ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มนุษย์เราได้ส่งสัตว์จำนวนมากมายขึ้นไปบนอวกาศทั้งเพื่อเป็นหน่วยกล้าตายอย่างเจ้าลิงหายตัวที่เอาไปทดสอบว่าอวกาศปลอดภัยต่อมนุษย์มั้ย หรือเพื่อการทดลองต่าง ๆ ข้อมูลที่ได้นอกจากในทางตรงที่เก็บได้จากการทดลองแล้ว มันได้ถูกเอามาปรับใช้ในอีกหลายเรื่องเช่นกัน อย่างการเอาแมวขึ้นไปบนสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ทำให้เราเข้าใจวิธีทำให้นักบินทรงตัวได้ดียิ่งขึ้น หรือในการแม้แต่ในการประยุกต์ใช้อย่างเพื่อความเข้าใจในการใช้แบคทีเรียสกัดแร่ออกมาจากหิน
แต่สัตว์ประเภทหนึ่งที่หลายคนอาจเคยไม่รู้มาก่อนว่าเราเคยนำไปบนอวกาศด้วยก็คือ “ปลา” เนื่องจากที่เรามักเห็นหรือเคยได้ยินแทบจะเป็นสัตว์บกทั้งสิ้น และเราอาจจินตนาการถึงความยุ่งยากของการเตรียมการของเพื่อให้มันขึ้นไปอยู่บนอวกาศได้ แต่ความขี้สงสัยและอยากทดลองของมนุษย์ก็ทำให้เราก้าวความความยากลำบากนั้นไปได้ และนี่คือเรื่องราวประวัติศาสตร์ของการพยายามนำปลาขึ้นไปบนอวกาศกับการตกผลึกองค์ความรู้ที่ได้ตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน มันจะคุ้มค่าหรือเปล่า มาลองดูกัน
Skylab 3 ครั้งแรกที่ปลาว่ายน้ำในสภาวะ Microgravity
Scientific American ได้กล่าวเอาไว้ว่า ถ้าหากมนุษย์ขึ้นไปอยู่บนอวกาศในช่วงวันแรก ๆ ก่อนที่จะปรับตัวได้จะมีอาการคลื่นไส้และรักษาสมดุลของร่างกายไม่ได้ ปรากฏการณ์นี้มีผลกระทบจากแรงดึงดูดของโลกที่ดึงตัวเราติดกับพื้นทำให้เราเคลื่อนไหวใน 2 มิติบนพื้นโลก คำถามที่เกิดขึ้นคือ แล้วสิ่งมีชีวิตที่อาศัยในทะเลอย่างปลาที่เคลื่อนที่เป็น 3 มิติได้อย่างอิสระล่ะจะแสดงออกอย่างไรในสภาวะไร้น้ำหนัก
คำตอบนี้ได้รับเฉลยในภารกิจ Skylab 3 ในปี 1973 ที่ NASA ได้นำปลามัมมิช็อค (Fundulus heteroclitus) 2 ตัวและไข่ปลามัมมิช็อคอีก 50 ฟองขึ้นไปบนสถานีอวกาศ มีการถ่ายวิดิโอของมันในวันที่ 3 และ 22 ด้วยกล้อง TV สีบนสถานีเพื่อนำกลับมาประเมินบนโลก จากการประเมินพบว่า ในวันที่ 3 ปลามัมมิช็อคทั้ง 2 ตัว “หลงทิศ” และหมุนวนเป็นวงกลมเหมือนนาฬิกา โดยนักวิทยาศาสตร์เรียกพฤติกรรมนี้ว่า “looping behavior”
เช่นเดียวกับมนุษย์ แรงโน้มถ่วงบนโลกถูกใช้เพื่อบอกทิศทางบนล่าง (บนคือออกจากแรงดึงดูด) เมื่อปลาไปว่ายน้ำอยู่บน Micrograbity ก็เกิดผลกระทบด้านการปรับตัวทางกายภาพเช่นเดียวกับมนุษย์เพราะมันไม่สามารถรู้บนล่างได้ แต่หลังจากเวลาผ่านไปความถี่ของรอบการหมุนวนก็ลดลงเรื่อย ๆ จนแทบจะว่ายน้ำเป็นปกติโดยมันจะหันหลังให้กับแหล่งกำเนิดแสงของสถานีอวกาศ พฤติกรรมนี้เกิดมาจาก Dorsal Light Response ที่เป็น Orientation (พฤติกรรมการตอบสนองต่อปัจจัยทางกายภาพ) ที่มีมาตั้งแต่กำเนิดของปลา แต่เราก็ยังสามารถทำให้มันกลับมา “หลงทิศ” สักพักนึง โดยการเขย่าถุงปลานั่นเอง ส่วนไข่ปลา 50 ฟองที่นำขึ้นไป มี 48 ใบ (96%) ที่ฟักตัวออกมา และปลาเหล่านั้นไม่เกิดอาการหลงทิศให้เห็น
