ตรวจสอบน้ำด้วยสิ่งมีชีวิต "เทคโนโลยี-ชีวภาพ" เพื่อสิ่งแวดล้อม

ปัจจุบันประเทศในแถบยุโรปมีวิธีการดูแลและปกป้องแหล่งน้ำโดยควบคุมและตรวจสอบคุณภาพน้ำด้วยสิ่งมีชีวิต ซึ่งสามารถติดตามสภาพน้ำที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างมีประสิทธิภาพ มีการพัฒนาเครื่องมือต่างๆ ออกมาจำนวนมาก เช่น อาศัยความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของปลา สัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังที่อาศัยอยู่ในน้ำ และสาหร่าย เป็นต้น ยิ่งเมื่อประสานประสิทธิภาพของ "เครื่องมือตรวจสอบ" ในแหล่งน้ำเหล่านี้กับเทคโนโลยีการประมวลผล และเครื่องมือทางคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ยิ่งทำให้ได้ผลเชื่อถือได้ "เครื่องมือตรวจสอบ" ที่น่าสนใจเหล่านี้เช่น

1. ตรวจสอบคุณภาพน้ำจากการวัดปริมาณการเคลื่อนไหวของปลาเทราต์

นานมาแล้วที่มีการนำปลาเทราต์ โดยเฉพาะตัวเมียมาใช้ในการตรวจสอบมลพิษทางน้ำ แต่เครื่องมือส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่สร้างอยู่บนพื้นฐานการใช้โซนาร์ ซึ่งจะมีปฏิกิริยาเมื่อปลาหยุดการเคลื่อนไหว บริษัท CIFEC จึงได้สร้าง Truitel ที่ประกอบด้วยระบบคอมพิวเตอร์และ การประมวลสัญญาณอัลตราซาวนด์แบบดิจิตอลเพื่อใช้ในการตรวจจับปฏิกิริยาการเคลื่อนไหวของปลาโดยไม่ต้องรอให้ปลาตาย เครื่องมือดังกล่าวจึงสามารถตรวจจับการปนเปื้อนของสารพิษที่มีปริมาณต่ำกว่ามาก

คลื่นอัลตราซาวนด์จะถูกส่งออกไปเป็นช่วงๆ ในตู้กระจกที่มีปลาเทราต์อยู่ประมาณ 10 ตัว และมีน้ำที่ต้องการตรวจสอบไหลวนอยู่ คลื่นดังกล่าวจะสะท้อนกลับเมื่อปะทะกับสิ่งกีดขวางหรือตัวปลานั่นเอง สัญญาณที่สะท้อนกลับจะถูกบันทึกและขยายด้วยเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ ซึ่งลักษณะของสัญญาณจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของปลา เมื่อนำสัญญาณที่บันทึกมาเปรียบเทียบกัน ก็จะสามารถบอกปริมาณการเคลื่อนที่ของปลาได้

ในกรณีที่ปลาไม่ได้เคลื่อนไหว สัญญาณที่สะท้อนกลับมาจะเหมือนกัน และเมื่อนำสัญญาณสะท้อนกลับสองอันมาเทียบกันก็จะมีความแตกต่างของปลา จากนั้นจะมีการนำสัญญาณไปวิเคราะห์โดยแบ่งเป็นแถบความถี่สี่เส้นที่สามารถปรับความไวต่อการเคลื่อนไหวได้ ปริมาณการเคลื่อนไหวของปลาจะดูได้จากเส้นกราฟิกบนจอคริสตัลเหลว อุณหภูมิของน้ำจะถูกวัดตลอดเวลาและมีเสียงสัญญาณเตือนถ้าน้ำมีอุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป อุปกรณ์ตรวจจับความเคลื่อนไหวดังกล่าวจะไม่มีปฏิกิริยาต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกมาจากอุปกรณ์อื่นๆ เช่น ปั๊มน้ำ หลอดไฟฟ้านีออน โทรศัพท์ หรือ เครื่องปรับความถี่

