ชีววิทยา ม.4

   ปัญหา(problem) มักเกิดจากการสงสัยที่ได้จากการสังเกตปรากฎการณ์และการศึกษาข้อเท็จจริงต่างๆที่เกิดขึ้น
   สมมติฐาน(hypothesis) คือการตั้งคำถามจากสิ่งที่สังเกต และพยายามคิดหาคำตอบที่อาจเป็นไปได้
   แอลเบิร์ต  ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) นักวิทยาศาสตร์คนสำคัญของโลกได้กล่าวไว้ว่า
"การตั้งปัญหาย่อมสำคัญกว่าการแก้ปัญหา"  เพราะการแก้ปัญหาอาศัยเพียงทักษะทางคณิตศาสตร์และการทดลองเท่านั้นส่วนการตั้งปัญหาใหม่ๆ และการกำหนดแนวทางที่อาจเป็นไปได้จากปัญหาเก่าๆ ในทักษะใหม่ย่อมต้องอาศัยความคิดสร้างสรรค์ ซึ่งถือว่าเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง

Albert Einstein

   การศึกษาชีววิทยาเป็นการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตดังนั้นการนำความรู้ทางชีววิทยาไปใช้  ย่อมส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตโดยตรง  จึงต้องคำนึงถึงจริยธรรม  เช่น การใช้สัตว์ทดลอง จะต้องหลีกเลี่ยงการทรมานสัตว์ตามข้อกำหนดในจรรยาบรรณการใช้สัตว์ทดลอง  โดยผู้ใช้สัตว์ทดลองจะต้องตระหนักถึงคุณค่าของสัตว์ และตระหนักว่าสัตว์เป็นสิ่งมีชีวิตเดียวกับมนุษย์

การใช้สัตว์ทดลองทางวิทยาศาสตร์

   ในการดำรงชีวิตของมนุษย์ เช่น การดูแลสุขภาพของร่างกาย การผลิตอาหาร การประกอบอาชีพ ล้วนมีความเกี่ยวข้องกับชีววิยาทั้งสิ้น  นักวิชาการซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญแต่ละสาขาได้ใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต  จึงทำให้ได้พันธุ์ของสิ่งมีชีวิตหรือผลผลิตตามความต้องการ

สัตว์ที่เกิดจากการโคลน

   ชีววิทยา (biology) เป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต  ซึ่งประกอบด้วยส่วนที่เป็นความรู้และส่วนที่เป็นกระบวนการค้นหาความรู้  ชีววิทยามาจากคำว่า ชีวะ (bios ภาษากรีก แปลว่า ชีวิต) และวิทยา (logos ภาษากรีก แปลว่า ความคิดและเหตุผล) เนื่องจากสิ่งมีชีวิตมีอยู่เป็นจำนวนมากและมีความหลายหลายทั้งชนิดและจำนวน  ชีววิทยาจึงแยกออกเป็นสาขาวิชาย่อยได้หลายแขนง

ตัวอย่างแขนงวิชาต่างๆในสาขาชีววิทยา

   สิ่งมีชีวิตแม้จะประกอบด้วยเซลล์เดียวก็มีการจัดระบบ (organization) หน้าที่ในการทำงานของโครงสร้างต่างๆ ภายในเซลล์  สิ่งมีชีวิตที่มีหลายเซลล์ก็มีการจัดระบบภายในร่างกายและมีการทำงานร่วมกัน

โครงสร้างของสิ่งมีชีวิต

   สิ่งมีชีวิตจะมีลักษณะจำเพาะ  อาจสังเกตได้จากลักษณะภายนอก  เช่น รูปร่าง ขนาด ความสูง สีผิว ลักษณะ เส้นขน จำนวนขา ลักษณะพื้นผิวที่เรียบ หรือขรุขระ หรือมีความมัน ลักษณะเขา เป็นต้น ลักษณะบางอย่างต้องตรวจสอบด้วยการชิมรส การดมกลิ่น เป็นต้น

   สิ่งมีชีวิตบาชนิดถึงแม้จะมีขนาดเล็กมากแต่ก็มีลักษณะจำเพาะ

ปลาพันธุ์ต่างๆที่มีลักษณะต่างกัน

   จากการนำสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวมาใส่ในสารละลายที่ความเข้มข้นต่ำกว่าสารละลายภายในเซลล์  พบว่าโครงสร้างภายในเซลล์  ที่เรียกว่า คอนแทร็กไทล์แวคิวโอล (contractile  vacuole) มีการเปลี่ยนแปลงทั้งขนาดและรูปร่าง

   คอนแทร็กไทล์แวคิวโอลจะเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างเนื่องจากสารละลายในสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์มีความเข้มข้นน้อยกว่าสารละลายภายในเซลล์  จึงเกิดการออสโมซิสของน้ำจากภายนอกเข้าสู่ภายในเซลล์ตลอดเวลา  และถ้าน้ำเข้าไปในเซลล์มากขึ้นเซลล์จะขยายขนาดจนอาจทำให้เซลล์แตก  พารามีเซียมจึงต้องมีกลไกเพื่อรักษาสมดุลของน้ำและสารละลายระหว่างสภาพแวดล้อมภายนอกและภายในเซลล์