Effects of Prolonged Weightlessness on the Swimming Pattern of Fish Aboard Skylab 3
The First Fish in Orbit – Scientific American
การผสมพันธุ์ของสัตว์มีกระดูกสันหลังประเภทแรกบนอวกาศ
ในปี 1993 ภารกิจ STS-65 ของกระสวยอวกาศ Columbia ถูกออกแบบไว้เพื่อโครงการทดลอง The International Microgravity Laboratory (IML-2) เพื่อทำการวิจัยค้นคว้าต่าง ๆ ภายใต้สภาวะ Microgravity ปลาซิวข้าวสารญี่ปุ่น (Oryzias latipe) 4 ตัว (เพศผู้สองตัวชื่อ Cosmo, Genki กับเพศเมียสองตัวชื่อ Yume และ Mikki) ที่ได้รับการคัดเลือก (ดูท่าว่าจะแข็งแรง/ ถึกที่สุด) จากการทดสอบด้านต่าง ๆ จากปลาประเภทเดียวกันอีกกว่า 2000 ตัวได้ถูกขนขึ้นไปบนยานภายในแท็งก์น้ำขนาดเล็ก เพื่อทำการทดลองดูการผสมพันธุ์ของมันในอวกาศ จากการสังเกตการณ์ เราได้ค้นพบว่ามันผสมพันธุ์กันทุกวันเลย (ฮา) ในวันที่ 3 กล้องสามารถจับภาพการผสมพันธุ์ของมันได้ครั้งแรก จนจบภารกิจ 15 วัน ได้มีตัวอ่อนของปลาเกิดขึ้น 11 ตัว และไข่ที่ปฏิสนธิแล้ว 27 ฟอง
แต่ภายหลังการลงมายังโลก คนสร้างการทดลองก็ช็อคเพราะปลาผู้ใหญ่ทั้ง 4 ตัวสภาพเหมือนตาย แต่หลังจากเช็คแล้วมันแค่ลืมวิธีว่ายน้ำแบบมีแรงโน้มถ่วงเฉย ๆ (ฮ่าา) มันลืมวิธีการใช้ถุงลม หางและครีบในการว่ายน้ำ (เพราะมันแทบไม่ได้ใช้ในอวกาศ) ทุกครั้งที่มันพยายามว่ายขึ้นไปข้างบน มันก็จะตกลงมาที่ก้นแท็งก์ภายในไม่กี่วินาที แต่ก็เป็นโชคดีของมันที่พวกมันสามารถกลับมาจำวิธีการว่ายน้ำได้หลังจากประมาณ 3 วันบนพื้นโลก (และมันก็กลับมาผสมพันธุ์กันต่อ) ส่วนลูก ๆ หลาน ๆ ของพวกมันถูกส่งไปให้ตามโรงเรียนประถมทั่วญี่ปุ่นต่อไป
อ่าน Text ฉบับเต็มได้ที่: Fish mating experiment in space–what it aimed at and how it was prepared. (ค่อนข้างอ่านง่ายและสนุก จากวิธีการเขียนของผู้เขียนที่ค่อย ๆ เล่าเรื่องและไม่ได้เป็นทางการมาก)
Fishes in space – Stephan G. Reebs
หูของปลา ที่ทำให้เราเข้าใจหูของคนและการทรงตัวมากยิ่งขึ้น
Richard Boyle นักชีววิทยาจาก NASA Ames Research Center ได้เคยกล่าวเอาไว้ว่า “คุณแทบจะสามารถนำหูชั้นในของปลามาใส่ในคนได้เลย มันเข้ากันมาก ๆ ” พอมีการทดลองที่เกี่ยวข้องกับหูแทนที่จะใช้มนุษย์เราก็เลยใช้ปลาแทนดูก่อน และจากเหตุผลด้านความเซนซิทีฟและความคล้ายคลึงกับมนุษย์ที่สูงมากของหูของปลาคางคกมันจึงได้ถูกเลือกไปเป็นตัวทดลองในการทดลองครั้งนี้
