ปี ค.ศ. 1912 ได้เกิดโศกนาฏกรรมเรือไททานิกชนภูเขาน้ำแข็งขณะเดินทางในมหาสมุทรแอตแลนติก ซึ่งเป็นการเดินทางเที่ยวแรกจากเซาท์แทมป์ตัน สหราชอาณาจักร ไปนครนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา ทำให้มีผู้เสียชีวิตมากกว่า 1,500 คน นับเป็นภัยพิบัติทางทะเลที่มีผู้เสียชีวิตมากครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ เรือไททานิกเป็นเรือเดินสมุทรขนาดใหญ่ลำแรก ๆ ของโลกที่สร้างโดยโลหะจำนวน 9 ชั้น สามารถจุผู้โดยสารถึง 2,435 คน เหตุการณ์ครั้งนั้นได้รับความสนใจไปทั่วโลกอย่างต่อเนื่องจนมาถึงปัจจุบัน ทั้งเรื่องราวเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ ประวัติศาสตร์ ความงดงามของสถาปัตยกรรมภายในเรือ เรื่องเล่าความทรงจำของคนในเรือ จนมีการถ่ายทอดประสบการณ์เหล่านั้นออกมาเป็นภาพยนตร์ที่ครั้งหนึ่งเคยทำรายได้สูงสุดเป็นประวัติการณ์

ภาพ 1 เรือไททานิก
ภาพจาก : https://en.wikipedia.org/wiki/File:Titanic_stern.jpg

     ปี ค.ศ. 2019 สำนักข่าวต่างประเทศรายงานว่า Triton Submarines ซึ่งเป็นเรือดำน้ำขนาดเล็กได้ถูกส่งไปสำรวจซากเรือไททานิก พร้อมบันทึกภาพที่ระดับความลึก 3,800 เมตร ทีมนักสำรวจใต้น้ำจึงพบซากเรือที่ถูกกัดกร่อนไปอย่างมากด้วยสาเหตุจากแบคทีเรีย ความเค็มของน้ำทะเล ความแรงของกระแสน้ำ นอกจากนี้ยังคาดการณ์ว่าอีกไม่กี่ปี ซากเรือจะถูกกัดกร่อนไปจนหมด จึงเป็นเหตุให้มหาเศรษฐีจากทั่วทุกมุมโลกอยากที่จะท่องเที่ยวเพื่อชมซากเรือก่อนที่จะสูญหายไปตามกาลเวลาอย่างไม่เหลือให้เห็นในปัจจุบัน

ภาพ 2 การเกิดสนิมย้อยบนซากเรือไททานิก
จากการกัดกร่อนของ Halomonas titanicae
ที่มา: https://www.nationalgeographic.com/history/article/titanic-tourism

     ในการจัดการเรียนรู้ ผู้สอนสามารถหยิบยกประเด็นจากข่าวสารที่น่าสนใจ เช่น ข่าวการค้นพบแบคทีเรียที่กัดกร่อนซากเรือไททานิก นำมาอภิปรายในชั้นเรียนเพื่อให้ผู้เรียนได้ฝึกทักษะกระบวนทางวิทยาศาสตร์ เป็นคำถามที่กระตุ้นให้ผู้เรียนคิด แล้วนำไปสู่การค้นคว้าหาข้อมูล เช่น

1. การตั้งคำถามว่า เพราะเหตุใดเมื่อเวลาผ่านไป ซากเรือไททานิกที่จมอยู่ใต้ทะเลลึกจึงถูกกัดกร่อน
2. ผู้เรียนคิดว่าแบคทีเรียมีกระบวนการกัดกร่อนซากเรือได้อย่างไร
3. ข่าวที่ค้นพบการกัดกร่อนของแบคทีเรียมีความสำคัญต่อความหลากหลายทางชีวภาพ และมีหลักการอนุกรมวิธานอย่างไร

