การขาดไทอามีนที่น่าสงสัยกำลังรบกวนระบบนิเวศทางทะเลบางแห่ง
ปลาเล็กๆ ที่สับสนวุ่นวายได้รับความสนใจจากพนักงานที่โรงเพาะฟักปลา Coleman National Fish Hatchery ใน Red Bluff รัฐแคลิฟอร์เนีย เมื่อต้นเดือนมกราคม 2020 เมื่อมองลงไปที่ตู้ปลากลางแจ้ง เรียกว่าทางวิ่ง พนักงานของโรงงานสังเกตเห็นว่าท่ามกลางเมฆสีมะกอกของ ปลาที่มีชีวิต มีเศษเงินอยู่บ้างเป็นครั้งคราวจากด้านล่างของลูกปลาตัวเล็ก ๆ ที่กำลังดิ้นรนที่จะว่าย ปลาจะกลิ้งไปด้านข้าง จมลงไปที่ก้นครู่หนึ่ง เด้งกลับตัวตรง ว่ายสองสามจังหวะ แล้วพลิกกลับอีกครั้ง
หลายคนกำลังจะตายเช่นกัน ในขณะที่การตายสองสามร้อยครั้งต่อวันในโรงงานที่มีปลานับล้านเป็นเรื่องปกติ แต่มีบางอย่างผิดปกติอย่างแน่นอน
เบรตต์ กาเลียน หัวหน้าโครงการที่โรงเพาะฟักกล่าวว่า “[อัตราการตาย] มีอยู่ในหลักพันและไม่ได้ลดลงเลย
Galyean และทีมของเขาได้ฟักไข่และปล่อยลงสู่สนามแข่งแล้วซึ่งมีปลาหกถึงเจ็ดล้านตัว—ประมาณครึ่งหนึ่งของผลผลิตประจำปีของ Coleman—และโอกาสที่จะสูญเสียพวกมันไปมากหรือส่วนใหญ่เริ่มดูเหมือนจริงมาก
นักชีววิทยาที่ศูนย์สุขภาพปลาแคลิฟอร์เนีย-เนวาดา ซึ่งเป็นห้องทดลองในสถานที่ฟักไข่ ซึ่งตั้งอยู่บนแม่น้ำสาขาของแม่น้ำแซคราเมนโต ได้ตรวจสอบปลาแต่ไม่สามารถวินิจฉัยได้ ตัวอย่างบางส่วนถูกส่งไปยัง University of California, Davis ในบริเวณใกล้เคียงเพื่อทำการทดสอบเพิ่มเติม
ในช่วงเวลานั้น Galyean เล่าว่า โรงเพาะฟักปลาแซลมอนอื่นๆ ในรัฐเริ่มรายงานอัตราการตายที่สูงผิดปกติในปลาของพวกมัน อะไรก็ตามที่ทำร้ายปลาแซลมอนของโคลแมนก็เห็นได้ชัดว่าส่งผลกระทบต่อปลาทั่วแคลิฟอร์เนียตอนเหนือ กาเลียนและเพื่อนร่วมงานของเขาเริ่มกังวลว่าไวรัสจะแพร่กระจายไปทั่วตัวของพวกมันโดยไม่มีคำอธิบายที่ดีกว่านี้
เพื่อหาแนวคิดต่างๆ เนื่องจากปลาหลายพันตัวหมดอายุในแต่ละวัน พวกเขาจึงหันไปทางอินเทอร์เน็ต ซึ่งพวกเขาได้ค้นคว้าวิจัยที่ตีพิมพ์เผยแพร่เกี่ยวกับภาวะขาดสารอาหารในปลาเทราท์จาก Great Lakes และปลาแซลมอนแอตแลนติกบนชายฝั่งตะวันออก เมื่อหลายสิบปีที่แล้ว ปลาที่ป่วยและกำลังจะตายในภูมิภาคเหล่านี้ถูกพบว่าขาดไทอามีน (หรือเรียกกันว่าวิตามินบี) หรือวิตามินบี 1 ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของชีวิตที่สำคัญต่อการทำงานของเซลล์และในการเปลี่ยนอาหารให้เป็นพลังงาน
นักชีววิทยาของ Fish Health Center ได้ทำการทดลองโดยนำลูกปลาครึ่งหนึ่งไปแช่ในอ่างน้ำและผงไทอามีนที่ละลายในน้ำ โดยได้รับการสนับสนุนจากการค้นพบ ซึ่งมันได้ผลอย่างมีเสน่ห์ Galyean กล่าว หลังจากผ่านไปหลายชั่วโมง ปลาที่บำบัดเกือบทั้งหมดก็มีพฤติกรรมปกติในขณะที่อาการยังคงอยู่ในกลุ่มควบคุมที่ไม่ได้รับการรักษา
