นักวิทย์วัยมัธยมสุดเจ๋ง ! ใช้เชื้อราแก้พืชโตช้าเพราะไมโครพลาสติก

ในปัจจุบันเราพบพลาสติกอยู่ในทุกที่ ทั้งปนเปื้อนในดิน น้ำ หรือแม้กระทั่งในเส้นเลือดของมนุษย์ ปัญหาไมโครพลาสติก หรืออนุภาคพลาสติกขนาดจิ๋วไม่เพียงส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพ แต่ยังส่งผลให้พืชเจริญเติบโตช้าลงอีกด้วย แต่ปัญหาดังกล่าวอาจจะแก้ไขได้ในอนาคตอันใกล้นี้แล้ว เพราะนักวิจัยอายุน้อยสองคนจากสหรัฐอเมริกา ที่ได้ต่อยอดนำเชื้อราและวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตร มาแก้ปัญหาพืชเจริญเติบโตช้าเพราะไมโครพลาสติกปนเปื้อนได้ ! 

ผลงานนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์

วิธีการนำเชื้อราและวัสดุเหลือทิ้งจากการทำเกษตร มาใช้แก้ปัญหาพืชโตช้านี้ เป็นผลงานจากเมย์ ชิน (May Shin) อายุ 20 ปี (คนซ้าย) และจีวอน ชเว (Jiwon Choi) อายุ 18 ปี (คนขวา) ซึ่งนำเสนอไปในงาน 2023 Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) หรือ "งานรีเจเนอรอน ไอเซฟ ปี ค.ศ. 2023" ซึ่งเป็นงานประกวดโครงงานด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ระหว่างประเทศ จัดขึ้นที่ประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นประจำทุกปีในเดือนพฤษภาคม 

ความสำเร็จของทั้งสองเริ่มจากสิ่งที่ชอบ

ทั้งคู่พบกันในชั้นเรียนวิชาการออกแบบการวิจัย ในสถาบันฟรายเบิร์ก (Fryeburg Academy) ซึ่งเป็นโรงเรียนมัธยมในรัฐเมน (Maine) สหรัฐอเมริกา โดยเมย์ ชินนั้นต้องการศึกษาว่าไมโครพลาสติกส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศอย่างไร ส่วนจีวอน ชเวหลงใหลพืชและเชื้อรา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ทั้งสองจึงจับมือกัน และรวมหัวข้อสิ่งที่ตนสนใจเข้าด้วยกัน และเริ่มศึกษาว่า ไมโครพลาสติกส่งผลกระทบต่อพืชในด้านไหนบ้าง และจะหาวิธีแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดจากไมโครพลาสติกได้อย่างไร 

ไมโครพลาสติกตัวร้าย

ไมโครพลาสติก (Microplastics) คือ อนุภาคพลาสติกที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กกว่า 5 มิลลิเมตร มักเกิดจากการย่อยสลายหรือแตกหักของพลาสติกกลายเป็นชิ้นเล็ก ๆ ด้วยความที่ไมโครพลาสติกมีขนาดเล็กมาก จึงสามารถสะสมอยู่ในสิ่งแวดล้อม ปนเปื้อนในน้ำ ดินหรือแม้กระทั่งอาหารจนมนุษย์หรือสัตว์อาจจะเผลอกินเข้าไปโดยไม่รู้ตัวได้ นอกจากนี้ ไมโครพลาสติกยังมีขนาดเล็กเสียจนสามารถหลุดเข้าไปสู่ระบบทางเดินหายใจได้อีกด้วย ถ้าเกิดไมโครพลาสติกสะสมในร่างกายมาก ๆ ก็จะส่งผลกระทบต่อฮอร์โมนในร่างกาย และเพิ่มโอกาสเป็นมะเร็งมากขึ้น

นอกจากส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตแล้ว ไมโครพลาสติกยังส่งผลต่อพืชด้วยเช่นกัน ซึ่งปกติแล้ว พืชอาศัยช่องว่างในดินรอบ ๆ ราก เพื่อดูดซึมอากาศ น้ำ และสารอาหารต่าง ๆ ซึ่งพืชก็อาจจะดูดซึมไมโครพลาสติกซึ่งมีขนาดเล็กมากเข้าไปด้วยเช่นกัน ส่งผลให้พืชมีสารเคมีจากพลาสติกสะสมและเจริญเติบโตช้าลง หากมนุษย์หรือสัตว์กินพืชที่มีไมโครพลาสติกสะสม ก็จะมีโอกาสเป็นมะเร็งโดยไม่รู้ตัวมากขึ้น

ต่อยอดไอเดียจากเชื้อรา

ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พบว่าเชื้อราขนาดเล็กบางชนิด และวัสดุเหลือทิ้งจากการทำเกษตร เช่น ฟางและขี้เลื่อย ช่วยให้รากของพืชเจริญเติบโตได้ดีขึ้น และช่วยเพิ่มอัตราดูดซึมธาตุอาหารของพืชได้ โดยเจ้าเชื้อราขนาดจิ๋วนี้มีชื่อเรียกยาวเกินขนาดตัวเรียกว่า เชื้อราอาร์บัสคูลาร์ไมคอร์ไรซา (arbuscular mycorrhizal fungi: AMF) ซึ่งเป็นเชื้อราที่อาศัยในดินร่วมกับรากพืช ช่วยให้พืชดูดซึมสารฟอสฟอรัสได้ดีขึ้น ส่วนวัสดุเหลือทิ้งจากทำเกษตร เช่น ฟางและขี้เลื่อย ถือเป็นสารอาหารชั้นดีสำหรับพืช และช่วยให้รากพืชแข็งแรงขึ้น ทำให้บางคนนำวัสดุเหลือทิ้งจากฟาร์มมาใช้เป็นต่อยอดเป็น “หัวเชื้อเห็ด” ด้วยเช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์วัยเยาว์ทั้งสองจึงคิดนำความสารพัดประโยชน์ของเชื้อราและวัสดุเหลือทิ้งจากการทำเกษตร มาลองต่อยอดเพื่อช่วยแก้ปัญหาการปนเปื้อนของไมโครพลาสติกในดินดู

