บทที่11 การสืบพันธ์และการเจริญเติบโต (1)

บทท่ี 11 การสบื พนั ธแุ์ ละการเจรญิ เตบิ โต (Reproduction & Development) 1

Reproduction & Development 2

Reproduction & Development การสืบพันธ์ุ (reproduction) หมายถงึ ความสามารถในการ ผลิตหน่วยส่ิงมีชีวติ ท่เี หมือนตนเอง (like begets like) การเจริญ (development) หมายถงึ การเตบิ โต (growth) และการเปล่ียนแปลงท่เี รียกว่าดฟิ เฟอเรนทเิ อช่นั (differentiation) เร่ืองของการสืบพันธ์ุและการเจริญเก่ียวข้องสัมพันธ์กับ วงจรชีวิต (life cycle) ของส่ิงมีชีวติ ทกุ ชนิด Reproduction แบ่งออกเป็ น 1. Cellular reproduction 2. Organismic reprodution 3

Reproduction แบ่งออกเป็น • 1. Cellular reproduction 2. Organismic reprodution 4

Cellular reproduction (การสืบพนั ธ์ุระดบั เซลล์) 1. เซลล์ผลติ หน่วยทีเ่ หมือนตัวเองได้อย่างไร 2. กระบวนการทเ่ี กดิ ขึน้ 3. ความสัมพนั ธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ 4. division of eukaryotic cell 5

การแบ่งเซลล์เป็ นกระบวนการสืบพันธ์ุ เจริญเตบิ โต และซ่อมแซม คณุ สมบตั ิของสงิ่ มีชีวติ คือการสืบพนั ธ์ุ การสืบพนั ธ์ุมีทงั้ แบบอาศยั เพศ (sexual reproduction) และแบบไมอ่ าศยั เพศ (asexual reproduction) การสบื พนั ธ์ุแบบ อาศยั เพศเก่ียวข้องกบั การรวมตวั กนั ของเซลล์สืบพนั ธ์ุ (gamete) ที่มาจากพอ่ และแม่ ทาให้ได้เซลล์ท่ีเรียกวา่ โซโกต (zygote) ซง่ึ จะเจริญตอ่ ไปเป็นลกู รุ่นใหมท่ ่ีมี องค์ประกอบพนั ธกุ รรมแตกตา่ งไปจากพอ่ และแม่ การสบื พนั ธ์ุแบบไมอ่ าศยั เพศเป็น การเพม่ิ จานวนของสงิ่ มีชีวิตเพียงอยา่ งเดียว โดยตวั ที่เกิดใหมม่ ีองค์ประกอบทาง พนั ธุกรรมเหมือนกบั ตวั เร่ิมต้นทกุ ประการ การสืบพนั ธ์ุแบบไมอ่ าศยั เพศเก่ียวข้องกบั การแบง่ เซลล์แบบปกติ ท่ีเรียกวา่ ไมโทซิส (mitosis) (mitosis มาจากคาวา่ mitos = สายใย หรือ เส้นโครโมโซม) ซงึ่ เป็น กระบวนการเพ่ิมจานวนเซลล์ โดยที่เซลล์ใหมย่ งั คงมีโครโมโซมเหมือนเดิม และ จานวนเทา่ กบั เซลล์เริ่มต้น การแบง่ เซลล์แบบไมโทซสิ เป็นกระบวนการสบื พนั ธ์ุแบบไมอ่ าศยั เพศใน ส่ิงมีชีวิตเซลล์เดียว เชน่ อมีบา สาหรับในสง่ิ มีชีวติ หลายเซลล์พบการแบง่ เซลล์แบบนี ้ ในการเจริญเติบโต การสร้าง และการซ่อมแซมเนือ้ เย่ือ 6

The functions of cell division (a) (b) (a) Amoeba : reproduction (b) Multicellular organisms: growth and development (c) Mature multicellular organisms: renewal and repair of tissues (c) 7

