ธรรมชาติและชีววิทยา

ธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ดร. จารพุ ัฒน์ กาญจนรงค์ สาขาวิทยาศาสตร์ส่งิ แวดลอ้ ม คณะวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี E-mail; [email protected] 1

สงิ่ มีชีวิต ความหมายและการศึกษาทางชวี วทิ ยา สมบตั ิและประเภทของส่ิงมชี วี ิต 2

1. ส่งิ มีชีวิตมกี ารสืบพันธ์ุ (Reproduction) เพิ่มจำนวนและขยำยพันธ์ุ เพ่อื ดำรงเผำพันธ์ไุ ว้ • กำรสบื พันธ์ุแบบไมอ่ ำศยั เพศ (Asexual reproduction) • กำรสืบพนั ธ์แุ บบอำศยั เพศ (Sexual reproduction) 2 สงิ่ มีชวี ติ ต้องการสารอาหารและพลังงาน • เกดิ ปฏิกิรยิ ำภำยในเซลล์ เรยี กวำ่ เมแทบอลซิ ึม (metabolism) catabolism คือ กำรสลำยสำรโมเลกลุ ใหญ่ใหเ้ ปน็ โมเลกุลเลก็ จะได้พลังงำน และควำมร้อน เชน่ กำรย่อยสลำยสำรอำหำร กำรหำยใจระดบั เซลล์ anabolism คอื กำรสร้ำงสำรที่มโี มเลกุลเลก็ ใหเ้ ป็นสำรโมเลกลุ ใหญ่ โดยมกี ำร เก็บพลังงำนไว้ เชน่ กำรสงั เครำะหแ์ สง กำรสังเครำะห์โปรตนี 3

3 สิง่ มชี ีวติ มกี ารเจรญิ เตบิ โต (Growth) มีกำรเพม่ิ จำนวนเซลล์ (cell multiplication) • มกี ำรเจริญเตบิ โต (growth and development) • กำรเกิดรปู รำ่ งที่แนน่ อน (morphogenesis) 4 สงิ่ มีชวี ติ มีการตอบสนองตอ่ สิ่งแวดล้อม (Environmental response) • กำรหลบร้อน กำรหลบหนำว กำรเบนเขำ้ หำแสงของพืช 5 สง่ิ มีชวี ติ มกี ารรกั ษาดุลยภาพของร่างกาย (Homeostasis) • กำรรักษำสมดุลของนำโดยกำรคำยนำของปำกใบ กำรขับถำ่ ยในสตั ว์ 4

6 มลี กั ษณะจาเพาะ เซลล์ เนอื เย่อื • กำรมพี ิษของแมงกะพรนุ • กำรมีเขำแตกก่ิงของกวำง • กำรมีขนแบบแผงของนก 7 มกี ารจัดระบบจากเลก็ ไปใหญ่ อะตอม โมเลกลุ ออร์แกเนลล์ อวัยวะ ระบบอวบั วะ สิง่ มชี วี ิต ประชำกร (population=สปีชสี ์เดียว) สงั คมส่ิงมชี ีวติ (community =หลำยๆ สปีชีส์อยรู่ ว่ มกนั ) ระบบนเิ วศ (ecosystem = สิ่งมชี ีวิต+สิ่งแวดล้อม) 5

คาถาม? 1. การเปลีย่ นแปลงของส่งิ มชี ีวิตในภาพ ก. และ ข. มลี ักษณะทีเ่ หมือนหรือ แตกต่างกนั อย่างไร? 2. การงอกใหมข่ องสตั วช์ นดิ ใดถอื ว่าเป็นการสืบพนั ธ์ุ เพราะเหตุใด? 6

 Biology = Bios (ชีวิต) + logos (กำรศกึ ษำอยำ่ งมเี หตุผล)  ชวี วิทยำ (Biology) = การศึกษาท่เี ก่ียวกับส่งิ มชี วี ติ อยา่ งมเี หตผุ ล 7

