ เพราะนี่เป็นระบบย่อยอาหารขั้นพื้นฐาน คือมีโพรง (Gastrovascular Cavity) ไว้ย่อย และรูเปิดหนึ่งรูที่ทำหน้าที่เป็นทั้ง ‘ปาก’ และ ‘ตูด’ ในรูเดียวกัน กินทางไหน ก็ขับถ่ายออกทางนั้นจ้า… อึ๋ยยย~~

อวัยวะสืบพันธุ์ (Gonad)

ส่วนใหญ่จะมีเพศเดียวในหนึ่งตัว ยกเว้นบางชนิดที่มี 2 เพศในตัวเดียว

ในกลุ่มแมงกะพรุนแท้ (Scyphozoa) ต่อมเพศของมันคือสิ่งที่เราเห็นเป็นกลีบๆ เมื่อมองจากด้านบนของร่ม

ส่วนแมงกะพรุนกล่อง ต่อมเพศจะอยู่ตามแนวเส้นกลางลำตัว 4 ด้าน

ระบบประสาท

แม้จะไม่มีสมอง แต่แมงกะพรุนก็รับรู้โลกได้ผ่านทางเส้นประสาทที่กระจายอยู่ทั่วตัว โดยมีจุดศูนย์รวมของอวัยวะรับสัมผัสที่เรียกว่า Rhopalium กระจายอยู่รอบๆ ขอบร่ม (พหูพจน์ = Rhopalia)

The visual system of the cubozoan

The visual system of the cubozoan

ในแต่ละ Rhopalium จะประกอบด้วยเซลล์รับสัมผัสต่างๆ ดังนี้

  • เซลล์รับแสง (Eyespots) แมงกะพรุนพระจันทร์จะมี 2 eyespots ในแต่ละ Rhopalium ซึ่งแม้จะยังไม่เห็นเป็นภาพ แต่ก็พอรับรู้ความมืดความสว่างได้
    ในขณะที่แมงกะพรุนกล่อง จะมีถึง 6 ตา ในแต่ละ Rhopalium ทำให้มันมีตารวมทั้งหมด 24 ตา !! แถมเซลล์เหล่านี้ก็พัฒนามาก จนมีข้อสันนิษฐานว่ามันสามารถเห็นภาพและสีได้ รวมถึงบางชนิดสามารถจดจำภาพแนวป่าชายเลนและว่ายเข้าหาเพื่อไปกินอาหารในนั้นได้
  • ระบบรักษาสมดุลร่างกาย (Statoliths) ทำหน้าที่คล้ายหูชั้นในของเรา คือรักษาสมดุลการเคลื่อนไหว
  • อื่นๆ : แมงกะพรุนบางชนิด จะมีมิเตอร์วัดความเค็มของน้ำทะเล เพื่อหลีกหนีช่วงน้ำจืดไหลลงอ่าวเยอะๆ ได้ บางชนิดสามารถรับรู้ความสั่นสะเทือน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ หรือสารเคมีรอบๆ ตัวได้ ซึ่งทำให้มันสามารถแยกแยะว่า แมงกะพรุนข้างๆ มัน คือเพื่อนร่วมสายพันธุ์หรือศัตรู
ข้อมูล
  • https://www.juliberwald.com/blog/a-jellyfish-anatomy-primer-by-popular-demand/
  • หนังสือ Jellyfish: A Natural History (ผู้เขียน Lisa-ann Gershwin)
  • https://www.cell.com/current-biology/pdf/S0960-9822(13)00359-X.pdf
  • http://cronodon.com/BioTech/Jellyfish.html

เข็มพิษระบบอัตโนมัติ

เป็นตอนที่ 3 ใน 6 ตอนของเรื่อง ร่างกายมหัศจรรย์ของน้องเยลลี่

รวดเร็วยิ่งกว่ามือปืนสไนเปอร์ ก็คือการยิงเข็มพิษของแมงกะพรุนนี่แหละ

เข็มพิษแมงกะพรุนทำงานด้วยระบบสัมผัส มีอะไรไปแตะปุ๊บ เข็มพิษจะยิงทันที แมงกะพรุนบางชนิดยิงเข็มพิษที่ได้รวดเร็วมากโดยใช้เวลาน้อยกว่า 0.01 วินาที คิดเป็นความเร่งถึง 40,000g – นี่คือหนึ่งในการเคลื่อนไหวทางชีวภาพที่เร็วที่สุด และแม้ว่าแมงกะพรุนจะตายไปแล้ว แต่เข็มพิษก็ยังยิงได้ แม้กระทั่งหนวดที่เหลืออยู่เส้นเดียว ก็ยิงเข็มพิษได้เช่นกัน

