เรื่องโดย ศ. ดร.เนาวรัตน์ ชีพธรรม
คนส่วนใหญ่มักมองว่า “ถ้ำ” เป็นเพียงสถานที่ท่องเที่ยวที่มืดและลึกลับ แต่สำหรับผู้เขียนซึ่งทำงานวิจัยด้านจุลชีววิทยาในถ้ำ (cave microbiology) มานานกว่า 25 ปี กลับพบว่าโลกมืดที่ลึกลับและหนาวเหน็บนี้คือ “คลังสมบัติทางชีวภาพ” ที่ประเมินค่าไม่ได้ จุลินทรีย์ตัวเล็ก ๆ ที่ซ่อนตัวอยู่ในถ้ำลึกมีความสามารถอันน่าทึ่ง ทั้งการสร้างแร่ธาตุและกลไกการเอาชีวิตรอดในสภาพแวดล้อมแบบสุดขั้ว สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ความรู้ที่จะต่อยอดไปสู่นวัตกรรมด้านสิ่งแวดล้อมและการแพทย์ในอนาคต
ในอดีตเราเชื่อว่าโครงสร้างแร่ในถ้ำหรือที่เรียกว่า “ตะกอนถ้ำ” (speleothem) เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีและฟิสิกส์ของน้ำกับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดเป็นกรดอ่อนที่ค่อย ๆ ละลายหินปูนแล้วตกตะกอนสะสมตัวเป็นตะกอนถ้ำในรูปแบบต่าง ๆ แต่ศาสตร์ของจุลชีววิทยาธรณี (geomicrobiology) เผยความจริงอันน่าอัศจรรย์ใจว่า ผู้ที่มีบทบาทกำหนดความหลากหลายของรูปทรงตะกอนถ้ำแต่ละแห่งนั้นกลับเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ๆ อย่างจุลินทรีย์ ที่ใช้กระบวนการสะสมแร่ธาตุทางชีวภาพ (biomineralization) โดยตกตะกอนแคลเซียมคาร์บอเนตจนเกิดเป็นโครงสร้างแร่ธาตุอันวิจิตรตระการตาและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เช่น หินงอก (stalagmite) หินย้อย (stalactite) พ็อปคอร์นถ้ำ (cave popcorn) หลอดหินย้อย (soda straw) ไข่มุกถ้ำ (cave pearl) ได้
 หลอดหินย้อยในถ้ำราสป์เบอร์รีไรซิง ที่มาภาพ : Christian Stenner |
 พ็อปคอร์นถ้ำในถ้ำไอร์ออนเคอร์เทน ที่มาภาพ : Aaron Wong |
 ไข่มุกถ้ำในถ้ำราสป์เบอร์รีไรซิง ที่มาภาพ : Christian Stenner |
การเดินทางไปค้นหาความลับเกี่ยวกับจุลินทรีย์ในถ้ำลึกเต็มไปด้วยความท้าทายและอันตรายอย่างยิ่ง ผู้เขียนและทีมวิจัยจากภาควิชาชีววิทยา มหาวิทยาลัยทอมป์สันริเวอส์ (Thompson Rivers University) ประเทศแคนาดา ต้องเดินทางเข้าไปยังถ้ำลึกในรัฐบริติชโคลัมเบียหลายต่อหลายถ้ำซึ่งส่วนใหญ่มีสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารต่ำและหนาวเย็น โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยเพียง 8 ถึง 12 องศาเซลเซียส สิ่งที่ท้าทายคือ ลักษณะของถ้ำแต่ละแห่งก็แตกต่างกันด้วย ทำให้ทีมวิจัยต้องปรับตัวไปตามสภาพแวดล้อมเพื่อให้เข้าไปเก็บตัวอย่างและไขปริศนาเกี่ยวกับจุลินทรีย์ในถ้ำลึกเหล่านี้
