วิทยาศาสตร์คืออะไร

การศึกษาเรื่องราวของสิ่งมีชีวิตเป็นเรื่องที่น่าสนใจมากเรื่องหนึ่ง ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคนิควิทยาได้เจริญก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วแพทย์สามารถผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ นักวิทยาศาสตร์ส่งมนุษย์อวกาศและดาวเทียมไปลงบนดวงจันทร์ได้ มนุษย์พยายามสร้างสรรค์ความเจริญจนลืมนึกไปว่า สิ่งต่างๆ ที่ได้สร้างขึ้นมีผลกระทบกระเทือนต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์เอง เช่น โรงงานอุตสาหกรรมทำให้อากาศและน้ำไม่บริสุทธิ์เริ่มเป็นพิษต่อสิ่งที่มีชีวิต D.D.T. ที่ใช้ฆ่าแมลงทำให้ผลตกค้างของยาสะสมในตัวผู้ใช้จนถึงขั้นเป็นอันตรายต่อชีวิตได้ จำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นทุกๆ ปี ทำให้เกิดปัญหาเรื่องที่อยู่และอาหาร ปัญหาต่างๆ เหล่านี้จะลดลงได้มากเมื่อมนุษย์เข้าใจชีววิทยาดีขึ้น ชีววิทยาจึงจำเป็นต่อการศึกษาในปัจจุบันมาก

What is science ?

เมื่อพูดถึง science เรามักนึกถึง natural science เช่น เคมี ฟิสิกส์ ชีววิทยา วิชาเหล่านี้เกี่ยวข้องกับสสาร พลังงาน interaction ระหว่างสสารและพลังงาน สิ่งมีวีชิตกับสภาพแวดล้อม science ในที่นี้ หมายถึง วิชาที่ว่าด้วยการศึกษาหลักความจริงในธรรมชาติ ซึ่งใช้เป็นกฎอธิบายเหตุการณ์ เรื่องราวต่างๆ ในธรรมชาติได้ การศึกษาวิชาที่เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องอาศัยความรู้จากสาขาวิชาอื่นด้วย เช่น การศึกษาธรณีวิทยา (geology) ก็จำเป็นต้องรู้ เข้าใจเคมีและฟิสิกส์ ศึกษาสมุทรศาสตร์ (oceanoglaphy) ก็ต้องอาศัย เคมี ฟิสิกส์และชีววิทยารวมกัน เพื่ออธิบาย concept ต่าง ๆ ในท้องทะเล

The methods of science

การอธิบายเรื่องราวต่างๆ ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ จำเป็นต้องมีวิธีการเป็นลำดับขั้นดังนี้ คือ

1. มีปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ (unexplained phenomenon) เกิดขึ้น
2. ตั้งสมมุติฐาน (hypothesis) ขึ้นเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นั้น
3. ทำการทดลองเพื่อ (test hypothesis) และเก็บตัวเลขข้อมูล
4. นำ data มาวิเคราะห์ (analyze) โดยอาศัยวิชาสถิติ
5. ผลที่ได้จากการวิเคราะห์ data ถ้ายืนยัน hypothesis ก็ทำการทดลองในลำดับขั้นต่อไปเพื่อพิสูจน์ hypothesis ให้แน่นอนขึ้น
6. ถ้าการพิสูจน์ hypothesis มีโอกาส (probability) ที่จะเป็นจริงมากขึ้น hypothesis นั้นก็ตั้งเป็นทฤษฏีได้ (theory)
7. ถ้า data ที่วิเคราะห์มาไม่ยืนยัน hypothesis หรือมี probability ที่จะเป็นจริงน้อย ก็ตั้ง hypothesis ใหม่ แล้วดำเนินการทดลองเพื่อพิสูจน์ hypothesis เป็นลำดับขั้นตามเดิมอีกครั้ง

ตัวอย่างเช่น เราสังเกตเห็นว่าพืชชอบแสดงแดดโดยพยายามเอนเอียงต้นไปในที่ ๆ มีแสง หรือจัดใบให้ได้รับแสงแดดมากที่สุดเราก็ตั้ง hypothesis ว่าแสงแดดจำเป็นต่อการปรุงอาหารของพืช จากนั้นก็เริ่มทำการทดลองโดยใช้พืชชนิดเดียวกัน 2 ต้นปลูกในดินชนิดเดียวกันรดน้ำให้เหมือนกัน และอยู่ที่ ๆ ไดรับอากาศเหมือนกัน ต่างกันที่ต้นหนึ่งให้ได้รับแสงแดด แต่อีกต้นหนึ่งอยู่ในที่มืดไม่ได้รับแสงเลยต่อจากนั้นก็นำใบพืชมาวิเคราะห์หาเปอร์เซ็นต์แป้ง จะพบว่าไม่มีแป้งในใบพืชที่ไม่ได้รับแสงแดด จากการทดลองนี้ก็พอสรุปได้ว่าแสงแดดจำเป็นต่อการปรุงอาหารของพืช

Probability, Hypothesis, Theory, Law

Probability หมายถึงโอกาสที่จะเป็นไปได้ เช่นการโยนเหรียญบาทโอกาสที่จะออกหัวเท่ากับ โอกาสที่จะแสดงออกก้อยเป็น ปัจจุบันการทดลองทางวิทยาศาสตร์มักจะอธิบายผลในรูปของ probability โดยคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ ถ้า probability สูงโอกาสที่ hypothesis จะเป็นจริงได้ก็มาก

Hypothesis คือสมมุติฐานที่ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเพียงคำอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติ ยังไม่มีหลักฐานหรือข้อพิสูจน์เพียงพอ

Theory ทฤษฏี ก็คือ hypothesis ที่เป็นจริงมีหลักฐานข้อพิสูจน์ยืนยันด้วยความเชื่อมั่นแน่นอน

Law หมายถึงกฎที่ใช้อธิบายเหตุการณ์ หรือปรากฏการณ์ในธรรมชาติ ซึ่งเหตุการณ์หรือปรากฏการณ์นั้นแน่นอนไม่เปลี่ยนแปรภายในสภาพแวดล้อมอย่างเดียวกัน

วิทยาศาสตร์และชีววิทยา

Science as a self-correcting system

ผลงานทางวิทยาศาสตร์ขึ้นอยู่กับการทดลองเป็นส่วนใหญ่นักวิทยาศาสตร์รักที่จะรายงานผลการทดลองอย่างตรงไปตรงมา เพราะทุกคนมีสิทธิ์ที่จะทำการทดลองเพื่อเช็กผลการทดลองของผู้อื่นได้ ด้วยเหตุนี้อาจถือได้ว่า วิทยาศาสตร์เป็นระบบที่แก้ข้อผิดไปในตัวเองได้ (self correcting system) ระบบนี้เป็นลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์ซึ่งหลักการไม่สามารถจะนำไปใช้กับ ปรัชญา หรือมนุษย์วิทยาได้ แต่ไม่ได้หมายความว่างานวิทยาศาสตร์จะไม่มีข้อผิดพลาด เพราะนักวิทยาศาสตร์เองก็ยังเป็นมนุษย์ธรรมดาที่สามารถทำผิดพลาดได้ ความแน่นอนในการทดลองจึงขึ้นอยู่กับพื้นฐานและความชำนาญของนักวิทยาศาสตร์แต่ละคน

Biology as a science

ชีววิทยา หมายถึงการศึกษาสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แต่ชีววิทยาก็เป็นเพียงสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ ในการศึกษาชีววิทยาจึงจำเป็นต้องใช้ methods of science เช่นเดียวกับวิทยาศาสตร์แขนงอื่น ๆ

มนุษย์เราสนใจชีววิทยามานานแล้ว แต่การศึกษานั้นเป็นไปอย่างช้าและส่วนมากชีววิทยามักจะตามหลังเหตุการณ์หรือการปฏิบัติที่เราเห็นในชีวิตประจำวัน ชีววิทยาเพิ่งจะเริ่มก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในระยะ 30 ปี ที่ผ่านมานี่เอง แต่การค้นพบ (discoveries) เก่า ๆ ก็ยังคงมีความสำคัญและยังเป็นที่ยอมรับอยู่ ประวัติความเจริญก้าวหน้าของชีววิทยามีมาช้านานแล้ว เพื่อที่จะทำให้เข้าใจชีววิทยาดีขึ้นจึงจำเป็นที่จะต้องรู้จักบุคคลสำคัญและผลงานของเขาในด้านนี้บ้าง

Development in biology

กรีกเป็นชาติแรกที่ทิ้งหลักฐานการศึกษาไว้หลายอย่าง ชาวกรีกส่วนมากเป็นนักปรัชญา และยังเป็นนักสังเกตปรากฏการณ์ในธรรมชาติที่สามารถอีกด้วย Hippocrates ซึ่งได้ชื่อว่าเป็น Father of medicine ได้ตั้งโรงเรียนแพทย์ขึ้นเมื่อ 420 BC. หลักใหญ่ทางการแพทย์ที่เขาวางไว้คือโรคทั้งหมดมีตัวเชื้อโรคเป็นสาเหตุ มิได้เกิดจากภูตผี หรือคำสาปใด ๆ

