หนูทดลองใหม่ล่าสุดมีแปดแขน

ย้ายไปยังหนูและแมลงวันผลไม้ Marine Biological Laboratory ในเมือง Woods Hole รัฐแมสซาชูเซตส์กำลังยุ่งอยู่กับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตรุ่นต่อไปที่ยอดเยี่ยมสำหรับวิทยาศาสตร์

เพิ่งผ่านแผ่นงาน “ออกจากระบบปลาหมึก” ที่ชั้นล่างของอาคารอิฐอันโอ่อ่าที่ห้องปฏิบัติการชีววิทยาทางทะเล (MBL) ในวูดส์โฮล รัฐแมสซาชูเซตส์ ผู้คนจำนวนหนึ่งสวมเสื้อกาวน์คลุมห้องแล็บระหว่างแถวของถังขนาดเท่าไมโครเวฟ พวกเขาตรวจสอบคุณภาพน้ำ จัดการอาหาร จดบันทึก และทำอย่างอื่นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของการวิจัยทางชีววิทยาทางทะเล

นำโดยพ่อมดปลาหมึก Bret Grasse คนงานที่ศูนย์ทรัพยากรทางทะเลของ MBL กำลังพยายามฝึกฝนวิทยาศาสตร์การเลี้ยงเซฟาโลพอด ซึ่งเป็นกลุ่มที่รวมปลาหมึก ปลาหมึก และปลาหมึกยักษ์ไว้ในกรงขัง น้ำทะเลที่ไหลรินของ Cape Cod ที่ไหลรินอย่างต่อเนื่องซึ่งมาจากช่องทางเข้าที่อยู่ติดกันไหลผ่านเครือข่ายของท่อ ช่วยเพิ่มความรู้สึกโกลาหลในห้องแล็บเปียกที่กว้างขวางแต่แน่น ขณะที่ทัวร์ของฉันดำเนินต่อไป คำสั่งก็ปรากฏขึ้น สิ่งที่ดูเหมือนขวดพลาสติกที่วางผิดที่ในถังบางอันกลับกลายเป็นขวดโค้กเก่า ที่วางไว้กลางถังโดยตั้งใจเพื่อฟักไข่เซฟาโลพอด อากาศที่ไหลเข้าไปในขวดแต่ละขวดช่วยให้ไข่โปร่งแสงมีขนาดเท่าลูกเกดที่แกว่งไปมาอยู่ข้างใน พ่อแม่ของเซฟาโลพอดบางคนเติมออกซิเจนให้ไข่จนกว่าพวกมันจะฟักออกมา แต่ Grasse ได้พัฒนาตู้ฟักขวดโซดาเพื่อทำงานอัตโนมัติ ปล่อยพ่อแม่ออกไปผลิตไข่ชุดต่อไป นี่เป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่มีเทคโนโลยีต่ำหลายอย่างที่ทีมได้นำไปใช้เพื่อผลิตเซฟาโลพอดจำนวนมากเป็นสัตว์ทดลอง หากพวกเขาประสบความสำเร็จ พวกเขาจะช่วยนำสิ่งมีชีวิตจำลองทางทะเลใหม่ล่าสุดของโลก

สิ่งมีชีวิตจำลองถูกใช้เป็นระบบทดสอบเพื่อเปิดเผยความจริงสากลของชีววิทยา โมเดลนี้สามารถเป็นตัวแทนของสัตว์กลุ่มใหญ่ หรือเป็นตัวแทนของมนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ความรู้ส่วนใหญ่ของเราเกี่ยวกับการพัฒนาสิ่งมีชีวิต รวมทั้งพันธุกรรม มาจากการวิจัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตจำลองจำนวนหนึ่ง เช่น แมลงวันผลไม้ พยาธิตัวกลม ปลาม้าลาย หนู และหนู สัตว์เหล่านี้เป็นสัตว์ขนาดเล็กที่มีอายุสั้นซึ่งง่ายต่อการรักษาและผสมพันธุ์ และเราสามารถวิเคราะห์และปรับเปลี่ยนจีโนมได้อย่างง่ายดายเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพันธุกรรม ชีววิทยา และโรค จากนั้นจึงพยายามนำข้อมูลเชิงลึกมาใช้กับมนุษย์ด้วย

นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าถึงสัตว์ทะเลชนิดอื่นๆ เพื่อใช้ในห้องแล็บได้แล้ว และได้ใช้มันเพื่อล้อเลียนการค้นพบเกี่ยวกับทุกสิ่ง ตั้งแต่การส่งผ่านเส้นประสาท การปฏิสนธิ ไปจนถึงกลไกเบื้องหลังการเรียนรู้และความจำ แต่เมื่อชุมชนวิทยาศาสตร์ยอมรับการศึกษาเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา ความต้องการแบบจำลองทางทะเลใหม่ที่ติดตามได้ทางพันธุกรรม—นั่นคือ สัตว์ทดลองที่มียีนที่สามารถจัดการได้ง่าย—ได้กลายเป็นที่ประจักษ์ชัดแล้ว MBL ต้องการเติมเต็มช่องว่างด้วยการผลิตสิ่งมีชีวิตต้นแบบเซฟาโลพอดที่สามารถติดตามพันธุกรรมได้เป็นรายแรกของโลก

เมื่อพูดถึงสิ่งที่เราอาจเรียนรู้จากเซฟาโลพอด มีความเป็นไปได้มากมาย

Caroline Albertin นักชีววิทยาเซฟาโลพอดจาก MBL กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์จัดสัตว์ออกเป็น 35 ไฟลา แต่ศึกษารายละเอียดเพียงเล็กน้อยเท่านั้น คล้ายกับต้องการเข้าใจสรีรวิทยาของมนุษย์แต่ศึกษาแต่ผู้ชายเท่านั้น

Albertin กล่าวว่า “โลกทางชีววิทยามีอยู่มากมายที่เราไม่สามารถเข้าถึงได้ ในปี 2015 เธอเป็นส่วนหนึ่งของทีมชุดใหญ่ในการจัดลำดับจีโนมของปลาหมึก เซฟาโลพอดมีความคล้ายคลึงกันมากกับสัตว์มีกระดูกสันหลัง เธอกล่าวว่า “สิ่งต่างๆ เช่น สมองขนาดใหญ่ ตากล้อง และระบบไหลเวียนโลหิตแบบปิด”—แต่พวกมันมีวิวัฒนาการอย่างอิสระโดยสิ้นเชิง “พวกมันมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับหอยอื่นๆ เช่น หอยทากและหอย ซึ่งไม่มีลักษณะเหล่านี้” เธอกล่าวเสริม

การศึกษายีนของเซฟาโลพอดและเอ็มบริโอของพวกมัน วิธีนำยีนเหล่านั้นไปใช้ในระหว่างการพัฒนา สามารถช่วยเราปรับปรุงความรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการและชีววิทยาสิ่งมีชีวิต ตามที่ Albertin ชี้ให้เห็น การตรวจสอบความแตกต่างของระบบประสาทขนาดใหญ่ของเซฟาโลพอดอาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสมองของมนุษย์ และการค้นหาว่าเซฟาโลพอดสร้างแขนขึ้นใหม่ได้อย่างไร แม้ว่าจะมีเส้นประสาทขนาดใหญ่ไหลลงมาก็ตาม แต่ก็สามารถนำไปสู่ความก้าวหน้าในการจัดการกับอาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังของมนุษย์

ผู้เชี่ยวชาญด้านเซฟาโลพอดคนอื่นๆ เช่น นักชีววิทยาระดับโมเลกุลทางประสาท จอช โรเซนธาล ผู้ดูแลโครงการพัฒนาสิ่งมีชีวิตโมเดลเซฟาโลพอดที่ MBL รู้สึกตื่นเต้นกับโอกาสในการศึกษานวัตกรรมเพิ่มเติมที่เซฟาโลพอดพัฒนาขึ้น เช่น ความสามารถในการแก้ไขข้อมูลทางพันธุกรรมของพวกมันเอง หัวใจทั้งสามของเซฟาโลพอดและความสามารถในการจับคู่สี ลวดลาย และรูปร่างของสภาพแวดล้อมนั้นยังดึงดูดใจนักชีววิทยาที่หวังว่าจะค้นพบหลักการทางชีววิทยาพื้นฐานของลักษณะเหล่านั้น

แต่ก่อนที่ MBL จะสามารถสร้างแรงกระตุ้นจากการวิจัยปลาหมึกได้ อันดับแรกนักวิทยาศาสตร์ของเจ้าหน้าที่จำเป็นต้องเชี่ยวชาญศิลปะในการทำให้อาสาสมัครที่กระเสือกกระสนของพวกเขามีความสุขและมีการผลิตจำนวนมากในการถูกจองจำ ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับเซฟาโลพอดมากกว่าที่เป็นกับหนู