การแบ่งเซลล์ในส่ิงมีชีวติ พวกโปรคาริโอต พวกโปรคาริโอตมีสภาพเป็นเซลล์เด่ียว ไมม่ ีเย่ือห้มุ นิวเคลียส มี DNA เพียง 1 โมเลกลุ รวมอยกู่ บั และโปรตีนมีลกั ษณะเป็นวง เรียกวา่ genophore มีวิธีการสืบพนั ธ์ุ แบบไมอ่ าศยั เพศ เป็นแบบ binary fission ซงึ่ มีกระบวนการดงั นี ้เวลาที่จะมีการแบง่ เซลล์ genophore จะเคลอื่ นตวั เข้ามาตดิ กบั เย่ือห้มุ เซลล์ เพ่ือใช้เย่ือห้มุ เซลล์เป็นที่ยดึ แล้วเร่ิมคลายตวั ของ DNA และจาลอง DNA ได้เป็น genophore 2 วง ซง่ึ จะเคลื่อนย้าย ออกจากกนั ตามผิวของเยื่อห้มุ เซลล์ ตอ่ จากนนั้ เซลล์จะแบง่ ตวั ท่ีกงึ่ กลางได้เป็น 2 เซลล์ แตล่ ะเซลล์ประกอบด้วย genophore 1 วง 8

เซลล์ของยคู าริโอต (eukaryotic cell) ภายใน eukaryotic cell มนี ิวเคลียสท่หี ้มุ ด้วยเย่ือห้มุ นิวเคลียส นิวเคลียสเป็ นศนู ย์ควบคุมกจิ กรรมต่างๆ ภายใน นิวเคลียสมี nuceolus และเส้นใยขนาดเลก็ ท่ยี ้อมตดิ สี จาเพาะมากมายขดม้วนซ้อนกนั เหมือนร่างแห เรียกว่า โคร มาตนิ (chromatin) เส้นใยโครมาตนิ ประกอบด้วย DNA ท่พี ัน รอบโมเลกุลโปรตีน histone อย่างมแี บบแผน และขดม้วนตัว หลายชัน้ ในช่วง metaphase จะขดม้วนตวั แน่นท่สี ุดเป็ นแท่ง โครโมโซม 9

(a) โครโมโซม ของ (b) ยูคาริโอต (c) (d) 10

แผนภาพแสดงโครงสร้างของโครมาตนิ ท่ปี ระกอบด้วย DNA และ histone ท่ขี ดม้วนตวั กนั แน่นจนเหน็ เป็ นรูปร่างของ โครโมโซมชดั เจนในระยะ metaphase a) DNA รวมกบั histone 4 ประเภท เป็ นโครงสร้างท่เี รียกว่า nucleosome แต่ละหน่วยจะต่อเข้าด้วยกันด้วย histone อกี ประเภท หน่ึงท่เี รียกว่า H1 b) nucleosome รวมตวั กนั เป็ นสายยาว เรียกว่า chromatin fiber c) โครมาตนิ จะม้วนตวั อยู่ภายในนิวเคลียสในสภาวะปกติ แต่ในเซลล์ ท่มี ีการแบ่งตัวสายโครมาตนิ จะม้วนตวั เองทบกันเป็ นชัน้ ๆอย่างมี ระบบจนมีความหนามากขึน้ d) โครโมโซมท่มี ีความแน่นมากท่สี ุดในช่วง metaphase 11

12

Cellular reproduction (การสืบพนั ธ์ุของเซลล์) การแบง่ เซลล์ประกอบด้วย การแบง่ นิวเคลยี ส (nuclear division หรือ karyokinesis) สลบั กบั การแบง่ ไซโตพลาสซมึ (cytoplasmic division หรือ cytokinesis) ในกระบวนการแบง่ นิวเคลยี ส มี 2 แบบ คือ ไมโทซสิ (mitosis) และ ไมโอซสิ (meiosis) 13

หมายเหตุ คาว่า mitosis และ meiosis หมายถงึ กระบวนการแบ่ง นิวเคลียสเท่านัน้ แต่คนมักเรียกผิดเป็ นการแบ่งเซลล์จึงเป็ นท่ี เข้าใจว่า หมายถงึ การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (mitotic cell division) และการแบ่งเซลล์แบบไมโอซสิ (meiotic cell division) 14

