นิวต์มฤตยูเผชิญกับภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกที่เป็นไปไม่ได้อย่างไร

• Rough-Skinned Newt (Taricha granulosa) เป็นนิวต์สายพันธุ์ที่มีพิษร้ายแรงที่สุดในโลก อาศัยอยู่ในภูมิภาค Pacific Northwest ของสหรัฐฯ
• ระหว่างนิวต์ชนิดนี้กับ garter snake (Thamnophis sirtalis) มี การแข่งขันสะสมอาวุธทางวิวัฒนาการ เกี่ยวกับพิษเกิดขึ้น
• ความเป็นพิษรุนแรงสุดขั้วของนิวต์วิวัฒน์ควบคู่ไปกับความต้านทานของงูต่อ tetrodotoxin และทั้งสองฝ่ายต่างต้องจ่ายต้นทุน
• garter snake ใช้กลยุทธ์ กักเก็บพิษไว้ในตับ เพื่อให้ตัวเองมีพิษต่อผู้ล่าที่มากินมันด้วย
• รายละเอียดของปฏิสัมพันธ์นี้และ กรณียกเว้นต่างๆ ยังอยู่ระหว่างการศึกษา และยังมีปริศนาอีกมากที่คงค้างอยู่

---

สาเหตุของพิษร้ายแรงในนิวต์มฤตยู

• Taricha granulosa (rough-skinned newt) ซึ่งเป็นนิวต์ที่มีพิษร้ายแรงที่สุดในโลก กระจายพันธุ์อยู่ตามชายฝั่ง Pacific Northwest ของอเมริกาเหนือ
• พิษจากนิวต์เพียงตัวเดียวอาจมีมากพอที่จะ คร่าชีวิตมนุษย์โตเต็มวัยได้หลายคน
• นิวต์ชนิดนี้ มีพิษ แต่ไม่ใช่สัตว์มีพิษแบบ venomous กล่าวคือมันไม่กัดหรือไม่ต่อย และหากเพียงสัมผัสแล้วล้างมือให้สะอาดมากๆ ก็ยังปลอดภัย

เหตุใดนิวต์จึงมีพิษรุนแรงถึงขนาดนี้

• นิวต์หลายชนิดมีพิษ แต่สาเหตุพื้นฐานที่ทำให้ Taricha granulosa มีพิษรุนแรงผิดปกติ มาจาก การแข่งขันทางอาวุธ (arms race)
• garter snake (Thamnophis sirtalis) ในภูมิภาคนี้กำลังวิวัฒน์ให้ต้านทาน tetrodotoxin ได้มากขึ้น (สารเดียวกับพิษของ blue-ringed octopus) และ นิวต์ก็วิวัฒน์ให้พิษแรงขึ้นเรื่อยๆ
• tetrodotoxin ถูกสร้างโดยแบคทีเรียอาศัยร่วมที่อยู่บนผิวของนิวต์
• ยิ่งงูมีความต้านทานสูงขึ้น ความเป็นพิษของนิวต์ก็ยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย และกระบวนการนี้ดำเนินต่อไปเป็น feedback loop

ต้นทุนของพิษและความต้านทาน

• ทุกสิ่งในธรรมชาติล้วนมีต้นทุน และ นิวต์ต้องแบกรับภาระเมตาบอลิซึมที่เพิ่มขึ้นเพื่อคงจำนวนแบคทีเรียให้มากขึ้น แลกกับการเพิ่มความเป็นพิษ
• นิวต์ที่มีพิษมากกว่าจะต้องใช้แคลอรีมากกว่า ซึ่งส่งผลเสียต่อการอยู่รอด
• ในทางกลับกัน ความต้านทานต่อ tetrodotoxin ของงูก็มีต้นทุนเช่นกัน การดัดแปลงทางชีวเคมีของระบบประสาทเพื่อสร้างความต้านทานอาจแสดงออกมาได้หลายรูปแบบ เช่น ความผิดปกติทางระบบประสาท การตอบสนองรีเฟล็กซ์ที่ลดลง และการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมเล็กน้อย
• garter snake ที่อยู่นอกภูมิภาค Pacific Northwest มีความต้านทานต่ำและมักตายจากพิษได้ง่าย กล่าวอีกอย่างคือ การวิวัฒน์ความต้านทานมีต้นทุนที่ชัดเจน

