ชีวิตกับสิ่งแวดล้Œอม สิ่งมีชีวิตกับการดำรงชีวิต

ชีวิตกับสิ่งแวดล้Œอม สิ่งมีชีวิตกับการดำรงชีวิต

1. สิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้Œอม

โลก มีระบบนิเวศน์หลากหลายรวมกัน เป็นระบบขนาดใหญ่ เรียกว่า ชีวภาค(Biophere) เช่น

- บริเวณเส้นศูนย์สูตร มีอุณหภูมิสูงและแสงแดดมาก ทำให้มีฝนตกชุก เกิดป่าฝนเขตร้อน

- บริเวณที่สูงหรือตํ่าจากเส้นศูนย์สูตร เรียกว่า เขตอบอุ่น มีอุณหภูมิและแสงแดดจำกัด จึงไม่หลากหลาย

- ขั้วโลกเหนือ เรียกว่า เขตทุนดรา มีอุณหภูมิและแสงแดดน้อย พื้นนํ้าเป็นนํ้าแข็ง มีพืชคลุมดิน

ในห่วงโซ่อาหาร จะมีการถ่ายทอดพลังงานจากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคลำดับต่าง ๆ โดยจะถ่ายทอดไปเพียง 10% ส่วนพลังงานอีก 90% จะถูกใช้ในการดำรงชีวิต นอกจากนี้ ในห่วงโซ่อาหาร จะมีการถ่ายทอดโลหะหนัก จากยาฆ่าแมลงและสารพิษด้วย โดยจะมีปริมาณสะสมเพิ่มขึ้นตามลำดับการกินของสิ่งมีชีวิต

2. การรักษาดุลยภาพของสิ่งมีชีวิต

เซลล์สิ่งมีชีวิต มีส่วนประกอบที่เหมือนกัน คือ

- เยื่อหุ้มเซลล์ ทำหน้าที่ ห่อหุ้มเซลล์และควบคุมการผ่านสารเข้า – ออก

- นิวเคลียส เป็นศูนย์ควบคุมการทำงานของเซลล์และเป็นแหล่งเก็บสารพันธุกรรม

- ไมโทคอนเดรีย เป็นแหล่งผลิตสารพลังงานสูง

- ไรโบโซม ทำหน้าที่ สังเคราะห์โปรตีน

- ร่างแหเอนโดพลาซึม ทำหน้าที่สังเคราะห์และลำเลียงโปรตีน บางส่วนสังเคราะห์ไขมัน

- กอลจิคอมเพล็กซ์ ทำหน้าที่ ปรับเปลี่ยนโปรตีนและไขมัน แล้วส่งไปยังปลายประสาท

เซลล์สิ่งมีชีวิต มีส่วนประกอบที่ต่างกัน คือ

ในเซลล์พืช จะมี

: ผนังเซลล์ ทำให้เซลล์คงรูปร่างและมีการเจริญในแนวตั้ง มีโครงสร้างหลัก คือ เซลลูโลส

: คลอโรพลาสต์ ทำหน้าที่ สังเคราะห์นํ้าตาลโดยใช้พลังงานแสง

: แวคิวโอล ทำหน้าที่ บรรจุนํ้าและสารชนิดต่าง ๆ

ในเซลล์สัตว์ จะมี

: ไลโซโซม ทำหน้าที่ บรรจุเอนไซม์ที่มีสมบัติในการย่อยสลาย

2.1 การลำเลียงสารผ่านเซลล์ มี 4 ประเภท

2.2.1 การแพร่ คือ การที่สารเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูง ไปสู่ที่มีความเข้มข้นตํ่า

ออสโมซิส คือ การแพร่ของนํ้าผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ จากบริเวณที่มีนํ้ามากไปสู่นํ้าน้อย แบ่งเป็น

- ไฮโพโทนิค คือ สารที่มีความเข้มข้นตํ่าหรือนํ้ามาก นํ้าจะไหลเข้า ทำให้เซลล์ใหญ่โดยถ้าเป็นเซลล์พืช จะเต่ง แต่เซลล์สัตว์ จะแตก

- ไฮเพอร์โทนิค คือ สารที่มีความเข้มข้นสูงหรือนํ้าน้อย นํ้าจะไหลออก ทำให้เซลล์เหี่ยว

- ไอโซโทนิค คือ สารที่มีความเข้มข้นเท่ากับภายในเซลล์ นํ้าจะไหลเข้า = ไหลออก ทำให้เซลล์คงเดิม