นักวิทยาศาสตร์กรีกคนสำคัญถัดมาคือ Aristotle (384-322 BC.) Aristotle เป็นนักสังเกตที่มีความพยายามและความอดทนผู้หนึ่ง เขาได้เขียนหนังสือบรรยายรูปร่างลักษณะ กิริยาท่าทาง และนิสัยของสัตว์ไว้หลายชนิด Aristotle ได้สรุปไว้ว่า สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเท่านั้นที่ให้ลูกซึ่งมีรกติดมาด้วย ปลาส่วนใหญ่ออกลูกโดยวางไข่ แต่ปลาบางชนิดเช่นปลาฉลามออกลูกเป็นตัว ในแง่ Classification Aristotle ถือว่าพืชเป็นสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำส่วนสัตว์เป็นพวกชั้นสูงขึ้นมา มนุษย์เป็นพวกที่มีวิวัฒนาการก้าวหน้ามากที่สุด แม้ว่าจะเป็นนักสังเกตที่ดี Aristotle ก็มีความเห็นผิดหลายอย่าง เช่น เรื่องเพศ Aristotle เห็นว่าพ่อที่อ่อนแอจะได้ลูกเป็นผู้หญิง ถ้าพ่อแข็งแรงลูกจะเป็นผู้ชาย

ถักจากยุคกรีกมาก็เป็นสมัยโรมัน ชาวโรมันไม่ค่อยสนใจในการศึกษาสภาพแวดล้อมมากเหมือนกรีก ความเจริญก้าวหน้าหนักไปทางด้านการดำรงชีวิต การกินอยู่และแสนยานุภาพ เช่น การปกครอง การทำสงคราม บุคคลสำคัญในยุคนี้ได้แก่ Galen (2nd century A.D.) Galen เป็นผู้ที่มีความรู้ทางการแพทย์ ได้ทำการผ่าตัดศพเพื่อศึกษาส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย และได้อธิบาย function ของ organs ต่าง ๆ ไว้หนังสือที่เขียนไว้ส่วนใหญ่มากจากการศึกษาผ่าตัดลิง

Middle Age เป็นยุคมืด (ศตวรรษที่ 5-10) ความรู้และวิทยาการด้านต่าง ๆ หยุดชะงักลงไป ผลงานและการศึกษาโดยเฉพาะในด้านชีววิทยาก็พลอยหยุดชะงักตามไปด้วย ในสมัยถัดมาคือ Renaissance ยุคนี้ได้เริ้มมีการฟื้นฟูวิทยาการต่าง ๆ ตั้งแต่สมัยกรีกขึ้นมาอีกครั้งหนึ่งสิ่งใหม่อีกอย่างในยุคนี้ คือ การรู้จักตั้งคำถามและหาเหตุผลเพื่ออธิบายคำถามต่าง ๆ Modern biology เริ่มใน ค.ศ. ที่ 17 โดยบุคคลสำคัญ 2 คน คือ William Harvey และ Hales Harvey ได้ศึกษาและอธิบายการหมุนเวียนของโลหิตที่ผ่านห้องหัวใจไว้อย่างละเอียด เขาสรุปว่า โลหิตผ่านจากหัวใจห้องข้างขวาไปยังปอดและกลับจากปอดมายังหัวใจห้องข้างซ้ายเป็นการลบล้างความเข้าใจผิดของ Galen โดยสิ้นเชิง Hales เป็นผู้บึกเบิกทาง Physiology เขาได้แสดงให้เห็นว่า การดูดน้ำของต้นไม้ทางรากสัมพันธ์กับการคายน้ำทางใบ ในด้าน animal physiology Hales เป็นผู้เริ่มวัด blood pressure ได้สำเร็จ

การพัฒนากล้องจุลทรรศน์

The development of the microscope

กล้องจุลทรรศน์ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้การศึกษาด้านชีววิทยาก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว มีประวัติพอสังเขปดังนี้คือ ในปี 1950 Zacharies Janssens ช่างทำเลนซ์ชาว dutch ได้คิดทำกล้องจุลทรรศน์ขึ้นโดยใช้เลนซ์ 2 ตัวมาปิดหัวและท้ายท่อกลม ๆ ต่อมา Galileo (1564 – 1642) ได้ ปรับปรุงกล้องแบบนี้ให้เป็นกล้องส่องทางไกล Galileo ได้ใช้กล้องที่เขาทำขึ้นเองส่องดูดาวต่าง ๆ ในท้องฟ้า และได้พบว่าดาวพฤหัสมีดวงจันทร์โคจรรอบถึง ๔ ดวง

บุคคลสำคัญที่ใช้กล้องจุลทรรศน์ในทางชีววิทยาคือ Hooke และ Leeuwenhoek Hooke ได้ใช้กล้องที่เขาทำขึ้นส่องดูชิ้นไม้คอร์คบาง ๆ เขาเรียกรูพรุนซึ่งเป็นช่องว่าง ๆ เรียงติดกันว่า “เซล” Leeuwenhoek เป็นผู้พบ bacteria และ protozoans อีกหลายชนิดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ส่งดูหยดน้ำฝนและน้ำค้าง นอกจากนี้เขายังดู sperm และได้อธิบายลักษณะของ sperm ไว้อีกด้วย

The development of classification system

การจัดลำดับพืชและสัตว์เริ่มมีมาตั้งแต่สมัยกรีก Aritotle เป็นคนแรกที่จัดลำดับสัตว์โดยอาศัยหน้าที่โครงสร้าง และระบบสืบพันธุ์ John Ray (1627 – 1705) นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษได้วางรากฐานการจัดลำดับพืชและสัตว์จัดเป็นหมวดหมู่โดยอาศัยโครงสร้างเป็นหลัก Ray แบ่งพืชออกเป็น herb, shrub และ

tree สวนสัตว์เขาแบ่งออกเป็น 2 พวกใหญ่ ๆ คือ vertebrate และ invertebrate

ในศตวรรษที่ 18 Carolus Linnaeus (1707 – 1778) ได้ว่างรากฐานการจัดลำดับพืชและสัตว์ใหม่ ระบบและหลักการของเขาเป็นที่ยอมรับและเป็นพื้นฐานการจัดลำดับพืชและสัตว์ในปัจจุบัน Linnaeus เริ่มใช้ชื่อวิทยาศาสตร์ (scientific name) สำหรับพืชและสัตว์ ประกอบด้วยชื่อ genus และ species

The synthesis of the 19th century

ศตวรรษที่ 19 เป็นระยะที่สำคัญของชีววิทยา เพราะมี concepts ใหม่เกิดขึ้นมาก โดยเฉพาะในสาขา embryology, heredity และ cytology เริ่มจากทฤษฏีของเซลซึ่ง Schwann และ Schleiden ตั้งขึ้นมีใจความว่า สิ่งที่มีชีวิตประกอบด้วยเซล ในด้านพันธุกรรม Mendel ได้รายงานผลการทดลองของเขาในปี 1866 Karl Von Baer ได้รายงานการเจริญเติบโตของไข่ที่ได้รับการผสมว่า เซลจะแบ่งตัวออกเป็น germ layer 3 ชั้น คือ ectoderm, endoderm และ mesoderm ในปี 1875 Oscar Hertwig ได้พิสูจน์ให้เห็นว่า nucleus ของไข่ที่ผสมแล้วได้มาจากการรวมตัวของ nucleus ของไข่และ sperm นับเป็นก้าวสำคัญในด้าน embryology นอกจากนี้ Louis Pasteur ยังได้ทำการทดลองลบล้างความเข้าใจผิดเกี่ยวกับ Charles Darwin และ Wallace ก็ได้เสนอทฤษฏีว่าด้วย natural species ซึ่งอธิบายการวิวัฒนาการและการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตไว้ว่า species ที่กำรงและสืบพันธุ์อยู่ได้ก็เนื่องจากมีลักษณะดีเด่นและเหมาะสมกว่า ส่วน species ที่อ่อนแอก็สูญพันธุ์ไป

Twentieth – century biology

ในปัจจุบันกล้อง electron microscope ช่วยให้การศึกษาเรื่องเซลและโครโมโซมละเอียดขึ้น พันธุ์ศาสตร์ (genetics) จึงเป็นที่เข้าใจและมีหลักอธิบายได้ชัดแจ้ง สิ่งมีชีวิตถูกศึกษาละเอียดถึงระดับโมเลกุลสาขาวิชานี้มีชื่อว่า molecular biology ยังมีสิ่งต่าง ๆ อีกหลายอย่างที่มนุษย์ยังไม่ทราบ หรือทราบแต่ยังหาเหตุผลอธิบายไม่ได้ การศึกษาในระดับโมเลกุลจะช่วยให้มนุษย์เราตอบปัญหาต่าง ๆ เหล่านี้ได้ดีขึ้น

สสารและสารเคมีในร่างกาย

Chemistry and Life

ถ้าเราพิจารณาดูพืชและสัตว์ เพราะจะพบว่าทั้งพืชและสัตว์ต้องการแร่ธาตุชนิดต่าง ๆ เพื่อนำไปสร้างส่วนประกอบต่าง ๆ ของมัน และเพื่อนำไปใช้ในขบวนการเคมีที่เกิดขึ้นภายในพืช ซึ่งเราเรียกว่า ขบวนการชีวเคมี (biochemical processes) ผลของขบวนการชีวเคมีที่สลับซับซ้อนภายในพืชและสัตว์ก่อให้เกิดพลังงานและสารเคมีที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตจึงเห็นได้ว่าสิ่งมีชีวิตมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสารเคมีและขบวนการชีวเคมี

ก่อนที่เราจะศึกษาขบวนการชีวเคมี มีความจำเป็น ที่เราจะต้องมีความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกีบวิชาเคมีเสียก่อน สิ่งที่เราควรศึกษาคือสารเคมีเหล่านั้นมีหน่วยมูลฐานและโครงสร้างอย่างไร และมันเกิดขึ้นได้อย่างไรคำตอบของปัญหาเหล่านี้จะนำไปสู่คำตอบของปัญหาใหญ่ ๆ ที่เกี่ยวข้องกับขบวนการต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น ในสิ่งที่มีชีวิต

Matters and Elements

นักปราชญ์ชาวกรีกชื่อ Thales (ก่อนคริสต์ศักราช 600 ปี) ได้ให้ข้อคิดเกี่ยวกับการกำเนิดและโครงสร้างของสสารว่า“สสารทุกชนิดได้มาจากน้ำ”ต่อมาในศตวรรษเดียวกัน Anaximenes ซึ่งเป็นนักปราชญ์ชาวกรีกเช่นเดียวกันได้กล่าวไว้ว่า“สสารทุกชนิดมากจากอากาศ”ส่วน Heractitus บอกว่า“ไฟต่างหากที่เป็นสารเริ่มต้นของสสารทุกชนิด”Empedocles นักปราชญ์ชาวกรีกรุ่นต่อมาได้เพิ่มเติมข้อคิดเห็นและสรุปว่า“สสารมีต้นกำเนิดมาจากดิน น้ำ ลม และไฟ”

Democritus เป็นชาวกรีกคนแรกที่ได้ให้ชื่ออนุภาคเล็ก ๆ ที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้ว่า atomos และได้ให้ความเห็นว่า atomos มีหลายชนิดซึ่งมีสมบัติทางกายภาพต่างกัน

ในคริสต์ศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ใช้เวลาไปในการค้นคว้าเกี่ยวกับคุณสมบัติของธาตุชนิดต่าง ๆ ที่ถูกค้นคว้าเกี่ยวกับคุณสมบัติของธาตุชนิดต่าง ๆ ที่ถูกค้นพบขึ้นใหม่ในช่วงเวลานั้น ในระยะนี้ธาตุและสารประกอบชนิดใหม่ ๆ พร้อมด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัวถูกค้นพบอย่างกว้างขวาง นอกจากนั้นได้มีผู้นำธาตุชนิดต่าง ๆ มาแสดงคุณสมบัติของมันต่อหน้าฝูงชนซึ่งเป็นการแสดงที่ได้รับความสนใจมากเพราะเป็นสิ่งที่แปลกและใหม่

ในปี 1661 นักเคมีชาวอังกฤษชื่อ Robert Boyle ให้คำนิยามของธาตุไว้ดังนี้“ธาตุคือสารที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้ต่อไปโดยขบวนการหรือวิธีการใดวิธีการหนึ่ง”ในปี 1808 John Daltor นักเคมีชาวอังกฤษได้ตั้งทฤษฏีของอะตอมและใช้คำว่า atom แทนคำว่า atomos ของ Democritus Dalton ได้กล่าวว่า atomsคืออนุภาคที่เล็กไม่สามารถแบ่งแยกและไม่สามารถทำลายได้(แต่เวลานี้เราทราบแล้วว่า atom ยังสามารถแบ่งออกเป็น proton neutron และ electron)

Atom and Molecules

Atoms คืออนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุอะตอมประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังนี้ คือ electrons, protons และ neutrons และส่วนประกอบอื่น ๆ อีก (แต่ไม่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับรากฐานของอะตอม)

อะตอมชนิดเดียวกันหลายอะตอมมาเกาะรวมกันเราเรียกว่า ธาตุ (element) เช่นธาตุไฮโดรเจน ธาตุฮีเลียม ธาตุคาร์บอน และธาตุออซิเจน เป็นต้น ถึงแม้ว่าธาตุมีอยู่ร้อยกว่าชนิด ที่สำคัญต่อการดำรงชีวิตมีอยู่ 16 ธาตุเท่านั้น เมื่ออะตอมตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปมารวมกันเราเรียกว่าสารประกอบ (compound) และหน่วยรากฐาน (Fundamental unit) ของสารประกอบเราเรียกว่า molecule เช่น ไฮโดรเจน 4 อะตอม รวมตัวกับคาร์บอนหนึ่งอะตอมได้เป็นโมเลกุล methane (CH4)

กำเนินโลก กำเนินชีวิต

The original of the universe

นักวิทยาศาสตร์มีความคิดที่แตกต่างกันในเรื่องของการเกิดจักรวาลและได้พยายามตั้งทฤษฏีขึ้นหลายทฤษฏี แต่ทฤษฏีที่มีชื่อเสียงมีอยู่สองทฤษฏี

1. Explosion theory กล่าวว่าจักรวาลเกิดจากการแตกแยกของสสารที่ใหญ่ เมื่อสมัย 10 พันล้านปีมาแล้ว จักรวาลยังรวมตัวกันอยู่ และเกิดการแตกแยกออกจากกันในเวลาต่อมา
   1. Steady-state theory กล่าวว่าจักรวาลมีมาแต่เดิมไม่มีจุดกำเนิดและไม่มีจุดสลาย

Stars, Galaxies, and our solar system

เป็นที่ยอมรับกันว่าดวงดาวคือมวลของสารที่โคจรอยู่ในอวกาศ และดวงดาวต่าง ๆ เป็นหน่วยพื้นฐานของจักรวาล ดวงดาวที่อยู่กันเป็นกลุ่ม ๆ เรียกว่า galaxies เมื่อดูจากกล้องส่องทางไกล (mount Palomar telescopes) ในรัฐเคลิฟฟอร์เนียประเทศสหรัฐอเมริกาได้พบว่ามีประมาณ 260,000,000 (260 ล้าน) กลุ่ม ที่ galaxy แต่ละกลุ่มมีดวงดาวอยู่ประมาณ 10 พัน ล้านดวง ใน galaxy กลุ่มหนึ่งจะมีดวงดาวเกิดขึ้นเรื่อย ๆ จากากรรวมตัวของฝุ่นและ gases ใน galaxy นั้น ๆ

Our solar system

ทฤษฏีของ “explosion theory” กล่าวว่าสุริยจักรวาลมีกำเนิดมาประมาณเจ็ดพันล้านถึงสิบพันล้านปี ซึ่งเป็นเวลาเดียวกับ galaxies กำเนิดขึ้นมา ในปี 1796 นักดาราศาสตร์ ชื่อ Laplace ได้ตั้งทฤษฏีการเกิดของ สุริยจักรวาลว่า“สุริยจักรวาลกำเนิดมาจาก กลุ่มแกสที่ร้อนมารวมตัวกัน จนเกิดเป็นดวงอาทิตย์ขึ้น และดวงอาทิตย์ที่ยังร้อนจัดอยู่นั้นเกิดการหมุนและปล่อยสะเก็ดดาวออกมาเป็นดวงดาวต่าง ๆ ที่โคจรอยู่รอบดวงอาทิตย์ และดวงดาวต่าง ๆ เหล่านั้นก็ได้เย็นลงตามลำดับ”

โมเลกุลต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

THE MOLECULES OF LIFE

สารที่พบในสิ่งมีชีวิตนั้นถึงแม้ว่ามีพื้นฐานอันเดียวกันกับสารที่พบในสิ่งที่ไม่มีชีวิต ถ้าเราพิจารณาถึงชนิดและปริมาณของธาตุและขนาดของโมเลกุลของสารที่พบในสิ่งที่มีชีวิตกับสิ่งที่ไม่มีชีวิตแล้วจะพบว่ามีความแตกต่างกัน ธาตุที่พบในสิ่งที่มีชีวิตนั้นส่วนใหญ่จะได้แก่ธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน และพบว่าธาตุคาร์บอนมีจำนวนมากที่สุดเพราะว่าธาตุคาร์บอนมีคุณสมบัติที่จะรวมตัวกับธาตุอื่นได้มากและสามารถสร้างโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ ๆ ได้ดี ดังนั้นธาตุคาร์บอนจึงเป็นธาตุข้อมูลฐานของสิ่งมีชีวิต เราเรียกสารประกอบขั้นมูลฐานที่มีธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบนั้นว่า organic compounds ซึ่งเราสามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ได้ดังนี้คือ

1. Carbohydrates
2. Fats and oils
3. Proteins
4. Vitamins

1. Carbohydrates สารจำพวก carbohydrates นี้มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิต พืชและสัตว์ใช้ carbohydrates เป็นแหล่งของพลังงานนอกเหนือจากนี้ยังพบว่า carbohydrates เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของสิ่งที่มีชีวิต เช่น โครงสร้างของพืชทุกชนิดประกอบด้วย cellulose ซึ่งเป็นสารจำพวก carbohydrates เป็นต้น

ในโมเลกุลของ carbohydrates จะประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจน (อัตราส่วนของไฮโดรเจนต่อออกซิเจนเท่ากับ 2 : 1 โดยจำนวนอะตอมเสมอ) โมเลกุล carbohydrates มีขนาดต่าง ๆ กับบางโมเลกุลนี้มีน้ำหนักโมเลกุลถึงห้าแสนหรือมากกว่าสารคาร์บอนไฮเดรทเหล่านี้ไม่ว่าจะเป็นสารที่มีโมเลกุลใหญ่หรือเล็กจะประกอบด้วยหน่วยมูลฐานย่อย ๆ ซึ่งเราเรียกว่า sugar