     บทความนี้จะช่วยเสริมเนื้อหาในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชีววิทยา เล่ม 6 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) บทที่ 23 เรื่อง ความหลากหลายทางชีวภาพ โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้นักเรียนอธิบายความหลากหลายทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตใต้ทะเลลึก และหลักการที่นักอนุกรมวิธานใช้จำแนกสิ่งมีชีวิตออกเป็นหมวดหมู่ และจำแนกสิ่งมีชีวิตจากลำดับขั้นใหญ่จนถึงลำดับขั้นเล็กตามระบบของลินเนียส

     ระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็มมีพื้นที่ประมาณ 3 ใน 4 ส่วนของผิวโลก ได้แก่ ทะเลและมหาสมุทร โดยแบ่งชั้นความลึกได้ 5 ระดับ ตามลักษณะทางกายภาพ เช่น ความลึกของน้ำ ปริมาณแสง แรงดันน้ำ ความลาดชันของพื้นที่ ซึ่งช่วงที่แสงส่องถึงเป็นช่วงลึก 200 เมตร จุดที่ลึกที่สุดเท่าที่มนุษย์สำรวจถึงคือ ลึก 10,920 เมตร ดังภาพ 3

ภาพ 3 ความหลากหลายทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตใต้มหาสมุทร
ที่มา: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2017.00222/full

     เนื่องจากซากเรือไททานิกได้จมสู่ใต้ทะเลระดับความลึก 3,800 เมตร จึงจัดอยู่ใน Bathypelagic Zone ซึ่งเป็นบริเวณที่แสงส่องไม่ถึง สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีการสร้างแสงสว่างเอง เช่น Angler fish ที่มีอวัยวะเรืองแสงหลอกล่อเหยื่อเพื่อกินเป็นอาหาร ในระดับความลึกนี้มีการพบจุลินทรีย์หลากหลายชนิด แม้กระทั่งซากเรือไททานิกซึ่งมีวัสดุโลหะเป็นองค์ประกอบ ยังพบแบคทีเรียชนิด Halomonas titanicae ที่เจริญเติบโตได้ดีบนซากเรือ โดยกัดกร่อนโลหะเพื่อเป็นแหล่งพลังงานในการดำรงชีวิต

     Halomonas titanicae เป็นแบคทีเรียที่ชอบเกลือ ค้นพบในปี ค.ศ. 2010 โดยนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Henrietta Mann ซึ่งได้เก็บตัวอย่างแบคทีเรียสปีชีส์นี้จาก สนิมย้อย (rusticle) บนซากเรือไททานิก โดยคาดว่าภายในปี ค.ศ. 2030 เรือไททานิกอาจถูกกัดกร่อนจนหมดสิ้น

ภาพ 4 แบคทีเรีย Halomonas titanicae
ที่มา: https://www.bbc.com/news/science-environment-11926932

     หลังจากนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งมีชีวิตแล้ว ต้องจำแนกสิ่งมีชีวิต พร้อมตั้งชื่อวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นกระบวนการต่อมาที่มีความสำคัญในการศึกษาความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต เพื่อให้การเรียกชื่อสิ่งมีชีวิตต่างๆ เข้าใจตรงกันอย่างเป็นสากล โดยการจำแนกในยุคปัจจุบันอาศัยรากฐานจากระบบการจำแนกของ คาโรลัส ลินเนียส นักพฤกษศาสตร์ผู้จัดกลุ่มสปีชีส์ต่างๆ โดยหลักการจำแนกทางวิทยาศาสตร์ของแบคทีเรีย Halomonas titanicae เป็นดังนี้

