การเรืองแสงของหิ่งห้อย

สุทธิพงษ์ พงษ์วร

     คราวนี้สีพื้นเว็บทำเป็นสีดำ อาจจะดูขัดๆ ไปนิดกับกรอบสีฟ้า แต่ก็เพื่อให้เข้ากับบรรยากาศการเดินดูหิ่งห้อย ซึ่งพบเห็นได้ง่าย (ในอดีต) ในยามค่ำคืน หิ่งห้อยเรืองแสงได้อย่างไร ทำไมต้องเรืองแสง ดูจะเป็นคำถามยอดฮิต และมักจะเป็นคำถามลำดับต้นๆ สำหรับเด็กๆ และผู้ใหญ่หลายคน เราจะได้มาค้นพบคำตอบที่ว่านี้ในบทความครั้งนี้กันครับ

ภาพประกอบ: "บันทึกหิ่งห้อย" น้องมิกกี้ อ.3 ห้องจามจุรี โรงเรียนทอสี กทม.

     หิ่งห้อย หรือ "หญิงฮอย" (ในสำเนียงถิ่นใต้) และมีชื่อทั่วไปเป็นภาษาอังกฤษว่า Firefly, Lightning bug, หรือ Glowworm เป็นแมลงนักชีววิทยาจัดให้อยู่ใน Family Lampyridae เป็นแมลงปีกแข็งที่อยู่ในกลุ่มเดียวกับพวกแมลงเต่าทอง มีหลายชนิด แต่ที่ต่างจากเต่าทองก็คือหิ่งห้อยมีปีกแค่ 2 ปีกตามที่มองเห็น แต่ในเต่าทองจะมีปีกอ่อนซ่อนอยู่อีก 1 คู่ใต้ปีกแข็งที่ปกคลุมภายนอก บริเวณที่พบว่ามีความหลากหลายของชนิดของหิ่งห้อยสูงคือในเขตร้อนชื้นแถบเอเชีย และอเมริกากลางตลอดจนถึงอเมริกาใต้ 

     และจากรายงานการศึกษาหิ่งห้อยในประเทศไทยที่ได้เคยลงพิมพ์ในนิตยสารคดี พบว่าหิ่งห้อยในประเทศไทยมีทั้งหมด 4 ชนิด แต่ละชนิดมีแหล่งที่อยู่อาศัยแตกต่างกัน แต่ที่สำคัญคือ ต้องอยู่ใกล้แหล่งน้ำ บางชนิดอาศัยในแหล่งน้ำและเป็นปรสิตในหอยน้ำจืด บางชนิดอาศัยอยู่ตามชายน้ำ ริมลำธาร บางชนิดอาศัยอยู่ตามซากไม้ใบไม้ที่เน่าเปื่อยผุพัง เฉพาะชนิดที่เป็นปรสิตในหอยเท่านั้นที่ต้องอาศัยใกล้บริเวณที่มีต้นไม้น้ำที่หอยสามารถขึ้นมาวางไข่ได้ แต่ก็มีรายงานการพบหิ่งห้อยบางชนิดอาศัยในเขตแห้งแล้งเช่นเดียวกัน 

     ตัวอ่อนของหิ่งห้อยดำเนินชีวิตเป็นผู้ล่าเหยื่อ โดยกินไส้เดือนดิน หอย และทากเป็นอาหาร วิธีการล่าเหยื่อทำได้โดยการตามรอยเหยื่อจากเมือกลื่นๆ ที่เหยื่อทิ้งไว้ตามรอยทางเดิน และเมื่อพบเหยื่อซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่กว่า ตัวอ่อนหิ่งห้อยก็จะปล่อยสารเคมีบางอย่างออกมาจากเขี้ยว (ซึ่งในแมลงเรียกว่า mandible แต่ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง mandible จะหมายถึงขากรรไกรล่าง) ซึ่งมีฤทธิ์ทำให้เหยื่อเป็นอัมพาต หลังจากนั้นก็จะทำการกินเหยื่อเป็นอาหาร นอกจากนี้ยังพบว่าตัวอ่อนหิ่งห้อยสามารถที่จะกินอาหารที่เป็นซากสัตว์ที่ตายแล้วได้เช่นกัน (คือเป็น scavenger) และเมื่อหิ่งห้อยโตเป็นตัวเต็มวัย โดยทั่วไปจะกินน้ำหวานจากดอกไม้เพื่อนำเอามาสร้างพลังงานเพื่อดำรงชีวิตอยู่ ในระยะนี้หิ่งห้อยจะยังคงมีเขี้ยวอยู่ และพบว่าหิ่งห้อยบางชนิดจะมีการพรางตัวเพื่อเข้าไปทำทีว่า "อยากจะผสมพันธุ์กับหิ่งห้อยอีกชนิดหนึ่ง" แต่จริงๆ แล้วเข้าไปเพื่อจับหิ่งห้อยอีกชนิดหนึ่งกินเป็นอาหาร 

    ดังนั้นเราจะเห็นได้ว่า จริงๆ แล้ววัตถุประสงค์ของการสร้างแสงวับๆ ขึ้นมาก็คือ ทำเพื่อการสืบพันธุ์ และหลอกล่อเหยื่อนั่นเอง หิ่งห้อยแต่ละชนิดจะรูปแบบและระยะเวลาของการสร้างแสงวับๆ แตกต่างกัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจำแนกชนิดของหิ่งห้อยได้โดยวิธีการดูจากแสงได้ด้วย ถึงแม้จะไม่แม่นยำเหมือนการจับตัวหิ่งห้อยมาศึกษาก็ตาม เพราะเจ้าหิ่งห้อยที่ชื่อ Photuris sp. (รู้แต่ genus) เพศเมียสามารถที่จะเลียนแบบการเรืองแสงของหิ่งห้อยเพศเมียพันธุ์อื่นได้ เพื่อล่อให้ตัวผู้เข้ามาผสมพันธุ์กับมัน แต่เมื่อตัวผู้เข้ามาก็จะถูกหิ่งห้อยเพศเมียตัวดังกล่าวจับกินเป็นอาหารแทน 

คราวนี้ก็มาถึงคำถามที่น่าสนใจว่า "หิ่งห้อยเรืองแสงได้อย่างไร?"

     เจ้าแมลงตัวน้อยของเรา สามารถสร้างแสงวับๆ ในยามค่ำคืนได้ โดยอาศัยปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์พิเศษที่อยู่บริเวณส่วนท้ายของลำตัว เป็นการเกิดปฏิกิริยาระหว่างโปรตีน Luciferin และเอนไซม์ Luciferase โดยอาศัยพลังงานจาก ATP (Adenosine triphosphate) ภายในเซลล์ และออกซิเจน ดังปฏิกิริยาเคมี 

Luciferin+Luciferase+ATP ---> Luciferyl adenylate-luciferase + pyrophosphate 

Luciferyl adenylate-luciferase + O2 ----> Oxyluciferin + luciferase + AMP + light 

    จากปฏิกิริยาเคมี จะเห็นได้ว่าภายในเซลล์พิเศษที่อยู่บริเวณส่วนท้ายตัวของหิ่งห้อยจะมีโปรตีนที่ชื่อ Luciferin และเซลล์จะสร้างเอนไซม์ Luciferase ขึ้นมา การเกิดแสงของหิ่งห้อยเกิดจากการทำปฏิกิริยากันของ luciferin กับออกซิเจนและเกิดเป็น oxyluciferin ซึ่งเป็นโมเลกุลที่อยู่ในรูปของ inactive form 

     ต่อมาเราจะมาดูกันว่าเอนไซม์ Luciferase ทำงานในปฏิกิริยานี้อย่างไร

1. โปรตีน Luciferin จะจับกับ ATP (Adenosine triphosphate) ซึ่งพบได้ทั่วไปในเซลล์ จับกันที่ไหนจับกันอยู่บนผิวของเอนไซม์ Luciferase จากนั้นเอนไซม์ก็จะทำการเร่งปฏิกิริยาเคมีได้ Luciferyl adenylate และ pyrophosphate (PPi) และ Luciferyl adenylate จะยังคงจับอยู่กับเอนไซม์ luciferase
2. ปฏิกิริยาในขั้นต่อมา Luciferyl adenylate ก็จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้สารตัวใหม่คือ ฯOxyluciferin และ Adenosine monophosphate (AMP) และเมื่อมีการคายพลังงานแสงออกมา Oxyluciferin และ AMP ก็จะหลุดออกมาจากผิวของเอนไซม์

    ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่หิ่งห้อยสร้างขึ้นมาจะอยู่ในช่วงคลื่น 510-670 นาโนเมตร (nm) นอกจากนี้ยังพบว่าเซลล์ที่สร้างแสงจะมีผลึกของกรดยูริก (Uric acid crystals) อยู่ภายในเซลล์เพื่อช่วยสะท้อนแสงออกมา ส่วนแหล่งออกซิเจน หิ่งห้อยจะได้ออกซิเจนมาจากท่อลมข้างลำตัว (abdominal trachea) 

     สำหรับเรื่องของการเรืองแสง พบว่าหิ่งห้อยทั้งตัวผู้ ตัวเมีย และตัวอ่อนหิ่งห้อยสามารถเรืองแสงได้เช่นเดียวกัน 

เอกสารอ้างอิง

1. "Firefly Facts" http://iris.biosci.ohio-state.edu/projects/FFiles/frfact.html
2. "Nitric Oxide and Firefly Flashing" http://ase.tufts.edu/biology/Firefly/ มีภาพโครงสร้างของอวัยวะที่ใช้ในการเรืองแสง
3. "What Makes a Firefly Glow?" http://gslc.genetics.utah.edu/basic/firefly/
4. "หิ่งห้อย" นิตยสาร "สารคดี" เดือนพฤศจิกายน 2541 ฉบับที่ 165
5. "Luciferin Details: Chemistry details" http://www.lifesci.ucsb.edu/~biolum/chem/detail2.html
6. "How do fireflies light up?" http://www.howstuffworks.com/question554.htm