Diagram of a cnidocyte ejecting a nematocyst

Diagram of a cnidocyte ejecting a nematocyst

หากนำหนวดแมงกะพรุนไปส่องกล้องจุลทรรศน์ดู จะพบว่าหนวดของมันซ่อนไว้ด้วยเซลล์เข็มพิษ (Cnidocyte) มากมาย โดยในแต่ละเซลล์นั้นจะมีแคปซูลพิษ (Nematocyst) ซึ่งในแคปซูลแต่ละอันนั้นจะบรรจุด้วยน้ำพิษ (venom) และมีท่อนำพิษ (Nematocyst tube) ที่หน้าตาคล้ายฉมวกปลายแหลมขดอยู่

ที่ปลายเซลล์เข็มพิษจะมีขนเล็กๆ ทำหน้าที่คล้ายยามเฝ้าประตู เมื่อใดก็ตามที่ขนนี้ได้รับการสัมผัส แม้จะเพียงน้อยนิด ก็จะกระตุ้นให้ท่อนำพิษที่หน้าตาเหมือนฉมวกพุ่งออกมาทิ่มแทงเหยื่อ พิษที่ถูกเก็บอยู่ทั้งในฉมวกและในแคปซูลก็จะถูกปล่อยออกมา โดยฉมวกนี้ยังมีหนามรอบๆ เพื่อไว้ยึดยึดกับผิวเหยื่อไม่ให้หลุดด้วย!

พื้นที่เพียงหนึ่งตารางเซนติเมตรบนหนวดแมงกะพรุน อาจมีเซลล์เข็มพิษกระจายอยู่ตั้งแต่หลักพันจนถึงหลักแสนต่อม ตามแต่ชนิดของแมงกะพรุน ดังนั้น หนวดแต่ละเส้นอาจมีเซลล์เข็มพิษอยู่หลักแสนถึงหลักล้านเซลล์เลยทีเดียว

แม้ว่าที่อยู่ของเซลล์เข็มพิษหลักๆ จะอยู่ที่หนวด แต่ในแมงกะพรุนบางชนิด เข็มพิษยังซ่อนอยู่ในแขนรอบปาก รูปาก และมีไม่กี่ชนิดที่มีเข็มพิษที่บริเวณร่มด้วย โดยเซลล์เข็มพิษเหล่านี้มีรูปร่างต่างๆ กัน และต่างออกไปตามสายพันธุ์ – หากเราอยากระบุชนิดแมงกะพรุนผู้ต้องหาที่ทำให้เราเจ็บแสบ วิธีการก็ไม่ยาก เพียงแค่ใช้สก็อตเทปแปะบริเวณผิวหนังที่ถูกแมงกะพรุนสัมผัส (ที่แห้งแล้ว) และลอกออก เราก็จะได้ตัวอย่างเข็มพิษเอาไปตรวจได้

ส่วนเหตุผลที่แมงกะพรุนไม่ยิงเข็มพิษใส่ตัวเอง เพื่อนร่วมสายพันธุ์เดียวกัน หรือวัสดุที่ไม่มีชีวิต ก็เพราะมันมีระบบตรวจจับสารเคมี (Chemoreceptor) เป็นตัวตัดสินว่าจะต้องยิงเข็มพิษหรือไม่นั่นเอง

อ้างอิง: หนังสือ Jellyfish: A Natural History (ผู้เขียน Lisa-ann Gershwin)

ภาพ: https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/biological/invertebrates/phylum-cnidaria/activity-nematocysts

The Upside-down jellyfish, Cassiopea sp. polyp stage Dan Bowes [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)]

วงจรชีวิต 2 ช่วงวัย : จาก Polyp สู่ Medusa

เป็นตอนที่ 4 ใน 6 ตอนของเรื่อง ร่างกายมหัศจรรย์ของน้องเยลลี่

วงจรชีวิตของแมงกะพรุน หากพูดให้นึกภาพง่ายๆ ให้นึกถึงผีเสื้อที่มีการกลายร่างจากไข่ เป็นตัวหนอน เป็นดักแด้ จนเข้าสู่ตัวเต็มวัย… แมงกะพรุนก็มีหลักการคล้ายๆ กัน คือวัยเด็กของมัน หน้าตาไม่ได้เหมือนพ่อแม่ แต่วงจรชีวิตแมงกะพรุนมีความล้ำกว่าตรงที่ว่า ไข่ที่ได้รับการผสม 1 ฟอง สามารถเติบโตขึ้นมาเป็นแมงกะพรุนได้หลายตัว !

