Culture เราได้อะไรจากการส่งปลาไปว่ายน้ำในอวกาศ
เราได้อะไรจากการส่งปลาไปว่ายน้ำในอวกาศ

Chayapatr

เราได้อะไรจากการส่งปลาไปว่ายน้ำในอวกาศ

March 22, 2020

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มนุษย์เราได้ส่งสัตว์จำนวนมากมายขึ้นไปบนอวกาศทั้งเพื่อเป็นหน่วยกล้าตายอย่างเจ้าลิงหายตัวที่เอาไปทดสอบว่าอวกาศปลอดภัยต่อมนุษย์มั้ย หรือเพื่อการทดลองต่าง ๆ ข้อมูลที่ได้นอกจากในทางตรงที่เก็บได้จากการทดลองแล้ว มันได้ถูกเอามาปรับใช้ในอีกหลายเรื่องเช่นกัน อย่างการเอาแมวขึ้นไปบนสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ทำให้เราเข้าใจวิธีทำให้นักบินทรงตัวได้ดียิ่งขึ้น หรือในการแม้แต่ในการประยุกต์ใช้อย่างเพื่อความเข้าใจในการใช้แบคทีเรียสกัดแร่ออกมาจากหิน

การสังเกตการเคลื่อนที่ของแมวในสภาวะไร้น้ำหนัก ที่มา – PopSCI

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”

ปลาในถุงพลาสติก (สีดำ ๆ สองตัว) ในภารกิจ Skylab 3 วิดิโอฟุตเทจจากสารคดี Skylab: The Second Manned Mission. A Scientific Harvest นาทีที่ 8.38 – ที่มา NASA STI Program

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

ภาพจาก text เรื่อง Fish mating experiment in space–what it aimed at and how it was prepared. โดยคุณ Keniji Ijiri แห่งมหาวิทยาลัยโดเกียว จะสังเกตได้ว่ามีปลา 2 ตัวกำลังเข้าคู่กันอยู่ตรงกลางภาพ

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

การลงจอดของกระสวยอวกาศ Discovery หลังจากภารกิจ STS-95

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 ที่วงกลมอยู่คือตะแกรงดักจับอากาศด้านบนของตู้ (ใช้ภาพนี้เพราะเป็นภาพเดียวที่ผู้เขียนหาได้บนอินเตอร์เน็ตที่ระบุจุดตู้ปลาพร้อมแสดงให้เห็นข้างในเลย) – ที่มา JAXA

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

นักบินอวกาศคุณ Aki Hoshide กับการสังเกตการณ์ปลาซิวข้าวสารญี่ปุ่นใน AQH ระหว่างภารกิจ Expedition 33 – ที่มา NASA

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

ปลาซิวข้าวสารญี่ปุ่นถูกใช้ในการศึกษาการหายไปของมวลกระดูก – ที่มา NASA/PHILIPP KELLER/STELZER GROUP/EMBL

Fish Don’t Do So Well in Space – Smithsonian Magazine

Using Transparent Fish to Study Denser Bones – NASA

ลักษณะโครงสร้างและองค์ประกอบของพวกเซลล์กระดูกแข็ง (Cellular components of bone) – ภาควิชากายวิภาคศาสตร์ คณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของกล้ามเนื้อของปลาบนอวกาศ

หลังจากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของกระดูกแล้ว การทดลองในช่วงต่อมาก็ได้เกิดขึ้นคือการศึกษากล้ามเนื้อ จากปัญหาทางกายภาพที่สำคัญของการอยู่ในสภาวะไร้แรงดึงดูดคือกล้ามเนื้อจะไม่ต้องทำงานหนักที่จะต้านแรงดึงดูดของโลกอีกต่อไป เป็นสาเหตุทำให้กล้ามเนื้อฝ่อลง ด้วยเหตุนี้นักบินอวกาศจึงต้องออกกำลังกายอย่างหนักทุกวันเพื่อพยายามรักษากล้ามเนื้อไว้ให้ได้มากที่สุด ด้วยสาเหตุนี้นักวิจัยจึงได้นำปลามาใช้ในการทดลองอีกครั้ง (โดยในครั้งนี้เป็นปลาม้าลาย) โดยมันจะถูกฉีดโปรตีนเรืองแสงเข้าร่างกายเพื่อทำให้เก็บภาพ 3 มิติของกล้ามเนื้อและเอ็นได้ ปลาม้าลาย 18 ตัวที่ถูกใช้ในการทดลองครั้งนี้ จะถูกวิเคราะห์การทำงานทางกายภาพว่ากลไกการรักษาซ่อมแซมกล้ามเนื้อของมันทำงานอย่างไร รวมถึงเส้นเอ็นของมันจะเซนซิทีฟแค่ไหนเมื่อพบเจอสภาวะ Microgravity

ปลาม้าลาย ปลาพันธุ์ชนิดที่ถูกนำมาใช้ในการทดลองครั้งนี้ – ที่มา NASA

คุณ Atsuko Sehara-Fujisawa จาก Institute for Frontier Medical Sciences มหาวิทยาลัยเกียวโตผู้เป็น investigator หลักของโครงการได้กล่าวไว้ว่า การวิจัยครั้งนี้จะทำให้เราเข้าใจว่าผลของการออกกำลังกายและผลกระทบของสภาวะไร้แรงดึงดูดมากยิ่งขึ้น และมันจะดีเป็นอย่างยิ่งถ้างานวิจัยชิ้นนี้ให้เบาะแสเราในการพัฒนาการแก้ไขการสูญเสียของกล้ามเนื้อทั้งจากอายุและโรค [โดยไม่ใช่เพียงแค่ในอวกาศ]

Overview of Kibo experiment candidates for around 2012: Effects of the gravity on maintenance of muscle mass in zebrafish – Jaxa

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





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



In Coversation

เรื่องราวน่าสนใจที่กำลังเป็นบทสนทนา