ยกตัวอย่างเช่น การเก็บตัวอย่างในถ้ำไอร์ออนเคอร์เทน (Iron Curtain Cave) บีบให้พวกเราต้องโรยตัวลงทางแนวดิ่งสูงกว่า 30 เมตร ในความมืด จากนั้นต้องนอนราบกระดืบไปกับพื้นเพื่อผ่านช่องแคบ ๆ ขณะที่ถ้ำราสป์เบอร์รีไรซิง (Raspberry Rising Cave) มีความยากลำบากอีกแบบ เพราะไปเก็บตัวอย่างได้แค่ช่วงฤดูหนาวเท่านั้น เราต้องเดินลุยหิมะหรือสกีขึ้นไปยังปากถ้ำ และต้องพึ่งพานักดำน้ำถ้ำ (cave diver) มืออาชีพเข้าไปเก็บตัวอย่างในสภาวะน้ำเย็นจัดที่ประมาณ 3 องศาเซลเซียสจนเกือบติดลบ
 การทำงานในถ้ำไอร์ออนเคอร์เทน |
 การทำงานในถ้ำราสป์เบอร์รีไรซิง |
ความท้าทายยังไม่ได้จบเพียงเท่านั้น เมื่อได้ตัวอย่างมาแล้ว เราต้องเลี้ยงเชื้อในห้องปฏิบัติการด้วยความประณีตและอดทน แบคทีเรียถ้ำเหล่านี้ชินกับสภาพแวดล้อมที่แทบไม่มีสารอินทรีย์ จึงต้องเจือจางอาหารเลี้ยงเชื้อให้ลดลงกว่าปกติ 10-100 เท่า ยิ่งไปกว่านั้นพวกมันเติบโตช้ามาก หลังจากบ่มเชื้อในตู้เย็นอุณหภูมิ 8–12 องศาเซลเซียส หรือที่อุณหภูมิคงที่ 9 องศาเซลเซียสแล้ว ก็ต้องรอคอยเป็นเวลา 3 สัปดาห์ไปจนถึง 3 เดือน กว่าที่พวกมันเติบโตขึ้นมาให้เราได้ศึกษา
แต่ความอดทนในห้องปฏิบัติการก็นำมาซึ่งรางวัลอันคุ้มค่า เราค้นพบแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ 2 สายพันธุ์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการตกตะกอนแร่ธาตุ เมื่อนำไปวิเคราะห์ในระดับจีโนม (genome whole sequencing) และทำเหมืองยีน (gene mining) เพื่อค้นหารหัสพันธุกรรมที่ซ่อนอยู่ ก็พบความจริงอันน่าทึ่งว่า แบคทีเรียในถ้ำเหล่านี้มียีนที่ควบคุมการสร้างเอนไซม์ยูรีเอส (urease) ซ้ำกันถึง 5-7 สำเนา มากกว่าแบคทีเรียสายพันธุ์เดียวกันที่อยู่นอกถ้ำซึ่งมีเพียง 1-3 สำเนาเท่านั้น นี่คือกลไกวิวัฒนาการที่ทำให้พวกมันอยู่รอดได้ในสภาวะสุดขั้วได้ และคุณสมบัตินี้เองที่ทีมวิจัยนำมาต่อยอดเป็น “คอนกรีตชีวภาพหรือคอนกรีตซ่อมแซมตัวเองได้” เพื่อใช้แก้ปัญหาโครงสร้างพื้นฐานในแคนาดาที่มักแตกร้าวจากสภาพอากาศที่แปรปรวนในแต่ละฤดูกาล โดยเอนไซม์จากแบคทีเรียถ้ำจะทำหน้าที่เสมือนกาวชีวภาพคอยสมานรอยแตกแยกของพื้นผิวคอนกรีตให้กลับมาแข็งแรงได้ด้วยตัวเองโดยอัตโนมัติ ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงถนนหนทางของรัฐบาลได้อย่างมหาศาล
 แบคทีเรีย Streptomyces ที่แยกได้จากตะกอนถ้ำบนอาหารเลี้ยงเชื้อ (แถวบน) และลักษณะเส้นใยภายใต้กล้องจุลทรรศน์กำลังขยาย 100 เท่า (แถวล่าง) ที่มาภาพ : Leah Rousseau |
 ภาพแบคทีเรียที่มีลักษณะเป็นเส้นใยบนตัวอย่างตะกอนถ้ำภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ที่มาภาพ : Leah Rousseau |
