วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์กับโรคระบาดในอารยธรรมมนุษย์ ตอนที่ 1

          ตลอดระยะเวลามากกว่าหนึ่งปีที่ผ่านมาคงไม่มีเรื่องไหนที่ถูกพูดถึงและอยู่ในกระแสข่าวมากไปกว่าโรคโควิด-19 (Covid-19) ซึ่งเกิดจากโคโรนาไวรัสสายพันธุ์ใหม่ที่เรียกว่า SARS-CoV-2 ที่แพร่ระบาดไปทั่วโลก แต่ผู้อ่านส่วนใหญ่คงเจอคำว่า “โควิด-19” บ่อยจนรู้สึกเบื่อกันแล้วใช่ไหมครับ ดังนั้น ผู้เขียนจึงขอเล่าเรื่องบทบาทของจุลชีพตัวจิ๋วซึ่งเป็นสาเหตุของโรคต่างๆ ที่อยู่ร่วมกับมนุษย์บนโลกใบนี้แทน โดยบทความตอนที่ 1 ผู้เขียนจะแบ่งบทความออกเป็น 3 ส่วน ก่อนจะขมวดปมในตอนท้ายว่าทั้ง 3 ส่วนเกี่ยวข้องกันอย่างไร ดังต่อไปนี้


          ส่วนที่ 1 ดาวเคราะห์ของเรา
          วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ (Planetary Science) หรือดาวเคราะห์วิทยา (Planetology) หมายถึงการศึกษาเกี่ยวกับการกำเนิด ส่วนประกอบ และพลวัตของดาวเคราะห์ ดวงจันทร์บริวาร ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และอุกกาบาต ที่สัมพันธ์กับดาวฤกษ์ในระบบสุริยะและฟิสิกส์อวกาศ (Space Physics) กล่าวคือวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์เป็นการผสมผสานวิชาในกลุ่มดาราศาสตร์ (Astronomy) กับโลกศาสตร์ (Earth Science) เข้าด้วยกัน หากจำกัดกรอบการศึกษาอยู่ที่โลก เราจะพบว่าโลกและดาวอังคารอยู่ในอาณาบริเวณที่เรียกว่า เขตอยู่อาศัย (Habitable Zone หรือ Goldilocks Zone) ซึ่งเป็นระยะทางที่อยู่ไม่ใกล้และไม่ไกลจากดวงอาทิตย์ ทำให้โลกมีน้ำครบทั้ง 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส รวมถึงมีอุณหภูมิและสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการกำเนิดและอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จึงทำการศึกษาว่าโลกกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร ระบบพลวัตของโลก (Earth System Dynamics) ทำงานอย่างไร รวมถึงโลกมีความสัมพันธ์กับอวกาศและดาวดวงอื่นๆ อย่างไร ขณะที่ดาวอังคารได้สูญเสียสนามแม่เหล็กและบรรยากาศส่วนหนึ่งไปเนื่องจากการกัดเซาะโดยลมสุริยะ (Solar Wind Erosion) ทำให้ไม่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิต


          แต่ถึงกระนั้น นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็พบว่าในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์ของเราจะขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง (Red Giant) การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะส่งผลให้เขตอยู่อาศัยขยายตัวออกไปอยู่บริเวณดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ขณะที่ดวงอาทิตย์จะกลืนกินดาวพุธ ดาวศุกร์ และอาจรวมถึงโลกของเราเข้าไปด้วย!
 

