การปรับตัวอย่างน่าทึ่งของจุลินทรีย์: ถอดบทเรียนจากเหตุการณ์น้ำมันดิบรั่วไหลในอ่าวเม็กซิโก ปี 2010
รายงานวิจัยร่วมของสถาบัน American Academy of Microbiology (AAM), American Geophysical Union (AGU) และสถาบัน Gulf of Mexico Research Initiative (GoMRI) ได้รายงานผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมในอ่าวเม็กซิโก หลังจากที่ครบรอบ 10 ปีเหตุการณ์น้ำมันดิบรั่วไหลจากท่อส่งน้ำมันของบริษัท Deepwater Horizon (DWH) ในปี 2010 ซึ่งกินเวลากว่า 86 วัน ทำให้น้ำมันดิบกว่า 4.9 ล้านบาร์เรลและแก๊สธรรมชาติ 250,000 ตันรั่วไหลลงสู่อ่าวเม็กซิโก จนเกิดมลพิษทางน้ำในทั้งมหาสมุทร ทะเลลึก และบนชายฝั่งของอ่าวเม็กซิโกยาวกว่า 1,300 ไมล์
หลังจากเหตุการณ์ดังกล่าวจบลงไปหนึ่งเดือน รัฐบาลสหรัฐฯ ได้ออกรายงานเกี่ยวกับปริมาณของน้ำมันดิบที่ยังหลงเหลืออยู่ในอ่าวเม็กซิโก โดยน้ำมันดิบประมาณครึ่งหนึ่งของที่รั่วไหลได้ถูกจัดการด้วยวิธีทางกายภาพและทางเคมีไปแล้ว ส่วนอีกครึ่งหนึ่งที่รั่วไหลนั้นไม่มีใครรู้เลยว่าสุดท้ายแล้วมีชะตากรรมอย่างไร
หลังผ่านเหตุการณ์ไปสิบปี สถาบัน GoMRI ซึ่งก่อตั้งขึ้นหลังเหตุการณ์น้ำมันรั่วไหล ได้ร่วมมือกับสถาบันวิจัย AAM และ AGU ในการศึกษาสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ต่าง ๆ ในอ่าวเม็กซิโก โดยใช้เทคโนโลยี metatranscriptomics และ metagenomics ซึ่งทำให้สามารถศึกษาพันธุกรรมของจุลินทรีย์ได้อย่างรวดเร็วและหลากหลายชนิด โดย Dr. Ken Halanych ซึ่งเป็นสมาชิกของ GoMRI ได้กล่าวว่า “รายงานนี้จะทำให้ทราบว่าจุลินทรีย์เหล่านี้ช่วยในการจัดการน้ำมันดิบรั่วไหลในอ่าวเม็กซิโกได้อย่างไร” การศึกษาพันธุกรรมที่เปลี่ยนไปในแต่ละเวลาอย่างรวดเร็วของจุลินทรีย์ในอ่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มเข้าใจเกี่ยวกับวาระสุดท้ายของน้ำมันดิบที่รั่วไหลส่วนที่ไม่ได้ถูกจัดการด้วยวิธีทางกายภาพและทางเคมี
จุลินทรีย์ตอบสนองกับน้ำมันดิบรั่วไหลอย่างไร
แม้ว่าจุลินทรีย์ที่สามารถกำจัดสารไฮโดรคาร์บอน (ซึ่งเป็นองค์ประกอบเกือบทั้งหมดของน้ำมันดิบ) ได้ จะพบได้ไม่บ่อยนัก แต่ก็สามารถพบได้ทั่วไปในปริมาณที่ต่ำ เมื่อเกิดเหตุการณ์น้ำมันดิบรั่วไหล จุลินทรีย์เหล่านี้จะเข้าไปกำจัดสารไฮโดรคาร์บอนเหล่านั้นให้กลายเป็น byproducts และเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว จนกระทั่งน้ำมันดิบหมดลง จุลินทรีย์เหล่านั้นก็จะตายลง และจุลินทรีย์ชนิดที่สามารถกิน byproducts เหล่านั้นได้ก็จะเพิ่มจำนวนแทน
สำหรับจุลินทรีย์ในอ่าวเม็กซิโกนั้นดูเหมือนว่าจะมีความสามารถในการกำจัดสารไฮโดรคาร์บอนมากกว่าจุลินทรีย์ในแหล่งอื่น ๆ อยู่แล้วนับตั้งแต่ก่อนเกิดเหตุการณ์รั่วไหล ทั้งนี้เพราะว่ากระบวนการการขุดเจาะน้ำมันดิบในอ่าวจะทำให้น้ำมันดิบปริมาณเล็กน้อยรั่วไหลออกมาเรื่อย ๆ เสมอ โดยหลังจากเหตุการณ์น้ำมันดิบรั่วครั้งใหญ่ในปี 2010 ทำให้จุลินทรีย์ที่สามารถกำจัดสารไฮโดรคาร์บอนได้มีปริมาณมากถึง 90% ของจุลินทรีย์ทั้งหมดในอ่าว