การศึกษาทางชวี ิทยา 1. ส่วนทีเ่ ปน็ ความรู้ 2. ส่วนท่เี ปน็ กระบวนการค้นหาความรู้ 8

1.ศกึ ษาสิ่งมีชวี ิตแตล่ ะกลุ่มของส่งิ มชี ีวิต 1.1) สัตววิทยา (Zoology) เปน็ กำรศึกษำเร่ืองรำวตำ่ งๆ ของสตั ว์ แบง่ ออกเป็น สำขำย่อยๆ เช่น - สัตวไ์ ม่มกี ระดกู สนั หลัง (invertebrate) - สตั ว์มีกระดกู สันหลงั (Vertebrate) - มนี วทิ ยำ (Icthyology) ศึกษำเก่ียวกับปลำชนดิ ต่ำงๆ - สังขวิทยำ (Malacology) ศึกษำเกี่ยวกับหอยชนดิ ต่ำงๆ - ปกั ษวี ทิ ยำ (Ornithology) ศึกษำเร่ืองรำวเกย่ี วกบั นก - วิทยำสตั ว์เลียงลกู ด้วยนม (Mammalogy) - กฎี วทิ ยำ (Entomology) ศึกษำเกยี่ วกับแมลง - วิทยำเหบ็ ไร (Acarology) ศกึ ษำเกย่ี วกบั เหบ็ และไร 9

1.2) พฤกษศาสตร์ (Botany) ศกึ ษาเร่ืองราวตา่ งๆ ของพืช เชน่ - พชื ช้นั ตา่ (Lower plant) เช่น ศึกษาพวกสาหร่าย มอส - พืชมที อ่ ลาเลียง (Vascular plants) เชน่ ศึกษาพวกเฟิรน์ สน ปรง จนถึงพชื มดี อก - พืชมีดอก (Angiosperm) เช่น ศึกษาพืชใบเล้ยี งคแู่ ละพืชใบเลีย้ งเดี่ยว 1.3) จุลชีววิทยา (Microbiology) ศึกษาเร่ืองราวตา่ งๆ ของจลุ นิ ทรีย์ เชน่ - วทิ ยาแบคทีเรีย (Bacteriology) เชน่ ศกึ ษาเกย่ี วกับแบคทเี รีย - วิทยาไวรัส (Virology) เชน่ ศกึ ษาเก่ยี วกบั ไวรสั - วิทยาสตั วเ์ ซลลเ์ ดียว (Protozoology) เชน่ ศึกษาเกี่ยวกับโพรโทซวั 10

2. ศกึ ษาจากโครงสรา้ งหนา้ ทีแ่ ละการทางานของสิ่งมชี ีวติ - กายวิภาคศาสตร์ (Anatomy) ศึกษาโครงสรา้ งตา่ งๆ โดยการตัดผา่ - สัณฐานวิทยา (Morphology) ศกึ ษาเกี่ยวกบั โครงสรา้ งและรูปรา่ งของสงิ่ มีชวี ติ - สรีรวทิ ยา (Physiology) ศกึ ษาหนา้ ที่การทางานของระบบต่างๆ ในร่างกายของส่งิ มชี วี ิต - พันธศุ าสตร์ (Genetics) ศึกษาลกั ษณะต่างๆ ทางกรรมพันธุแ์ ละการถา่ ยทอดลักษณะต่างๆจาก บรรพบรุ ุษสูล่ ูกหลาน 11

- นเิ วศวทิ ยา (Ecology) ศึกษาความสมั พนั ธข์ องส่ิงมชี ีวติ กับสิ่งแวดลอ้ ม - มญิ ชวทิ ยาหรือเน้อื เยอื่ วิทยา (Histology) ศกึ ษาลักษณะของเนอ้ื เยอื่ ท้งั ทางด้านโครงสร้างและหน้าท่ีการทางาน - ปรสติ วทิ ยา (Parasitology) ศกึ ษาเกย่ี วกับการเปน็ ปรสติ ของสิ่งมีชีวติ - วทิ ยาเซลล์ (Cytology) ศึกษาโครงสรา้ งหน้าที่ของเซลล์สิง่ มีชวี ิต 12