MBL ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของมหาวิทยาลัยชิคาโก ภาคภูมิใจในการศึกษาธรรมชาติผ่านวิธีการลงมือปฏิบัติจริง มากกว่าผ่านหนังสือ ไม่กี่ปีที่ผ่านมา กลุ่มนักวิจัยที่เกี่ยวข้องกับองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรได้เริ่มหารือเกี่ยวกับการพัฒนาสายพันธุ์แบบจำลองทางทะเลใหม่ด้วยระบบพันธุกรรมที่ติดตามได้ ความใกล้ชิดของ MBL กับส่วนที่อุดมสมบูรณ์ของมหาสมุทร ซึ่งแหล่งน้ำเขตร้อนที่กระแสน้ำกัลฟ์สตรีมมาบรรจบกับผืนน้ำในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือที่เย็นยะเยือก ได้ช่วยให้ที่นี่เป็นศูนย์กลางระดับโลกสำหรับการวิจัยทางทะเล นักเรียนและนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเดินทางมาเพื่อฝึกอบรมและวิจัยในแต่ละฤดูร้อน ทำให้เกิดความรู้สึกตื่นเต้นอย่างเห็นได้ชัดเกี่ยวกับการไขความลึกลับของธรรมชาติ นักวิจัยรู้ดีว่าสิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่ที่พวกเขาพัฒนาขึ้นที่นี่น่าจะได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มาเยี่ยมซึ่งจะนำแนวคิดและเทคนิคใหม่ ๆ กลับไปที่ห้องปฏิบัติการที่บ้านของพวกเขา

ในที่สุดกลุ่มก็เห็นด้วยกับเซฟาโลพอดและในเดือนเมษายน 2560 MBL เริ่มทำงานเพื่อสร้างแบบจำลองสายพันธุ์ใหม่ให้เป็นจริง หนึ่งในการโทรครั้งแรกคือให้ Grasse

ด้วยสไตล์สบายๆ ของเขา นักเลี้ยงสัตว์น้ำ Grasse ให้บรรยากาศของนักเล่นเซิร์ฟฝั่งตะวันตกในขณะที่เขาหยุดระหว่างแทงค์เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับแนวคิดใหญ่ๆ ทางชีววิทยาและการปรับเปลี่ยนเล็กๆ น้อยๆ ในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำของเขา ในงานสุดท้ายของเขาในฐานะนักเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำอาวุโสที่พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำมอนเทอเรย์เบย์ในแคลิฟอร์เนีย เขาได้ออกแบบและพัฒนานิทรรศการสาธารณะเซฟาโลพอดขนาดใหญ่แห่งแรกของโลก “สำหรับทุกสองสายพันธุ์ที่เราจัดแสดง อาจมีอีกสี่เบื้องหลังที่เรากำลังซ่อมแซม” เขากล่าว “ฉันมีประสบการณ์ที่สร้างสรรค์และลงมือปฏิบัติมาหลายปีในการแก้ปัญหาความท้าทายต่างๆ ในการเลี้ยงเซฟาโลพอด” ตอนนี้โครงการเซฟาโลพอดของ MBL อาศัยความเชี่ยวชาญนั้นเพื่อทำให้ประสบความสำเร็จ

MBL ซึ่งมีประวัติอันยาวนานและเป็นที่เคารพในการวิจัยปลาหมึก ได้รวบรวมกลุ่มปลาหมึกที่มีชีวิต ซึ่งส่วนใหญ่เป็นปลาหมึกและปลาหมึกที่จับได้ตามธรรมชาติหรือบริจาคมาจากห้องปฏิบัติการอื่น และองค์กรก็มีประสบการณ์ในการเพาะพันธุ์เซฟาโลพอดในระดับที่เล็กกว่า ซึ่งให้การเริ่มต้นที่ดี แต่เพื่อที่จะเป็นแหล่งที่น่าเชื่อถือของเซฟาโลพอด MBL คาดหวังว่าจะต้องผลิตสัตว์เหล่านี้จำนวนมากอย่างต่อเนื่อง—หลายร้อย หลายพันตัว หรือมากกว่า—เพื่อสนับสนุนชุมชนวิทยาศาสตร์ที่กว้างขึ้นด้วยสิ่งมีชีวิตจำลองที่พร้อมจัดส่ง

กุญแจดอกหนึ่งในการเลี้ยงสัตว์ที่ยากขึ้นชื่ออย่างประสบความสำเร็จนั้น Grasse กล่าว คือการเรียนรู้ที่จะอ่านสัญญาณอันละเอียดอ่อนของพวกมัน เช่น การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสีผิวของพวกมันหรือการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมเล็กน้อย “เพียงวิธีที่พวกมันหายใจ ว่ายน้ำ สูบฉีด หรือแสดงสีต่อกัน จะให้เบาะแสเกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขาต้องการ และช่วยให้ฉันสามารถจัดการกับสิ่งเหล่านี้ได้ในเชิงรุก”