The cell cycle หมายถึงวงจรชีวติ เซลล์ทเ่ี ร่ิมจากเซลล์เดมิ 1 เซลล์ผ่านกระบวนการแบ่งเซลล์จนเสร็จสิ้นสมบูรณ์ได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์ ประกอบด้วย 2 ช่วง คือ 1. Interphase 2. M phase 15

MITOSIS • Interphase interphase 18 ชั่วโมง • Prophase M phase 2 ชั่วโมง 20 ช่ัวโมง • metaphase • Anaphase 16 • telophase * ในสิ่งมีชีวติ จะมี S และ G2 ใกลเ้ คียงกนั ตา่ งกนั ท่ี G1

17

The stages of mitotic cell division in an animal cell 18

The stages of mitotic cell division in an animal cell 19

Cytokinesis ในเซลล์สัตว์ รูป scanning electron microscope แสดงรอยคอดที่เย่ือ ห้มุ เซลล์บริเวณตรงกลางของเซลล์ ท่ีกาลงั แบง่ ตวั โดยภายในเซลล์ตรง บริเวณที่เกิดรอยคอด microfilament มารวมกนั เกิดเป็นวง (contracting ring) เกิดแรงหดตวั ของ actin กบั myosin ทาให้เยื่อห้มุ เซลล์เกิดเป็นรอยคอด รอยคอดจะ รัดเข้ามากขนึ ้ จนไซโตพลาสซมึ ถกู แบง่ แยกออกจากกนั และกลายเป็น เซลล์ใหม่ 2 เซลล์ 20

cytokinesis ในเซลล์พชื รูป transmission electron microscope ของระยะ telophase ของเซลล์พืช จะเหน็ วา่ vesicles จาก Golgi apparatus มารวมกนั ตรงจดุ กลางเซลล์ และขยายยาว ออกเป็นโครงสร้างท่ีเรียกว่า cell plate ซง่ึ จะเจริญเป็นผนงั เซลล์ของ แตล่ ะเซลล์ตอ่ ไป 21

Mitosis in plant cell (จากรากหอม) ABCD E 22

Meiosis • Interphase • Interphase II • Prophase I • Prophase II • Metaphase I • Metaphase II • Anaphase I • Anaphase II • telophase I • telophase II 23

24

25

Comparison of Mitosis &Meiosis 26

ลักษณะสาคัญของ Meiosis และ Mitosis Mitosis Meiosis 1 จานวนโครโมโซมหลงั การแบ่งยงั เทา่ โครโมโซมลดลงคร่ึงหน่ึงในไมโอซีส เดิม เน่ืองจากการแยกกนั ของฮอโมโลกสั โครโมโซม ส่วนไมโอซีสII จะเป็นการแบ่ง แบบไมโทซีสธรรมดา 2 การแบ่งเซลลม์ ีเพยี งข้นั ตอนเดียวโดยมี การแบ่งเซลลม์ ี 2 ข้นั ตอน มีแบ่งนิวเคลียส การจาลองตวั เองของโครโมโซมแลว้ และแบ่งไซโทพลาสซึมอยา่ งละ 2 คร้ัง ได้ แยกไปยงั ข้วั ท้งั สองแลว้ แบ่งไซ เซลลใ์ หม่ 4 เซลล์ โทพลาสซึมไดเ้ ป็น 2 เซลล์ 3 โครโมโซมไม่มีการเขา้ คู่กนั ไมม่ ีการ โครโมโซมมีการเขา้ คู่กนั และมีการ แลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซม แลกเปล่ียนชิ้นส่วนโครโมโซม 27

Mitosis Meiosis 4 องคป์ ระกอบทางพนั ธุกรรมและ องคป์ ระกอบทางพนั ธุกรรมและ โครโมโซมของเซลลใ์ หม่ท้งั สองเซลล์ โครโมโซมของเซลลใ์ หม่มีความแตกต่าง จะเหมือนกนั กนั เพราะเกิด crossing over 5 จานวนโครโมโซมในเซลลท์ ้งั สองท่ี จานวนโครโมโซมของเซลลใ์ หม่จะมีเพียง ไดจ้ ะเท่ากบั เซลลเ์ ดิม คร่ึงหน่ึงของเซลลเ์ ดิม 6 เซลลใ์ หม่ท่ีไดแ้ บ่งเซลลแ์ บบไมโทซีส เซลลใ์ หม่ที่ไดไ้ ม่สามารถแบ่งเซลลแ์ บบไม ไดอ้ ีก โอซีสไดอ้ ีก แต่แบ่งแบบไมโทซีสได้ 28