โคลแมนและโรงเพาะฟักอื่นๆ ได้ขยายการรักษาและนำไปใช้กับลูกปลามากกว่าหนึ่งล้านตัว มันทำงานได้ในระยะสั้น แต่ไม่ได้แก้ปัญหาพื้นฐาน เนื่องจากปลาได้รับไทอามีนจากการกลืนกินเข้าไป และตัวเมียส่งสารอาหารไปยังไข่ สภาพที่น่าเป็นห่วงบ่งชี้ว่ามีบางอย่างผิดปกติในมหาสมุทรแปซิฟิก เป็นที่สุดท้ายที่ปลากินก่อนจะลงสู่น้ำจืดเพื่อวางไข่
ขณะนี้ นักวิจัยในแคลิฟอร์เนียที่กำลังตรวจสอบแหล่งที่มาของปัญหาทางโภชนาการของปลาแซลมอนพบว่าตนเองมีส่วนสนับสนุนระดับนานาชาติในการทำความเข้าใจภาวะขาดไทอามีน ซึ่งเป็นความผิดปกติที่ดูเหมือนว่าจะเพิ่มสูงขึ้นในระบบนิเวศทางทะเลทั่วโลก ทำให้เกิดการเจ็บป่วยและเสียชีวิตในนก ปลา สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาจเป็นไปได้ นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำจากซีแอตเทิลถึงสแกนดิเนเวียสงสัยว่ากระบวนการที่ไม่สามารถอธิบายได้บางอย่างกำลังประนีประนอมรากฐานของใยอาหารของโลกโดยการทำลายระบบนิเวศของสารอาหารที่สำคัญนี้
ไทอามีนมีต้นกำเนิดในระดับต่ำสุดของใยอาหาร โดยที่แบคทีเรีย แพลงก์ตอนพืช เชื้อรา และพืชบางชนิดสังเคราะห์สารประกอบเดอโนโวขึ้นมาใหม่ โดยรวบรวมและเชื่อมโยงสารประกอบที่มีอยู่เข้ากับวิตามินบี 1 ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติในหลายรูปแบบ ไทอามีนจะผ่านเข้าไปในห่วงโซ่อาหาร และในที่สุดก็พบทางเข้าสู่สัตว์และพืชทุกชนิดบนโลก ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดสามารถอยู่ได้โดยปราศจากมัน ในสัตว์ ไทอามีนมีปฏิสัมพันธ์กับเอ็นไซม์หลายชนิดและช่วยสร้างพลังงานภายในเซลล์ ทำให้กระบวนการเมตาบอลิซึมพื้นฐานที่สุดเป็นไปได้ หากไม่มีไทอามีนเพียงพอ การทำงานระดับเซลล์จะเริ่มล้มเหลว สัตว์ที่ได้รับผลกระทบมีพฤติกรรมผิดปกติ มีความผิดปกติทางระบบประสาทและระบบสืบพันธุ์ และอาจถึงตายได้ในที่สุด
นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าการขาดไทอามีนเป็นความเสี่ยงต่อสุขภาพอย่างร้ายแรงในประชากรมนุษย์บางกลุ่มมาเกือบศตวรรษแล้ว แต่จนถึงช่วงทศวรรษ 1990 นักวิทยาศาสตร์ชาวแคนาดาชื่อ John Fitzsimons ได้ช่วยระบุถึงความผิดปกติดังกล่าวว่าเป็นภัยคุกคามต่อสัตว์ป่า เขาทำงานอยู่ในออนแทรีโอกับ Fisheries and Oceans Canada ในขณะนั้น และพยายามทำความเข้าใจว่าทำไมประชากรปลาเทราท์ใน Great Lakes ยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง แม้ว่ามลพิษทางอุตสาหกรรมจะลดลงอย่างมากและคุณภาพน้ำก็ดีขึ้น จากการศึกษาปลาเทราต์ในทะเลสาบที่เกิดในกรงขัง Fitzsimons สังเกตอาการต่างๆ เช่น ความสามารถในการเต้นผิดปกติมากเกินไป การสูญเสียสมดุล และพฤติกรรมผิดปกติอื่นๆ เขาสงสัยว่ามีภาวะขาดสารอาหารเกิดขึ้นหรือไม่ และเพื่อทดสอบสิ่งนี้ เขาได้ละลายวิตามินเม็ดต่างๆ ในน้ำและ—โดยใช้ปลาเทราต์ในช่วงชีวิตที่ต่างกัน รวมทั้งไข่ที่ปฏิสนธิ—ให้สารละลายแก่ปลา ทั้งโดยการฉีดและอาบน้ำ แนวคิดคือการดูว่าวิตามินใดรักษาสภาพได้
