การงอกใหม่: Regeneration

 

หลายท่านคงประหลาดใจหรือเกิดคำถามว่า ทำไมเมื่อจิ้งจกหางขาดแล้วสามารถงอกหางขึ้นมาใหม่ได้ หรือชาวประมงที่ได้รับปัญหาจากดาวทะเล (Sea Star) ที่เข้ามากินหอยมุกที่เลี้ยงไว้ แล้วหาวิธีกำจัดดาวทะเลด้วยการสับเป็นชิ้นแล้วโยนลงทะเล แต่ก็ยังไม่สามารถกำจัดดาวทะเลให้หมดไปได้ ซ้ำร้ายกับกลายเป็นปัญหาใหญ่ เนื่องจากดาวทะเลเหล่านั้นได้เพิ่มจำนวนดาวทะเลตัวใหม่ขึ้นมาอย่างรวดเร็ว จากปรากฏการณ์ดังกล่าวทำให้ผู้อ่านเกิดความสงสัย ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์แล้ว เราเรียกเหตุการณ์ข้างต้นว่า การงอกใหม่ (Regeneration)

การงอกใหม่ คืออะไร?

การงอกใหม่จัดเป็นกระบวนการทางชีววิทยาการเจริญ (Developmental Biological Process) ที่ถูกกระตุ้นจากปัจจัยภายนอกให้เกิดขึ้นเพื่อทดแทนประชาการของเซลล์, เนื้อเยื่อ, อวัยวะที่เสียหายหรือได้รับอันตราย โดยเซลล์ร่างกาย (Somatic Cells) ที่เสียหายหรือได้รับอันตรายนั้นจะมีการสืบพันธุ์ในระดับเซลล์ (Cellular Reproduction) เกิดขึ้น โดยอาศัยกลไกการแบ่งนิวเคลียส (Nuclear division / Karyokinesis) แบบ ไมโทซิส (Mitosis)” เพื่อเพิ่มจำนวนทดแทนประชากรของเซลล์ดังกล่าว การงอกใหม่จึงจัดเป็น การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ หรือไม่ใช้เซลล์สืบพันธุ์ (Asexual Reproduction or Agametic Reproduction)

บางท่านอาจเกิดคำถามว่า…กรณีการงอกใหม่ของดาวทะเลที่ส่วนของแขน (Arm) ขาดหายไป แล้วเกิดการซ่อมแซมส่วนที่ขาดหายไปจนได้แขนที่สมบูรณ์ดังเดิม กับกรณีของแขนที่ขาดไปเกิดการงอกใหม่จนได้เป็นดาวทะเลที่สมบูรณ์อีกหนึ่งตัว แบบใดจึงถือว่าเป็นการสืบพันธุ์

อาจกล่าวได้ว่าทั้งสองกรณีต่างก็จัดเป็นการสืบพันธุ์ เพียงแต่กรณีแรกนั้นมีเฉพาะการสืบพันธุ์ในระดับเซลล์ (Cellular Reproduction) เกิดขึ้นกับเนื้อเยื่อของแขนที่ได้รับอันตรายหรือเสียหาย โดยเซลล์ดังกล่าว มีไมโทซิสทดแทนกลุ่มเซลล์ที่เสียหายไป อย่างไรก็ตามยังคงได้ดาวทะเลตัวเดิม ขณะที่กรณีหลังนั้นส่วนของแขนที่ขาดไปมีศักยภาพในการงอกใหม่กลายเป็นดาวทะเลตัวใหม่ จัดเป็นการสืบพันธุ์ในระดับเซลล์ที่ทำให้เกิดการสืบพันธุ์ในระดับสิ่งมีชีวิต (Organismic Reproduction) คือได้สิ่งมีชีวิตตัวใหม่ หากเพียงแต่ Organismic Reproduction ดังกล่าว ไม่ได้เกิดจากการใช้เซลล์สืบพันธุ์ และไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับการแบ่งออกเป็นสองส่วนเท่ากัน (Binary Fission) ของอะมีบา (Amoeba- Nondirectional Binary Fission), พารามีเซียม (Paramecium- Transverse Binary Fission) หรือยูกลีนา (Euglena- Longitudinal Binary Fission) ในสภาวะที่ต้องการสืบพันธุ์ด้วยตัวเอง (Self-Reproduction) เพื่อเพิ่มจำนวนประชากร

จึงสรุปได้ว่าทั้งสองกรณีของดาวทะเลข้างต้น จัดเป็นการงอกใหม่ที่เป็นการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ที่มีการสืบพันธุ์ในระดับเซลล์เกิดขึ้น โดยมีไมโทซิสเป็นกลไกอยู่เบื้องหลัง

มีสิ่งมีชีวิตใดบ้างที่สามารถเกิดการงอกใหม่ได้?