ทดลองกับต้นหอม

เมย์และจีวอน จึงได้ทดลองปลูกต้นหอมมากกว่า 2,000 เมล็ดในกระถางดิน ซึ่งต้นหอมครึ่งหนึ่งปลูกด้วยดินที่ปนเปื้อนไมโครพลาสติก ส่วนอีกครึ่งหนึ่งปลูกในดินสะอาดปราศจากไมโครพลาสติก โดยสาเหตุที่ทั้งสองเลือกต้นหอมมาทดลอง เป็นเพราะต้นหอมเติบโตได้ค่อนข้างไว มีระยะเวลาการเก็บเกี่ยวประมาณ 45 วัน และส่วนรากมีขนาดใหญ่ นำมาส่องกล่องติดตามผลการทดลองได้ง่าย จากนั้นนำกลุ่มทดลองทั้งสองแบบ แบ่งเป็น 4 กลุ่มย่อยอีกที

โดยกลุ่มแรกจะใส่เชื้อราอาร์บัสคูลาร์ไมคอร์ไรซาลงไปในดินเพิ่ม กลุ่มที่ 2 ใส่วัสดุเหลือทิ้งจากฟาร์ม กลุ่มที่ 3 ใส่ทั้งเชื้อราแลวัสดุเหลือทิ้ง ส่วนกลุ่มสุดท้ายไม่ใส่อะไรเลย หลังจากลงปลูกต้นหอมได้ประมาณ 3 สัปดาห์ ทั้งคู่ติดตามจำนวนต้นหอมที่เจริญเติบโตในแต่ละกลุ่ม และวัดความสูงของต้นสัปดาห์ละครั้ง ไปจนถึงตรวจดูรากของต้นหอมว่าเชื้อรายังเติบโตในรากอยู่หรือเปล่า

ดินสะอาด ต้นหอมสูงปรี๊ด 

ผลการทดลองพบว่า ต้นหอมที่ปลูกในดินสะอาดปราศจากไมโครพลาสติก มีอัตราการงอกมากกว่าต้นหอมที่ปลูกในดินปนเปื้อนเกือบสองเท่า ! โดยต้นหอมที่ปลูกในดินสะอาดเติบโตได้ประมาณ 7.2 เซนติเมตรต่อสัปดาห์

เชื้อราช่วยให้ต้นหอมโตไวไม่แพ้กัน

ส่วนต้นหอมที่ปลูกในดินปนเปื้อนไมโครพลาสติก แต่ใส่เชื้อรากับวัสดุเหลือทิ้งจากการทำเกษตรผสมลงไป มีอัตราการงอกที่สูงขึ้น แต่ก็ยังไม่เท่ากับดินที่สะอาด นอกจากนี้ ต้นหอมที่ปลูกด้วยวิธีนี้มีส่วนสูงประมาณ 5.4 เซนติเมตรต่อสัปดาห์ ซึ่งถือว่าเติบโตได้เร็วและสูงกว่าต้นหอมที่ปลูกในดินที่ผสมเชื้อรา หรือวัสดุเหลือทิ้งเพียงอย่างอย่างใดอย่างหนึ่งอีกด้วย 

พลังธรรมชาติช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวให้ราก 

เพื่อหาคำตอบว่าต้นหอมที่ปลูกในดินผสมเชื้อรา และวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรเติบโตได้ดีและเร็วกว่าดินแบบอื่นอย่างไร จีวอนและเมย์จึงนำรากต้นหอมที่ปลูกในดินผสมเชื้อราด้วยกล้องจุลทรรศน์ดู พบว่าพื้นที่ผิวของรากมีมากขึ้น ซึ่งนั่นทำให้ต้นหอมสามารถดูดซึมสารอาหารได้มากขึ้นตามไปด้วย 

อีกทั้งเชื้อราอาร์บัสคูลาร์ไมคอร์ไรซายังมีคุณสมบัติช่วยกระตุ้นฮอร์โมนพืชหลายชนิด โดยจีวอน ชเว ตั้งข้อสังเกตว่า ส่วนผสมทั้งสองช่วยให้เซลล์พืชแบ่งได้เร็วขึ้น ทำให้ต้นหอมเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว เทียบกับดินที่ไม่ได้ใส่อะไรเลย 

ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ทั้งสองตั้งใจทดสอบเชื้อราและวัสดุเหลือทิ้งจากการทำเกษตรเพิ่มเติม โดยมีการควบคุมปัจจัยอื่น ๆ มากขึ้น เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และทดลองเป็นพืชชนิดอื่น ๆ เพิ่มเติม เพื่อทดลองดูว่าปัจจัยต่าง ๆ มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชมากน้อยขนาดไหน และตั้งใจต่อยอดนำการทดลองไปใช้ศึกษาเพิ่มเติมกับสารเคมีปนเปื้อนชนิดอื่น ๆ ในดินต่อไป 

สำหรับผู้ที่สนใจสามารถเข้าชมโปรเจกต์ของทั้งสองได้เพิ่มเติมทางเว็บไซต์ 

ที่มาข้อมูล Snexplores

ที่มาภาพ Snexplores, Unsplash, Unsplash