คอนแทร็กไทล์แวคิวโอล

     สิ่งมีชีวิตมีการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม เพื่ออาหาร หลบหลีกภัยจากศัตรู และมีการปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม  เช่น อากาศที่หนาวจัดหรือร้อนจัดเกินไป  ทั้งนี้เพื่อความอยู่รอด  สภาพของสิ่งแวดล้อมที่ทำให้สิ่งมีชีวิตแสดงพฤติกรรม เรียกว่า สิ่งเร้า (stimulus) สิ่งเร้ามีทั้งภายในและภายนอกร่างกาย  การแสดงออกของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งเร้า เรียกว่า การตอบสนอง (response)

การตอบสนองต่อสิ่งเร้าของต้นโกลบที่โค้งเข้าหาแสง

   การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต  เซลล์มีการเิพิ่มจำนวน มีการเพิ่มขนาด มีการเปลี่ยนแปลงเพื่อทำหน้าที่เฉพาะอย่างและมีการรวมกลุ่มของเซลล์เพื่อพัฒนาเป็นเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ

   สิ่งมีชีวิตบางชนิดขณะที่เจริญเติบโตไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่สิ่งมีชีวิตขณะที่เจริญเติบโตมีการเปลี่ยนแปลง เช่น ผีเสื้อ กบ เป็นต้น

วัฎจักรชีวิตของผีเสื้อ

    เมื่อสิ่งมีชีวิตมีการเจริญเติบโตไปได้ระยะหนึ่งก็จะตายไป  อายุของสิ่งมีชีวิตตั้งแต่เกิดจนตายเรียกว่า อายุขัย (life span) สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีอายุขัยจำกัดและมีอายุขัยที่แตกต่างกันไป

   อายุขัยของพืชมีความแตกต่างกัน  เราอาจจะพิจารณาเป็นกลุ่มพืชที่มีช่วงอายุสั้น  เช่น  บานชื่น  ดาวเรือง  บานเย็น เป็นต้น
   บางกลุ่มเป็นพืชปีเดียว  เช่น  ข้าว  อ้อย  สัปปะรด เป็นต้น  บางกลุ่มเป็นพืชสองปี พืชพวกนี้มักมีลำต้นใต้ดิน  เมื่อใบและลำต้นที่อยู่เหนือดินแห้งเหี่ยวไปยังมีลำต้นใต้ดินที่สามารถงอกและเกิดใหม่ในปีถัดไป  เช่น  ว่านสี่ทิศ  หอม  กระเีทียม เป็นต้น
   กลุ่มพืชหลายปี  อาจเป็นไม้พุ่มหรือไม้ต้น  เช่น  มะม่วง  โพธิ์  หางนกยูง  เป็นต้น  การนับอายุของไม้ต้นอาจจะนับได้จากวงปี

   เราสามารถพิจารณาลำต้นตามขนาดความสูงเมื่อพืชโตเต็มที่ได้  3  กลุ่ม  คือ
-  ไม้ล้มลุก(herb) มีความสูงไม่เกิน  120 cm
-  ไม้พุ่ม(shrub)  มีความสูงประมาณ  120-300 cm
-  ไม้ต้น(tree)  มีความสูงมากกว่า 300 cm

สัตว์ได้พลังงานโดยการกินสัตว์หรือพืชอื่นเป็นอาหาร เช่น คางคกกินแมลง นกจิกกินหนอนหรือเมล็ดพืช กวางกินใบไม้ แมวกินหนู ส่วนพืชต้องการน้ำและแสง และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

ในอาหารมีสารอาหารที่ช่วยเสริมสร้างให้ร่างการเจริญเติบโต  ซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่ชำรุด  สารอาหารบางชนิดสลายแล้วให้พลังงานเพื่อใช้ในการทำกิจกรรมต่างๆของร่างกาย เช่นปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่า "เมแทบอลิซึม" (metabolism) ก็ต้องใช้พลังงานจากสารอาหาร

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดของพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในโลก  พืชและสาหร่ายสีเขียวสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานศักย์สะสมอยู่ในโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่อยู่ในเนื้อเยื่อของพืชโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

การสืบพันธุ์ (Reproduction)

   การสืบพันธุ์เป็นลักษณะสำคัญของสิ่งมีชีวิต  การสืบพันธ์เป็นกระบวนการเพิ่มจำนวนของสปีชีส์(species)  เดียวกันเพื่อดำรงรักษาเผ่าพันธ์ไว้ โดยการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นหนึ่งไปอีกรุ่นหนึ่ง การสืบพันธ์มี 2 แบบ

1. การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ (Sexual reproduction)
2. การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ (Asexual reproduction) มี 3 แบบ ดังนี้

   - การแตกหน่อ (Budding)