แท้จริงแล้วการงอกใหม่สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในพืชและสัตว์ ในสัตว์นั้นการงอกใหม่เกิดขึ้นได้ทั้งในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (Invertebrates) เช่น ไฮดรา (Hydra) รูป A, พลานาเรีย (Planaria) รูป B, แม่เพรียง (Nereis) รูป C, ดาวทะเล (Sea star) รูป D และ แมลงสาบ (Cockroach) รูป E และสัตว์มีกระดูกสันหลัง (Vertebrates) เช่น ตัวกระท่าง (Newt หรือ Salamander) รูป F, จิ้งจก (Lizard) รูป G และหมาน้ำ (Axolotl) เป็นต้น

F1.largeภาพที่ 1:  ตัวอย่างสิ่งมีชีวิตที่เกิดการงอกใหม่ได้  
(ที่มาของภาพ: Brockes, JP. 1997. Science 276: 81-87)

คำว่า Regeneration มีที่มาอย่างไร?

มีตำนานเทพนิยายกรีก เล่าว่า Prometheus ซึ่งเป็นบิดาแห่งมนุษยชาติ ได้ขโมยความลับเรื่องไฟจากเทพ Zeus แล้วนำมาบอกแก่มนุษย์ เมื่อเทพ Zeus รู้เข้าจึงได้ลงโทษ Prometheus ด้วยการจับมัดไว้กับก้อนหิน แล้วสั่งให้นกอินทรีย์บินไปจิกกินตับของ Prometheus ทุกวัน การลงโทษ Prometheus เป็นการทรมานอย่างไม่มีที่สิ้นสุด แต่เป็นเรื่องแปลกที่ตับของ Prometheus สามารถงอกใหม่ (Regenerate) กลับมาเป็นตับที่สมบูรณ์ได้ดังเดิมในวันรุ่งขึ้น อย่างไรก็ตามนกอินทรีย์ยังคงบินมาจิกกินตับ Prometheus อยู่เช่นนี้เป็นเวลาสามสิบปี

เรื่องนี้มิใช่มีเพียงแต่ในนิยาย แต่ในความเป็นจริงแล้วทางวิทยาศาสตร์ พบว่าเซลล์ตับ (Hepatocyte) สามารถเกิดกระบวนการ Regeneration ขึ้นมาทดแทนส่วนของเซลล์ตับที่ได้รับความเสียหาย (Hepatic Injury) หรือถูกทำลายได้ เรียกกระบวนการนี้ว่า การงอกใหม่ของตับ (Hepatic Regeneration)3

 Koeln_wrm_1044ภาพที่ 2:  Prometheus กำลังถูกนกอินทรีย์จิกกินตับ  
(ที่มาของภาพ :http://en.wikipedia.org/wiki/File:Koeln_wrm_1044.jpg)

‘หมาน้ำ′ คืออะไร และ ‘ตัวกระท่าง’ มีความเกี่ยวข้องกับการงอกใหม่อย่างไร?

หมาน้ำ (Axolotl) เป็นสัตว์ในกลุ่มสะเทินน้ำสะเทินบก (Amphibian) ถูกจัดจำแนกทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Classification) ในเชิงอนุกรมวิธาน (Taxonomy) ไว้ดังนี้4

taxoAxolotlภาพที่ 3:  หมาน้ำ (axolotl, Ambystoma  mexicanum)  
(ที่มาของภาพ: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/df/Axolotl.jpg)

หมาน้ำที่เห็นนี้เป็นสัตว์ท้องถิ่นของประเทศ Mexico แต่น่าเสียดายที่ประชากรของหมาน้ำชนิดนี้ถูกคุกคามจากมนุษย์ จนทำให้จำนวนประชากรลดลงอย่างมาก ถึงกับถูกบันทึกไว้ในบัญชีรายชื่อสัตว์ใกล้สูญพันธุ์จากองค์การ The International Union for Conservation of Nature หรือ IUCN5

ในบ้านเรามีสัตว์ในกลุ่มเดียวกับหมาน้ำ คือ ตัวกระท่าง Tylototriton verrucosus (Newt หรือ Salamander) พบอยู่ตามภูเขาสูงทางภาคเหนือของไทย เช่น กระท่างดอยอินทนนท์

Tylototriton_verrucosus_-held_in_hand-8aภาพที่ 4:  กระท่างดอยอินทนนท์ (Tylototriton verrucosus)
(ภาพจาก วิกิพีเดีย)

ตัวกระท่าง (Newt หรือ Salamander) ที่ว่านี้ มีโครงสร้างต่างๆ ที่สามารถเกิดการงอกใหม่ได้ เช่น แนวขอบลำตัวทางด้านสันหลัง (Dorsal Crest, รูป A1), ระยางค์ (Limb, รูป A2), จอตา (Retina, รูป A3), แก้วตา (Lens, รูป A4), ขากรรไกรบนและล่าง (Upper and Lower Jaws)6

นอกจากนี้ กระท่างยังถูกนำมาใช้เป็นตัวแบบในการศึกษาทางชีววิทยาการเจริญ เรื่อง การงอกใหม่ของระยางค์ (Limb Regeneration, รูป B)

newtภาพที่ 5 และ 6:  ส่วนต่างๆ ของร่างกายที่เกิดการงอกใหม่ได้ของกระท่างตัวเต็มวัย (Adult newt)
(A) และการทดลองการตัดระยางค์ (Limb Amputation) ของกระท่างตัวเต็มวัยเพื่อศึกษาการงอกใหม่ของระยางค์ (B)
(ที่มาของภาพ: Brockes, JP. 1997. Science 276: 81-87)

เหตุใดเมื่อมนุษย์เราสูญเสียแขนขาไปแล้ว
จึงไม่สามารเกิดการงอกใหม่ได้เช่นเดียวกับหมาน้ำ
หรือกระท่าง?