3.ศึกษาเร่อื งราวของส่ิงมชี วี ิต - อนุกรมวธิ าน (Taxonomy) ศกึ ษาเกี่ยวกบั การแบ่งหมวดหมู่ การต้งั ช่ือ สง่ิ มชี ีวิตชนิดตา่ งๆ - ววิ ัฒนาการ (Evolution) ศกึ ษาเกี่ยวกับเรอ่ื งราวของสิง่ มชี วี ติ ต้งั แตอ่ ดตี จนถงึ ปจั จบุ ัน - บรรพชีวนิ วทิ ยา (Paleontology) ศกึ ษาเกยี่ วกับซากโบราณของสงิ่ มชี ีวติ 13

ทาไมต้องเรยี นชวี วทิ ยา ? 1. มนุษย์เปน็ ส่งิ มีชีวิตชนิดหนึ่ง - เพอ่ื ใหเ้ ขำ้ ใจถิน่ ที่อยมู่ นษุ ยใ์ นสง่ิ แวดลอ้ มโลก กำรอยูร่ ว่ มกนั ของ มนษุ ย์กับพวกจลุ ชพี ตำ่ งๆ และควำมสัมพันธข์ องมนษุ ยก์ ับ สิง่ มชี ีวติ อนื่ ๆในโลกนี 2. มนษุ ยเ์ ลือกวถิ ีการดารงชวี ิตและดูแลสขุ ภาพของตน -เพือ่ ให้เขำ้ ใจกลไกพนื ฐำนและผลของกำรกนิ กำรนอน กำรออก กำลงั กำย กำรสบู บุหร่ี และกจิ กรรมทั่วไป เพอ่ื เลือกวธิ ที ีเ่ หมำะสม ท่สี ุดมำใช้ในกำรดำรงชวี ติ ของตนเอง 14

3.มนษุ ย์มอี าการเจบ็ ป่วย - เพอ่ื บอกสภำพปกตแิ ละสภำพเจ็บป่วยของรำ่ งกำย - เพอ่ื ใหเ้ ข้ำใจกลไกในรำ่ งกำยในภำวะทม่ี สี ขุ ภำพดแี ละภำวะ เจบ็ ปว่ ย สำมำรถตดั สินใจเข้ำรับกำรรกั ษำ 4. ยคุ วทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยีที่มีความซับซ้อนมาก -เพือ่ เขำ้ ใจเก่ียวกับกำรคดั ยีน กำรตดั ต่อยนี วำ่ มีโทษหรือประโยชน์ อย่ำงไร หำกนำมำใชใ้ ห้เกดิ ประโยชน์ 15

5. ประชากรโลกเพม่ิ ขึ้นอย่างรวดเรว็ และมนุษย์เปน็ ผทู้ าใหเ้ กดิ การ เปลี่ยนแปลง -เพื่อชว่ ยใหส้ ำมำรถตดิ ตำมขำ่ วสำรจำกสื่อตำ่ งๆ รวมทงั สำมำรถช่วย สง่ิ มชี ีวติ อ่นื ๆได้ดว้ ย 6. สามารถเลอื กประกอบอาชีพได้ 16

1. ความมีระเบียบแบบแผน (order) - สมองที่มกี ำรจดั ระเบยี บแบบแผนทีแ่ นน่ อนทำใหม้ นุษย์ สำมำรถอ่ำน เขยี น และเขำ้ ใจสงิ่ ที่กำลังเรยี นได้ 2. การปรบั ตัว (adaptation) - เพื่อใหส้ ำมำรถดำรงชวี ิตในสภำพแวดล้อมตำ่ งๆได้อย่ำงเหมำะ - เพอ่ื กำรเจรญิ กำรสืบพันธเ์ พอื่ ให้โอกำสมีลูกหลำนต่อไป - ผ่ำนกระบวนกำรคดั เลอื กโดยธรรมชาติ (natural selection) สง่ิ มีชีวิตทมี่ ี ลกั ษณะเหมำะสมกบั สภำพแวดลอ้ มทใ่ี ช้ดำรงชีวิตนนั ๆมำกขนึ เรยี กว่ำสง่ิ มีชีวิต ชนิดนันได้มี “กำรปรับตัว” ใหเ้ หมำะกบั สิ่งแวดล้อม 17