ไฮดรา

   การแตกหน่อเป็นการสร้างตัวอ่อนแล้วจึงทำให้ตัวอ่อนเจริญเติบโตเอง การสืบพันธุ์แบบนี้ พบมากในสัตว์ชั้นต่ำ ที่มีโครงสร้างไม่ซับซ้อน เช่น ยีสต์ ไฮดร้า แต่ก็พบได้บ้างในพืชบางชนิดเช่น กล้วย ไผ่ เป็นต้น
   
   - การแบ่งตัว (Fission)

อะมีบา

   เป็นการสืบพันธุ์แบบไม่มีเพศของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น โพรโทซัว แบคทีเรีย ยีสต์ และสาหร่าย ระหว่างที่มีการแบ่งแยกจะมีการแบ่งสารพันธุกรรมด้วย

ขบวนการนี้แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ
          1. แบ่งแยกเป็นสอง (BINARY FISSION) จากหนึ่งเซลล์แบ่งได้เป็น 2 เซลล์ และ 4 เซลล์ต่อไปเรื่อยๆ
          1. การแบ่งแยกทวีคูณ (MULTIPLE FISSION) นิวเคลียส จะมีการแบ่งแบบไมโตซีสหลายครั้งได้นิวเคลียสหลายอัน แล้วจึงแบ่งไซโตพลาซึมได้เป็นหลายเซลล์จะเกิดในพวกสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น ในเชื้อมาเลเรียบางระยะและในอมีบาบางชนิดในระยะเป็นตัวหนอนของฟองน้ำและปลา ดาวบางชนิด

   - การแบ่งส่วน (Fragmentation)

ดอกไม้ทะเล

   การสืบพันธุ์แบบนี้ชิ้นส่วนของพ่อแม่จะแยกออก แล้วเจริญเป็นสิ่งมีชีวิตใหม่ ได้แก่ ฟองน้ำ ดอกไม้ทะเล

   - การสร้างใหม่ (Regeneration) 

ปลาดาว

   การสืบพันธุ์แบบสร้างใหม่คล้าย การหัก แต่ต่างกันตรงที่การสร้างใหม่เป็นการเจริญเพื่อซ่อมแซมส่วนที่ขาดหายไป เนื่องจากได้รับความเสียหายจากภายนอก วิธีนี้สิ่งมีชีวิตที่ถูกตัดออกเป็นชิ้นๆแต่ละชิ้นจะสามารถงอก เป็นสิ่งมีชีวิตใหม่ได้ เช่น ในชิ้นส่วนของพืชเกือบทุกชนิด ในไส้เดือนดิน ฟองน้ำไฮดรา และปลาดาว พลานาเรีย ซึ่งเป็นหนอนตัวแบนชนิดหนึ่ง เมื่อถูกตัดออกเป็นท่อนๆแต่ละท่อนจะเจริญเป็นตัวที่สมบูรณ์ได้ 

   - การสร้างสปอร์ 

สปอร์ของเฟิร์น

   สปอร์จัดเป็นหน่วยสืบพันธุ์อย่างหนึ่ง ปกติสปอร์มักจะมีผนังหนา จึงทนทานต่อสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม เช่น ความแห้งแล้ง นอกจากนี้สปอร์ยังมีขนาดเล็ก เหมาะที่จะกระจายไปในอากาศ เมื่อสิ่งแวดล้อมเหมาะสมจะปล่อยสปอร์เป็นจำนวนมาก ในพวกเห็ดราบางชนิด สปอร์เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์แบบไม่มีเพศ และแบบมีเพศในพืชพวกเมทาไฟตา มีการสร้างสปอร์ซึ่งเป็นช่วงหนึ่งของการสืบพันธุ์แบบสลับด้วย 

สิ่งมีชีวิตคืออะไร

           บางคนอาจจะให้ความหมายของสิ่งมีชีวิตว่า เป็นสิ่งที่สามารถเคลื่อนไหวได้ หายใจได้ เจริญเติบโตได้ สืบพันธุ์ได้ ฯลฯ สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตทั้งสิ้น

           สิ่งมีชีวิตบางชนิดบางที่เราสามารถบอกได้ว่าเป็นสิ่งมีชีวิต
หรือไม่  แต่บางชนิดเราก็ไม่สามารถบอกได้ว่าเป็นสิ่งมีชีวิต นักชีววิทยาจึงใช้เกณฑ์ในการจำแนกสิ่งมีชีวิตที่เห็นดังนี้

ฟองน้ำ

1.สิ่งมีชีวิตมีการสืบพันธ์

2.สิ่งมีชีวิตต้องการสารอาหารและพลังงาน

3.สิ่งมีชีวิตมีการเจริญเติบโต มีอายุขัยและขนาดจำกัด


4.สิ่งมีชีวิตมีการตอบสนองต่อสิ่งเร้า

5.สิ่งมีชีวิตมีการรักษาดุลยภาพของร่างกาย

6.สิ่งมีชีวิตมีลักษณะจำเพาะ

7.สิ่งมีชีวิตมีการจัดระบบ