2.2.2 การลำเลียงแบบฟาซิลิเทต ( Facilitated Transport) คือ การลำเลียงสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นตํ่า โดยมีโปรตีนตัวพาอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งไม่ต้องอาศัยพลังงาน โดยมีอัตราเร็วมากกว่าการแพร่

2.2.3 การลำเลียงแบบใช้พลังงาน (Active Transport) คือ การลำเลียงสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นตํ่าไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นสูง โดยมีโปรตีนตัวพาอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์และต้องอาศัยพลังงาน

2.2.4 การลำเลียงสารแบบไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ คือ การลำเลียงสารที่มีขนาดใหญ่ เช่น โปรตีนคาร์โบไฮเดรต ซึ่งจะไม่สามารถผ่านโปรตีนตัวพาได้ แต่จะใช้เยื่อหุ้มเซลล์โอบล้อม ดังนี้

- กระบวนการเอนโดไซโทซิส (Endocytosis) เป็นการลำเลียงสารเข้าเซลล์

- กระบวนการเอกโซไซโทซิส (Exocytosis) เป็นการลำเลียงสารออกเซลล์

2.2 กลไกการรักษาดุลยภาพ

2.3.1 การรักษาดุลยภาพของนํ้าในพืชโดยการคายนํ้าออกที่ปากใบ และการดูดนํ้าเข้าทางราก

2.3.2 การรักษาดุลยภาพของนํ้าในร่างกายคน

• เมื่อร่างกายเกิดภาวะขาดนํ้า ทำให้เลือดข้น มีความดันเลือดตํ่า สมองไฮโพทาลามัสจะกระตุ้นต่อมใต้สมองส่วนท้าย ให้หลั่งฮอร์โมนแอนติไดยูเรติก ออกมา เพื่อไปกระตุ้นให้ท่อหน่วยไตดูดนํ้ากลับคืน

2.3.3 การรักษาดุลยภาพของกรด-เบสในร่างกายคน

ถ้าร่างกายมีระดับเมแทบอลิซึมสูง (ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในร่างกาย) ทำให้เกิดก๊าซ CO₂ มาก เกิดเป็นกรดคาร์บอนิก ซึ่งแตกตัวให้ H⁺ ออกมา ส่งผลให้ pH ในเลือดตํ่าลง หน่วยไตจึงทำหน้าที่ขับ H⁺ ออกมาทางปัสสาวะ

2.3.4 การรักษาดุลยภาพของนํ้าและแร่ธาตุในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ

• สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อาศัยในนํ้า เช่น อะมีบา พารามีเซียม มีโครงสร้างเรียกว่า คอนแทร็กไทล์แวคิวโอล (Contractile Vacuole) ทำหน้าที่ กำจัดนํ้าและของเสียออกจากเซลล์

• ปลานํ้าจืด :มีปัสสาวะมาก แต่เจือจาง และที่เหงือกมีเซลล์คอยดูดแร่ธาตุที่จำเป็นกลับคืน

• ปลานํ้าเค็ม : มีปัสสาวะน้อย แต่เข้มข้น และมีผิวหนังและเกล็ดหนา เพื่อป้องกันแร่ธาตุ

• นกทะเล มีต่อมนาซัล สำหรับขับเกลือออกในรูปนํ้าเกลือ ทางรูจมูกและปาก

2.3.5 การรักษาดุลยภาพของอุณหภูมิภายในร่างกาย (อุณหภูมิปกติ 35.8-37.7 oC)

• เมื่ออากาศร้อน ลดอัตราเมแทบอลิซึมและการเผาผลาญอาหาร หลอดเลือดฝอยขยายตัว ผิวจึงมีสีแดง และต่อมเหงื่อขับเหงื่อเพิ่มขึ้น กล้ามเนื้อที่โคนขนจะคลายตัว ทำให้ขนเอนราบ

• เมื่ออากาศเย็น เพิ่มอัตราเมแทบอลิซึมและการเผาผลาญอาหาร หลอดเลือดฝอยจะหดตัว ผิวจึงมีสีซีด และลดการทำงานของต่อมเหงื่อ กล้ามเนื้อที่โคนขนจะหดตัว ดึงให้ขนลุก

3. ภูมิคุŒมกันของร่‹างกาย

เชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมที่เข้าสู่ร่างกาย เรียกว่า แอนติเจน

เซลล์เม็ดเลือดขาว ทำหน้าที่ ป้องกันและทำลายเชื้อโรค โดยสร้างมาจากไขกระดูก และอวัยวะนํ้าเหลือง ซึ่งแบ่งเป็น 2 กลุ่ม ดังนี้