“มันมาจากวิตามินบีหลายชนิด และมีเพียงไทอามีนเท่านั้นที่สามารถย้อนกลับสัญญาณที่ฉันเห็นได้” เขากล่าว
งานวิจัยของ Fitzsimons ซึ่งเขาตีพิมพ์ในปี 2538 ได้ชี้นำนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ในภูมิภาคเกรตเลกส์และยุโรปเหนือ ซึ่งระบุถึงการขาดไทอามีนในหลายสิบชนิดในซีกโลกเหนือ ตัวอย่างเช่น ในปี 1998 นักชีวเคมีสิ่งแวดล้อม Lennart Balk และเพื่อนร่วมงาน Gun Åkerman จากมหาวิทยาลัยสตอกโฮล์มแห่งสวีเดน ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยว่าการขาดไทอามีนมีส่วนทำให้อัตราการตายสูงในปลาแซลมอนแอตแลนติกในแม่น้ำ Dalälven ของสวีเดน หลายปีต่อมา พวกเขาเชื่อมโยงไทอามีนกับภาวะอัมพาตที่แปลกประหลาดซึ่งส่งผลต่อนกมากกว่าสองโหลสายพันธุ์ในภูมิภาคทะเลบอลติก ในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 2552 พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าอาการดังกล่าวทำให้นกเพศเมียวางไข่น้อยลงและมีลูกไก่ฟักน้อยลงเพื่อเอาชีวิตรอด
ภายในเวลาไม่กี่ปี Balk และทีมผู้ทำงานร่วมกันระดับนานาชาติของเขาพบว่าการขาดวิตามินบีส่งผลกระทบต่อหอยแมลงภู่สีน้ำเงินและปลาไหลในทะเลบอลติกตามชายฝั่งตะวันออกของอเมริกาเหนือ เมื่อถึงตอนนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสนใจมากขึ้นกับภัยคุกคามที่ร้ายกาจโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการขาดไทอามีน: ผลกระทบที่ร้ายแรงของมัน ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความแข็งแกร่ง ความแข็งแกร่ง การประสานงาน และความจำ รวมถึงหน้าที่อื่น ๆ อีกด้วย ในนกพร้อมกับความล้มเหลวในการสืบพันธุ์ ภาวะนี้อาจทำให้เกิดอัมพาตและสูญเสียความสามารถในการเปล่งเสียง ในท้ายที่สุด ผลกระทบที่ร้ายแรงนั้นเลวร้ายพอๆ กับที่ร้ายแรงกว่าถึงตาย หากไม่ร้ายแรงไปกว่านั้น พวกมันสามารถทำร้ายสิ่งมีชีวิตและเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของพวกมันในระยะเวลาอันยาวนานโดยที่นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ตัวด้วยซ้ำ ปรากฏการณ์นี้ซึ่ง Balk และเพื่อนร่วมงานของเขาได้เขียนเกี่ยวกับ
การขาดไทอามีนอาจไม่ได้จำกัดอยู่ที่น้ำเช่นกัน Balk กล่าวว่าเขาได้ทดสอบตับ สมอง และตัวอย่างเลือดจากกวางมูสในสวีเดนตอนใต้ และวัดระดับของเอนไซม์ที่สัมพันธ์กับกิจกรรมของไทอามีน ผลลัพธ์ของเขาชี้ไปที่การขาดวิตามินบี “รุนแรง”