เนื่องจากมีปัจจัยหลายประการที่ทำให้เมื่อมนุษย์เราสูญเสียแขนขาไปแล้ว จึงไม่สามารถเกิดการงอกใหม่ได้ ดังนี้

1.) ร่างกายของมนุษย์เป็นโครงสร้างที่มีความซับซ้อน (Complex Structure) หากดูในส่วนแขนขาของมนุษย์เอง ต่างก็เป็นอวัยวะที่ถูกประกอบกันขึ้นจากเนื้อเยื่อพื้นฐาน (Basic Tissues) หลายชนิดเช่น เนื้อเยื่อประสาท (เส้นประสาทแขนขา), เนื้อเยื่อบุผิวและเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (กระดูกและเส้นเลือดที่มาเลี้ยงแขนขา) และเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ (กล้ามเนื้อแขนขา) ดังนั้นจึงเป็นการยากที่เมื่อแขนขาขาดหายไปแล้วร่างกายจะมีศักยภาพในการฟื้นฟูให้เนื้อเยื่อดังกล่าวสามารถซ่อมแซมตัวเอง และสอดประสานให้กลับมาเป็นแขนขาที่สมบูรณ์และทำงานได้เหมือนเดิม

2.) การงอกใหม่ในสิ่งมีชีวิตข้างต้นที่กล่าวมา เกิดจากกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิด (Stem Cells) เช่น กลุ่มเซลล์ Blastema ที่อยู่บริเวณปลายของระยางค์ (Limb) ที่ถูกตัด (Amputee) มีศักยภาพในการแบ่งเซลล์อย่างรวดเร็วเพื่อทดแทนเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่สูญหาย และกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิดเหล่านั้นยังคงมีศักยภาพของเซลล์ (Cell Potential) ที่สามารถควบคุมอัตราการเพิ่มจำนวนของเซลล์ได้อย่างถูกต้องแม่นยำ ซึ่งตรงข้ามกับมนุษย์ที่หากส่วนหนึ่งส่วนใดของร่างกายเกิดสภาวะที่เซลล์แบ่งตัวรวดเร็วผิดปกติ (Abnormal Cell Division) จนไม่สามารถควบคุมได้ ก็จะนำไปสู่ความเสี่ยงต่อการเกิดมะเร็ง (Cancer Risk)

3.) มนุษย์ไม่มีโปรแกรมหรือข้อมูลทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดการงอกใหม่ในมนุษย์เกิดการแปรผันไป (Lost or Altered Genetic Programme) เมื่อเทียบกับสิ่งมีชีวิตที่สามารถเกิดการงอกใหม่ได้

4.) ร่างกายของมนุษย์มีแหล่งผลิตเซลล์ต้นกำเนิดสำหรับการงอกใหม่ที่เล็กกว่า (Smaller Stem Cells Pool) เมื่อเปรียบเทียบกับสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำที่สามารถเกิดการงอกใหม่ได้

ท้ายนี้ผู้เขียนอยากให้ผู้อ่านตั้งคำถามกับตัวเองว่า ท่านได้ประโยชน์อะไรจากองค์ความรู้นี้?  และผู้เขียนใคร่ขอสะกิดต่อมสติแล้วกระตุกท่านให้เกิดปัญญาว่า “การระมัดระวังตัว ดำเนินชีวิตอย่างมีสติ ตั้งตนอยู่ในความไม่ประมาทเป็นสิ่งที่ประเสริฐ เพราะหากภยันอันตรายที่ไม่ถึงแก่ชีวิตมาถึงตัวท่านแล้ว ท่านอาจจะต้องสูญเสียแขนขาอันเป็นที่รัก และกลายเป็นบุคคลทุพพลภาพไปในที่สุด เพราะท่าน  regenerate  มันไม่ได้…!!!

อปฺปมาทรตา โหถ.- ท่านทั้งหลายจงเป็นผู้ยินดีในความไม่ประมาท(พุทธศาสนสุภาษิต)

บรรณานุกรม

1. Reece., et al. 2011. Campbell Biology. 9th ed., Pearson, USA.
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Prometheus
3. Ankoma-Sey, V. 1999.  Hepatic Regeneration-Revisiting the Myth of Prometheus. News  Physiol Sci. 14: 149-155. (PubMed)
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Axolotl
5. http://en.wikipedia.org/wiki/IUCN
6. Brockes, JP. 1997. Amphibian Limb Regeneration: Rebuilding a Complex Structure. Science. 267: 81-87. (Science)
7. http://media.hhmi.org/hl/06Lect2.html

————————————————————————————————————————————————————

Sittipon_I
โดย
ดร. สิทธิพล อินทรพัฒน์
ภาควิชากายวิภาคศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล