อาร์เคีย (Archaea)

ดร.สุนัดดา  โยมญาติ

อาร์เคียเป็นแบคทีเรียใช่หรือไม่

อาร์เคีย เป็นโพรคาริโอตที่มีรูปร่างและขนาดคล้ายแบคทีเรีย ในระยะแรกที่ค้นพบนักวิทยาศาสตร์จัดให้อยู่ในกลุ่มแบคทีเรีย และเรียกชื่อสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้ว่า “อาร์เคียแบคทีเรีย” แต่เมื่อมีการศึกษาสมบัติต่างๆ ของเซลล์เพิ่มขึ้น พบว่าอาร์เคียมีสมบัติบางประการที่แตกต่างจากแบคทีเรียและมีความคล้ายกับยูคาริโอต เช่น ผนังเซลล์ไม่มีเพปทิโดไกลแคน ไม่ไวต่อยาปฏิชีวนะ  และมีเอนไซม์อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส หลายชนิด รวมทั้งเมื่อศึกษาสารพันธุกรรมโดยดูจากลำดับนิวคลีโอไทด์ของ rRNA เทียบกับแบคทีเรียและยูคาริโอต พบว่าอาร์เคียมีวิวัฒนาการแยกออกมาจากแบคทีเรียจึงตั้งเป็นกลุ่มใหม่ และเรียกว่า “อาร์เคีย”  แทนอาร์เคียแบคทีเรีย เพื่อป้องกันการสับสนว่าเป็นสิ่งมีชีวิตในกลุ่มแบคทีเรีย และเมื่อมีการศึกษาความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการจากลำดับนิวคลีโอไทด์ของ rRNA ทำให้มีการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตระบบใหม่เป็น 3 โดเมน คือ แบคทีเรีย อาร์เคีย ยูคาเรีย ดังภาพที่ 1

 

 

ภาพที่ 1 การจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตระบบใหม่เป็น 3 โดเมน

หมายเหตุ : สามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเรื่องการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตระบบใหม่เป็น 3 โดเมนได้จาก

“มาทำความเข้าใจกันเกี่ยวกับการจัดหมวดหมู่สิ่งมีชีวิต ตามแนวการจัดระบบใหม่”

ตอนที่ 1 http://biology.ipstweb.com/index.php/aticle-2551/189–1.html

ตอนจบ http://biology.ipstweb.com/index.php/aticle-2551/191-2009-12-23-08-57-12.html

 

 

อาร์เคียอาศัยที่ไหนได้บ้าง

          ถ้าใครเคยนั่งรถผ่านนาเกลือบ่อยๆ อาจจะเห็นว่าบางช่วงน้ำทะเลที่ขังอยู่ในนาเกลือจะเป็นสีส้มปนชมพู หรือถ้าไปเที่ยวตามแหล่งน้ำพุร้อนอาจจะเคยเห็นน้ำในบ่อน้ำพุร้อนเป็นสีเขียวหรือสีเหลืองสวยงาม สีต่างๆ นี้ไม่ได้มาจากสีของแร่ธาตุที่อยู่ในน้ำ แต่เป็นสีที่เกิดจากสีของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในน้ำนั้น    ในบริเวณที่สภาพแวดล้อมรุนแรง (extream environment) ซึ่งสิ่งมีชีวิตทั่วไปไม่อามารถอาศัยอยู่ได้ เช่น บริเวณที่ความเค็มจัด ร้อนจัด มีความเป็นกรดสูง หรือในสภาพที่ไม่มีออกซิเจน ยังสามารถพบสิ่งมีชีวิตกลุ่มหนึ่งอาศัยอยู่ได้ ซึ่งคืออาร์เคียนั่นเอง และเมื่อศึกษาแหล่งที่อยู่อื่นๆ ของอาร์เคีย พบว่าในสิ่งแวดล้อมทั่วๆ ไป เช่น บนพื้นดิน ในน้ำ ในทะเลก็พบอาร์เคียจำนวนมาก นั่นแสดงว่าสามารถพบอาร์เคียได้ในสภาพแวดล้อมปกติและอาศัยอยู่ร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ได้ไม่จำเป็นต้องอาศัยในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเท่านั้น

 

 

อาร์เคียแบ่งออกเป็นกลุ่มอะไรบ้าง

          แม้ว่าจะสามารถพบอาร์เคียได้ในสิ่งแวดล้อมทั่วไป แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จะสนใจศึกษาอาร์เคียที่พบในสภาพแวดล้อมรุนแรงต่างๆ ซึ่งสามารถแบ่งอาร์เคียออกได้เป็น 4 กลุ่ม ดังนี้

1. อาร์เคียที่ชอบเค็ม (halophilic archaea) สามารถอาศัยอยู่ในบริเวณที่มีเกลือมากกว่า 30% ซึ่งมีความเข้มข้นมากกว่าน้ำทะเลปกติประมาณ 10 เท่า เช่น นาเกลือ ทะเลสาบน้ำเค็มช่วงฤดูร้อน   ดังภาพที่ 2 อาร์เคียที่พบ เช่น Halobacterium sp. และHalococcus sp. ดังภาพที่ 3

 

 

ภาพที่ 2 นาเกลือบริเวณอ่าวซานฟรานซิสโก ประเทศสหรัฐอเมริกา

 

        (ภาพจาก http://edwards.sdsu.edu/halophiles/)

 

ก.                                          ข.

ภาพที่ 3 ภาพ Halobacterium sp.   ก. เจริญบนอาหารเลี้ยงเชื้อ

                                                                 ข. ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

     (ภาพจาก http://futurelabcamp.com/2011/nyc-supplies-microbes-webcams-arduinos)

2. อาร์เคียที่ชอบร้อน (thermophilic archaea) สามารถอาศัยอยู่ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงมากกว่า 100 องศาเซลเซียส เช่น บริเวณรอยแยกของเปลือกโลกที่อยู่ใต้มหาสมุทรลึก บ่อน้ำพุร้อน ดังภาพที่ 4 อาร์เคียที่พบ เช่น Methanopyrus kandleri  Pyrolobus fumarii และ Pyrodictium sp.       ดังภาพที่ 5 อาร์เคียบางชนิด เช่น Sulfolobus sp. พบที่บ่อน้ำพุร้อนซึ่งมีอุณหภูมิสูงและเป็นกรดสูง เรียกอาร์เคียกลุ่มนี้ว่าอาร์เคียที่ชอบร้อนและกรด  (thermoacidophilic archaea)

 

 

          ภาพที่ 4 บ่อน้ำพุร้อน Grand Prismatic Spring ที่อุทยานแห่งชาติเยลโลสโตน ประเทศสหรัฐอเมริกา

(ภาพจาก http://www.redbubble.com/people/whalegeek/writing/3267603-in-hot-water-again)

 

ภาพที่ 5 ภาพภายใต้กล้องจุลทรรสน์อิเล็กตรอนของ Pyrodictium sp.

(ภาพจาก http://jb.asm.org/content/190/18/6039/F4.expansion)

3. อาร์เคียที่สร้างมีเทน (methanogenic archaea) สามารถสร้างแก๊สมีเทน อาศัยอยู่ในบริเวณที่ไม่มีออกซิเจน ถ้าสัมผัสกับออกซิเจนจะตายเนื่องจากออกซิเจนจะเป็นพิษต่อเซลล์ พบอาร์เคียประเภทนี้ได้ในบริเวณน้ำลึก บ่อบำบัดน้ำเสีย ป่าพรุ ในทางเดินอาหารของสัตว์ และใต้โคลน ดังภาพที่ 6 อาร์เคียที่พบ เช่น Methanococcus sp.  Methanobacterium sp. Methanobrevibactersp.

 

 

ภาพที่ 6 บ่อโคลนที่ปล่อยแก๊สมีเทน ประเทศปากีสถาน

(ภาพจาก http://dawn.com/2011/09/13/island-off-makran-coast-evidence-points-to-methane-gas-reserves/)

 

ภาพที่ 7 ภาพภายใต้กล้องจุลทรรสน์อิเล็กตรอนของ Methanococcus sp.