Mitosis Meiosis 7 โดยปกติจะเกิดท่ีเซลลร์ ่างกายของสตั ว์ เกิดที่เซลลท์ ี่ทาหนา้ ที่เป็นเซลลส์ ืบพนั ธุ์ และเน้ือเยอ่ื เจริญของพชื เท่าน้นั 8 กระบวนการจะเกิดต้งั แต่ไซโกตหรือ กระบวนการจะเกิดในพืชหรือสัตวท์ ่ี เอม็ บริโอไปเร่ือยๆ สืบพนั ธุ์ไดแ้ ลว้ เท่าน้นั 29

Regulation of the cell cycle (การควบคุมวงชีวิตเซลล์) เซลล์แต่ละชนิดจะมีแบบแผนของวงจรชีวิตเซลล์แตกต่างกนั เช่น -เซลล์ท่ผี วิ หนังแบ่งตวั ตลอดเวลา -เซลลืท่ตี บั จะไม่แบ่งตวั แบ่งเฉพาะเม่ือมีบาดแผล -เซลล์ประสาทและเซลล์กล้ามเนือ้ ไม่แบ่งตวั เลย 30

การเปล่ียนสภาพของเซลล์และการชราภาพของเซลล์ 1. การเพ่มิ จานวนเซลล์ (cell multiplication) 31

2. การเตบิ โต (growth) 32

3. การเปลย่ี นแปลงของเซลล์เพ่ือไปทาหน้าทตี่ ่างๆ (cell differentiation) 33

4. การเกดิ รูปร่างทแ่ี น่นอน (morphogenesis) 34

Diploid = สภาวะท่ี cell มี chromosome 2 ชุด (2n) Haploid = สภาวะท่ี cell มี chromosome 1 ชุด (n) Gamete = เซลล์สืบพันธ์ุท่มี ีจานวน chromosome เป็ น haploid •Sperm, ova •Human gametes ประกอบด้วย 22 autosomes + 1 sex chromosome (Xหรือ Y) Fertilization = การรวมกนั ของ gametes เกดิ เป็ น zygote Zygote = cell diploid Mitosis organism 35

การสืบพนั ธ์ุของส่งิ มชี ีวติ ( Organismic reproduction) ความสาคัญของการสืบพันธ์ุคือ เป็ นส่งิ จาเป็ นต่อการต่อเน่ือง ของส่งิ มชี ีวติ และเป็ นกลไกช่วยให้เกดิ ววิ ัฒนาการ ในระดับ organism การสืบพันธ์ุแบ่งออกเป็ น 2 แบบ คือ การสืบพนั ธ์ุแบบไม่อาศัยเพศ และ การสืบพนั ธ์ุแบบอาศัยเพศ 36

1. การสืบพันธ์ุแบบไม่อาศัยเพศ (asexual reproduction) เป็นการผลติ หน่วยสง่ิ มีชีวติ ใหมจ่ ากหนว่ ยสิ่งมีชีวิตเดิม โดยอาศยั การ แบง่ นิวเคลยี สแบบไมโทซิส มีหลายแบบ Binary Fission (การแบง่ ออกเป็น 2 สว่ น) เซลล์เดมิ แยกออกเป็น 2 สว่ นเทา่ ๆกนั ได้สิ่งมีชีวิตใหม่ 2 ตวั ได้แก่ สาหร่ายเซลล์เดียว อะมบี า พารามีเซียม ยกู ลนี า แบคทเี รีย Fission of a sea anemone Fission of amoeba Fission of bacteria 37