          1. บรรยากาศภาค (Atmosphere) หมายถึงการศึกษาองค์ประกอบของอากาศ สมบัติของชั้นบรรยากาศ ระบบอากาศ รังสีอาทิตย์ ความชื้น เมฆ หยาดน้ำฟ้า ลมฟ้าอากาศ และภูมิอากาศ

          2. ธรณีภาค (Lithosphere) หมายถึงการศึกษาลักษณะของพื้นผิวโลก ส่วนประกอบภายในโลก ความสูง-ต่ำของภูมิประเทศ และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา

          3. อุทกภาค (Hydrosphere) หมายถึงการศึกษาวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำ ได้แก่ น้ำในบรรยากาศ แหล่งน้ำบนดิน และแหล่งน้ำใต้ดิน

          4. ชีวภาค (Biosphere) หมายถึงการศึกษาความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่ระดับจุลชีพขนาดเล็กไปจนถึงสัตว์และพืชพรรณขนาดใหญ่           ตลอดหลายสิบปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ยังคงถกเถียงกันอยู่ว่า ชีวิตแรกบนโลกมาจากไหน? ทฤษฎีกระแสหลักเชื่อว่าปัจจัยทางชีวเคมี (Biochemistry) และสิ่งแวดล้อมบนโลกสามารถให้กำเนิดสิ่งมีชีวิตขึ้นมาได้เอง ส่วนทฤษฎีกระแสรองที่เรียกว่า แพนสเปอร์เมีย (Panspermia Theory) ซึ่งถูกเสนอโดยนักดาราศาสตร์ที่ทำให้คำว่า บิกแบง (Big Bang) กลายเป็นที่รู้จักอย่างเฟรด ฮอยล์ (Fred Hoyle) กลับเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกมีต้นกำเนิดมาจากสารอินทรีย์หรือสารพันธุกรรมที่เกิดขึ้นนอกโลกแล้วเดินทางมายังโลกด้วยอุกกาบาต จากนั้นจึงเพิ่มจำนวนและวิวัฒนาการภายใต้สิ่งแวดล้อมที่เหมาะสม ศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับทฤษฎีแพนสเปอร์เมียและสิ่งมีชีวิตนอกโลกเรียกว่า ชีวดาราศาสตร์ (Bioastronomy) หรือ ชีววิทยานอกโลก (Exobiology)           ส่วนที่ 2 โลกของจุลชีพ
          แม้ว่าโลกของเราจะเต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิตมากมายที่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า แต่ความจริงแล้วสิ่งมีชีวิตที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่ากลับมีจำนวนมากกว่าเสียอีก สิ่งมีชีวิตกลุ่มนั้นเรียกว่า จุลชีพ (Microorganism) หรือที่คุ้นชินในชื่อจุลินทรีย์ซึ่งต้องมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ เช่น แบคทีเรีย รา ยีสต์ รวมถึงกลุ่มกึ่งสิ่งมีชีวิตจำพวกไวรัส นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจุลชีพบรรพกาลกำเนิดขึ้นบนโลกเมื่อประมาณ 3,000 ล้านปีก่อน           ขนาดของจุลชีพเมื่อถูกมองผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์เชิงแสง และตาเปล่า (ที่มา CNX OpenStax) เราสามารถพบจุลชีพได้เกือบทุกแห่งหนบนโลก ไม่ว่าจะเป็นในอากาศ ในดิน ในน้ำ ไปจนถึงสถานที่ที่มีสภาวะสุดขั้วอย่างรอยแยกใต้มหาสมุทรที่ร้อนระอุและใต้แผ่นน้ำแข็งอันหนาวเหน็บ หรือแม้กระทั่งในร่างกายของเราเอง เดิมที นักวิทยาศาสตร์เคยมีทฤษฎีอายพิศม์ (Miasma Theory) ซึ่งกล่าวว่าอากาศที่ไม่ดีเป็นสาเหตุของการเกิดโรค แต่ความเชื่อดังกล่าวก็ถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีเชื้อโรค (Germ Theory) ในเวลาต่อมา ด้วยเหตุนี้ จุลชีพจึงไม่ได้ดำรงอยู่อย่างไร้บทบาท เพราะพวกมันส่วนหนึ่งมีสถานะเป็นเชื้อก่อโรค (Pathogen) โรคที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอย่างจุลชีพหรือสัตว์ขนาดใหญ่อย่างพยาธิเรียกว่า โรคติดเชื้อ (Infectious Disease) โดยโรคติดเชื้อที่สามารถติดต่อระหว่างบุคคลจะเรียกว่า โรคติดต่อ (Communicable Disease) และโรคติดต่อสามารถลุกลามกลายเป็นโรคระบาด (Pestilence) รูปแบบของการแพร่กระจายแบ่งออกเป็น 4 ลักษณะ คือ