สารจำพวกคาร์โบไฮเดรทอาจจำแนกออกเป็นหมู่ ๆ ได้ดังนี้

1. Simple sugars หรือ monosaccharide เป็นสารจำพวกน้ำตาลมีโมเลกุลเล็ก simple sugars อาจแบ่งออกได้อีกเป็นสองจำพวกคือ น้ำตาลที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบอยู่ 5 อะตอม เรียกว่า pentoses ตัวอย่างเช่น ribose และ ribulose อีกจำพวกหนึ่งได้แก่น้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 อะตอม เราเรียกว่า hexoses ตัวอย่างเช่น glucose, fructose และ galactose น้ำตล glucose ซึ่งมีสูตร C6H12O6 จัดว่าเป็นน้ำตาลที่สำคัญที่สุดกล่าวคือ น้ำตาลชนิดนี้เป็นสารที่ละลายอยู่ในเส้นเลือดและถูกลำเลียงไปสู่ส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อสร้างพลังงานให้แก่การทำงานของระบบต่าง ๆ ของร่างกาย
2. Disaccharides เป็นน้ำตาลที่ประกอบด้วย simple sugar 2 โมเลกุล ตัวอย่างเช่น maltose ประกอบด้วย glucose 2 โมเลกุล และ sucrose ประกอบด้วย glucose และ fructose อย่างละหนึ่งโมเลกุล

น้ำตาล sucrose นี้พบมากในอ้อยและ sugar beets เราจึงนำพืชทั้งสองชนิดมาใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อป้อนโรงงานทำน้ำตาล

ความสำคัญทางสรีรวิทยา (physiological) ของน้ำตาล sucrose คือ ส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลที่อยู่ในระบบการลำเลียงในพืชชั้นสูง

1. Polysaccharides สารที่อยู่ในจำพวกนี้ประกอบด้วย simple sugar มากกว่า 2 โมเลกุล เช่นแป้งซึ่งเป็นอาหารสะสมในพืชและเป็นอาหารของสัตว์เมื่อกินเข้าไปแป้งก็จะถูกย่อยเป็น maltose และ glucose ตามลำดับcelluloseเป็นสารที่พบในพืชทุกชนิดทำหน้าที่เป็นโครงสร้างที่แข็งแรงของพืช cellulose ปกติเป็นสารที่ย่อยได้ยากมาก เมื่อสัตว์กินเข้าไปแล้วจะถูกขับออกมากับอุจจาระแต่ในสัตว์บางชนิดเช่นกระต่าย โค ม้า เป็นต้น มี enzyme ชนิดหนึ่งเรียกว่า cellulose ซึ่งอยู่ในลำไส้ใหญ่สามารถย่อยสาร cellulose ได้

2. Fats and Oilไขมันและสารที่คล้ายคลึงกับไขมันรวมเรียกว่า lipids สารจำพวกนี้ละลายได้ใน ether และ chloroform ไขมันประกอบด้วย fatty acid และ glycerol และมีธาตุสามธาตุเป็นองค์ประกอบคือ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ซึ่งเหมือนกันกับองค์ประกอบของสารคาร์บอไฮเดรท ที่ต่างกันคือสารไขมันมีออกซิเจนในอัตราส่วนที่ต่ำกว่า

ความแตกต่างระหว่าง fats และ oils มีดังต่อไปนี้คือ fats มีสภาพเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง (room temperature) Oils มีสภาพเป็นของเหลวที่อุณหภูมิดังกล่าว โมเลกุลของ fat มี double bonds น้อยกว่าโมเลกุลของ oil สารที่มี double bond เรียกว่า unsaturated substances ซึ่งเป็นสารที่มีประโยชน์ต่อร่างกายของสัตว์

เมื่อสัตว์กินอาหารจำพวกนี้เข้าไป อาหารเหล่านี้จะถูกย่อยเป็น fatty acid และ glycerol ส่วนประสิทธิภาพของการย่อยนั้นขึ้นอยู่กับความยาวของโมเลกุล ไขมันที่มีโมเลกุลยาวจะถูกย่อยได้ยาก

3. Proteinsเป็นสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลของ amino acids ต่อเชื่อมกันเป็นโมเลกุลใหญ่ของโปรตีน ธาตุที่เป็นองค์ประกอบของสารชนิดนี้คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน

โปรตีนเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของ protoplasm คนเราประกอบด้วยสารชนิดนี้มากเป็นที่สองรองจากน้ำ (ประมาณ 50% โดยน้ำหนักแห้ง) เช่นเดียวกันกับในพืช ถ้าหักน้ำหนักของ cellulose และ lignin ออกโปรตีนก็จัดว่าเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของพืชเช่นเดียวกัน

โปรตีนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของ RNA, DNA, primary cell wall และ enzyme ชนิดต่าง ๆ ดังนั้นจึงพบโปรตีนได้ทั่วไปใน cell ของสัตว์และพืช

เมล็ดพืชสะสมโปรตีนไว้ในรูปของอาหารสะสม สัตว์ดูเหมือนจะต้องการโปรตีนในรูปของ amino acids มากกว่าในรูปของโปรตีน เพราะเมื่อสัตว์กินอาหารจำพวกโปรตีนเข้าไปโปรตีนจะต้องถูกย่อยให้เป็น amino acid ชนิดต่าง ๆ และถูกนำไปใช้ในขบวนการต่าง ๆ

คนเราต้องการโปรตีนที่ได้จากพืชและสัตว์ โปรตีนที่ได้จากสัตว์มีคุณค่าทางอาหารสูงกว่าโปรตีนที่ได้จากพืช เพราะโปรตีนที่ได้จากพืชค่อนข้างจะย่อยยากกว่าโปรตีนที่ได้จากสัตว์ ทั้งปริมาณโปรตีนที่ได้จากพืชมีปริมาณน้อยกว่าที่ได้จากสัตว์อีกด้วย

4. Vitaminsกัปตันเรือชาวอังกฤษยชื่อ James Lind ได้แนะนำให้ลูกเรือของเขารับประทานทะนาวเพื่อป้องกันและแก้โรคเลือดออกจากตามไรฟันซึ่งสมัยนั้น (ค.ศ.1757๗ เรียกโรคนี้ว่า “Limies” (นี่คือที่มาของการศึกษาเรื่องไวตามิน)

ต่อมาในปี ค.ศ.1912 F.G. Hopkins และ C. Funk กล่าวว่ามีสารจำพวกหนึ่งมีความสำคัญต่อกรรมวิธีทางสรีรของมนุษย์ ซึ่งทั้งสองให้ชื่อว่า “Vitamins” (Vital + amines) การที่ใช้ชื่อเช่นนี้เพราะว่าท่านทั้งสองได้สังเคราะห์สารดังกล่าวเป็นครั้งแรกและสารนั้นเป็น amine ชนิดหนึ่ง ต่อมาคำว่า “Vitamin” (โปรดสังเกตว่าไม่มี e ข้างท้าย) ใช้เรียกสารที่มีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตแต่ใช้ในปริมาณเล็กน้อย

ต่อมาได้มีการศึกษาเกี่ยวกับสารที่เป็นไวตามินอย่างกว้างขวาง จากตารางแสดวงไวตามินชนิด ต่าง ๆ ที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตฤ

ลักษณะของชีวิต

ชีวิตคืออะไร

ชีวิตเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของเซลและสารเคมีชนิดต่าง ๆ มีอยู่ในเซลดังนั้นเราสามารถให้คำจำกัดความง่าย ๆ ของคำว่า “ชีวิต” ได้ดังนี้ “ชีวิตคือ เซลที่ประกอบด้วย nucleic acids ชนิดต่าง ๆ” สารประกอบ nucleic acids นี้สามารถที่จะทำหน้าที่เพิ่มตัวควบคุมลักษณะของเซลอวัยวะและรูปร่างของสิ่งมีชีวิตได้ นอกจากนั้น nucleic acids ยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างกะทันหัน (mutate) ทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงในการควบคุมลักษณะของเซล อวัยวะ และรูปร่างของสิ่งที่มีชีวิต

โดยทั่วไปคำว่า “ชีวิต” มักจะพูดไปในรูปของสารที่มีชีวิตซึ่งเรียกว่า protoplasm ใน protoplasm มีสารที่สำคัญต่อการควบคุมลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต นอกจากนั้นสารนี้ยังควบคุมขบวนการทางชีวะเคมีสารนั้นก็คือ nucleic acid ซึ่งได้แก่ DNA (deoxyribonucleic acid) ลักษณะสำคัญของสิ่งที่มีชีวิตมีดังนี้คือ

