เหตุใดกำเนิดของมันฝรั่งจึงถือเป็น "การถูกหวยทางพันธุกรรม" ของพืชตระกูลมะเขือเทศ

ย้อนอดีตไปประมาณ 9 ล้านปีก่อน ในสถานที่ซึ่งต่อมาถูกเรียกขานว่า "ทวีปอเมริกาใต้" ในสมัยนั้นที่เทือกเขาแอนดีสยังคงสูงตระหง่านอยู่ พืชพรรณยังคงอุดมสมบูรณ์และมนุษย์ยังไม่ได้ก่อกำเนิดขึ้น มีพืชสองชนิดที่เติบโตและอาศัยอยู่เคียงข้างกัน

"แต่กลับมีเพียงพืชสองกลุ่ม พวกมันคือบรรพบุรุษของพืชที่เรารู้จักกันในปัจจุบันว่าคือมะเขือเทศ (Solanum lycopersicum) และพืชกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่า "อีทูเบอโรซัม" (Solanum etuberosum) ซึ่งปัจจุบันมี 3 สายพันธุ์ที่พบในชิลีและหมู่เกาะฮวน เฟอร์นันเดซ" ดร.ซานดรา แนปป์ นักพฤกษศาสตร์ประจำพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติในกรุงลอนดอน ของอังกฤษกล่าว

อย่างที่คุณอาจสังเกตเห็นจากชื่อของพืชพวกนี้ พวกมันเป็นพืชสกุลเดียวกันและเคยผสมพันธุ์กัน

"การสับเปลี่ยนยีนทำให้เกิดสิ่งใหม่ขึ้นอย่างสิ้นเชิง" ดร.แนปป์กล่าว ซึ่ง "ทำให้มันสามารถเจริญเติบโตได้ในถิ่นที่อยู่อาศัยที่แห้งแล้งและหนาวเย็นของเทือกเขาแอนดีส"

ผู้เชี่ยวชาญเรียกสิ่งนี้ว่า การผสมข้ามสายพันธุ์ (hybridisation) และเกิดขึ้นบ่อยครั้ง บางครั้งก็มีผลลัพธ์ที่เลวร้าย อย่างเช่น ล่อที่เกิดจากการผสมพันธุ์ระหว่างม้าตัวเมียกับลาตัวผู้ แม้ว่ามันจะเป็นลูกผสมที่ประสบความสำเร็จและได้รับความนิยมมาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่มันกลับเป็นหมัน ไม่สามารถสืบพันธุ์ได้

ดร.แนปป์ กล่าวว่าในอาณาจักรพืช การผสมข้ามสายพันธุ์เกิดขึ้นบ่อยครั้ง นั่นคือวิธีที่เรามักใช้ปลูกพืชในสวนของเรา

การผสมข้ามสายพันธุ์สามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติหรือโดยการแทรกแซงของมนุษย์ และทำให้เกิดพืชที่เป็นส่วนผสมผสานกันระหว่างทั้งพ่อพันธุ์และแม่พันธุ์

"บางครั้งพวกมันก็เป็นหมัน จึงไม่พัฒนาไปสู่การแพร่ขยายพันธุ์ต่อไปได้" เธอกล่าว

อย่างไรก็ตาม เมื่อสภาพแวดล้อมเหมาะสม ผลลัพธ์ของการผสมข้ามสายพันธุ์อาจจะเกินความคาดหมายได้

นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่ จากการพบรักกันโดยบังเอิญเมื่อหลายล้านปีก่อนระหว่างพื้ชสองสายพันธุ์ในวงศ์โซลานาซีอี (Solanaceae) และนั่นทำให้มันฝรั่งถือกำเนิดขึ้น

"การได้รับรู้ว่ามันฝรั่งมีต้นกำเนิดอันเก่าแก่และพิเศษอย่างยิ่งถือเป็นเรื่องที่น่าทึ่ง และยังมีความสำคัญในชีวิตประจำวันของเราอีกด้วย " ดร.แนปป์ กล่าว