1. กลุ่มฟาโกไซต์ (phagocyte) จะใช้เยื่อหุ้มเซลล์โอบล้อมเชื้อโรค แล้วนำเข้าสู่เซลล์ เพื่อย่อยสลาย

2. กลุ่มลิมโฟไซต์ (lymphocyte) จะสร้างแอนติบอดี ซึ่งเป็นสารโปรตีน ทำหน้าที่ต่อต้านแอนติเจน

ระบบนํ้าเหลือง อวัยวะนํ้าเหลือง เป็นแหล่งผลิตเซลล์เม็ดเลือดขาว ประกอบด้วย

• ต่อมนํ้าเหลือง เช่น คอ (เรียกว่า ทอนซิล) รักแร้ โคนขา

• ม้าม เป็นอวัยวะนํ้าเหลืองที่มีขนาดใหญ่ที่สุด อยู่ใต้กระบังลมด้านซ้าย

• ต่อมไทมัส เป็นเนื้อเยื่อนํ้าเหลือง ทำหน้าที่ สร้างเซลล์เม็ดเลือดขาวกลุ่มลิมโฟไซต์

ร่างกายเรามีภูมิคุ้มกันตั้งแต่อยู่ในท้องแม่ โดยสร้างแอนติบอดีได้เองและได้รับจากแม่ และเมื่อคลอดจะได้จากการดื่มนมแม่ แต่จะป้องกันได้เฉพาะบางโรคเท่านั้น จึงจำเป็นต้องได้รับภูมิคุ้มกันเพิ่มเติม โดยแบ่งเป็น

วัคซีน  ผลิตจากเชื้อโรคที่ถูกทำให้อ่อนกำลัง หรือ ผลิตจากจุลินทรีย์ที่ตายแล้ว หรือ ผลิตจากสารพิษที่หมดพิษหรือทอกซอยด์ เมื่อฉีดเข้าไปในร่างกายจะเป็นแอนติเจน ไปกระตุ้นให้ร่างกายสร้างแอนติบอดี โดยใช้เวลา 4-7 วัน

เซรุ่ม  ผลิตจากแอนติบอดี เพื่อฉีดให้ร่างกายมีภูมิคุ้มกันทันที ซึ่งเตรียมได้จากการฉีดสารพิษหรือเชื้อโรคเข้าไปในตัวสัตว์ เพื่อกระตุ้นให้ร่างกายของสัตว์ ได้สร้างแอนติบอดี แล้วจึงนำ มาฉีดให้กับผู้ป่วย

เลือดของคน แบ่งเป็น 4 หมู่ ได้แก่ หมู่ A B AB O

หมู่เลือด      แอนติเจนบนเม็ดเลือดแดง    แอนติบอดีในนํ้าเลือด

A                   A                          B

B                   B                          A

AB                  AB                        ไม่มี

O                   ไม่มี                        AB

4. การถ่า‹ยทอดลักษณะทางพันธุกรรม

เซลล์ร่างกายของคน 1 เซลล์ จะมี 46 โครโมโซม โดยเหมือนกันเป็นคู่ๆ เรียกว่า โฮโมโลกัสโครโมโซม

การแบ่งเซลล์แบบไมโตซิส คือ การแบ่งเซลล์ร่างกาย

- ได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์ มีจำนวนโครโมโซมเท่าเดิม

การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส คือ การแบ่งเซลล์สืบพันธุ์

- ได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์ มีโครโมโซมลดลงเหลือครึ่งหนึ่ง

เซลล์ร่างกายของคน 1 เซลล์ มี 46 โครโมโซม หรือ 23 คู่ แบ่งเป็น

+ โครโมโซมร่างกายหรือออโตโซม (22 คู่แรก)

A เป็นแอลลีนเด่น เช่น ลักยิ้ม นิ้วเกิน คนแคระ ท้าวแสนปม

a เป็นแอลลีนด้อย เช่น ผิวเผือก ธาลัสซีเมีย (เลือดจาง)

+ โครโมโซมเพศ (คู่ที่ 23) โดย เพศหญิง เป็น XX เพศชาย เป็น XY

ลักษณะที่ผิดปกติจะถูกควบคุมด้วยยีนด้อย บนโครโมโซม X

X^C เป็นแอลลีนปกติ

X^c เป็นแอลลีนผิดปกติ เช่น ตาบอดสี ฮีโมฟีเลีย (โรคเลือดไหลไม่หยุด) ภาวะพร่องเอนไซม์กลูโคส 6 ฟอสเฟต (G6PD)