สิ่งที่มีชีวิตสามารถรับรู้ความรู้สึกต่อสิ่งเร้าภายนอกได้protoplasm สามารถตอบสนองทางสรีรวิทยาและทางกายภาพต่อน้ำเกลือที่เข้มข้นเป็นต้น สิ่งที่มีชีวิตสามารถตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมตัวอย่าง เช่น ต้นผักกระเฉดจะหุบใบเมื่อได้รับการกระทบกระเทือนจากภายนอก การเคลื่อนไหวของพืชก็เป็นตัวอย่างที่ดีสำหรับการตอบสนองเช่น ดอกทานตะวันเคลื่อนที่เข้ารับแสงอาทิตย์ตลอดเวลาไม่ว่าดวงอาทิตย์จะโคจรไปทางไหนก็ตาม การรับรู้ความรู้สึกของสัตว์ต่อสิ่งแวดล้อมก็เป็นสิ่งธรรมดาทั่วไป เช่น สัตว์เมื่อได้รับเชื้อโรคก็จะแสดงอาการออกมาให้เห็น ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่มีชีวิตสามารถตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมได้

สิ่งที่มีชีวิตยังจะต้องมีขบวนการต่าง ๆ เพื่อให้ได้มาซึ่งปัจจัยของการดำรงชีวิตและการเพิ่มพูน protoplasm พืช สัตว์ และสิ่งที่มีชีวิตเซลเดียวจะต้องดูดซึมสิ่งที่อยู่รอบ ๆ ตัวของมันเข้าไปอาจจะเป็นอาหารที่ปรุงไว้เรียบร้อยแล้วหรือวัตถุดิบซึ่งจำเป็นต่อขบวนการดำรงชีวิตของมันอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่าง พืชสามารถปรุงอาหารที่มันต้องการได้เอง โดยการดูดซึมแร่ธาตุเข้าไปทางราก สารที่เข้าไปในพืชแล้วจะถูกส่งไปให้ใบ เพื่อเป็นวัตถุดิบหรือเป็นสารที่จำเป็นต่อการปรุงอาหาร ขบวนการปรุงอาหารของพืชนี้เราเรียกว่า photosynthesis สารที่ได้จากขบวนการนี้เป็นสารขั้นมูลฐานที่พืชจะนำไปให้ปรุงอาหารชนิดอื่น ๆ ที่สำคัญต่อการดำรงชีวิต สัตว์ส่วนใหญ่ที่กินพืชหรือสัตว์เป็นอาหาร เมื่อกินอาหารเหล่านั้นเข้าไปแล้วก็ย่อยอาหารให้ได้ส่วนที่เล็กที่สุดแล้วอาหารที่ย่อยแล้วก็จะถูกดูดซึมเข้าเส้นเลือดเพื่อนำไปให้ในส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย ส่วนที่เหลือจากการย่อยก็จะถูกขับถ่ายออกมาเป็นอุจจาระ

สิ่งที่มีชีวิตจะต้องมีการสืบพันธุ์สิ่งที่มีชีวิตจะต้องสามารถสืบพันธุ์เพื่อรักษาพันธุ์ไว้ การสืบพันธุ์ของสิ่งที่มีชีวิตนั้นแตกต่างกันไปตามชนิดในสัตว์เริ่มตั้งแต่ แบ่งตัวเองจากหนึ่งเป็นสองจนกระทั่งออกลูกเป็นตัว ตัวอย่างของการสืบพันธุ์ของพืช คือการแตกหน่อ การสร้างสปอร์ การสร้างเมล็ด ฯลฯ

สิ่งที่มีชีวิตจะต้องมีการเจริญเติบโตหลังที่มีการสิบพันธุ์แล้วสิ่งที่มีชีวิตจะต้องมีการเจริญเติบโต การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตนี้เป็นสิ่งที่น่าพิศวงมาก กล่าวคือ หลังจากที่ sperm ได้ผสมกับไข่แล้ว ไข่ที่ถูกผสมก็จะเจริญเติบโตไปตามแบบแผนมัน ถ้าเป็นไข่ของหมูมันก็จะเจริญเติบโตเป็นหมู ไข่ของไก่ก็ได้ไก่ ไข่ของคนก็ได้ออกมาเป็นคน เช่นเดียวกับพืชถ้านำส่วนหนึ่งส่วนใดของพืชไปขยายพันธุ์ ก็จะได้พืชชนิดนั้นมา น่าพิศวงไปกว่านั้นอีก ถ้านำ meristem (เนื้อเยื่อที่มีการแบ่งตัวอยู่ตลอดเวลา) ไปปลูกโดยใช้เทคนิคของ tissue culture meristem นั้นก็จะเจริญเติบโตเป็นพืชชนิดนั้นอีก อะไรเป็นตัวควบคุมการเจริญเติบโตของสิ่งที่มีชีวิตเหล่านั้น ? สิ่งใดมีอำนาจควบคุมการเจริญเติบโตของสัตว์จากไข่ที่ผสมแล้วเพียงเซลเดียวหรือสองเซลให้เป็นตัวหมู ไก่ และคนได้ ? สิ่งใดมีอำนาจควบคุมการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อก้อนเดียวของพืชให้เป็นพืชที่มีลักษณะเหมือนกับพืชเดิมได้ ? ปัญหาเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบแล้วว่า DNA (Deoxyribonucleic acid) เป็นตัวควบคุมการเจริญเติบโตและการเปลี่ยนแปลงลักษณะต่าง ๆ ถ้ามีผู้หนึ่งผู้ใดถามขึ้นอีกว่า DNA ควบคุมการเจริญเติบโตให้เป็นไปตามแบบแผนเหล่านั้นได้อย่างไร ผู้ที่ตอบปัญหานี้ได้อย่างสมบูรณ์ก็ควรที่จะได้รับรางวัล Nobel prize อย่างแน่นอน

สิ่งที่มีชีวิตจะต้องปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมได้ดังได้กล่าวว่า DNA เป็นสาร สำคัญนี้ควบคุมการเจริญเติบโตของสิ่งที่มีชีวิต นอกเหนือจากนั้นสิ่งสำคัญที่ควบคุมการเจริญเติบโตอีกอย่างหนึ่งคือ สิ่งแวดล้อม ถ้าสิ่งแวดล้อมเหมาะสมการเจริญเติบโตก็เป็นไปด้วยดีและเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ส่วนมากแล้วสิ่งแวดล้อมมักจะไม่ได้อำนวยเสมอไป บางครั้งก็หนาวเกินไปบางครั้งก็ร้อนเกินไป สลับกันอย่างนี้เรื่อยไป ฉะนั้นสิ่งมีชีวิตจะต้องสามารถปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมมิฉะนั้นก็จะสูญพันธ์ไป ตัวอย่างเช่นสัตว์ที่อาศัยอยู่ตามขั้วโลกถ้าเป็นสัตว์เลือดอุ่น (อุณหภูมิของร่างกายคงที่) มันก็จะมีขนหนาเพื่อป้องกันความหนาว คนที่อาศัยอยู่ตามขั้วโลกก็จะต้องใส่เสื้อหนาเป็นพิเศษมิฉะนั้นก็จะทนหนาวไม่ได้ ตัวอย่างที่ดีของการปรับตัวของสัตว์ให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมอีกตัวอย่างหนึ่งได้แก่ สัตว์ที่ต้องกินเนื้อสัตว์เป็นอาหาร ก็จะต้องมีฟันที่แหลมคมเพื่อที่จะฉีกเนื้อสัตว์เป็นอาหาร ถ้าเราพิจารณาพืชเราก็จะพบว่าพืชปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมได้ เช่น พืชที่เจริญเติบโตในทะเลทรายจะมีลักษณะพิเศษคือ ลำต้นอวบสามารถเก็บน้ำไว้ได้ดี เท่านั้นยังไม่พอพืชเหล่านั้นยังปรับใบของมันให้มีขนาดเล็กจนเรามองเห็นเป็นหนามเล็ก ๆ เพื่อลดการสูญเสียน้ำ การปรับตัวเพื่อไม่ให้ศัตรูมองเห็นได้ง่ายก็เป็นความสามารถของสิ่งที่มีชีวิตอย่างหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ตั๊กแตนใบไม้มีปีกคล้ายกับใบไม้มาก เมื่อเกาะอยู่กับต้นไม้ทำให้ศัตรูมองเห็นตัวมันได้ยากขึ้น เขียดสามารถเปลี่ยนสีตัวมันเองได้จากสีเขียวจนถึงสีน้ำตาลแก่ เพื่อให้กลมกลืนกับสภาพแวดล้อม

สิ่งมีชีวิตสามารถปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมเพื่อให้การเจริญเติบโตเป็นปกติ และเพื่อให้ตัวเองรอดพ้นจากศัตรูที่มารบกวน

ท่านทราบไหมว่าสิ่งที่มีชีวิตบางชนิดสามารถปรับสิ่งแวดล้อมให้เข้ากับตัวเอง ตัวอย่างเช่น คนสามารถปรับบรรยากาศของห้องให้เหมาะสมกับตัวเอง ถ้าอากาศร้อนเกินไปเราก็จะใช้พัดลมหรือเครื่องทำความเย็นเข้าช่วยเพื่อทำให้อากาศรอบ ๆ ตัวเหมาะสม ตอนกลางคืนมืด มนุษย์ก็พยายามประดิษฐ์แสงขึ้นมาทำให้เกิดความสว่างไสวขึ้น เหล่านี้เป็นตัวอย่างบางส่วนที่สิ่งมีชีวิตสามารถทำได้

อาจจะกล่าวโดยสรุปว่า“ชีวิต”คือ“เซลที่ประกอบด้วยสาร nucleic acids และคุณสมบัติของสิ่งที่มีชีวิตมีดังนี้คือ สามารถรับความรู้สึก สามารถสืบพันธุ์ได้ เจริญเติบโตได้ และสามารถที่จะปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมได้”