"มะเขือเทศ คือแม่ และอีทูเบอโรซัมคือพ่อ" ซานเหวิน หวง ศาสตราจารย์ประจำสถาบันวิทยาศาสตร์การเกษตรแห่งประเทศจีน ผู้นำการศึกษาระดับนานาชาติที่ตีพิมพ์ในวารสาร Cell เมื่อเดือน ก.ค. ที่ผ่านมา กล่าว

การไขปริศนาอันยาวนาน

จุดเริ่มต้นในเรื่องนี้เป็นสิ่งที่รู้กันอยู่แล้ว

แม้ว่าในตลาด เราจะเห็นว่ามันฝรั่งซึ่งมีลักษณะแข็งและประกอบด้วยแป้งจะดูไม่เหมือนกับมะเขือเทศที่มีสีแดงและดูฉ่ำน้ำ แต่ "พวกมันกลับมีความคล้ายคลึงกันมาก" ดร.แนปป์ ซึ่งมีส่วนร่วมในการวิจัยนี้ด้วยตั้งข้อสังเกต

เธอกล่าวอีกว่า เมื่อพิจารณาใบและดอกของทั้งมะเขือเทศและมันฝรั่งกลับมีความคล้ายคลึงกันมาก และผลของต้นมันฝรั่งยังดูเหมือนมะเขือเทศสีเขียวลูกเล็กอีกด้วย

"นอกเหนือจากสิ่งที่เราเห็น เรารู้มานานแล้วว่ามันฝรั่ง มะเขือเทศ และอีทูเบอโรซัม มีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด" เธอกล่าว "สิ่งที่เราไม่รู้คือว่าพันธุ์ไหนใกล้เคียงกับมันฝรั่งมากที่สุด เพราะยีนที่ต่างกันบอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างกัน"

นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาหลายทศวรรษในการพยายามไขปริศนาต้นกำเนิดของหัวมันฝรั่งที่เป็นที่นิยมชมชอบนี้ แต่กลับพบปัญหายุ่งยากอย่างหนึ่งคือ พันธุกรรมของมันฝรั่งนั้นไม่ธรรมดา

ในขณะที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่รวมถึงมนุษย์ มีโครโมโซม 2 ชุดในแต่ละเซลล์ แต่มันฝรั่งมีถึง 4 ชุด

เพื่อไขข้อข้องใจนี้ ทีมวิจัยได้วิเคราะห์จีโนม (ชุดข้อมูลทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิต) มากกว่า 120 ชุด จากสิ่งมีชีวิตหลายสิบชนิด รวมถึงมันฝรั่ง มะเขือเทศ และอีทูเบโรซัม

จีโนมของมันฝรั่งที่พวกเขาถอดรหัสได้แสดงให้เห็นการแยกตัวของมะเขือเทศและอีทูเบโรซัมที่ใกล้เคียงกัน

ดร.แนปป์เน้นย้ำว่าบรรพบุรุษของพวกมัน "ไม่ใช่อย่างใดอย่างหนึ่ง แต่เป็นทั้งสองอย่าง"

นั่นคือวิธีที่นักวิจัยค้นพบความสัมพันธ์อันโรแมนติกที่บริเวณเชิงเขาของเทือกเขาอเมริกาใต้เมื่อหลายล้านปีก่อน

มันเป็นการรวมตัวที่ประสบความสำเร็จ "เพราะมันสร้างการรวมตัวของยีนที่ทำให้สายพันธุ์ใหม่นี้สามารถเจริญเติบโตได้ในถิ่นที่อยู่อาศัยบนที่สูงที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่ของเทือกเขาแอนดีส" ดร.แนปป์อธิบาย

ข้อเท็จจริงส่วนใหญ่เป็นเพราะว่าถึงแม้ต้นมันฝรั่งที่อยู่เหนือพื้นดินจะมีลักษณะคล้ายคลึงกับต้นพ่อแม่ของมันมาก แต่ก็มีบางสิ่งซ่อนเร้นที่พวกมันไม่มี นั่นคือ หัว

การมีหัวก็เหมือนกับการมีกล่องข้าวกลางวันอยู่ตลอดเวลา พวกมันช่วยกักเก็บพลังงาน ซึ่งช่วยให้รอดพ้นจากฤดูหนาว ภัยแล้ง หรือสภาวะการเจริญเติบโตที่ไม่เอื้ออำนวยอื่น ๆ ได้