ทำไม garter snake ถึงยังกินนิวต์มีพิษ

• แม้การวิวัฒน์ความต้านทานจะยาก และตอนกินนิวต์งูก็ต้องเผชิญกับ อาการคัน อาเจียน และความไม่สบายตัว แต่งูก็ยังกินนิวต์ต่อไป
• เหตุผล: garter snake กินนิวต์แล้วสะสม tetrodotoxin ไว้ในตับ เพื่อป้องกันตัวเองจากผู้ล่า อย่างไรก็ตามมันไม่สามารถสร้างพิษเองได้ และเมื่อเวลาผ่านไปพิษจะค่อยๆ หายไป ทำให้ต้องกลับมากินนิวต์อีกครั้ง

วงจรอุบาทว์ทางวิวัฒนาการของการแข่งขันสะสมอาวุธ

• นิวต์ที่พิษอ่อนจะถูกกินหมด ส่วนงูที่ต้านทานต่ำก็ไม่สามารถล่านิวต์ได้ จึงไม่อาจสะสมพิษไว้ได้
• นิวต์ไม่สามารถวิวัฒน์ลวดลายแบบ aposematic (สีเตือนภัย) ได้ เพราะถ้าเด่นสะดุดตา ก็จะยิ่งถูกงูกินมากขึ้น
• พิษจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ ขณะที่ความต้านทานของงูก็เพิ่มตามไปด้วย กลายเป็น ภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกทางวิวัฒนาการที่ไม่มีวันสิ้นสุด

ข้อยกเว้นหลากหลายและปริศนาเพิ่มเติม

• ในน่านที่ไม่มี garter snake เช่น Alaska นิวต์ส่วนใหญ่มีพิษอ่อนกว่า แต่บางส่วนก็ยังคงมีพิษแรง
• ยังมีพื้นที่อย่าง Vancouver Island ที่แม้จะมีงูหลายตัวอยู่ แต่การแข่งขันสะสมอาวุธด้านพิษและความต้านทานกลับรุนแรงน้อยกว่า
• ยังมีคำถามด้วยว่า ไม่ใช่แค่นิวต์เท่านั้น แต่ garter snake เองสามารถวิวัฒน์ลวดลายแบบ aposematic (สีเตือนภัย) ได้หรือไม่ อย่างไรก็ตาม งานวิจัยด้านการเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์ภายนอกยังมีน้อย
• ระบบนิเวศของ Pacific Northwest เองก็ถือว่า อายุน้อยมากในเชิงธรณีวิทยา จึงยังไม่แน่ชัดว่าการแข่งขันสะสมอาวุธที่เห็นอยู่ตอนนี้เป็นปรากฏการณ์ถาวรหรือไม่
• นิวต์ชนิดอื่นในสกุล Taricha ก็มีพิษมากเช่นกัน และการจัดจำแนกในสกุล Thamnophis ก็ซับซ้อน

บทส่งท้าย

• การแข่งขันสะสมอาวุธและภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกทางวิวัฒนาการนี้เป็นหัวข้อของงานวิจัยจำนวนมาก และยังมี ปริศนาที่คลี่คลายไม่ชัดเจน อยู่อีกมาก
• กรณีของนิวต์มฤตยูเป็นห้องทดลองมีชีวิตของประเด็นเรื่อง co-evolution, ปฏิสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยา และต้นทุนทางวิวัฒนาการ ซึ่งยังเปิดพื้นที่ให้มีการวิจัยต่อในอนาคตอีกมาก