ในภารกิจ STS-95 เมื่อปี 1998 ปลาคางคกได้ถูกนำไปอยู่บนสภาวะไร้น้ำหนักและสังเกตการเปลี่ยนแปลงของ otoliths ในหูของปลา (ที่ทำหน้าที่คล้ายกับหูชั้นในของคน) ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการได้ยินและการทรงตัว การทดลองนี้ถูกทำขึ้นเพื่อวิเคราะห์ปรากฏการณ์ motion sickness ที่นักบินอวกาศต้องเจอระหว่างไฟลท์ ข้อมูลที่ได้ยังทำให้เราเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับสภาวะการทรงตัวของมนุษย์บนโลกและอาจถูกนำไปใช้ในงานวิจัยต่าง ๆ เพื่อแก้ไขปัญหาวิงเวียนและ motion sickness ได้
NASA Uses Fish to Fight Space Sickness – space.com
NASA Studies Nanomechanics of Inner Ear for Motion Sickness
NASA Studies Balance In Two Woods Hole Toadfish, A Senator, And Five Astronauts In Shuttle Mission
Aquatic Habitat อควาเรียมลอยฟ้า
ก่อนที่เราจะเข้ามาในประเด็นถัดไป ขอเกริ่นก่อนเล็กน้อยว่างานวิจัยในอีก 2 หัวข้อที่เหลือเกิดขึ้นบนตู้ปลาเล็ก ๆ แห่งเดียวกันชื่อ Aquatic Habitat บนสถานีอวกาศนานาชาติ
Aquatic Habitat หรือ AQH เป็น Experiment Facility อย่างหนึ่งที่ถูกติดตั้งไว้บนชั้น Multi-Purpose Small Payload (MPSR) ในโมดูล Kibo บนสถานีอวกาศนานาชาติ โดยเจ้า AQH เรียกได้ว่าเป็นตู้ปลาไฮเทคเลยก็ว่าได้ เพราะมันมาพร้อมกับระบบการจัดการน้ำ ระบบให้อาหารอัตโนมัติ พร้อมกับระบบจำลองไฟไว้จำลองกลางวันกลางคืนเหมือนกันบนโลก เพื่อสร้างบรรยากาศที่ดีให้กับปลาที่มาอาศัย ทั้งหมดนี้ก็เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาปลาได้อย่างเต็มที่โดยไม่ต้องมากังวลสภาวะต่าง ๆ หรือปัญหาที่ต้องมาดูแลแก้ไข (อ้อ มันยังมาพร้อมกับกล้องคุณภาพสูงสำหรับการสังเกตการณ์อีกด้วย)
Handbook for Use of Laboratory in Kibo – Jaxa
A Fish Friendly Facility for the International Space Station – NASA
มวลกระดูกที่หายไปเช่นเดียวกับมนุษย์บนสภาวะไร้แรงดึงดูด
เราได้ค้นพบว่านักบินอวกาศจะสูญเสียมวลกระดูกไปเมื่ออยู่บนสภาวะ Microgravity เป็นเวลานาน ๆ นักวิทยาศาสตร์จึงได้ออกแบบการทดลองที่จะนำปลาซิวข้าวสารญี่ปุ่นกลับไปบนอวกาศอีกครั้ง เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของกระดูกของปลา (ที่มีความคล้ายคลึงกับมนุษย์) ว่ามันส่งผลอย่างไร การทดลองครั้งนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสำคัญไปที่การศึกษาเซลล์สองประเภทคือ Osteoclasts ที่ทำให้เกิด Bone remodeling โดยเกี่ยวข้องกับกระบวนการกำจัด Bone Matrix ออกจากหลายทำตำแหน่ง (คือการสลายเนื้อเยื่อกระดูก) และ Osteoblasts ที่ทำที่ทำหน้าที่ปล่อยสารที่ทำหน้าที่ในการฟอร์มกระดูกใหม่ ทั้งสองอย่างทำหน้าที่สำคัญในกระบวนการซ่อมแซมและบำรุงกระดูกของสัตว์ (และมนุษย์)