ในรายงานปี 2016 Balk และผู้เขียนร่วม 20 คนส่งเสียงเตือนด้วยสมมติฐานว่าการขาดไทอามีนอาจทำให้ประชากรสัตว์ป่าลดลงในระยะยาว กระดาษของพวกเขาระบุว่า “ขนาดประชากรของสัตว์มีกระดูกสันหลังทั้งบนบกและในทะเลลดลงครึ่งหนึ่ง” จากปี 1970 ถึง 2012 “และจากปี 1950 ถึง 2010 ประชากรนกทะเลทั่วโลกลดลงโดยรวม” โดย 70 เปอร์เซ็นต์ ผู้เขียนอธิบายว่า ภาวะถดถอยเหล่านี้กำลังเกิดขึ้นเร็วกว่าที่คาดไว้จาก “ภัยคุกคามที่เป็นที่รู้จักต่อความหลากหลายทางชีวภาพ” เช่น การสูญเสียแหล่งที่อยู่อาศัย
เมื่อถึงตอนนั้น Balk และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ระบุระดับไทอามีนที่ไม่เพียงพอในสปีชีส์ต่างๆ ทั่วโลกอย่างชัดเจน แต่ต้นเหตุของการขาดไทอามีนยังคงไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้
Tracy Collier นักพิษวิทยาด้านสิ่งแวดล้อมในเมืองซีแอตเทิล รัฐวอชิงตัน กล่าวว่า “เราคิดว่าน่าจะเป็นอะไรบางอย่างในอากาศ หรือบางอย่างในน้ำ
Balk รู้สึกประหลาดใจไม่แพ้กัน แต่มั่นใจว่ามนุษย์จะต้องถูกตำหนิ อาการที่เขาสังเกตเห็นในสัตว์ที่ขาดไทอามีนนั้นรุนแรงมาก เขาอธิบายว่าหากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติเป็นสาเหตุ ประชากรสัตว์ที่ได้รับผลกระทบจะหายไปหรือปรับตัวไปนานแล้ว Balk เชื่อว่ากิจกรรมของมนุษย์กำลังทำลายระบบนิเวศของวิตามิน B1 โดยการปิดกั้นการผลิตหรือขัดขวางการผ่านจากระดับโภชนาการหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง
Dale Honeyfield ซึ่งทำงานร่วมกับ US Geological Survey ในฐานะนักเคมีวิจัยและได้ศึกษาภาวะขาดไทอามีนตั้งแต่กลางทศวรรษ 1990 เช่นกัน
“มนุษย์มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างใด” เขากล่าว “การขาดไทอามีนเป็นตัวบ่งชี้ว่าเรามีระบบนิเวศที่หยุดชะงัก”
นักวิทยาศาสตร์กำลังอธิบายหลาย ๆ อย่างเกี่ยวกับสิ่งที่ทำลายสิ่งมีชีวิตของสารอาหารนี้ และบางคนเชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในมหาสมุทร อาจทำให้การผลิตไทอามีนหยุดชะงัก หรือการถ่ายโอนระหว่างผู้ผลิตและสัตว์ที่กินพวกมัน Sergio Sañudo-Wilhelmy นักชีวเคมีจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนียกล่าวว่าน้ำทะเลที่ร้อนขึ้นอาจส่งผลกระทบต่อประชากรจุลินทรีย์ที่ผลิตไทอามีนและวิตามินอื่นๆ ซึ่งอาจทำลายสมดุลทางเคมีพื้นฐานที่ระบบนิเวศทางทะเลต้องพึ่งพา
“ในอุณหภูมิที่ต่างกัน แพลงก์ตอนพืชและแบคทีเรียต่างกันจะเติบโตเร็วขึ้น” เขากล่าว
เขาอธิบายเรื่องนี้โดยสมมุติฐานอนุญาตให้จุลินทรีย์ที่ไม่ได้ผลิตไทอามีน—แต่ได้รับมันผ่านทางอาหารของพวกมันแทน—เพื่อให้มีชัยเหนือผู้ผลิตไทอามีน โดยลดความเข้มข้นของไทอามีนในใยอาหารอย่างมีประสิทธิภาพ