3. เมแทบอลิซมึ (metabolism) -กระบวนกำรสลำยโมเลกุลของสำรอำหำรเพื่อใหไ้ ดพ้ ลงั งำนและหน่วยยอ่ ยของ ชวี โมเลกลุ รวมทังกำรสร้ำงส่งิ มีชวี ติ หน่วยใหม่ และกำรขบั ของเสียออกสู่ สงิ่ แวดลอ้ มภำยนอก 4. ภาวะธารงดลุ (homeostasis) -กลไกกำรควบคมุ สง่ิ แวดลอ้ มภำยใน ร่ำงกำยใหค้ งที่ 18

5. การเคล่อื นไหว(movement) -เพื่อกำรอยู่รอด 6. การตอบสนองต่อสิง่ เรา้ (responsiveness) -เพื่อสำมำรถดำรงชวี ติ รอดได้ อำจเกิดทนั ทที นั ใด หรอื คอ่ ยเปน็ ค่อยไป และ เปลีย่ นไปตำมฤดูกำล -ตอบสนองไดท้ ังสิง่ เร้ำภำยนอกและภำยในรำ่ งกำย 19

7. การสบื พันธ์ุ (reproduction) -เพ่ือสรำ้ งสิ่งมชี วี ติ ใหม่ มี 2 แบบ คอื กำรสืบพนั ธ์แุ บบอำศยั เพศ และ กรสืบพนั ธุ์แบบไม่ อำศยั เพศ 8. การเจรญิ (development) -กระบวนกำรทม่ี ีทงั กำรเตบิ โตและ กำรเปลีย่ นแปลงของเซลล์ 9. การสืบทอดทางพันธกุ รรม (heritability) -ผ่ำนทำงหน่วยพันธุกรรมทเ่ี รียกว่ำ “ยีน” (gene) ซึงประกอบด้วยสำรพนั ธุกรรมทเ่ี รยี กว่ำ DNA อยู่ภำยใน chromosome 20

1. การสงั เกตและตัง้ ปัญหา การสังเกต คือ กำรใช้ประสำทสมั ผสั ทงั 5 ในกำรสำรวจข้อเท็จจริง ท่ี ปรำกฏโดยไมใ่ ส่ข้อเท็จจรงิ ลงไป เช่น “ใบมะมว่ งมสี ีเขยี ว” “ใบมะม่วงมสี ีเขียวเน่อื งจำกมคี ลอโรฟลิ ล”์ กำรสงั เกตหรือไม่ ? -กำรตงั ปญั หำจะทำให้ทรำบขอบเขตของปัญหำของสิง่ ทตี่ อ้ งกำรศกึ ษำ มี 2 ปะเด็นสำคญั คอื 1. ตวั แปร (สงิ่ ที่สนใจศึกษำ) 2. ประชำกร (กลุ่มทผี่ ูส้ นใจจะอธบิ ำย) เชน่ ปรมิ ำณ CO2 มีผลตอ่ กำรเจรญิ เติบโตของพชื หรือไม่? ตัวแปร คือ…ป…ร…มิ …ำณ……C…O2……, ก…ำ…รเ…จร…ิญ…เต…ิบ…โต…ข…อ…งพ…ืช……….. ประชำกร คือ…พ…ชื ……………………………………………………. 21

2. การรวบรวมข้อมลู โดยกำรศึกษำจำกเอกสำร ตำรำ หรืองำนวจิ ัยมำเกย่ี วกบั ปญั หำ ทผ่ี ู้วจิ ัยตงั ขนึ เช่น พืชใช้ CO2 ในกำรสงั เครำะห์แสงและกำรเจริญเติบโต พบวา่ พืชมีนา้ หนักมากข้นึ และการเจริญของลาต้น ราก ใบ เปน็ ผล มาจากการสงั เคราะห์แสง ดังนัน ทำใหไ้ ด้ข้อมลู ที่วำ่ ปริมำณ CO2 มผี ลต่อกำรสงั เครำะห์แสงของ พชื และส่งผลต่อกำรเจริญเติบโตของพชื 22