           1. อากาศพาหะ หมายถึงโรคที่แพร่เชื้อโดยมีอากาศเป็นตัวกลาง เช่น คอตีบ ไข้หวัดใหญ่ เรื้อน หัด ไข้อีดำอีแดง ซาร์ส ฝีดาษ และวัณโรค

           2. อุทกพาหะ หมายถึงโรคที่แพร่เชื้อโดยมีน้ำเป็นตัวกลาง เช่น อหิวาตกโรค บิด และไข้รากสาดน้อย

           3. สัตวพาหะ หมายถึงโรคที่แพร่เชื้อโดยมีสัตว์เป็นตัวกลาง เช่น มาลาเรีย กาฬโรค ไข้รากสาดใหญ่ ไข้เหลือง และไข้ซิกา

           4. มนุษยพาหะ หมายถึงโรคที่แพร่เชื้อจากคนสู่คน เช่น โปลิโอ อีโบลา เอชไอวี-เอดส์ และซิฟิลิส


          สิ่งที่น่าสนใจก็คือโรคบางชนิดสามารถแพร่เชื้อแบบผสมผสาน เช่น ในพื้นที่ชื้นแฉะจะพบการระบาดของกาฬโรค นักระบาดวิทยาเคยเชื่อว่าโรคดังกล่าวระบาดจากหนูสู่คนผ่านตัวหมัด จากนั้นจึงติดต่อจากคนสู่คนผ่านการไอ จาม และการสัมผัส แต่ผลการศึกษาใหม่กลับพบว่าหนูอาจไม่ใช่ปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการระบาดเป็นวงกว้าง โดยการระบาดจะเกิดในฤดูร้อนมากกว่าฤดูหนาว นักวิทยาศาสตร์พบว่ากาฬโรคมีการระบาดมาตั้งแต่ยุคหิน ยุคกลาง จนถึงยุคปัจจุบัน เพราะนักโบราณคดีและนักจุลชีววิทยาค้นพบร่องรอยของกาฬโรคที่ถูกบันทึกอยู่ในดีเอ็นเอของกระดูก นักระบาดวิทยาแบ่งการระบาดของโรคออกเป็น 3 ระดับ คือ


          1. การระบาดประจำถิ่น (Endemic) หมายถึงเหตุการณ์ที่มีโรคระบาดเกิดขึ้นในพื้นที่หนึ่ง โดยมีอัตราการป่วยคงที่และสามารถคาดการณ์จำนวนผู้ป่วยได้ แต่ถ้าจำนวนผู้ป่วยเพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติจะเรียกว่า การปะทุ (Outbreak) ซึ่งอาจทำให้เกิดการระบาดที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

          2. การระบาดวงกว้าง (Epidemic) หมายถึงเหตุการณ์ที่จำนวนผู้ป่วยเพิ่มขึ้นเกินกว่าที่คาดการณ์ในระยะเวลาอันสั้น ซึ่งสามารถพัฒนาไปเป็นการระบาดใหญ่ทั่วโลกได้