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• ถ้ามองจากข้อความ เหมือนจะอ้างว่าการวิวัฒนาการความต้านทานย่อมมีต้นทุนเสมอ แต่ผมคิดว่าไม่จำเป็นต้องเป็นแบบนั้นกับทุกกรณี เพราะสัตว์จำนวนมากไม่ได้มีแรงกดดันพิเศษให้ต้องวิวัฒนาการหรือคงลักษณะนี้ไว้ การคัดเลือกโดยธรรมชาติไม่ได้มีเช็กลิสต์อะไร มันแค่ทำให้สิ่งที่ช่วยเรื่องการสืบพันธุ์อยู่รอดต่อไปเท่านั้น เช่น วัวไม่ได้ตายจากพิษ tetrodotoxin กันมากพอที่จะต้องวิวัฒนาการความต้านทานนี้ มนุษย์เองก็เป็นกลุ่มเดียวที่สังเคราะห์วิตามิน C ไม่ได้ ซึ่งลักษณะนี้ก็เป็นเพราะบรรพบุรุษลิงสูญเสียมันไปโดยบังเอิญ และอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีผลไม้มากพอจนไม่จำเป็นต้องได้มันกลับคืนมา บางทีงูอาจต้องจ่ายต้นทุนสำหรับความต้านทาน tetrodotoxin ก็ได้ แต่ก็อยากเน้นว่าไม่จำเป็นต้องเป็นแบบนั้นเสมอไป
  • ถ้ากลับด้านข้อโต้แย้งของผู้เขียน ก็อาจเดาได้ว่าเรามักมีลักษณะอย่างความต้านทานต่อสารพิษที่แทบไม่ได้ใช้ติดตัวมาอยู่แล้ว และสิ่งเหล่านี้คงอยู่ได้เพราะภาระต่ำมาก ถ้าความต้านทาน tetrodotoxin เป็นลักษณะที่มีค่าบำรุงรักษาต่ำแบบนี้จริง มันก็น่าจะแพร่หลายกว่านี้ แต่เมื่อไม่เป็นเช่นนั้น ก็พอจะคาดได้ว่ามันมีต้นทุนสูง หรืออย่างน้อยก็ไม่ได้ถูก
  • ยังมีความหมายของคำว่า "ต้นทุน" ในแง่พื้นที่ของวิธีแก้ปัญหาทางพันธุกรรมด้วย ถ้าข้อจำกัดอย่างหนึ่งลดลง ก็อาจทำให้โครงสร้างปรับตัวเข้ากับแรงกดดันเชิงวิวัฒนาการอื่น ๆ ได้ง่ายขึ้น
  • อยากเน้นว่าการวิวัฒนาการเป็นเรื่องของอุปสงค์และอุปทาน ต้นทุนและผลประโยชน์ ความเป็นไปได้และข้อจำกัด และสุดท้ายก็ขึ้นกับโชคอยู่มาก
  • จำนวนสัตว์และคนที่ตายจากพิษ tetrodotoxin ไม่ได้เป็นศูนย์ ดังนั้นย่อมมีแรงคัดเลือกอยู่ระดับหนึ่ง ถ้าความต้านทานเป็นลักษณะที่ถูกและวิวัฒนาการได้ง่าย ทุกชนิดก็คงพัฒนามันไปแล้ว จึงอาจเดาได้ว่าเกณฑ์ต้นทุนของความต้านทานนี้สูงมาก
  • ถึงจะไม่มีความรู้ชีววิทยามากนัก ก็ยังรู้สึกอึดอัดกับมุมมองที่พยายามอธิบายวิวัฒนาการด้วยเหตุและผลแบบเส้นตรงอย่างเดียว
• เพิ่งรู้ไม่นานมานี้ว่า ในสวนหลายแห่งในอเมริกามีพืชอันตรายถึงตายอยู่ ซึ่งถ้ายืนอยู่ใต้ต้นนั้นเกิน 10 นาที คุณแทบจะตายได้เลย พืชนั้นก็คือ water-lily
  • ดูจากวิกิพีเดีย vascular cambia (เซลล์ที่ทำให้พืชเติบโตด้านความหนา) หายไปอย่างอิสระในพืช 5 สายวิวัฒนาการ โดย 4 ใน 5 เป็นพืชน้ำ (รวม water-lily) และมีความเห็นจากนักวิทยาศาสตร์ว่า monocot เองอาจวิวัฒน์มาจากสภาพแวดล้อมแบบน้ำด้วย ผมจำได้ลาง ๆ ว่ามีทฤษฎีว่าพืชน้ำไม่ต้องการการเติบโตแบบเนื้อไม้เพื่อความมั่นคงเชิงโครงสร้าง แต่หาที่มาไม่เจอ