หมู่เลือด (ฟีโนไทป์)        จีโนไทป์

A                          I^AI^A / I^Ai

B                          I^BI^B / I^Bi

AB                        I^AI^B

O                          i i

4.4 การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม

4.4.1 มิวเทชัน (mutation) : เป็นการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในระดับยีนหรือโครโมโซม ทำให้ลูกมีลักษณะบางอย่างแตกต่างไปจากรุ่นพ่อ-แม่ โดยมีทั้งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและเกิดจากรังสีหรือสารเคมี

4.4.2 การคัดเลือกตามธรรมชาติ ของชาร์ลส์ ดาร์วิน เสนอ ว่า “สิ่งมีชีวิตจะออกลูกเป็นจำนวนมาก และมีความแปรผันในแต่ละรุ่น แล้วเกิดการแก่งแย่งสิ่งที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตที่มีอยู่อย่างจำกัด ดังนั้น สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะที่เหมาะสม จะสามารถเอาชีวิตรอดได้ และจะถ่ายทอดลักษณะที่เหมาะสม ไปยังสิ่งมีชีวิตรุ่นต่อไป” เช่น นกจาบที่อยู่ตามหมู่เกาะกาลาปากอส พบว่า มีจงอยปากแตกต่างกันตามลักษณะอาหารของนก

4.4.3 การคัดเลือกพันธุ์และปรับปรุงพันธุ์โดยคน

การคัดเลือกพันธุ์ปลาทับทิม : พัฒนาโดยการคัดพันธุ์ปลานิลจากทั่วโลก

การปรับปรุงพันธุ์ข้าวข้าวขาวดอกมะลิ 105 เป็นข้าวเจ้า เมื่อใช้รังสีแกมมา ทำให้เกิดมิวเทชัน ทำให้ได้ข้าวพันธุ์ กข 6 ที่เป็นข้าวเหนียว ข้าวพันธุ์ กข 15

4.5 เทคโนโลยีชีวภาพ (Biotechnology) ได้แก่

4.5.1 พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering ) : คือ การตัดต่อยีน เรียกว่า สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMO

4.5.2 การโคลน: หมายถึง การสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ ที่มีลักษณะเหมือนสิ่งมีชีวิตต้นแบบทุกประการ

4.5.3 ลายพิมพ์ DNA : เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของบุคคล เปลี่ยนแปลงไม่ได้และไม่มีใครเหมือนกัน (ยกเว้น ฝาแฝดแท้ ) ใช้ในการพิสูจน์ผู้ต้องสงสัย หรือหาความสัมพันธ์ทางสายเลือด

4.5.4 การทำแผนที่ยีน หรือ แผนที่จีโนม : เพื่อให้รู้ตำแหน่งของยีนในโครโมโซม เพราะว่าเมื่อระบุได้ว่ายีนใดบ้างที่ผิดปกติก็ใช้เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมตัดต่อยีนที่พึงประสงค์เข้าไปแทนยีนที่เป็นสาเหตุให้เกิดโรค เรียกวิธีรักษาแบบนี้ว่า การบำบัดรักษาด้วยยีน (gene therapy)

5. ความหลากหลายทางชีวภาพ

นักชีววิทยา จัดจำแนกหมวดหมู่สิ่งมีชีวิต ออกได้เป็น 5 อาณาจักร ดังนี้

• อาณาจักรสัตว์ : เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์และเซลล์รวมกันเป็นเนื้อเยื่อ : เป็นผู้บริโภค

• อาณาจักรพืช : เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์และเซลล์รวมกันเป็นเนื้อเยื่อ : เป็นผู้ผลิต

: มีผนังเซลล์ ซึ่งมีเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบ

• อาณาจักรโพรทิสตา : เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์

: บางชนิดสร้างอาหารได้ แต่บางชนิดต้องกินอาหารจากสิ่งมีชีวิตอื่น

• อาณาจักรเห็ดรา และยีสต์ : ยีสต์มีเซลล์เดียว เห็ดรามีหลายเซลล์

: เป็นผู้ย่อยสลายอินทรีย์สาร แต่บางชนิดเป็นปรสิต

• อาณาจักรมอเนอรา : เป็นสิ่งมีชีวิตที่เซลล์ไม่มีนิวเคลียส : เป็นผู้ย่อยสลายอินทรีย์สาร บางชนิดสร้างอาหารได้เอง ได้แก่ แบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียวแกมนํ้าเงิน

ไวรัส ไม่มีอาณาจักร เพราะ ไม่มีลักษณะเป็นเซลล์ แต่เป็นอนุภาค ที่ใช้โปรตีนห่อหุ้มสารพันธุกรรมไว้ สามารถเพิ่มจำนวนได้เฉพาะเมื่ออยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น