เซลล์ของสิ่งมีชีวิต 

Cell

เซลของสิ่งมีชีวิตมีรูปร่างขนาดแตกต่างกันออกไปตามชนิดของพืชและสัตว์ แม้ว่าจะเป็นพืชหรือสัตว์ชนิดเดียวกัน แม้ว่าจะเป็นพืชหรือสัตว์ชนิดเดียวกัน เซลตามส่วนต่าง ๆ ของร่างกายก็แตกต่างกันออกไปอีก นักชีววิทยาหลายคนได้เปรียบเทียบเซลที่ประกอบเป็นรูปร่างของสิ่งมีชีวิตกับก้อนอิฐที่ใช้ในการก่อสร้างอาคารบ้านเรือนซึ่งอิฐที่ใช้มีหลายชนิด หลายขนาด อย่างไรก็ดีอิฐแต่ละก้อนก็ยังเป็นก้อนอิฐ เช่นเดียวกับเซลตามส่วนต่าง ๆ ของร่างกายแม้ว่าจะมีขนาดรูปร่างต่างกัน เซลแต่ละเซลก็ยังเป็นเซล

เนื่องจากว่าตาจองคนสามารถมองเห็นของที่เล็กที่สุดเส้นผ่าศูนย์กลางไม่ต่ำกว่า นิ้ว (o.๑ มม.) แต่เซลของพืชและสัตว์มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ มม. หรือเล็กกว่า การศึกษาเซลและส่วนประกอบของเซลจึงจำเป็นต้องอาศัยกล้องจุลทรรศน์ วิชาที่ว่าด้วยการศึกษาเซลเรียกว่า cytology ในปัจจุบันกล้องจุลทรรศน์ ได้ถูกปรับปรุงให้ดีขึ้น กำลังขยายสูงขึ้น การศึกษาเซลจึงสามารถทำได้ละเอียด ทำให้รู้และเข้าใจหน้าที่ของส่วนประกอบภายในเซลได้ดีขึ้น กล้อง electron microscope สามารถส่องดูของที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กถึง นิ้ว

Cell and Cell Theory

Robert Hooke เป็นคนแรกที่ใช้คำ cell เรียกช่องว่างของชิ้นไม้คอร์คที่เขามองเห็นจากกล้องจุลทรรศน์ ในศตวรรษที่ 19 ส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในเซลได้ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์หลายท่าน

ในปี 1839 Schwann และ Schleiden ได้ตั้งทฤษฏีของเซลขึ้นมีใจความว่า สิ่งที่มีชีวิตประกอบด้วยเซล ต่อมา Rudolf Virchow ได้ขยายความทฤษฏีเซลออกไปว่า เซลใหม่เกิดมาจากเซลเก่า ในแง่วิวัฒนาการก็พอสรุปได้ว่า สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในปัจจุบันมีวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษเดียวกัน

Cell membrane

โครงสร้างของ cell membrane ประกอบด้วย ชั้นตอน protein หุ้มชั้นของ lipids ไว้คล้ายกับแซนวิส ตามผนังของเซลจะมีรูพรุนเป็นทางผ่านของสารต่าง ๆ เข้าไปในเซล

มีทฤษฏีที่อธิบายการผ่านของสารเข้าไปในเซล 2 ทฤษฏี ทฤษฏีแรกเกี่ยวข้องกับ ion และโปรทีน เนื่องจาก cell membrane ประกอบด้วยชั้นของโปรทีน หน่วยที่เล็กที่สุดของโปรทีน คือ amino acid amino acid นี้สามามารถมีประจุได้ทั้งบวกและลบทั้งนี้แล้วแต่สภาพทางเคมีของเซล ion ของสารที่จะผ่านเข้าไปในเซลจึงต้องมีประจุต่างกับประจุของ amino acid ถ้าเป็นประจุชนิดเดียวก็ผลักกัน ion นั้นก็ไม่สามารถจะผ่าน cell membrane เข้าไปได้ อีกทฤษฏีหนึ่งอธิบายว่า สารที่ผ่านเข้าไปในเซลได้ต้องเป็นสารที่ละลายใน lipids โมเลกุลของสารพวกนี้เข้าไปในเซลได้โดยละลายผ่านชั้น lipid ของ cell membrane

Phagocytosis, pinocytosis

Technical term ทั้งสองนี้หมายถึงการกินอาหารของเซล โดยการเขมือบอาหารเข้าไปในเซลคล้ายกับการกินอาหารของ amoeba คือ เซลขยายตัวล้อมรอบอาหารไว้ ถ้าอาหารเป็นของแข็งการกินอาหารนั้นเรียกว่า phagocytosis ถ้าอาหารเป็นของเหลวหรือหยดของเหลวของกินอาหารนั้นเป็น pinocytosis (pinoytosis = cell drinking)

ออร์เเกเนลล์ภายในเซลล์

Cytoplasm, endoplasmic reticulum, ribosomes

ส่วน protoplasm ภายในเซลทั้งหมดยกเว้น nucleus เรียกว่า cytoplasm เมื่อดูด้วยกล้อง electrom microscope จะเห็น cytoplasm เป็นร่างแหของ protein fiber เรียงขนานกัน ร่างแหนี้คือ endoplasmic reticulum (ER) ที่ผิวของ ER จะมี ribosome เกาะติดอยู่ แต่ ER ของเซลบางชนิดก็ไม่มี ribosome ติดอยู่เลย ER พวกนี้เป็น smooth ER George Palade แห่ง Rocke Feller Institute เป็นผู้พบ ribosome และยังได้พบว่าส่วนประกอบของ ribosome เป็นโปรทีนและ RNA (ribonucleic acid) เชื่อกันว่าหน้าที่ของ ribosome คือสังเคราะห์โปรทีนภายในเซล

Golgi apparatus

Golgi apparatus เป็น cytoplasmic organelle อันหนึ่งเมื่อมองจากกล้อง electron microscope จะเห็นเป็น lobe อยู่ใกล้กับ nucleus ผนังของ Golgi apparatus นิ่มและบาง หน้าที่คือสร้างและปล่อย cell secretion เช่น enzyme เซลตับอ่อนมี Golgi apparatus ใหญ่ เพราะตับอ่อนมีหน้าที่สร้างและปล่อยน้ำย่อยออกมาช่วยย่อยอาหาร

Mitochondria

Altmann เป็นผู้พบ mitochondria เป็นคนแรกและได้ให้ชื่อว่า bioblast ต่อมาในปี 1897 Benda เป็นคนที่ใช้คำ Mitochondria (mito = thread, chondrion = granule) แทน bioblast Mitochondria เป็นแหล่งพลังงานของเซล รูปร่างทั่วไปเป็นรูปไข่มี membrane 2 ชั้น ชั้นนอกเรียบชั้นในพับงอเข้าช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวให้มากขึ้น รอยพับนี้เรียกว่า cristae

mitochondria ประกอบด้วย DNA และ RNA DNA จะอยู่โดด ๆ ไม่เป็นร่างแหเหมือนใน nucleus มี hypothesis ที่น่าสนใจอยู่ 2 hypothesis เกี่ยวกับที่มาของ Mitochondria hypothesis แรกเสนอว่า mitochondria เกิดมาจากส่วนหนึ่งของ endoplasmic reticulum ซึ่งขาดหลุดออกมา อีก hypothesis หนึ่งเสนอว่าเกิดจาก free living organism ซึ่งอาจเป็น bacteria เข้าไปอาศัยอยู่ในเซลแล้วปรับตัวให้เข้ากับสภาพภายในเซลได้ จนกลายเป็นส่วนหนึ่งของเซลไปในที่สุด

Centriole

Walter Flemming (1875) เป็นผู้ที่พบบริเวณที่มี centriole เป็นคนแรก เขาเรียกบริเวณนี้ว่า centrosome ต่อมา Boveri ได้ตั้งชื่อจุดดำ 2 จุดในบริเวณนี้ว่า centriole รูปร่างของ centriole เป็นรูปทรงกระบอก ประกอบด้วย fibers เล็ก ๆ อยู่รวมกันเป็นกลุ่ม ที่น่าสนใจเกี่ยวกับ centriole คือ x-section และ longitudinal section ของ centriole และของส่วนฐานของ cilia หรือ flagella มีลักษณะคล้ายกันเชื่อกันว่า cilia และ flagella มีกำเนิดมาจาก centriole

ในระยะที่เซลแบ่งตัว centriole จะแยกไปที่ขั้วทั้งสองของเซลข้างละอัน ส่วน fiber ของ centriole จะยึดติดกับ chromosome แต่ละอันที่ centromere หลังจากเซลแบ่งตัวเรียบร้อยแล้ว daughter cell แต่ละเซลจะมี centriole อยู่เซลละอัน ต่อมา centriole แบ่งตัวออกเป็น 2 อัน แต่ละเซลจึงมี centriole 2 อันเหมือนเดิม

Plastids

Plastids จะมีในเซลพืชเท่านั้น plastids แบ่งได้เป็น 3 พวก คือ

1. chloroplast เป็น plastid ที่มีสีเขียว ภายในมี chlorophyll
2. leucoplast เป็น plastid ที่ไม่มี pigment อยู่เลย
3. chromoplast คือ plastid ที่มี pigment สีอื่นๆ นอกจากสีเขียว