  • water-lily ไม่ใช่พืชอันตราย และบางชนิดก็กินได้หรือใช้เป็นสมุนไพรได้ด้วย หมายถึง peace lilly หรือ calla lilly หรือเปล่า? ทั้งคู่ไม่ถึงตาย แต่ถ้ากินเข้าไปอาจป่วยได้ ส่วนที่อันตรายถึงตายคือ water hemlock ซึ่งมีดอกสีขาว
• บทความเขียนได้น่าสนใจมาก เลยทำให้เกิดคำถามหลายอย่าง: newt ที่พิษอ่อนกว่าจะถูกกิน ส่วน snake ที่ต้านทานได้น้อยกว่าจะหาเหยื่อไม่สำเร็จ เป็นโครงสร้าง arms race ที่ดำเนินต่อไปเรื่อย ๆ ตรงนี้สิ่งที่ผมสงสัยคือ snake รู้ระดับความเป็นพิษของ newt ได้อย่างไร มันเลือกปล่อยบางตัวไว้โดยไม่แตะต้องหรือไม่ หรือมันกิน newt ทุกตัวที่เจอ และ newt ที่พิษแรงสุดท้ายรอดจากการโจมตีหรือเปล่า
  • กรอบที่เหมาะกว่าอาจเป็นว่า ตลอดเวลายาวนาน ในยีนของ snake มีทั้งความชอบที่จะกิน newt ชนิดนี้ และมีความต้านทานที่ทำให้เก็บ poison ไว้ได้ snake ที่มียีนสองอย่างนี้ร่วมกันย่อมมีโอกาสสืบพันธุ์ได้มีประสิทธิภาพกว่า ตลอดหลายพันปี การปรับตัวแบบนี้เกิดซ้ำไปมา จน snake กับ newt ต้องไล่กวดกันเหมือนการแข่งขันวิ่ง เกิดเป็นสถานการณ์แบบ red queen ขึ้นมา โดยไม่มีการตัดสินใจหรือสำนึกใด ๆ เกี่ยวข้อง มีแต่รูปแบบพฤติกรรมที่ฝังอยู่เท่านั้น
  • ตามที่กล่าวไว้ในส่วนอื่นของบทความ ถ้า snake เจอพิษแรงเกินไป มันจะคาย newt ทิ้ง คล้ายกับเวลาคนคายพริกที่เผ็ดเกินไป
  • ตามวิกิพีเดีย garter snake จะประเมินระดับพิษโดยการลองกลืน newt เข้าไปบางส่วนจริง ๆ ถ้าพอกลืนได้ก็กินต่อ ถ้าไม่ไหวก็คายทิ้ง
  • จากบริบท garter snake กลืนเหยื่อทั้งตัว ดังนั้น newt ที่มีพิษแรงอาจรอดจากความพยายามกินได้ ด้วยเหตุนี้ newt จึงวิวัฒนาการพิษให้แรงขึ้นเรื่อย ๆ และ snake ก็เพิ่มความต้านทานขึ้นเรื่อย ๆ สุดท้าย arms race ก็วนซ้ำต่อไป
• ชอบชื่อเรื่องมาก และบทความก็ยอดเยี่ยม นอกเรื่องนิดหน่อย แต่ทุกครั้งที่เห็นคำว่า "newt" ผมจะนึกถึง Karel Capek ที่สร้างคำว่า "robot" ขึ้นเป็นครั้งแรกในยุค 1920 และต่อมาก็เขียน War with the Newts เรื่องราวของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำแสนฉลาดด้วย ขอบคุณที่แชร์
  • ในฐานะคนฝรั่งเศส ตอนเห็นคำนี้ครั้งแรก สมองผมแปลชื่อเรื่องเป็น "death news" อัตโนมัติเลย
• ตรงที่บอกว่า "กลายเป็นว่า garter snake เก็บ tetrodotoxin ไว้ในตับ ทำให้มันมีพิษต่อผู้ล่าที่ตัวใหญ่กว่ามันด้วย" เป็นประเด็นผลกระทบชั้นที่สองที่น่าสนใจมาก
• มีคนบอกว่าบทความที่ลิงก์ไว้เกี่ยวกับ blue-ringed octopusน่าสนใจกว่าอีก
  • ผู้เขียนมักพูดถึงมุมมองที่ว่าแท้จริงแล้วเราคือหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ และแบคทีเรียใช้เราเป็นโฮสต์เพื่อเคลื่อนที่และวิวัฒนาการต่อไป ผมรู้สึกเข้าถึงวิธีคิดนี้ได้
  • ธรรมชาติไม่เคยใจดีกับใคร
