งานวิจัย ชีววิทยาระบบ รับมือโลกร้อน

เตือน"โลก ร้อน"ถึงขั้นหายนะ วช.เปิดผลสังเคราะห์งานวิจัย โรคระบาด/พืช-สัตว์สูญพันธุ์
(ข่าวสด 6 พ.ค.53)

นางกาญจนา ปานข่อยงาม รองเลขาธิการคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ เผยว่า สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ให้การสนับสนุนทุนวิจัยประจำปี 2552 แก่ รศ.ดร.กัณฑรีย์ บุญประกอบ ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยรามคำแหง และคณะ ทำการวิจัยเรื่อง "การศึกษาวิเคราะห์และสังเคราะห์ข้อมูลงานวิจัยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ" เพื่อรวบรวมข้อมูลการวิจัยที่เกี่ยวกับภาวะโลกร้อนของประเทศไทย สรุปผลสังเคราะห์ของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ (ipcc) โดยเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องกับทวีปเอเชียและประเทศไทย วิเคราะห์และสังเคราะห์ผลงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับภา วะโลกร้อนของประเทศไทยตามกรอบของ ipcc รวมทั้งเตรียมข้อมูลความพร้อมให้กับรัฐบาลเพื่อแก้ไข ปัญหาสำคัญเร่งด่วนที่เกี่ยวกับภาวะโลกร้อน

ผลการวิจัยพบว่า รายงานฉบับล่าสุด ปี ค.ศ. 2007 ของ ipcc ระบุว่า โลกมีอุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้น 0.72 องศาเซลเซียสระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้น 0.32 มิลลิเมตร ในหนึ่งทศวรรษและก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศเพิ่มสูงปร ะมาณ 500 - 700 ส่วนในล้านส่วน ส่งผลต่ออุณหภูมิโลกเพิ่มเฉลี่ยเพิ่มขึ้นประมาณ 2-4 องศาเซลเซียส ซึ่งมีสิ่งมีชีวิตร้อยละ 20 - 30 จะเกิดการสูญพันธุ์ ไม่สามารถกลับคืนมาได้มีผลต่อระบบนิเวศที่ปรับตัวไม่ ทัน เกิดความหายนะและภัยพิบัติจากสภาพภูมิอากาศ เกิดผลกระทบด้านสุขอนามัยของประชากรนับสิบล้านคน เกิดภาวะขาดแคลนอาหาร ทุพโภชนาการ อัตราการเจ็บป่วย ตายเพิ่มขึ้น เกิดภาวะท้องร่วงอย่างหนักเพิ่มสูงขึ้น มีความถี่ในการเกิดโรคเกี่ยวกับระบบหัวใจและทางเดินหายใจ ขอบเขตของการแพร่กระจายของโรคติดเชื้อบางประเภทเปลี่ ยนแปลงไป

ดังนั้น การวิจัยที่นำไปสู่นโยบายการรับมือกับโลกร้อนประกอบด้วย 4 หัวข้อ คือ การสร้างเหตุการณ์จำลองภูมิอากาศในอนาคตแบบต่างๆ ที่เน้นด้านเศรษฐกิจ สังคม สิ่งแวดล้อม ศึกษาวิจัยด้านผลกระทบการปรับตัวและความอ่อนแอต่อภูม ิอากาศที่เปลี่ยนแปลง ที่ส่งผลกระทบต่อแหล่งน้ำ การเกษตร ป่าไม้และความหลากหลายทางชีวภาพ ลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากภาคการคมนาคมขนส่ง อุตสาหกรรมต่างๆ และของเสียจากแหล่งต่างๆ และข้อสุดท้ายคือต้องการมีการประเมินการปลดปล่อยและกักเก็บก๊าซเรือนกระจก

ภูมิอากาศเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อการเพาะปลูกพืช โดยเฉพาะในประเทศไทยซึ่งพื้นที่การเกษตรส่วนใหญ่เป็นระบบเกษตรที่อาศัยน้ำฝนเป็นหลัก การเปลี่ยนแปลงรูปแบบของภูมิอากาศในลักษณะต่างๆ ได้แก่ อุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้น หรือ รูปแบบการกระจายตัวของฝนในช่วงฤดูฝนที่เปลี่ยนแปลงไปในอนาคต จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อผลผลิตทางการเกษตรรวมถึงสายพันธุ์เดิม ๆ ที่ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้ได้

สถิติจากงานวิจัยก่อนหน้าชี้ให้เห็นว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นทุก 1 องศาเซลเซียส จะทำให้ผลผลิตทางการเกษตรลดลงอย่างชัดเจนมากกว่า 16 % การศึกษาในระยะที่ผ่านมามีการใช้เทคนิคต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้แบบจำลองผลผลิตทางการเกษตรและใช้ข้อมูลการคาดการณ์ภูมิอากาศอนาคตในการวิเคราะห์ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศต่อผลผลิตทางการเกษตร โดยใช้ข้อมูลในการประเมินผลผลิตในอนาคตภายใต้สถานการณ์ที่สภาพอากาศเปลี่ยนแปลงไป แต่ประเด็นคือ จะทำอย่างไรให้การพัฒนาและปรับปรุงพันธุ์พืชทำได้อย่างรวดเร็ว และแม่นยำมากที่สุด ในทุกสภาวะการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศ

ผศ.ดร.วโรดม เจริญสวรรค์

“แผนที่ชีวโมเลกุล” เปรียบเสมือน Google map ซึ่งแม้ไม่มีมูลค่าในตัวเอง แต่เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่มีความจำเป็นในการต่อยอดแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ได้มากมาย

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วโรดม เจริญสวรรค์ ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล หัวหน้าโครงการวิจัย “ชีววิทยาระบบของการแสดงออกทางพันธุกรรมในพืชเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ” กล่าวว่า “สิ่งมีชีวิตมีรหัสพันธุกรรมคือ DNA ซึ่งเรียกรวมว่าจีโนม (Genome) ขนาดใหญ่มาก มีความซับซ้อนและทำงานเชื่อมโยงกัน อีกทั้งการแสดงออกทางพันธุกรรมนั้นสามารถปรับเปลี่ยนไปตามสภาวะแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง การศึกษาวิจัยทางชีววิทยารูปแบบเดิมจึงอาจยังไม่สามารถเข้าถึงความซับซ้อนและหน้าที่ของรหัสเหล่านี้ได้ หรือใช้เวลานานมาก ดังนั้นกลุ่มวิจัยจึงนำศาสตร์ที่เรียกว่าชีวสารสนเทศ (Bioinformatics) และ ชีววิทยาระบบ (Systems biology) ซึ่งเป็นการนำข้อมูลเชิงปริมาณขนาดใหญ่ (Big data) มาวิเคราะห์อย่างบูรณาการจากความรู้ด้าน วิศวกรรมศาสตร์ คณิตศาสตร์ คอมพิวเตอร์ เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงปริมาณที่ช่วยให้เข้าใจระบบชีววิทยาที่ซับซ้อนได้มากขึ้น การถอดรหัสพันธุกรรมในส่วนต่าง ๆ ของพืชที่ได้รับผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จึงใช้เวลาน้อยลง มีความแม่นยำ และประหยัดค่าใช้จ่ายมากขึ้นนั่นเอง”

ต้นอะราบิดอฟซิส (Arabidopsis)

โดยทีมวิจัยได้ทำการสร้างแบบจำลองการควบคุมการแสดงออกของยีนในพืชต้นแบบที่ใช้เป็นตัวแทนของข้าวอย่าง “อะราบิดอฟซิส (Arabidopsis)” ในพ่อแม่พันธุ์และลูกผสมที่อุณหภูมิต่างกัน โดยใช้เทคโนโลยีการศึกษาทางชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ RNA-seq และ ChIP-seq แสดงให้เห็นว่ามีโปรตีน 2 ชนิด คือ ทรานสปริปชัน แฟคเตอร์ (Transcription Factors, TFs) และ ฮิสโตน (Histones) ทำงานสัมพันธ์กันในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของพืช โดยทางกลุ่มวิจัยได้แปลงข้อมูลที่ซับซ้อนทางพันธุกรรมให้เป็นกลายเป็นข้อมูลทางดิจิตอลที่สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยคอมพิวเตอร์ และแสดงผลออกมาในรูปแผนที่ ซึ่งง่ายในการนำไปใช้ประโยชน์ต่อ รวมทั้งค้นพบกลไกใหม่ ๆ ที่พืชใช้ตอบสนองการเปลี่ยนแปลงทางอุณหภูมิ ซึ่งถือเป็นองค์ความรู้พื้นฐานสำคัญในการพัฒนาพันธุ์พืชและวิธีเพาะปลูกให้เหมาะสมสภาวะโลกร้อน และสภาพภูมิอากาศที่ผันผวนในปัจจุบัน

ลักษณะยีนส์ที่แสดงออกเป็นแถบสีเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ซึ่งงายต่อการนำไปวิเคราห์

ผศ. ดร.วโรดม กล่าวว่า “สิ่งที่ทีมวิจัยกำลังทำอยู่นี้เหมือนการสร้าง “แผนที่ชีวโมเลกุล” เปรียบเสมือน Google map ซึ่งแม้ไม่มีมูลค่าในตัวเอง แต่เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่มีความจำเป็นในการต่อยอดแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ได้มากมาย “แผนที่ชีวโมเลกุล” จึงเป็นการสร้างความเข้าใจในระบบชีววิทยาอย่างลึกซึ้ง โดยข้อมูลดังกล่าวจะช่วยให้ผู้ที่ต้องการพัฒนา หรือ ปรับปรุงสายพันธุ์ และวิธีการเพาะปลูกทำงานได้เร็วขึ้น ประหยัดได้ทั้งเวลาและต้นทุนในการดำเนินงาน เพราะจะเห็นการเปลี่ยนแปลงหรือการทำงานร่วมกันของยีนส์ทั้งระบบในการศึกษาครั้งเดียว นอกจากนี้ปัจจุบันทางกลุ่มวิจัยยังได้เริ่มนำองค์ความรู้ด้านชีววิทยาระบบไปประยุกต์ใช้ในด้านการแพทย์อย่างแม่นยำ (Precise medicine) เพื่อรักษาโรคที่ได้อย่างเหมาะสมกับผู้ป่วยเฉพาะรายอีกด้วย”