Nucleus

nucleus เป็นส่วนสำคัญที่สุดของเซล จริงอยู่ที่เซล bacteria และ blue green algae บางชนิดไม่มี nucleus แต่เซลพวกนี้ก็มี nucleoprotein ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของ nucleus อยู่ในตำแหน่งของ nucleus และทำหน้าที่แทน nucleus เซล amoeba ถ้าใช้เข็มเขี่ยเอา nucleus ออกก็ไม่สามารถสืบพันธุ์ กินอาหาร และเคลื่อนที่ได้อย่างเดิมและจะตายไปในที่สุด แต่ถ้าเอา nucleus ของ amoeba ชนิดเดียวกันใส่กลับเข้าไปในเซลอีก เซลก็จะเคลื่อนไหว แบ่งตัวกินอาหารได้อย่างเดิม

nucleus ประกอบด้วย nuclear membrane ซึ่งมีรูพรุนอยู่ทั่วไปรูเหล่านี้มีขนาด 400 Ao. (1 angstrom = inch) ทำหน้าที่เป็นทางผ่านเข้าออกระหว่างของเหลวใน nucleus เรียกว่า nuclear sap หรือ nucleoplasm ใน nuclear sap มีเส้นใยของ chromatin material พันกันเป็นร่างแห chromatin material เป็นสาร DNA เสียส่วนใหญ่ RNA พบอยู่ใน nucleus เพียงส่วนน้อย ใน nucleus ยังมี nucleolus เป็นจุดดำ 2 จุด หรือาจมีจุดเดียวก็ได้ nucleus เป็นศูนย์กลางของขบวนการต่าง ๆ ภายในทั้งหมดและยังมีบทบาทสำคัญในการถ่ายทอดลักษณะอีกด้วย

Lysosome

lysosome เป็น cytoplasmic organelle ที่ถูกค้นพบในปี 1950 มีรูปร่างคล้ายกับ vacuole แต่มีขนาดใกล้เคียงกับ mitochondria ต่างกันที่ไม่มี cristae ภายใน lysosome มี enzymes ที่สามารถย่อย protein, polysaccharides และ nucleic acid ได้ ถ้าถุง lysosome แตก enzyme เหล่านี้จะย่อยส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในเซลทำให้เซลตายไปในที่สุด ด้วยเหตุนี้ lysosome จึงได้ชื่อว่า suicide bag ยังไม่เป็นที่เข้าใจว่า enzymes ต่าง ๆ เข้าไปในอยู่ lysosome ได้อย่างไร เชื่อกันว่า lysosome มีหน้าที่ช่วยในการย่อยและทำลายของเสียภายในเซล ตัวอย่างที่น่าสนใจเกี่ยวกับการย่อยทำลาย ได้แก่หางลูกอ๊อดที่หดหายไป ทั้งนี้เกิดจากเซลส่วนหางถูกย่อยทำลายไปโดย lysosome

เนื้อเยื่อพืช (Plant Tissue)

Plant tissues and animal tissues

Plant tissues

เนื้อเยื่อของพืชแบ่งออกตามตำแหน่งที่อยู่ และหน้าที่ได้เป็น 4 ชนิด

Meristematic tissue (growth)

Vascular tissue (conduction)

Founfamental tissue (storage and support)

Epidermal tissue (protection)

พืชชั้นต่ำอย่าง mosses ถึงแม้ว่าไม่มีราก ลำต้น ใบที่แท้จริงเหมือนพืชชั้นสูง แต่มี tissue ทำหน้าที่ต่าง ๆ คล้ายกับพืชชั้นสูง เช่น rhizoid ทำหน้าที่เป็นรากดูดน้ำและยึดลำต้นมีส่วนที่ทำหน้าที่แทนลำตันและใบ ความซับซ้อนของ tissue จึงมีมากขึ้นในพวก fern, conifer จนถึงพืชมีดอก (flowering plants)

Meristematic tissues

Meristematic tissues คือเยื่อเจริญ tissue ชนิดนี้ ประกอบด้วยกลุ่มเซลที่กำลังแบ่งตัว เยื่อเจริญพบที่ปลายยอดอ่อน ปลายราก และ ภายในลำต้น ที่ cambium

Vascular tissue

Vascular tissue ของพืชประกอบด้วย xylem และ phloem ซึ่งมีชื่อรวมเรียกว่า vascular bundle vascular bundle ในพืชใบเลี้ยงเดี่ยว (monocot) อยู่กระจัดกระจายทั่วไปในลำต้น xylem ของพืชใบเลี้ยงคู่คือเซลที่ได้จากการแบ่งตัวของ cambium ด้านใน ส่วน phloem คือเซลที่ได้จากการแบ่งตัวของ cambium ด้านนอก ชั้นของ xylem ใน พืชใบเลี้ยงคู่จะเพิ่มขึ้นปีละ 1 วง การดูอายุของพืชจึงสามารถดูได้จากวงปีหรือชั้นของ xylem

Xylem เป็นท่อทางเดินของน้ำและแร่ธาตุที่รากดูดขึ้นมาเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์แสง xylem tissue ประกอบด้วย tracheids และ vessels gymnosperm มีแต่ tracheid เท่านั้น ส่วน angiosperm มีทั้ง vessel และ tracheid tracheid เป็นเซลยาวปลายแหลม เมื่อเซลแก่ nucleus และ protoplasm จะหายไปเหลือแต่เซลซึ่งเป็นรูพรุนอยู่ทั่วไป รูเหล่านี้เป็นทางผ่านของน้ำและแร่ธาตุจากเซลหนึ่งไปสู่อีกเซลหนึ่ง vesselcell ที่พบใน angiosperm มีรูพรุนเช่นเดียวกับ tracheid แต่มีทางเปิดที่หัวและท้ายเซลทำให้น้ำและแร่ธาตุเดินติดต่อกันคล้ายกับท่อน้ำได้ vessels มีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่า tracheids

phloem ต่างกัน xylem ที่เซลมีผนังเซลปิดหัวและปลายเซล (end wall) ซึ่งมีรูพรุนอยู่ทั่วไป end wall พรุน ๆ นี้เรียกว่า sieve plate ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของอาหารที่สังเคราะห์จากใบไปเลี้ยงตามส่วนต่าง ๆ ของพืช ติดกับ phloem เป็น companion cell phloem cell เมื่อโตเต็มที่ nucleus จะหายไป เชื่อกันว่า nucleus ของ companion cell เป็นตัวควบคุมการทำงานของ phloem cell หลังจากที่ nucleus หายไป

Fundamental tissue

tissue ที่ทำหน้าที่ค้ำจุนลำต้น และสะสมอาหารคือ pith และ cortex แม้ว่า xylem จะทำหน้าที่ค้ำจุนด้วย แต่หน้าที่หลักของ xylem คือเป็นทางเดินของน้ำและแร่ธาตุอาหาร fundamental tissue แบ่งได้เป็น 3 พวก parenchyma, collenchymas และ sclerenchyma parenchyma เป็น tissue ที่ประกอบด้วยเซลผนังบาง ๆ พบอยู่เกือบทั่วทุกส่วนของพืช รูปร่างของเซลแตกต่างกันไป โยทั่วไปในเซลจะมี central vacuole เซลพวกนี้ยังสามารถแบ่งตัวได้ หน้าที่ทั่วไปของ parenchyma คือเก็บสะสมอาหารและช่วยในการค้ำจุนลำต้น

collenchymas ประกอบด้วยเซลที่มีชีวิตผนังเซลหนา เซลส่วนมากยังมาก chloroplast ผนังเซลมีสาร pactin เกาะอยู่ทำให้เซลหนาแข็งแรงและยืดหยุ่นได้เล็กน้อย

sclerenchyma เซลพวกนี้ยืดหยุ่นได้น้อยกว่า collenchymas cell ผนังเซลหนาและแข็งแรงมากตัวอย่างได้แก่ เซลในกะลามะพร้าว collenchymas และ sclerenchyma อาจะอยู่ร่วมกันเป็นกลุ่มในชั้น cortex และ pith ของลำต้น

Epidermal tissue

เนื้อเยื่อผิวเป็น tissue ที่อยู่ชั้นนอกสุดหุ้ม tissue อื่น ๆ ไว้ เซลบางและแบนรูปร่างของเซลเป็นรูปหลายเหลี่ยม (polyhedral) epidermal cell ของใบพืชมีการปรับตัวให้เหมาะสมกับหน้าที่ต่างจากเซลผิวอื่น ๆ ทั้งด้านบนและล่างของเซลผิวที่ใบมี wax และ cutin ปกคลุมอยู่ เซล ที่เป็น characteristic ของเซลผิวใบคือ stomata หน้าที่ของเซลพวกนี้คือช่วยในการคายน้ำและสังเคราะห์แสง stomata ประกอบด้วย guard cell 2 เซล การปิดเปิดของ stomata ขึ้นอยู่กับ osmotic pressure เมื่อ osmotic pressure สูงน้ำก็จะเคลื่อนที่เข้าไปใน guard cell ทำให้เซลขยายตัวรูใบก็เปิด โดยทั่วไปปริมาณน้ำตาลที่เกิดจากการสังเคราะห์แสงภายใน guard cell ในเวลากลางวันทำให้ osmotic pressure สูง รูใบจึงเปิดในเวลากลางวัน เวลากลางคืน osmotic pressure ลดลงเนื่องจากน้ำตาลถูกใช้ไปในขบวนการต่าง ๆ โดยเปลี่ยนเป็นพลังงานรูใบจึงปิดในเวลากลางคืน