กลไกดังกล่าวอาจเป็นสาเหตุที่ Sañudo-Wilhelmy และนักวิจัยคนอื่นๆ อีกหลายคน ในระหว่างโครงการวิจัยเมื่อประมาณหนึ่งทศวรรษที่แล้ว พบวิตามินบีในระดับต่ำ รวมทั้งไทอามีน ในตัวอย่างน้ำที่เก็บรวบรวมนอกชายฝั่งบาจาแคลิฟอร์เนีย
แม้ว่าจุลินทรีย์จะผลิตไทอามีนในปริมาณมาก วิตามินก็ต้องเดินทางผ่านเว็บอาหาร และสมมติฐานต่างๆ จากการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้อธิบายว่าการถ่ายโอนนี้จะถูกบล็อกได้อย่างไร การจับปลามากเกินไปอาจขัดขวางกระบวนการนี้ได้ ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย Samuel Hylander จากมหาวิทยาลัย Linnaeus ในสวีเดน และ Maciej Ejsmond จากมหาวิทยาลัย Jagiellonian ในโปแลนด์ ได้เสนอว่าการหมดของปลานักล่า เช่น ปลาค็อด ในทะเลบอลติก อาจทำให้มีปลาขนาดเล็กกว่าที่กินหญ้ามากเกินไป แพลงก์ตอนสัตว์โดยเฉพาะสปีชีส์ขนาดใหญ่ เช่น โคพพอด ในทางกลับกัน สิ่งนี้จะทำให้แพลงก์ตอนพืชขนาดเล็กมาก ซึ่งผลิตไทอามีน ครอบงำคอลัมน์น้ำ แต่สัตว์ขนาดใหญ่เช่นนกและปลาแซลมอนไม่ค่อยกินแพลงก์ตอนพืชโดยตรง แต่พวกเขาได้รับไทอามีนหลังจากที่มันเดินทางขึ้นสู่ห่วงโซ่อาหารที่สูงขึ้น
แม้ว่าไทอามีนเป็นสารอาหารที่สำคัญ แต่ก็มีการบิดเบือนความจริงในเรื่องนี้: ไทอามิเนส เอนไซม์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ทำลายไทอามีน ไทอะมิเนสมีอยู่ในปลา พืช และจุลินทรีย์บางชนิด ซึ่งบางชนิดดูเหมือนว่าจะใช้เอนไซม์เพื่อประโยชน์ของพวกมัน ตัวอย่างเช่น พืชและแบคทีเรียบางชนิด สามารถใช้ thiaminase เพื่อแปรรูป thiamine ที่ได้รับความเสียหายหรือเสื่อมโทรม และไม่มีคุณค่าทางโภชนาการต่อสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ส่วนใหญ่ และในปลาบางชนิด เชื่อว่าไทอะมิเนสช่วยเสริมระบบภูมิคุ้มกัน
อย่างไรก็ตาม เมื่อสัตว์ขนาดใหญ่กินเหยื่อที่มีไทอามิเนส เอ็นไซม์จะทำลายไทอามีนอย่างรวดเร็ว และอาจนำไปสู่การขาดสารอาหารในตัวนักล่า
ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ปลาแฮร์ริ่งขนาดเล็กและรุกรานที่เรียกว่า alewife แพร่กระจายไปทั่วระบบนิเวศของ Great Lakes แทนที่สายพันธุ์อาหารสัตว์พื้นเมืองของทะเลสาบ Alewife มีความเข้มข้นสูงของ thiaminase และเมื่อมันกลายเป็นแหล่งอาหารหลักสำหรับปลาเทราท์ในทะเลสาบและปลาพื้นเมืองอื่น ๆ ปลาที่มีขนาดใหญ่กว่าก็พัฒนาการขาดไทอามีนเรื้อรัง ความสำเร็จในการสืบพันธุ์ตามธรรมชาติของพวกมันแย่ลง และจำนวนประชากรของปลาเทราท์ก็เพิ่มขึ้น เทพนิยายของ Great Lakes แสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่เกินปกติที่สารอาหารเพียงชนิดเดียวสามารถมีต่อระบบนิเวศทั้งหมดได้