3. การตั้งสมมตุ ิฐาน สมมตุ ฐิ าน คอื กำรคำดคะเนคำตอบของปญั หำอย่ำงมีเหตผุ ล โดยตอ้ งสอดคลอ้ งกับขอ้ เทจ็ จริงท่ีพบและข้อมลู ท่ีเรำมี ตัวอยำ่ งเชน่ ถ้า CO2 มีผลต่อกำรสงั เครำะหด์ ้วยแสงของพืช ดงั น้ัน บรเิ วณท่มี ี CO2 มำกนำ่ จะทำให้พืชสังเครำะหด์ ว้ ยแสงมำก *** (มีคาวา่ ถ้า...ดังน้ัน)**** 23

4. การตรวจสอบสมมุตฐิ าน กำรตรวจสอบสมมุตฐิ ำนสำมำรถทำได้โดย • จากการสงั เกตและรวบรวมข้อเทจ็ จรงิ เช่น กำรสร้ำงทฤษฎี กำร คดั เลอื กทำงธรรมชำติของชำรล์ ส์ ดำรว์ นิ โดยกำรรวบรวมหลกั ฐำน ตำ่ งๆ ที่ไดจ้ ำกกำรเดินเรอื บีเกลิ และกำรสำรวจหมู่เกำะกำลำปำกอส • จากการทดลอง โดยมีกำรกำหนดตวั แปรต้น (ตัวแปรอสิ ระ) ตัวแปร ตำม ตัวแปรควบคมุ ให้ชดั เจน และมีกำรออกแบบกำทดลองทดี่ ี 24

5. การบันทกึ ผลและการแปรผล • มีกำรวิเครำะห์ขอ้ มลู โดยอำศยั โปรแกรมทำงดำ้ นคอมพิวเตอรใ์ นกำร ประมวลผล หรือผเู้ ช่ยี วชำญในดำ้ นนันๆ หำควำมสัมพนั ธข์ องขอ้ มูล กำรบนั ทกึ ผลตอ้ งบันทกึ ตำมควำมจรงิ ซึงจะทำให้ไดข้ อ้ มูล (data) ออกมำ 25

6. การสรุปผล o ผลกำรทดลองทีไ่ ด้ 1. เป็นไปตามสมมุติฐานทตี่ งั ไวโ้ ดยสอดคล้องกับกฎหรือทฤษฏี หรือไม่ ทังนอี ำจทำใหไ้ ดค้ วำมร้ใู หมท่ ำงวทิ ยำศำสตร์ 2. ไม่เปน็ ไปตามสมมตุ ฐิ าน นักวจิ ัยตอ้ งคดิ วำ่ เพรำะเหตุใดถึงเป็น เชน่ นนั อำจมกี ำรทดสอบใหม่หรือมกี ำรเปลย่ี นสมมตุ ฐิ ำน 26

7. การเผยแพรผ่ ลงาน เป็นกำรแลกเปลี่ยนขอ้ มูลทท่ี ันสมัย ถกู ตอ้ ง มกี ำรตรวจสอบทช่ี ดั เจน และมรี ะเบียนของกำรวิจัยที่ถกู ต้อง ทำใหท้ รำบควำมกำ้ วหนำ้ ทำง วทิ ยำศำสตรแ์ ละเทคโนโลยี กอ่ เกดิ กำรต่อยอดทำงควำมรู้ตอ่ ไป 27