          3. การระบาดใหญ่ (Pandemic) หมายถึงเหตุการณ์ที่จำนวนผู้ป่วยเพิ่มขึ้นโดยมีการแพร่กระจายไปเกือบทุกพื้นที่ของโลก โรคโควิด-19 เป็นการระบาดระดับนี้           ปัจจัยพื้นฐานที่ควรรู้สำหรับการระบาดของโรคก็คือการเพิ่มจำนวนของผู้ติดเชื้อจะขึ้นอยู่กับตัวเลขการแพร่เชื้อ (Reproduction หรือ R) ซึ่งเป็นค่าที่บ่งบอกว่าผู้ติดเชื้อใหม่หนึ่งคนจะสามารถแพร่เชื้อให้กับผู้อื่นในกลุ่มประชากรได้กี่คน โดยค่าดังกล่าวสามารถหาได้จากผลคูณของตัวแปร 4 ตัว คือ ระยะเวลาที่ผู้ติดเชื้อสามารถแพร่เชื้อได้ (Duration หรือ D) โอกาสที่ผู้ติดเชื้อสามารถแพร่เชื้อได้ (Opportunities หรือ O) ความน่าจะเป็นในการแพร่เชื้อแต่ละครั้ง (Transmission Probability หรือ T) และความสามารถในการติดเชื้อของสมาชิกในกลุ่มประชากร (Susceptibility หรือ S) ดังสมการ
            สาเหตุที่ค่า R ได้รับความนิยมเป็นเพราะค่าดังกล่าวสามารถนำมาคาดการณ์จำนวนผู้ติดเชื้อที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณในแต่ละรุ่นด้วยเลขยกกำลัง เช่น หาก R มีค่าเท่ากับ 2 เมื่อการติดเชื้อผ่านไป 5 รุ่น จำนวนผู้ติดเชื้อจะเท่ากับ 25 หรือ 32 คนโดยประมาณ ส่วนจำนวนผู้ติดเชื้อในรุ่นที่ 10 จะมี 1,024 คนโดยประมาณ ดังนั้น หัวใจสำคัญของการควบคุมโรคระบาดก็คือการลดค่า R เพราะเมื่อใดที่ค่า R มีค่าต่ำกว่า 1 การระบาดก็จะเริ่มลดลงจนสามารถควบคุมได้ ถ้าสมมติให้วัคซีนมีประสิทธิภาพ 100 เปอร์เซ็นต์ เราจะต้องฉีดวัคซีนให้ประชากรมากเพียงพอเพื่อทำให้เกิดค่าต่ำสุดที่ทำให้มีภูมิคุ้มกันหมู่ (Herd Immunity Threshold) อย่างไรก็ตาม ค่า R ของแต่ละโรคอาจมีลักษณะเป็นช่วงและแตกต่างกันแล้วแต่กลุ่มประชากร


          ส่วนที่ 3 อดีตและปัจจุบันของสังคมมนุษย์
          เมื่อหลายล้านปีก่อน บรรพบุรุษของเราเคยอาศัยอยู่ในดินแดนที่ซึ่งปัจจุบันคือทวีปแอฟริกา แรกเริ่มเดิมที มนุษย์เคยอาศัยอยู่รวมกันเป็นกลุ่มเล็กๆ บางกลุ่มเป็นนักเดินทางเร่ร่อนล่าสัตว์หาของป่าไปตามสถานที่ต่างๆ แต่บางกลุ่มก็ลงหลักปักฐานอยู่กับที่แล้วเริ่มปลูกพืชเลี้ยงสัตว์ หลังจากนั้น จำนวนสมาชิกในกลุ่มก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้มีการแบ่งหน้าที่หรือกำหนดระดับชนชั้นทางสังคม การรวมกลุ่มเป็นสังคมขนาดใหญ่จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อสมาชิกในกลุ่มมีความเชื่อหรือมีจินตนาการบางอย่างร่วมกันเพื่อทำให้กลุ่มของพวกตนสามารถอยู่ร่วมกันอย่างปกติสุข ความสามารถในการรวมกลุ่มดังกล่าวส่งผลให้โฮโมเซเปียนส์ (Homo sapiens) ประสบความสำเร็จเหนือมนุษย์สปีชีส์อื่นๆ จนสามารถสืบทอดพันธุกรรมเพื่อเพิ่มจำนวนลูกหลานและแผ่ขยายอิทธิพลครอบครองทุกพื้นที่ของโลก กระทั่งกลายเป็นสังคมที่มีความซับซ้อนและมีเทคโนโลยีที่ทันสมัยแบบที่เราเห็นในปัจจุบัน การศึกษาความเป็นมาของสังคมมนุษย์ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันเรียกว่า วิวัฒนาการของสังคมมนุษย์ (Human Social Evolution)           การจัดรูปแบบหรือระดับอารยธรรมมิได้จำกัดด้วยมุมมองทางสังคมวิทยา (Sociology) และมานุษยวิทยา (Anthropology) เพียงอย่างเดียว เพราะนักวิทยาศาสตร์ก็มีวิธีจัดระดับอารยธรรมด้วยเช่นกัน โดยเมื่อปี ค.ศ.1964 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวรัสเซียนามว่า Nikolai Kardashev ได้เสนอการจัดระดับอารยธรรมโดยอาศัยการบริโภคพลังงานเป็นเกณฑ์ เรียกว่า มาตราคาร์ดาเชฟ (Kardashev Scale) ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 3 ระดับ คือ