Protococcus Euglena Paramecium Fission of bacteria 38

Budding (การแตกหน่อ) สง่ิ มีชีวติ ตวั ใหมเ่ จริญมาจากกลมุ่ เซลล์ท่ี เรียกวา่ หน่อ (bud) ซง่ึ ยอกออกจากส่ิงมีชีวิตตวั เดิม เช่นการแตกหนอ่ ของยีสต์ ,ไฮดรา ,กล้วย, ใบต้นตายใบเป็น,ไผ่ Hydra ยสี ต์ 39

Fragmentation เกิดขนึ ้ โดยท่ีสว่ นของร่างกายหลดุ ออกเป็นสว่ นๆ แตล่ ะส่วน สามารถเจริญเป็นสิ่งมีชีวติ ตวั ใหมไ่ ด้ -ต้องเกิดพร้อมกบั regeneration -พบใน ไฮดรา,ดอกไม้ทะเล,พลานาเรีย,ดาวทะเล -regeneration ทาให้สิ่งมีชีวติ สามารถสร้างสว่ นที่ขาดหายไปทดแทนขึน้ มาใหมไ่ ด้ (arm ของดาวทะเล) 40

การสร้างกลุ่มเซลล์พเิ ศษ ในสตั ว์ไมม่ ีกระดกู สนั หลงั บาง ชนิด เชน่ ฟองนา้ มีการสร้างเจมมลู (gemmules) เจริญอยู่ ภายในร่างกาย ภายในเจมมลู มกี ลมุ่ เป็นจานวนมาก ซง่ึ เม่อื ตวั เดิมตายไป เจมมลู จะหลดุ ออกมาเป็นอสิ ระ และเซลล์ท่อี ยู่ ภายในจะเจริญเป็นสงิ่ มีชีวติ ตวั ใหม่ 41

Sporulation (การสร้างสปอร์) เซลล์มีการแบง่ หลายๆครัง้ จน ได้เป็นเซลล์จานวนมาก แตล่ ะเซลล์เรียกสปอร์ ซง่ึ แพร่ไปในท่ี ตา่ งๆได้โดยงา่ ย เชน่ เชือ้ รา ,เหด็ ,เฟริ์น มอส 42

Fern Life Cycle 43

Life cycle of basidiomycetes 44

Amanita phalloides เห็ดไข่หงส์ เห็ดเกลด็ ดาว Amanita muscaria เห็ดข้ีววั เห็ดยวงขนุน http://www.dmsc.moph.go.th/webroot/plant/poision_main.4h5tm

Life cycle of Rhizopus stolonifer sporangium Asexual phase Sexual phase zygospore 46

ข้อดขี อง asexual reproduction 1. เป็ นประโยชน์สาหรับสัตว์พวกท่เี กาะอยู่กบั ท่ี ซ่งึ ไม่สามารถผสมพนั ธ์ุกบั ตัวอ่นื 2. สามารถเพ่มิ จานวนได้รวดเร็ว 3. ประโยชน์ท่สี าคัญคอื ลักษณะท่เี หมาะสมกับ ส่งิ แวดล้อมยังคงอย่ตู ่อไปในรุ่นต่อๆไป 47

2. การสืบพนั ธ์ุแบบอาศยั เพศ (sexual reproduction) เป็ นการผลติ หน่วยของส่งิ มีชวี ติ โดยการรวมตวั ของ เซลล์สืบพันธ์ุหรือหน่วยของพันธุกรรม ซ่งึ อาจมาจาก ส่งิ มชี ีวติ แต่ละตวั หรือส่งิ มชี วี ติ ตัวเดยี วกันก็ได้ การสืบพนั ธ์ุแบบอาศยั เพศแบ่งออกได้เป็ นดังนี้ 48

2.1 conjugation ตัวอย่างเช่น โปรโตซวั จะมีการ conjugation ระหว่าง โปรโตซัว 2 ตวั นิวเคลียสของโปรโตซวั ทงั้ สองจะมีการแบ่งตวั แบบไมโอซสิ ต่อจากนัน้ มีการแลกเปล่ียนนิวเคลียส หลังจากท่นี ิวเคลียสรวมตัวกันแล้ว โปรโตซวั ทัง้ สองตวั จะแยกจากกันและต่างกไ็ ปแบ่งตวั ต่อไป 49

สาหร่าย พารามีเซียม 50