2. การตรวจน้ำโดยใช้หอยแมลงภู่

Valvometer พัฒนาขึ้นมาโดย Ifrmer ผลิตและทำการขายโดย MICREL เป็นเครื่องมือตรวจสอบการปนเปื้อนของน้ำที่ให้ผลรวดเร็วทั้งในแหล่งน้ำจืดและน้ำเค็ม Biocapture ชนิดนี้วางอยู่บนพื้นฐานการบันทึกการเปิด-ปิดของฝาหอย เครื่องมือชนิดนี้มีขนาดเล็ก ดังนั้น จึงสามารถจุ่มลงไปในน้ำที่ต้องการตรวจสอบไม่ว่าจะเป็นน้ำประปา น้ำทิ้งลงไปในทะเลหรือแม่น้ำ หรือน้ำที่ใช้ในการปลูกผักลอย โดยจะสามารถตรวจสอบสารปนเปื้อนต่างๆ ได้ เช่น ยาฆ่าแมลง โลหะหนัก ไฮโดรคาร์บอน แอมโมเนีย เป็นต้น

โดยปกติแล้วหอยแมลงภู่จะอ้าปากอยู่ตลอดเวลาเพื่อหายใจเอาออกซิเจนและจับแพลงก์ตอนที่ลอยอยู่ในน้ำเป็นอาหาร แต่ทันทีที่น้ำมีการปนเปื้อนสารพิษ หอยจะเกิดอาการระคายเคืองและปิด-เปิดฝาตลอดเวลาและจะถี่ยิ่งขึ้นเมื่อน้ำมีสารปนเปื้อนเป็นปริมาณสูงขึ้น

เครื่องมือมีลักษณะเป็นแผ่นกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มิลลิเมตร หนา 43 มิลลิเมตร และมีหอยแมลงภู่จำนวน 8 ตัวติดอยู่ด้านบน ฝาบนของหอยจะมีเครื่องวัดติดอยู่เพื่อทำการบันทึกการปิด-เปิดของฝาหอย หน่วยบันทึกข้อมูลขนาดจิ๋วตรงกลางแผ่นสามารถบันทึกข้อมูลการปิด-เปิดได้กว่า 32,000 ครั้ง และสามารถเก็บข้อมูลได้เป็นเวลาหลายสัปดาห์

ข้อมูลต่างๆ จะถูกส่งไปยังเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ด้วยระบบส่งข้อ มูลแบบไร้สายสำหรับการควบคุมอย่างต่อเนื่องจะมีซอฟต์แวร์ที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณเตือนเมื่อหอยมีปฏิกิริยาถึงจุดที่กำหนดไว้ ซึ่งจะนำไปสู่ขั้นตอนการนำน้ำไปตรวจสอบ

3. เครื่องตรวจสอบคุณภาพน้ำจากการเรืองแสงของสาหร่ายขนาดเล็ก

Fluotox เป็นเครื่องมือวัดการเรืองแสงของสาหร่ายขนาดเล็ก เช่น Scendedsmus subspicatus พัฒนาโดย ASPECT SERVICE ENVIRONMENT และ ARNATRONIC สารพิษโดยเฉพาะยาฆ่าแมลงจะทำให้สาหร่ายไม่สามารถทำการสังเคราะห์ด้วยแสงและนำมาใช้ในการเจริญเติบโต พลังงานแสงอาทิตย์ที่สาหร่ายซึมซับไว้จึงเปลี่ยนเป็นพลังความร้อนและเกิดการเรืองแสง ในกรณีของสาหร่ายสีเขียวขนาดเล็ก ความเข้มของแสงที่เรืองออกมาจะขึ้นอยู่กับชนิดของสารปนเปื้อน และปริมาณที่อยู่ในน้ำ Fluotox จึงนำคุณสมบัตินี้มาใช้ในการตรวจสอบน้ำ

สาหร่ายจะถูกนำไปติดไว้ที่ตาข่ายเนื้อเยื่อแล้วนำไปแช่ในกระแสน้ำที่ต้องการตรวจสอบ พร้อมกับฉายแสงสีฟ้าที่ความถี่ 400 Hz เพื่อเป็นการกระตุ้นกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การเรืองแสงจะถูกตรวจจับโดย Photocell ผ่านฟิลเตอร์อินฟาเรด และส่งไปยังหน่วยประมวลผลอิเล็กทรอนิกส์ การวิเคราะห์จะช่วยให้สามารถประเมินคุณภาพน้ำที่ตรวจสอบได้