การจำแนกทางวิทยาศาสตร์ของ Halomonas titanicae

สัณฐานวิทยาของเซลล์

     Halomonas titanicae เป็นแบคทีเรียแกรมลบ รูปร่างแท่ง ขนาดกว้างประมาณ 0.5 - 0.8 ไมครอน และยาวประมาณ 1.5 - 6.0 ไมครอน มีโครงสร้างที่เรียกว่า Peritrichous flagella ยื่นออกมารอบๆ เซลล์ ทำหน้าที่ในการเคลื่อนที่ แบคทีเรียชนิดนี้สามารถผลิตเอนไซม์คะตะเลส และออกซิเดส เพื่อสร้างเมือกลื่นๆ (biofilms) มาเกาะที่ผิวโลหะ และมีความสามารถในการออกซิเดชันของไธโอซัลเฟต แบคทีเรียชนิดนี้ยังผลิตสาร ectoine, hydroxyectoine, betaine และ glycine เพื่อป้องกันตัวเองให้มีชีวิตรอดจากแรงดันออสโมติกที่มีความเข้มข้นของเกลือสูงในทะเลลึก และเติบโตได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิประมาณ 30 - 37 องศาเซลเซียส แต่ก็สามารถเติบโตได้ที่อุณหภูมิต่ำถึง 4 องศาเซลเซียส ในสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำหรือไม่มีออกซิเจน เมื่อนำมาเพาะเลี้ยงบนอาหารเลี้ยงเชื้อจะเกิดเป็นโคโลนีสีขาวหรือสีเหลือง และจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลอ่อนเมื่อเวลาผ่านไป

แบคทีเรียกัดกร่อนเหล็กได้อย่างไร

     ธรรมชาติในทะเลมีการแตกตัวของน้ำ (Water Dissociation) เพื่อความสมดุลของปฏิกิริยาเคมีได้ไฮดรอกไซด์ไอออนและไฮโดรเจนไอออน เมื่อมีการกัดกร่อนจะเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าทางเคมีที่ขั้วบวก (Anode) ธาตุเหล็กจะแตกตัวให้เหล็กไอออนและอิเล็กตรอน ซึ่งบริเวณขั้วบวกนี้จะเป็นการสูญเสียเนื้อเหล็กในวัสดุโลหะ ส่วนขั้วลบ (Cathode) เป็นบริเวณที่ไฮโดรเจนรับอิเล็กตรอนแล้วให้ก๊าซไฮโดรเจน เนื่องจาก Halomonas titanicae เติบโตดีในสภาวะที่มีออกซิเจนน้อย จึงจัดอยู่ในกลุ่มแบคทีเรียที่ใช้ซัลเฟตเป็นแหล่งพลังงานของเซลล์ จึงเรียกแบคทีเรียกลุ่มนี้ว่า Sulfate Reduce Bacteria (SRB) โดย SRB จะใช้ซัลเฟตไอออนในน้ำทะเลมาทำปฏิกิริยาทางเคมีร่วมกับอิเล็กตรอนและก๊าซไฮโดรเจนผ่านกระบวนการเมตาบอลิซึมในเซลล์ จะได้ผลผลิตเป็นก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือก๊าซไข่เน่า หลังจากนั้นก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเหล็กไอออน จึงเกิดเป็นตะกอนสนิม (FeS) ดังภาพ 5

ภาพ 5 กลไกการกัดกร่อนเหล็ก โดยกลุ่มแบคทีเรียที่ใช้ซัลเฟตเป็นแหล่งพลังงาน
ที่มา: Abhilash Kumar Tripathi et.al, Frontiers in Microbiology

          เมื่อชิ้นส่วนโลหะของเรือไททานิกถูกกัดกร่อนด้วยปฏิกิริยาเคมีใต้น้ำ แบคทีเรียเหล่านี้จะกัดกินสนิมที่เกิดจากการกัดกร่อนสนิมดังกล่าวอีกชั้นหนึ่ง ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า สนิมย้อย ดังภาพ 6 แสดงถึงสนิมที่หลุดออกด้านล่างของที่ยึดสมอของเรือไททานิก ซึ่งมีการประเมินวัฏจักรของการก่อตัวจนถึงสุกแก่ของสนิมแล้วร่วงหล่นหายไป อยู่ในวงจร 5 ถึง 10 ปี สนิมย้อย (Rusticle) ประกอบด้วยสารประกอบเหล็กมากถึง 35% รวมทั้งเหล็กออกไซด์ เหล็กคาร์บอเนต และเหล็กไฮดรอกไซด์ ส่วนที่เหลือเป็นสารประกอบที่ซับซ้อนของจุลินทรีย์ แบคทีเรีย Halomonas titanicae และเชื้อราที่ใช้สนิมโลหะเป็นแหล่งอาหารอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพากัน

ภาพ 6 สนิมย้อยบริเวณด้านล่างของที่ยึดสมอเรือไททานิก
ที่มา: https://www.oceanexplorer.noaa.gov/explorations/03titanic/rusticles/rusticles.html

     จะเห็นได้ว่าแบคทีเรียมีความสำคัญยิ่งต่อระบบนิเวศ ทำหน้าที่เป็นผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ (Decomposer) โซ่อาหารในทะเลลึก โดยการย่อยสารอินทรีย์ให้เป็นสารอนินทรีย์ ทำให้เกิดการหมุนเวียนสารและพลังงาน เป็นการใช้ประโยชน์และนำกลับมาใช้ใหม่ของแร่ธาตุภายในระบบนิเวศ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน แม้ว่าการมีอยู่ของซากเรือล่มในแต่ละแห่งจะมีประโยชน์ในการช่วยเพิ่มความหลากหลายของจุลินทรีย์ในน้ำ แต่ยังมีข้อเสียเพราะซากเรือล่มถือเป็นขยะทางทะเล เช่น วัสดุชิ้นส่วนเครื่องยนต์ซึ่งย่อยสลายยาก และสร้างมลพิษต่อสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ต้องใช้เวลานับร้อยปีที่จะทำให้ธรรมชาติกกลับสู่ความสมดุลของระบบนิเวศ สุดท้ายนี้ ผู้เขียนหวังว่าผู้สอนสามารถนำประเด็นจากข่าวมาประยุกต์ใช้ในการจัดการเรียนรู้เพื่อให้ผู้เรียนได้บรรลุตามจุดประสงค์การเรียนรู้ นอกจากนี้ยังมีส่วนช่วยให้ผู้เรียนได้ตระหนักถึงความสำคัญของความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต ดังที่ประเทศไทยได้เข้าร่วมเป็นประเทศภาคีของนานาประเทศเพื่อให้มีการอนุรักษ์ ฟื้นฟู และการใช้ทรัพยากรอย่างยั่งยืน

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 51 ฉบับที่ 244 กันยายน – ตุลาคม 2566

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/244/16/

บรรณานุกรม

Abhilash Kumar Tripathi et.al. (2021). Gene Sets and Mechanisms of Sulfate-Reducing Bacteria Biofilm Formation and Quorum Sensing With Impact on Corrosion. Retrieved 12, 2023, from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.754140/full.

Allie Yang, (2023). Inside the Titanic wreck’s lucrative tourism industry. Retrieved August 12, 2023, from https://www.nationalgeographic.com/history/article/titanic-tourism.

Amy Apprill. (2017). Marine Animal Microbiomes: toward understanding host–microbiome interactions in a changing ocean. Retrieved August 12, 2023, from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2017.00222/full.

Cullimore Dr. Roy: lori Johnston. (2003). Rusticles Thrive on the Titanic. Retrieved August 12, 2023, from https://www.oceanexplorer.noaa.gov/explorations/03titanic/rusticles/rusticles.html.

History.com Editors. (2022). titanic sinks. Retrieved July 10, 2023, from https://www.history.com/this-day-in-history/titanic-sinks.

อาสาสมัครวิกิพีเดีย. Halomonas_titanicae. สืบค้นเมื่อ 10 กรกฏาคม 2566, จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Halomonas_titanicae.