นอกเหนือจากอุตสาหกรรมการก่อสร้างแล้ว องค์ความรู้ด้านจุลชีววิทยาในถ้ำยังขยายผลไปสู่การปกป้องระบบนิเวศและสุขภาพในวงกว้าง ทีมวิจัยของเราได้นำความเชี่ยวชาญนี้ไปช่วยยับยั้งโรคจมูกขาว (white-nose syndrome) ในค้างคาวที่มีการปนเปื้อนเชื้อราข้ามทวีปมาจากยุโรปเมื่อปี พ.ศ. 2549 และกลายเป็นโรคระบาดที่คร่าชีวิตค้างคาวในอเมริกาเหนือไปแล้วหลายล้านตัว ทีมวิจัยของเราประสบความสำเร็จในการคัดแยกแบคทีเรียกลุ่มซูโดโมแนส (Pseudomonas) ที่มีฤทธิ์ต้านเชื้อราเพื่อนำไปฉีดพ่นที่อยู่อาศัยของค้างคาว
 ค้างคาวที่เป็นโรคจมูกขาว ที่มาภาพ : Marvin Moriarty/USFWS, Public Domain via Wikimedia Commons |
ยิ่งไปกว่านั้นการตรวจพบยีนดื้อยาหลายชนิด (multidrug resistance genes) จากแบคทีเรียในถ้ำลึกที่มนุษย์ไม่เคยย่างกรายเข้าไปยังช่วยมอบมุมมองใหม่แก่วงการแพทย์ว่า แท้จริงแล้วการดื้อยาเป็นกลไกตามธรรมชาติของจุลินทรีย์ในการปกป้องตนเองที่มีมานานหลายล้านปีแล้ว ไม่ใช่เพียงแค่ผลกระทบจากการใช้ยาปฏิชีวนะเกินความจำเป็นของมนุษย์ในยุคปัจจุบัน
ถ้ำที่เป็นระบบปิดเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเสมือนห้องปฏิบัติการธรรมชาติที่ช่วยให้เราเข้าใจเรื่องการปรับตัวและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตได้อย่างลึกซึ้ง องค์ความรู้จากจุลินทรีย์ในถ้ำไม่ได้ถูกขังอยู่ในโลกลึกลับที่มืดมิดเท่านั้น แต่ได้เชื่อมโยงไปสู่การรับมือกับการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ รวมถึงการขับเคลื่อนแนวคิดสุขภาพหนึ่งเดียว (One Health Concept) ที่มองว่าสุขภาพของคน สัตว์ และสิ่งแวดล้อมล้วนสัมพันธ์กัน โดยมีจุลินทรีย์เป็นรากฐานสำคัญที่เชื่อมโยงทุกชีวิตบนโลก รวมถึงระบบนิเวศที่เราอาศัยอยู่เข้าด้วยกัน ดังนั้นการสนับสนุนงานวิจัยพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์เพื่อการอนุรักษ์ถ้ำธรรมชาติจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง เพราะเปรียบเหมือนจุดเริ่มต้นของการถอดรหัสลับทางชีวภาพ ก่อนจะนำไปต่อยอดสร้างสรรค์เป็นนวัตกรรมที่ทำให้คน สัตว์ และสิ่งแวดล้อมอยู่ร่วมกันอย่างมีความสุขและปลอดภัย
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
- Bhullar, Kirandeep, et al. “Antibiotic Resistance Is Prevalent in an Isolated Cave Microbiome.” PLoS ONE, vol. 7, no. 4, 2012, p. e34953. PLOS Journals, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034953.
- Couradeau, Estelle, et al. “Incorporating Microbiomes into the One Health Joint Plan of Action.” mBio, vol. 16, 2025, p. e01456-25. American Society for Microbiology, https://doi.org/10.1128/mbio.01456-25.
About Author