• มีการแนะนำลิงก์ที่เกี่ยวข้องว่าภูมิต้านทานของ snake ยังถือว่าอ่อนเมื่อเทียบกับ caddisfly ในท้องถิ่น
• อยู่ในพื้นที่นี้มาทั้งชีวิต แต่ไม่เคยได้ยินอุบัติเหตุพิษจาก newt เลย จึงบอกได้ว่าการที่มนุษย์ได้รับพิษจาก newt นั้นหายากมาก
  • ตอนเด็ก ๆ ผมมีความทรงจำว่าเคยจับ these newts เล่นไปมาทั้งในป่าและลำธาร พวกมันพบได้บ่อยมาก
  • ผมอยู่ใน PNW และเห็น hundreds of garter snake กับ some newt อยู่บ่อย ๆ แต่ไม่เคยเห็น Rough-Skinned Newt เลย ไม่รู้มาก่อนว่าสิ่งมีชีวิตแบบนี้อยู่ใกล้ตัว
• คำอธิบายที่ว่า "กลายเป็นว่า garter snake เก็บ tetrodotoxin ไว้ในตับ จึงมีพิษต่อผู้ล่าด้วย" ทำให้น่าสงสัยว่ามันมีประสิทธิภาพเท่ากับการที่ newt เก็บพิษไว้ที่ผิวหนังเพื่อป้องกันตัวทันทีหรือไม่ newt บางตัวอาจรอดเพราะผู้ล่ากัดแล้วคายทิ้ง แต่ในกรณีของ snake ผู้ล่าจะตายก็ต่อเมื่อกินตับเข้าไปแล้ว จึงไม่ชัดนักว่ามันช่วยขู่ให้หลีกเลี่ยงได้มากแค่ไหน โดยเฉพาะถ้ามีแค่งูบางตัวที่มีภูมิคุ้มกัน ผู้ล่าก็คงแยกยากว่างูตัวไหนกินได้และตัวไหนอันตราย
  • สำหรับคำถามว่าจะป้องกันผู้ล่าได้อย่างไร ผมคิดว่าอาจมีผลการเรียนรู้จากซากผู้ล่าที่ตายและซาก snake ที่ถูกกินไปครึ่งตัว หรือบางทีแค่กำจัด predator ได้สักตัวเดียวก็อาจเป็นประโยชน์ต่อทั้งสปีชีส์แล้ว
  • ถ้าความแตกต่างเล็กน้อยภายในชนิดของผู้ล่า เช่น นิสัยการเลือกเหยื่อ เป็นสิ่งที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้ แม้ต่างกันเพียงนิดเดียว ธรรมชาติก็คัดเลือกได้
  • ผู้ล่าอาจไม่ได้ตายทันทีหลังจากกิน snake และสำหรับผู้ล่าชั้นสูงอย่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อาจมีความชอบด้านอาหารอยู่แล้ว ทำให้ตัวที่ไม่กินงูมีแนวโน้มรอด และพฤติกรรมนี้ก็อาจฝังแน่นต่อไปทั้งในเชิงพันธุกรรม หรือในรูปแบบการเรียนรู้ที่พ่อแม่ไม่สอนลูกให้ล่างู
• ตอนเห็นคำว่า "teal deer" ครั้งแรก ผมนึกว่าเป็นสำนวนแปลก ๆ พอไปค้นใน Urban Dictionary ถึงรู้ว่า "teal dear = tl;dr" ตอนนี้เลยรู้สึกงง ๆ เหมือน garter snake ที่เพิ่งมีภูมิต้านทานต่อ tetrodotoxin ระดับมหาศาล
  • ตอนแรกผมก็ไม่เข้าใจเหมือนกัน แต่ตอนนี้ก็อดเศร้านิด ๆ ไม่ได้ที่พวกเราต้องใช้ 9 ตัวอักษรแทน 5 ตัวเพื่อให้ดูคูลขึ้น แม้จำนวนพยางค์จะลดลง แต่คำนำหน้าเว็บอย่าง www กลับยาวกว่าเดิมเสียอีกเลยไม่ค่อยคุ้ม ในภาษาเยอรมันยังพอไหวเพราะมี 3 พยางค์ แต่ในอังกฤษ/ฝรั่งเศสกลับเป็น 9 พยางค์ น่าเสียดายเหมือนกัน บางทีถ้าเริ่มต้นด้วย web.domain.org อาจดีกว่าก็ได้
  • ขอบคุณนะ ทำให้ผมได้รู้จักคำว่า teal dear แบบอ้อม ๆ
  • ตอนแรกผมนึกว่าเป็นมุกเล่นคำกับ "steel-man" เสียอีก แต่ไม่ใช่ ยังไงก็ขอบคุณที่ช่วยไปค้นมา