Picture of reproduction of jellyfish

Picture of reproduction of jellyfish

วงจรชีวิตของแมงกะพรุนทั่วๆ ไป เริ่มจากแมงกะพรุนตัวผู้และตัวเมียปล่อยเซลล์สืบพันธุ์ออกมาในมวลน้ำ ไข่ที่ได้รับการผสมจะเติบโตเป็นตัวอ่อนระยะ ‘Planula’ ซึ่งเป็นแพลงก์ตอนตัวจิ๋วลอยละล่องตามกระแส มันจะมีชีวิตราว 2-3 วัน แล้วก็เริ่มหาที่ลงเกาะบนพื้นทะเล

จากนั้นมันก็จะเติบโตและทำการโคลนนิ่งตัวเองด้วยการแตกหน่อ โดยเกาะติดอยู่ที่พื้นทะเล ระยะนี้เรียกว่า ‘Polyp’ เมื่อมันเติบโตขึ้นจนถึงระยะที่เหมาะสม แต่ละหน่อก็จะสละยานแม่ แยกตัวออกเป็นอิสระ กลายเป็นแมงกะพรุนน้อยๆ มากมายล่องลอยในมวลน้ำ ช่วงแรกๆ หน้าตาจะคล้ายกลีบดอกไม้แฉกๆ เรียกระยะ ‘Ephyra’ ก่อนจะเติบโตจนหน้าตาเป็นแมงกะพรุนแบบที่เราคุ้นเคยกัน ที่เรียกว่าระยะ ‘Medusa’

แล้ว Medusa นี้ก็จะกลายเป็นขุ่นพ่อขุ่นแม่แมงกะพรุน ปล่อยไข่และสเปิร์มเพื่อขยายพันธุ์ต่อไป

ความมหัศจรรย์อย่างหนึ่งของวงจรชีวิตแมงกะพรุนคือ แม้ว่า Medusa แต่ละตัว จะแยกตัวผู้กับตัวเมียชัดเจน แต่ในระยะที่มันเป็น Polyp มันสามารถโคลนนิ่งตัวเองออกมาได้ทั้งเพศผู้และเพศเมีย หรือพูดอีกอย่างว่า จากไข่และสเปิร์มหนึ่งคู่ จะได้ผลผลิตเป็นแมงกะพรุนที่มี DNA เหมือนกันหลายตัวที่มีทั้งตัวผู้และตัวเมียปะปนกัน!

อย่างไรก็ตาม วิธีและรูปแบบการแตกหน่อของแมงกะพรุนแต่ละกลุ่มมีรายละเอียดปลีกย่อยที่ต่างกันมาก บางชนิดช่วงแตกหน่อจะดูเหมือนจานซ้อนกันเป็นชั้นๆ บางชนิดแตกหน่อออกด้านข้าง บางชนิดไม่มีระยะ Polyp แต่เป็น Medusa เองที่ทำหน้าที่แตกหน่อ อ่านต่อ

ส่วนวิธีผสมพันธุ์ของแมงกะพรุนแต่ละชนิด ก็มีความแตกต่างกันมากมาย บางชนิดมีสองเพศในตัวเดียว บางชนิดไข่ได้รับการผสมภายในตัวแม่และมันก็อุ้มท้องด้วย อ่านต่อ

อ้างอิง : หนังสือ Jellyfish: A Natural History (ผู้เขียน Lisa-ann Gershwin)

Pixabay License

ระบบขับเคลื่อนพลังน้ำ

เป็นตอนที่ 5 ใน 6 ตอนของเรื่อง ร่างกายมหัศจรรย์ของน้องเยลลี่

แม้แมงกะพรุนจะได้ชื่อว่าเป็นแพลงก์ตอน – คือใช้ชีวิตล่องลอยตามกระแสน้ำ – แต่พวกมันก็มีความสามารถในการควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ได้เช่นกัน ทั้งซ้ายขวาขึ้นลง แถมบางชนิดยังสามารถว่ายทวนกระแสอ่อนๆ ได้ด้วย โดยเฉพาะแมงกะพรุนกล่องที่มีบันทึกไว้ว่า สามารถว่ายได้ด้วยความเร็วถึง 8 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ส่วนแมงกะพรุนพระจันทร์ที่ประจำถิ่นในอ่าวแห่งหนึ่ง ก็มีงานวิจัยพบว่า มันสามารถขี่คลื่นเพื่อกลับเข้าอ่าวในช่วงเวลาที่กระแสน้ำด้านล่างพัดออกจากอ่าวได้

แม้จะเคลื่อนที่ไม่เร็วนัก แต่การเคลื่อนที่ของแมงกะพรุนก็ถือเป็นหนึ่งในระบบขับเคลื่อนที่ทรงประสิทธิภาพที่สุดในอาณาจักรสัตว์ เนื่องจากใช้พลังงานน้อยมากเมื่อเทียบกับแรงขับเคลื่อนที่ได้