แต่เราจะสังเกตมันยังไง? นักวิทยาศาสต์ได้ทำการดัดแปลงพันธุกรรมให้เซลล์สองเซลล์นี้เรืองแสงในสภาวะแสงที่เหมาะสม หลังจากนำขึ้นไปบนอวกาศ นักวิจัยที่ทำการ monitor บนพื้นโลกได้ค้นพบว่าเซลล์กระดูกของปลาเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหลังจากเดินทางในอวกาศ (เร็วกว่ามนุษย์มาก) มีการเพิ่มขึ้นของ Osteoclasts ตั้งแต่วันแรก ๆ ของการส่งขึ้นไป ก่อนที่ Osteoblast จะค่อย ๆ ตามขึ้นมา นักวิจัยได้ทำการศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมและคาดว่ามันจะนำไปสู่การเข้าใจเหตุผลของกระบวนการสูญเสียมวลกระดูกของมนุษย์บนอวกาศในอนาคตได้
Fish Don’t Do So Well in Space – Smithsonian Magazine
Using Transparent Fish to Study Denser Bones – NASA
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของกล้ามเนื้อของปลาบนอวกาศ
หลังจากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของกระดูกแล้ว การทดลองในช่วงต่อมาก็ได้เกิดขึ้นคือการศึกษากล้ามเนื้อ จากปัญหาทางกายภาพที่สำคัญของการอยู่ในสภาวะไร้แรงดึงดูดคือกล้ามเนื้อจะไม่ต้องทำงานหนักที่จะต้านแรงดึงดูดของโลกอีกต่อไป เป็นสาเหตุทำให้กล้ามเนื้อฝ่อลง ด้วยเหตุนี้นักบินอวกาศจึงต้องออกกำลังกายอย่างหนักทุกวันเพื่อพยายามรักษากล้ามเนื้อไว้ให้ได้มากที่สุด ด้วยสาเหตุนี้นักวิจัยจึงได้นำปลามาใช้ในการทดลองอีกครั้ง (โดยในครั้งนี้เป็นปลาม้าลาย) โดยมันจะถูกฉีดโปรตีนเรืองแสงเข้าร่างกายเพื่อทำให้เก็บภาพ 3 มิติของกล้ามเนื้อและเอ็นได้ ปลาม้าลาย 18 ตัวที่ถูกใช้ในการทดลองครั้งนี้ จะถูกวิเคราะห์การทำงานทางกายภาพว่ากลไกการรักษาซ่อมแซมกล้ามเนื้อของมันทำงานอย่างไร รวมถึงเส้นเอ็นของมันจะเซนซิทีฟแค่ไหนเมื่อพบเจอสภาวะ Microgravity
คุณ Atsuko Sehara-Fujisawa จาก Institute for Frontier Medical Sciences มหาวิทยาลัยเกียวโตผู้เป็น investigator หลักของโครงการได้กล่าวไว้ว่า การวิจัยครั้งนี้จะทำให้เราเข้าใจว่าผลของการออกกำลังกายและผลกระทบของสภาวะไร้แรงดึงดูดมากยิ่งขึ้น และมันจะดีเป็นอย่างยิ่งถ้างานวิจัยชิ้นนี้ให้เบาะแสเราในการพัฒนาการแก้ไขการสูญเสียของกล้ามเนื้อทั้งจากอายุและโรค [โดยไม่ใช่เพียงแค่ในอวกาศ]
Zebrafish Flex Their Muscles For Research Aboard the International Space Station – NASA
เช่นเดียวกับสัตว์ชนิดอื่น ปลาได้ถูกมนุษย์ใช้เพื่อการทดลองเพื่อจุดประสงค์ต่าง ๆ ในที่สถานที่ต่าง ๆ ไม่เว้นแม้แต่ในอวกาศ ทั้งนี้ก็เพื่อความกระตือรือร้นอยากรู้อยากเห็นของมนุษย์ และความมุ่งมั่นที่จะศึกษาสิ่งต่าง ๆ เพื่อนำมาแก้ไขและพัฒนาคุณภาพชีวิตที่ดีกว่าเดิม เราก็ต้องขอขอบคุณสัตว์ทดลองต่าง ๆ มากมายที่เป็นบันไดให้มนุษย์ก้าวไปสู่องค์ความรู้ใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนได้