          1. อารยธรรมระดับดาวเคราะห์ (Planetary Civilization) หมายถึงอารยธรรมที่สามารถนำพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนดาวเคราะห์ประมาณ 1016 วัตต์มาใช้งาน

          2. อารยธรรมระดับกลุ่มดาว (Stellar Civilization) หมายถึงอารยธรรมที่สามารถนำพลังงานทั้งหมดของดาวฤกษ์ประมาณ 1026 วัตต์มาใช้งาน

          3. อารยธรรมระดับกาแล็กซี่ (Galactic Civilization) หมายถึงอารยธรรมที่สามารถนำพลังงานของดาวฤกษ์จำนวนมหาศาลประมาณ 1036 วัตต์มาใช้งาน


          หากพิจารณาตามมาตราคาร์ดาเชฟจะพบว่าอารยธรรมของเรา ณ ปัจจุบันยังอยู่ในระดับที่ 0 หรือต่ำกว่าเกณฑ์ เนื่องจากเรายังต้องพึ่งพาพลังงานฟอสซิลอย่างถ่านหิน น้ำมัน แก๊สธรรมชาติ และยังไม่มีเทคโนโลยีที่ดีพอที่จะนำพลังงานรูปแบบอื่นๆ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากดวงอาทิตย์มาใช้งาน โดยนักดาราศาสตร์ชื่อดังอย่างคาร์ล เซแกน (Carl Sagan) เคยพยายามคำนวณระดับอารยธรรมของมนุษย์แล้วพบว่าอยู่ที่ระดับ 0.7 ซึ่งอาจต้องใช้เวลาไม่ต่ำกว่า 100 ปีที่อารยธรรมของเราจะกลายเป็นระดับที่ 1


          เมื่อพิจารณาบทความครบทั้ง 3 ส่วน ผู้อ่านคงเข้าใจแล้วว่าโลกของเราเป็นดาวเคราะห์ที่เอื้ออำนวยต่อการกำเนิดของสิ่งมีชีวิต ซึ่งจุลชีพเป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกๆ ที่ถือกำเนิดขึ้นแล้วเปลี่ยนแปลงตนเองจนสามารถอยู่ร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่นได้อย่างกลมกลืน กระทั่งมนุษย์ยุคใหม่ถือกำเนิด เพิ่มจำนวน และรวมกลุ่มกันเป็นสังคมขนาดใหญ่ที่มีความซับซ้อน ความหนาแน่นและปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มประชากรในสังคมนี่เองที่ช่วยเพิ่มโอกาสการเกิดโรคระบาดต่างๆ แต่หากสังคมดังกล่าวมีเทคโนโลยีที่ดีพอก็จะสามารถรับมือกับโรคระบาดได้ดี

   

เอกสารและสิ่งอ้างอิง
 

• หนังสือ ภูมิศาสตร์กายภาพ โดย โครงการตำราวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์มูลนิธิสอวน.
• หนังสือ The Atlas of Disease โดย Sandra Hempel
• หนังสือ The Rules of Contagion: Why Things Spread and Why They Stop โดย Adam Kucharski
• หนังสือ Viruses: A Very Short Introduction โดย Dorothy H. Crawford
• หนังสือ Physics of the Future โดย Michio Kaku
• https://science.jpl.nasa.gov/division/planetary-science/
• http://astrobiology.com/2016/05/hunting-for-hidden-life-on-worlds-orbiting-old-red-stars.html