เครื่องมือตรวจสอบชนิดนี้สามารถตรวจการปนเปื้อนในกระแสน้ำที่ไหลมาเพียงระยะสั้นๆ และไวต่อสารพิษ

4. การตรวจมลพิษด้วยการวัดการปล่อยกระแสไฟฟ้า ของปลาเขตร้อน

เครื่องมือที่ใช้ประโยชน์จากระแสไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาของปลาเขตร้อนชนิดหนึ่งในอเมริกาใต้ที่ชื่อ Apteronotus albifrons ตระกูลเดียวกับปลาไหลไฟฟ้า ปลาตระกูลนี้ใช้กระแสไฟฟ้าในการสำรวจสภาพแวดล้อมและเพื่อสื่อสาร ที่ผิวหนังของมันจะมีตัวรับ "ภาพสะท้อนไฟฟ้า" จำนวนหลายหมื่นตัว กระแสไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจะมีลักษณะเป็นคลื่น โดยมีความถี่และรูปร่างคงที่เมื่อสภาพแวดล้อมเป็นปกติ การเปลี่ยนแปลงความถี่หรือรูปร่าง (ซึ่งอาจเกิดขึ้นทั้งสองอย่างพร้อมกัน) แม้แต่เพียงเล็กน้อยสามารถบอกให้รู้ถึงความผิดปกติของน้ำ หรือการปนเปื้อนจากสารพิษ ความถี่ของสัญญาจะใกล้ 1,000 Hz ซึ่งจัดว่าสูงมากสำหรับไฟฟ้าที่มาจากสิ่งมีชีวิต นับเป็นข้อได้เปรียบสำคัญอันหนึ่งเพราะมีความห่างจากความถี่อุตสาหกรรม (50 Hz) ที่มักก่อให้เกิดคลื่นแทรก

วิธีการนี้ต้องควบคุมอุณหภูมิของน้ำไว้ที่ 25 องศาเซลเซียส แล้วใส่ปลา 3 ตัวลงไปในตู้กระจกขนาดบรรจุน้ำ 15 ลิตร มา 3 ตู้ ตู้ละ 1 ตัว ปลาจะรีบหนีเข้าไปซ่อนตัวอยู่ในท่อพีวีซีที่มีอุปกรณ์ตรวจจับกระแสไฟฟ้าติดอยู่ตรงทางเข้าและออกรวมทั้งด้านใน

ท่อพีวีซีนี้ทำหน้าที่สองอย่างคือ ให้ความปลอดภัยกับตัวปลา และช่วยให้การตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าเป็นไปได้โดยง่าย ปลา Apteronotus albifrons เป็นปลาที่ไม่เกิดอาการเครียดง่ายและไม่ค่อยขัดขืนเมื่อนำมาใช้งาน สัญญาณไฟฟ้าจะถูกนำมาขยาย คอมพิวเตอร์จะคอยทำหน้าที่ติดตามการเปลี่ยนแปลงความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับปลาและน้ำทันทีที่มีการตรวจพบมลพิษ จะมีการนำน้ำไปตรวจสอบเพื่อหาสารพิษปนเปื้อน และปล่อยน้ำใหม่เข้ามาแทนที่เพื่อป้องกันปลาตายโดยอัตโนมัติ

เครื่องมือชนิดนี้สามารถตรวจพบไซยาไนด์ขนาดเข้มข้นได้ในเวลาไม่ถึงชั่วโมง

เหล่านี้คือการประสานเทคโนโลยีและทรัพยากรชีวภาพ เพื่อทำหน้าที่ยามเตือนภัยทางด้านสิ่งแวดล้อม

---

จากคอลัมภ์สิ่งแวดล้อม-สาธารณสุข มติชนรายวัน 16 ม.ค. 2542 หน้า 7