(ภาพจาก http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Methanococcus_jannaschii)

4. อาร์เคียที่ชอบกรด (acidophilic archaea) สามารถอาศัยอยู่ในบริเวณที่มีกรดสูง มีค่า pH 1-2 เช่น น้ำทิ้งจากเหมืองถ่านหินหรือเหมืองแร่โลหะต่างๆ เป็นอาร์เคียกลุ่มที่เพิ่งถูกค้นพบที่น้ำทิ้งจากเหมืองแร่ Iron Mountain Mine เมืองแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ดังภาพที่ 8 ผู้ค้นพบ    ตั้งชื่ออาร์เคียที่พบนี้ว่า  Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms (ARMAN)      ดังภาพที่ 9

 

          

 ภาพที่ 8 น้ำทิ้งจากเหมืองแร่ Iron Mountain Mine เมืองแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา

(ภาพจาก http://www.aeepartnership.org/acid_mine_drainage.php)

 

ภาพที่ 9 Archaeal Richmond Mine acidophilic nanoorganisms

(ภาพจาก http://www.aeepartnership.org/acid_mine_drainage.php)

 

ในประเทศไทยพบอาร์เคียหรือไม่

          ในประเทศไทยมีการศึกษาอาร์เคียจากแหล่งต่างๆ เช่น ดินตะกอนจากบ่อน้ำพุร้อนแม่วงศ์ จังหวัดกำแพงเพชร และบ่อน้ำพุร้อนบ่อคลึง จังหวัดราชบุรี พบอาร์เคียในไฟลัม Crenarchaeota และ Euryarchaeota ในบ่อหมักน้ำปลาพบ Halobacterium sp. และอาร์เคียชนิดใหม่ Halococcus thailandensis จากตัวอย่างของงานวิจัยจะเห็นได้ว่าอาร์เคียในประเทศไทยมีความหลากหลายและได้รับการศึกษาเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ได้

อาร์เคียมีประโยชน์อะไรบ้าง

          ส่วนมากจะศึกษาอาร์เคียในเรื่องวิวัฒนาการและความหลากหลายของอาร์เคียในระบบนิเวศแบบต่างๆ แต่เนื่องจากอาร์เคียสามารถดำรงชีวิตได้ในสภาพแวดล้อมรุนแรงจึงมีความสนใจที่จะนำผลิตภัณฑ์หรือเอนไซม์ที่อาร์เคียสร้างขึ้นมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น ในอุตสาหกรรมสิ่งทอต้องการใช้เซลลูเลสที่ทนร้อนเนื่องจากระหว่างการผลิตต้องใช้ความร้อนสูง ในบ่อบำบัดน้ำเสียต้องการใช้โปรติเอส ไลเปส หรืออะไมเลสที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและเป็นกรด ในการผลิตอาหารประเภทน้ำปลาหรือซีอิ๊วต้องการใช้โปรติเอสที่ทนเค็ม รวมทั้งสนใจที่จะนำอาร์เคียที่สร้างมีเทนไปใช้ประโยชน์ในทางการผลิตแก๊สมีเทนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงอีกด้วย

 

 

เอกสารอ้างอิง

ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. กระทรวงศึกษาธิการ. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม

     ชีววิทยา เล่ม 4. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ สกสค. จัดพิมพ์ จำหน่าย. 2554.

Jongsareejit, B. 2004. Hyperthermophilic Archaea. Silapakorn University International Journal. 4 :   

     179-180

Kanokratana P, Chanapan S, Pootanakit K, and Eurwilaichitr L. 2004. Diversity and abundance of

     Bacteria and Archaea in the Bor 

Khlueng Hot Spring in Thailand. Journal of Basic Microbiology. 44(6) : 430-44.

Museum of Paleontology, University of California. Archaea. (Online). Avaiable:

     http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaeafr.html. (Retrieved 01/10/2012).

Reeve, N. J. Archaebacteria Then … Archaes Now (Are There Really No Archaeal Pathogens?).

     1999. Journal of Bacteriology.181(12) : 3613–3617.