การศึกษาพันธุกรรมอย่างละเอียดทำให้ค้นพบอีกด้วยว่าในบางกรณี จุลินทรีย์สายพันธุ์ต่าง ๆ ได้ร่วมกันกำจัดสารไฮโดรคาร์บอน โดยจุลินทรีย์ต่างชนิดส่ง metabolites ให้แก่กันและกันเพื่อย่อยสลายสาร โดยเทคโนโลยีทางพันธุกรรมใหม่ ๆ ทำให้นักจุลชีววิทยาเริ่มเห็นภาพการร่วมมือของเหล่าจุลินทรีย์ได้ชัดเจนมากขึ้นจากแต่ก่อน “การศึกษาพันธุกรรมนั้นอาจไม่ได้มีประโยชน์แค่ในวงการจุลชีววิทยา แต่เราสามารถนำเทคโนโลยีนี้เพื่อแก้ปัญหาต่าง ๆ ในทะเลหรือมหาสมุทรได้ด้วย” Joel Kostka หนึ่งในผู้ทำวิจัยกล่าว
จุลินทรีย์ตอบสนองกับการพยายามกำจัดน้ำมันดิบรั่วไหลของมนุษย์อย่างไร
หลักการการกำจัดน้ำมันดิบรั่วไหลในตอนแรกนั้นจะใช้สารช่วยกระจายตัว (dispersant) เพื่อทำให้น้ำมันเจือจางในน้ำทะเล และสุดท้ายจะจมลงไปในน้ำจนไปถึงก้นพื้นทะเล ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม สารช่วยกระจายตัวนี้ก็เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมในทะเลเช่นกัน ซึ่งอาจจะไปทำลายจุลินทรีย์ที่สามารถช่วยย่อยสลายน้ำมันดิบอีกทำให้การกำจัดน้ำมันดิบเป็นไปได้อย่างช้าลง
แต่นักวิทยาศาสตร์ของ GoMRI ก็ค้นพบอีกเช่นกันว่า สังคมจุลินทรีย์ในอ่าวเม็กซิโกนั้นก็สามารถปรับตัว จนกระทั่งมีจุลินทรีย์ที่สามารถย่อยสลายสารช่วยกระจายตัวได้อีก
จากการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าในอนาคตจะสามารถผลิตสารช่วยกระจายตัวที่ไม่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์ ซึ่งทำให้จุลินทรีย์ที่สามารถช่วยย่อยสลายน้ำมันดิบได้สามารถทำหน้าที่ของมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
แล้วน้ำมันดิบที่ร่วงลงไปจนถึงก้นทะเลมีผลต่อสิ่งมีชีวิตหรือไม่
น้ำมันดิบที่ถูกสารช่วยกระจายตัวทำให้จมน้ำลงไปจะใช้เวลาประมาณ 10 วันจึงจะถึงก้นทะเล ทำให้น้ำทะเลนั้นปลอดจากน้ำมันดิบมากขึ้น ไม่ว่าอย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตที่อยู่ที่ก้นทะเลอยู่แล้วก็จะได้รับผลกระทบแทนไป
อ่าวเม็กซิโกหลังจากนี้
อ่าวเม็กซิโกนั้นมีความซับซ้อนทางระบบนิเวศอย่างมาก และความเข้าใจเกี่ยวกับผลกระทบระยะยาวทางระบบนิเวศจากเหตุการณ์น้ำมันดิบรั่วไหลนั้นก็ยังมีไม่ชัดเจนพอ แม้ว่าผ่านไปแล้วกว่าสิบปี การประมงกลับมาปกติ น้ำมันดิบจมลงสู่ก้นทะเลหมดแล้ว แต่สิ่งมีชีวิตบางสายพันธุ์ก็ยังไม่สามารถเพิ่มจำนวนกลับมาสู่สภาพเดิมได้
“งานวิจัยของเราได้รับความร่วมมืออย่างมาก และที่สำคัญคือนักวิจัยจะยังคงศึกษาผลกระทบระยะยาวของน้ำมันดิบต่ออ่าวเม็กซิโกต่อไป และสามารถนำงานไปใช้ในการศึกษา ป้องกัน และลดผลกระทบจากการรั่วไหลของน้ำมันในอนาคต ไม่ว่าจะเกิดขึ้นที่ใดก็ตาม” Dr. Rita Colwell ซึ่งเป็นหัวหน้าสถาบันวิจัย GoMRI ได้กล่าว
แม้ว่าจุลินทรีย์เหล่านี้จะเล็กมากก็ตาม แต่ก็มีอิทธิพลอย่างมหาศาลในการจัดการน้ำมันดิบในอ่าวเม็กซิโก ด้วยความก้าวไกลของเทคโนโลยีทางพันธุกรรมที่มากขึ้น ในอนาคตนักวิจัยอาจสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของจุลินทรีย์ในระดับชั่วโมงหรือนาทีเพื่อคาดการณ์ว่าจุลินทรีย์จะตอบสนองและจัดการเหตุการณ์ทางธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้นอย่างไร และจะทำให้นักวิจัยสามารถออกแบบวางแผนเพื่อรับมือความท้าทายทางระบบนิเวศที่อาจเกิดขึ้นจากฝีมือมนุษย์ได้ในอนาคต
ที่มา:
American Society of Microbiology. (2020). How Microbes Clean up Oil: Lessons From the Deepwater Horizon Oil Spill. From ASM.