พวกมันใช้วิธีขยายและหดกล้ามเนื้อลำตัว พองหนอ-น้ำเข้า ยุบหนอ-น้ำออก เกิดแรงผลักดันตัวมันไปข้างหน้า

Jellyfish Experiment by NASA STS-40Snapshot from Video of NASA Jellyfish Experiment

เมื่อ NASA ส่งแมงกะพรุนไปอวกาศ

เป็นตอนที่ 6 ใน 6 ตอนของเรื่อง ร่างกายมหัศจรรย์ของน้องเยลลี่

เมื่อวันที่ 5 มิถุนายน 1991 กระสวยอวกาศโคลัมเบียพุ่งทะยานขึ้นสู่อวกาศ โดยมีแมงกะพรุนพระจันทร์ (Moon Jelly, Aurelia aurita) ในระยะ Polyp และระยะว่ายน้ำขั้นเริ่มต้น (Ephyra) จำนวน 2,478 ตัว ถูกส่งขึ้นไปด้วย

แมงกะพรุนอวกาศกลุ่มนี้ คือตัวแทนของการทดลองเพื่อที่จะตอบคำถามว่า “สภาวะเกือบไร้แรงโน้มถ่วง (microgravity) มีผลอย่างไรต่อพัฒนาการของสิ่งมีชีวิต” ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องรู้ก่อนที่เราจะส่งมนุษย์ไปอวกาศนานๆ รวมทั้งปัญหาสำคัญที่ว่า เราสามารถมีลูกในอวกาศได้หรือได้ เด็กจะเติบโตอย่างปกติไหม แล้วจะมีปัญหาอะไรหรือเปล่าหากกลับมาบนโลก ?

แม้ว่าแมงกะพรุนจะต่างจากพวกเราอย่างมาก แต่พวกมันมีสิ่งหนึ่งที่คล้ายเรา นั่นคือระบบตรวจวัดแรงโน้มถ่วง (gravity receptor) แต่เป็นในเวอร์ชันที่เรียบง่ายกว่ามาก มันคือระบบที่ทำให้แมงกะพรุนบอกความแตกต่างระหว่างด้านบนกับด้านล่างได้ โดยมันจะมีผลึกแคลเซียมซัลเฟต (Statoliths) ในกระเปาะรอบๆ ขอบร่ม (bell margin) ซึ่งพอเวลามันเอียงตัว ผลึกนี้ก็จะกลิ้ง ขนที่ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ก็จะส่งสัญญาณไปยังเส้นประสาท ซึ่งคล้ายกับระบบที่อยู่ในหูชั้นในของคนเรา

กลับมาที่การทดลองแมงกะพรุนอวกาศกันต่อ การทดลองนี้เริ่มขึ้นโดยการฉีดสารเคมีกระตุ้นให้ Polyp พัฒนาเป็น Ephyra ซึ่งบางกลุ่มจะเป็น Ephyra ตั้งแต่ก่อนยานออก ส่วนอีกกลุ่มเป็นเมื่ออยู่บนอวกาศแล้ว จากนั้นพวกเขาก็จะทำการบันทึกภาพและข้อมูลต่างๆ เช่น ลักษณะภายนอก ท่าทางการว่ายน้ำ จำนวนผลึกแคลเซียมซัลเฟต เพื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุมที่อยู่บนโลก

นอกจากนั้น พวกเขายังปล่อยให้แมงกะพรุนที่เป็นตัวเต็มวัยในอวกาศได้ขยายพันธุ์ด้วย ซึ่งทำให้ในช่วงนั้น เรามีแมงกะพรุนโคจรรอบโลกถึง 60,000 ตัว!

สิ่งที่นักวิจัยพบจากการทดลองนี้คือ พวกมันเจริญเติบโตได้อย่างปกติและว่ายน้ำได้ เพียงแต่เมื่อผ่านไปราว 9 วัน พวกที่เติบโตมาแล้วจากโลก จะสูญเสียผลึกแคลเซียมซัลเฟตไปเป็นจำนวนมาก และมีท่าว่ายแปลกๆ โดยมักว่ายวนเป็นวงกลม

และเมื่อแมงกะพรุนกลุ่มนี้กลับถึงโลก พวกบางส่วนไม่สามารถว่ายน้ำได้เหมือนเพื่อนแมงกะพรุนที่อยู่บนโลกทั่วไป เนื่องจากระบบตรวจวัดแรงโน้มถ่วงเกิดความผิดเพี้ยน… แต่ไม่นานพวกมันส่วนใหญ่ก็สามารถกลับคืนสู่การว่ายปกติได้

อ้างอิง

  • https://er.jsc.nasa.gov/seh/From_Undersea_To_Outer_Space.pdf
  • https://www.nytimes.com/2011/06/07/science/07jellyfish.html
  • https://www.youtube.com/watch?v=FvjVKAAvIn8