นอกจากนี้ยังต้องทำงานตลอด 24 ชั่วโมงเพื่อรักษาสภาพที่เหมาะสมกับช่วงชีวิตของเซฟาโลพอด โดยคำนึงถึงอาหาร ที่อยู่อาศัย บริษัท และคุณภาพน้ำ และปรับแต่งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น สปีชีส์เซฟาโลพอดส่วนใหญ่ที่ MBL มีอายุยืนยาวตามธรรมชาติตั้งแต่หกเดือนถึงหนึ่งปี และถึงวุฒิภาวะทางเพศเมื่อสามเดือน “พวกเขามีวิถีชีวิตที่รวดเร็วและตายแบบหนุ่มสาว” กราสกล่าว งานของกลุ่มของเขาได้เพิ่มอายุขัยให้มีอายุยืนยาวเกินกว่าช่วงชีวิตปกติในธรรมชาติ และได้เพิ่มอัตราการรอดตายของไข่ถึง 90 เปอร์เซ็นต์หรือสูงกว่าสำหรับบางชนิด

เมื่อผสมผสานประสบการณ์ของ Grasse กับความต้องการของนักวิทยาศาสตร์ ทีมงาน MBL ได้ฝึกฝนในหลายสายพันธุ์ที่เข้ากับเกณฑ์ที่สำคัญบางประการสำหรับสิ่งมีชีวิตในแบบจำลองที่มีศักยภาพ ได้แก่ สัตว์เหล่านี้มีขนาดเล็ก มีช่วงชีวิตสั้น และรักษาวงจรการสืบพันธุ์ที่คาดการณ์ได้ นักแสดงนำได้แก่ ปลาหมึกหางสั้นฮาวาย ปลาหมึกสองจุดแคลิฟอร์เนีย ปลาหมึกสีสันสดใส ปลาหมึกชุดนอนลาย และปลาหมึกแคระ ปลาหมึกยักษ์ม้าลายเป็นส่วนเสริมใหม่ล่าสุดในบัญชีรายชื่อ นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะเลี้ยงสัตว์ขนาดยาอมในกรงเลี้ยงมาตั้งแต่ปี 1970 และในช่วงปลายปี 2018 MBL ก็กลายเป็นสัตว์ตัวแรกที่เพาะเลี้ยงมาหลายชั่วอายุคน Grasse กล่าว รายชื่ออาจถูกลดทอนลงไปอีก ขึ้นอยู่กับว่าแต่ละสายพันธุ์ยังคงขยายพันธุ์ได้ดีเพียงใด หรือเราอาจลงเอยด้วยสปีชีส์เหล่านี้หลายสายพันธุ์ในฐานะสิ่งมีชีวิตในห้องปฏิบัติการใหม่

เจนนิเฟอร์ มาเธอร์ นักวิจัยเซฟาโลพอดจากมหาวิทยาลัยเลทบริดจ์ในอัลเบอร์ตากล่าวว่าเป็นกลยุทธ์ที่ยอดเยี่ยมในการเลือกเซฟาโลพอดที่เป็นตัวแทนและพยายามทำความเข้าใจกับพวกมันจริงๆ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับโครงการนี้ กล่าว “เรารู้น้อยเกินไปเกี่ยวกับสัตว์เหล่านี้ รวมถึงแง่มุมพื้นฐานของชีวิตของพวกมัน เช่น พฤติกรรมและนิเวศวิทยา”

เป้าหมายสูงสุดของทีม MBL cephalopod คือการจัดเตรียมสายพันธุ์ที่เลือกไว้พร้อมสำหรับช่วงอายุต่างๆ เพื่อให้สามารถตอบสนองต่อคำขอของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกได้ทันที “ดังนั้น ขึ้นอยู่กับคำถามทางวิทยาศาสตร์ นักวิจัยสามารถมีทรัพยากรที่พวกเขาต้องการและปรารถนาได้อย่างแน่นอน” Grasse กล่าว ก่อนโครงการเซฟาโลพอด MBL มีปลาหมึก 50 ตัวและปลาหมึก 30 ตัวและตอนนี้มีเซฟาโลพอดประมาณ 4,000 ตัวซึ่งเกือบทั้งหมดได้รับการเพาะเลี้ยง

หน้าแรก