ชีวจริยธรรม  ชวี จริยธรรม (Bioethics) หมำยถึง กำรปฏบิ ตั ติ อ่ สงิ่ มชี วี ิตอย่ำงมี คุณธรรม ไมท่ ำรำ้ ย หรอื ทำอนั ตรำยตอ่ สตั ว์ หรอื มนุษย์ท่ีจะทดลอง คน้ คว้ำหำข้อมูลต่ำงๆ เพื่อ กำรศกึ ษำหรือวจิ ัย เชน่ • กำรโคลนมนุษย์ • กำรผลติ อำวธุ ชวี ภำพ • กำรใชส้ ตั ว์ทดลอง • กำรทำแท้ง • กำรสร้ำงสง่ิ มชี วี ิตดดั แปลงพันธุกรรม 28

คาศพั ทท์ ่ีควรรู้ ! 1.ข้อเท็จจริง (fact) คอื สิ่งที่ปรำกฏอยตู่ ำมธรรมชำติหรอื ปรำกฏกำรณท์ ่ีมี อยู่จริง สำมำรถใช้ประสำทสมั ผัสทงั 5 ในกำรสงั เกตได้ 2. ข้อมลู (data) คอื ข้อเท็จจริงที่รวบรวมไดจ้ ำกกำรสงั เกตปรำกฏกำรณห์ รือสงิ่ ทม่ี ี อยู่ โดยมขี ้อมูลเชงิ ปรมิ ำณ (เชน่ มด 3 ตัว แมวหนัก 10 กโิ ลกรมั ) และขอ้ มลู เชิง คณุ ภำพ (สี เพศ ลักษณะเมลด็ ลกั ษณะดอก) 3. ตัวแปรต้นหรอื ตัวแปรอิสระ (independent variable) คอื ตัวแปรที่เป็นเหตุ ทำให้เกดิ ผล หรือทำให้เกิดตัวแปรตำม ตัวแปรอสิ ระจะเปน็ ตวั แปรทไ่ี ม่ขนึ กบั ตวั แปรอนื่ โดยตวั อสิ ระเปน็ ตวั แปรที่ผ้ทู ดลองสำมำรถกำหนดค่ำได้ 4. ตวั แปรตาม (dependent variable) คอื ผลท่ีมำจำกอิทธิพลของตวั แปรตน้ ซึง่ เมอ่ื ตัวแปรต้น เปลี่ยนแปลงก็ส่งผลตอ่ ตวั แปรตำมดว้ ย 29

5. ตวั แปรควบคุม (controlled variable) คอื ตวั แปรทสี่ ง่ ผลต่อตัวแปรตำม โดยเปน็ ตัวแปรทีไ่ มไ่ ด้อย่ใู นขอบขำ่ ยทจี่ ะศกึ ษำ แตต่ อ้ งควบคุมใหค้ งที่ เพ่ือไม่ให้ กำรสรุปผลวิจัยมคี วำมคลำดเคลอ่ื นได้ 6. ทฤษฎี (theory) คอื คำอธบิ ำยทีเ่ ปน็ สมมตุ ฐิ ำนทผ่ี ำ่ นกำรทดสอบมำแลว้ หลำย ครัง สำมำรถใชอ้ ้ำงองิ หรือทำนำย ข้อเท็จจริงต่ำงๆ ได้กว้ำงขวำง เช่น ทฟำฎี แบบจำลองอะตอมของดอลตนั 7. กฎ (law) คือ ควำมจริงหลกั อยำ่ งหน่งึ ท่ีบรรยำยปรำกฏกำรณท์ ำงะรรมชำติ โดยเนน้ ไปทำงสมั พนั ธข์ องเหตุและผล มกั เขียนใหอ้ ยุใ๋ นรปู ของสมกำรท่ีมีตัวแปร ตำ่ งๆ ทังนกี ฎ 30

สรุปหัวขอ้ เรอ่ื ง ธรรมชำติของสิง่ มชี วี ิต 2 หัวข้อ เช่น • ลักษณะของสิ่งมชี วี ิต • กำรศกึ ษำสง่ิ มีชีวติ 31

 www.pharm.su.ac.th/thai/Research/page3.htm - 51k  www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Pid=54621 - 52k  www.geocities.com/mai_yhee/b2.htm - 4k  www.microscopyuk.org.uk/mag/articles/param1.html - 10k 32

33

34