การถูกหวยทางพันธุกรรม

นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบสิ่งที่น่าสนใจ นั่นคือ พืชที่พัฒนามาเป็นหัวมันฝรั่งได้สำเร็จนั้น เกิดขึ้นในแบบ "การถูกหวยทางพันธุกรรม" (genetic lottery) โดยพบว่าบรรพบุรุษของพวกมันแต่ละตัวมียีนที่สำคัญต่อการสร้างหัวมันฝรั่ง

อย่างไรก็ดี ไม่มียีนใดที่มีความสมบูรณ์ในตัวเอง แต่เมื่อนำมารวมกัน พวกมันจะกระตุ้นกระบวนการที่เปลี่ยนลำต้นใต้ดินให้กลายเป็นมันฝรั่งแสนอร่อย

ส่วนทีมวิจัยชาวจีนที่ ดร.แนปป์ทำงานด้วย สามารถพิสูจน์สิ่งที่ค้นพบนี้ได้

"พวกเขาทำการทดลองที่ชาญฉลาดมากมาย โดยตัดยีนเหล่านี้ออกเพื่อยืนยันสมมติฐานของพวกเขา" เธอกล่าว "และหากไม่มียีนเหล่านี้ หัวมันฝรั่งก็จะไม่ก่อตัวขึ้น"

การผสมข้ามสายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดมันฝรั่งนั้นไม่ใช่แค่เรื่องบังเอิญ แต่มันได้สร้างองค์ประกอบใหม่ขึ้นมา และองค์ประกอบที่ว่านี้ก็คือ หัวมันฝรั่ง ซึ่งถือเป็นความสำเร็จทางวิวัฒนาการอย่างหนึ่ง

การดำรงอยู่ของมันทำให้พืชชนิดนี้สามารถขยายพันธุ์ได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้เมล็ดหรือแมลงผสมเกสร

พืชชนิดใหม่นี้ยังสามารถปรับตัวให้เข้ากับระดับความสูงและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย นำไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างมหาศาล

แม้กระทั่งทุกวันนี้ "ยังมีพืชป่ามากกว่า 100 ชนิดที่พบเฉพาะในทวีปอเมริกา ตั้งแต่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกาไปจนถึงชิลีและบราซิล" ดร.แนปป์กล่าว

ความเปราะบาง

อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศนี้ยังส่งผลเสียต่อมันฝรั่ง

"ในการปลูกมันฝรั่ง คุณต้องปลูกมันฝรั่งเป็นชิ้นเล็ก ๆ ซึ่งหมายความว่า หากคุณมีแปลงปลูกที่มีเพียงพันธุ์เดียว มันฝรั่งเหล่านั้นก็จะมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกันทั้งหมด" ดร.แนปป์อธิบายและว่า นั่้นจะหมายความว่า ความเหมือนกันทางพันธุกรรมดังกล่าวจะทำให้ต้นมันฝรั่งทุกต้นจะไม่มีภูมิคุ้มกันต่อโรคใหม่นั่นเอง

นี่นำเราไปสู่เหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์ทำการวิจัยนี้

ดร.แนปป์กล่าวว่า ทีมงานชาวจีนต้องการพัฒนามันฝรั่งที่สามารถขยายพันธุ์จากเมล็ดและดัดแปลงพันธุกรรมได้

พวกเขาหวังว่า การนำยีนจากสายพันธุ์พืชในป่าเข้ามาใช้จะช่วยสร้างพันธุ์มันฝรั่งที่ทนทานต่อความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมได้ดีขึ้น

"นักชีววิทยาวิวัฒนาการคนอื่น ๆ ที่มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ รวมถึงตัวฉันเอง ต่างก็อยากค้นหาว่าพืชชนิดใดคือญาติใกล้ชิดที่สุดของมันฝรั่ง และทำไมพวกมันจึงมีความหลากหลาย" เธอกล่าว

"ดังนั้น เราจึงทำการวิจัยจากมุมมองที่แตกต่างกันมาก และสามารถถามคำถามจากมุมมองของแต่ละคนได้ ซึ่งทำให้การศึกษานี้สนุกมากที่ได้มีส่วนร่วมและลงมือทำ" เธอกล่าวทิ้งท้าย