เนื้อเยื่อสัตว์ (Animal Tissue)

Animal tissue

tissue ของสัตว์ก็มีลักษณะเฉพาะต่างไปจาก tissue ของพืชแต่ก็พอจะแยกออกเป็นชนิดได้ตาม function ของ tissue ได้ดังนี้ epithelial (protection), connective (support), muscle (locomotion), nerve (communication), blood (circulation)

Epithelia tissue

Epithelia tissue เป็นเนื้อเยื่อผิวปกคลุมอวัยวะต่าง ๆ ของร่างกายและบุช่องว่างต่าง ๆ ภายในลำตัว เนื้อเยื่อผิวยังทำหน้าที่ช่วยในการดูดซึมและขับสารเช่น enzyme ออกมาช่วยในการย่อยอีกด้วย อย่างไรก็ดีหน้าที่หลักของ tissue ประเภทนี้คือ ป้องกันอวัยวะที่ห่อหุ้มอยู่ epithelial tissue แบ่งได้เป็น 3 ชนิดโดยอาศัยรูปร่างคือ

1. Squamous epithelium ประกอบด้วยเซลบางและแบน ได้แก่เยื่อบุกะพุ้งแก้มในปากและเยื่อผิวหนัง เซลเยื่อผิวหน้าที่อยู่ซ้อนกันหลายชั้นเรียกว่า stratified souamous epithelium
2. Cuboidal epithelium เซลจะเป็นรูปลูกบาศก์ เนื้อเยื่อผิวพวกนี้พบในท่อทางเดินพิเศษเช่นท่อเล็ก ๆ ที่เก็บสะสมปัสสาวะในไต
3. Columnar epithelium ประกอบด้วยเซลทรงสูง ตัวอย่างได้แก่เนื้อเยื่อที่บุผนังลำไส้เล็ก ทั้ง columnar และ cuboidal cell มี cilia ท่อทางเดินในช่องจมูกจะมี ciliated epithelial ช่วยในการจับฝุ่นหรือสิ่งอื่น ๆ ที่ติดเข้ามาทางจมูก

Connective tissue

Connective tissue เป็น tissue ที่ทำหน้าที่เป็นโครงร่างค้ำจุนร่างกายและเชื่อมส่วนต่าง ๆ ของร่างกายให้ประสานกัน ลักษณะสำคัญของ Connective tissue คือ matrix matrix เป็นสารที่เซลสร้างและขับออกมาภายนอกเซล connective tissue แบ่งได้เป็น 3 พวกคือ

1. Fibrous connective tissue เป็นเนื้อเยื่อซึ่งยึดเนื้อเยื่อหรืออวัยวะต่าง ๆเข้าด้วยกัน ไขมัน เอ็น
2. Carilage มีหน้าที่ช่วยค้ำจุนร่างกาย รูปร่างเซลโดยทั่วไปจะเป็นรูปทรงกลมลอยตัวอยู่ใน matrix ซึ่งเป็น fibers อยู่รวมกันค่อนข้างหน้าแน่น ในระยะ embryo กระดูกของ vertebrates จะเป็น cartilage เมื่อสัตว์โตขึ้น cartilage จะเจริญเปลี่ยนไปเป็น bone
3. Bone เป็น connective tissue ที่แข็งมี matrix ซึ่งประกอบด้วยแคลเซียมฟอสเฟตและสารอนินทรีย์อื่น ๆ นอกจากจะเป็นโครงร่างของร่างกายแล้วก็ยังมีหน้าที่อื่น ๆ เช่น สร้างเม็ดโลหิตและเป็นที่เก็บสะสมแคลเซียมฟอสเฟตสำหรับส่งไปเลี้ยงเซลตามส่วนอื่น ๆ ของร่างกายอีกด้วย ภายในกระดูกจะมีโพรงกระดูก ประกอบด้วยส่วน yellow bone morrow ซึ่งเป็นไขมัน ส่วนปลายโพรงกระดูกจะเป็น red bone marrow ซึ่งเป็นส่วนที่สร้างเม็ดโลหิตแดงและขาว เมื่อศึกษา x – section ของกระดูกด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็น Haversian canal เป็นทางเดินของเส้นโลหิตและเส้นประสาท รอบ ๆ Haversian canal จะเป็นชั้นของ matrix (แคลเซียมฟอสเฟต) และชั้นของเซลกระดูก เซลกระดูกมี 2 ชนิด ชนิดหนึ่งมีหน้าที่สร้าง matrix อีกชนิดหนึ่งทำหน้าที่เกี่ยวกับการดูดซึมและการผ่านเข้าออกของสารละลาย เมื่อสัตว์มีอายุมากขึ้น matrix จะประกอบด้วยสารอนินทรีย์มากขึ้นตามอายุ กระดูกของสัตว์มีอายุจึงมากกว่ากระดูกของสัตว์ที่อายุน้อย

Muscle tissue

Muscle tissue กล้ามเนื้อของสัตว์มีอยู่ 3 จำพวก คือ กล้ามเนื้อเรียบ (smooth muscle) กล้ามเนื้อลาย (striated muscle) และกล้ามเนื้อหัวใจ (cardiac muscle)

1. Smooth muscle เซลกล้ามเนื้อเรียบแหลมหัวแหลมท้าย (spindle shape) เซลแต่ละเซลเรียกว่า fiber การยืดและหดตัวของแต่ละเซลเป็นไปโดยอิสระ ภายในเซลจะมี (protein) ซึงยืดหดได้เรียกว่า myofibrils เซลกล้ามเนื้อมักจะอยู่รวมเป็นกลุ้ม (bundle) การทำงานของเซลกล้ามเนื้อเรียบเป็นแบบอยู่นอกอำนาจบังคับของหัวใจ (involuntary) กล้ามเนื้อเรียบจะพบที่อวัยวะภายในเช่น ลำไส้ กระเพาะและตามผนัง blood vessel และ uterus
2. Straited muscle การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อลายอยู่ใต้อำนาจจิตใจ (voluntary) เซลกล้ามเนื้อลายมี nucleus หลายอัน (multi – nuclei) นอกจากนี้เซลยังมีลายขวาง (cross band) ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของเซล การศึกษาด้วย electron microscope พบว่านี้เกิดจากการเรียงตัวของ protein fibrils 2 ชนิดคือ actin และ myocin เซลประกอบด้วย myofibril เช่นเดียวกับเซลกล้ามเนื้อเรียบ
3. Cardiac muscle ได้แก่กล้ามเนื้อหัวใจซึ่งเริ่มมีการหดและยืดเป็นจังหวะตั้งแต่ระยะ embryo จนถึงเวลาที่สัตว์ตาย กล้ามเนื้อหัวใจจึงหยุดทำงาน พวก vertebrates การเต้นของหัวใจขึ้นอยู่กับ nerve impuise ที่ส่งมาจากส่วนของสมองที่เรียกว่า meculla เซลประกอบด้วย myofibril แต่ nucleus มีอันเดียวและอยู่กลางเซลไม่เหมือนกับ nucler ของกล้ามเนื้อลายที่อยู่ตามขอบผนังเซล เซลจัดเรียงตัวกันในแนวราบอยู่ซ้อนกันเป็นแผ่น cell mambrano ไม่เรียบอาจแตกแยกเป็นกิ่งก้านสาขาออกไปได้ กล้ามเนื้อหัวใจมีลายขวางซึ่งครึ่งหนึ่งเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับการเต้นแบบไม่รู้จักเหนื่อยของกล้ามเนื้อหัวใจ ลายขวางนี้เรียกว่า intercalated disc ซึ่งปัจจุบันนี้พบว่าเป็นส่วนที่ซ้อนกันของเซลแต่ละเซลทำให้ดูเป็นรอยหนาขึ้น

Nerve tissue

Nerve tissue มีหน้าที่เกี่ยวกับระบบประสาทและการรับส่งความรู้สึกทั้งหมด tissue นี้พบใน biran, spinal cord, peripheral nerves และ nerve endings เซลประสาทมีชื่อเรียกว่า neuron เซลประสาท ประกอบด้วย cell body ซึ่งมี nucleus อยู่ 1 อันและแขนง (processes) แขนงที่รับความรู้สึกเข้าสู่เซลเรียกว่า dendrite แขนงที่ส่งความรู้สึกออกจากเซลเรียกว่า axon ใน cytoplasm ของเซอลประสาทนอกจากจะมี nucleus, nucleolu, mitochondria และ Golgi apparateus แล้วยังมีอนุภาคเล็ก ๆ ของ RNA และ protein ซึ่งมีชื่อเรียกว่า Nissal bodies กระจายอยู่ทั่วไปใน cytoplasm การทำงานของเซลประสาทเริ่มจาก dendrite รับความรู้สึกเข้าสู่ cell body แล้วส่งออกไปตาม axon ปลายแขนงของ axon ต่อกับ dendrite ของอีกเซลหนึ่งคล้ายลูกโซ่

Blood tissue

Blood tissue เนื้อเยื่อนี้ประกอบด้วยเซลหลายชนิด โลหิตของสัตว์ชั้นสูงทำหน้าที่เป็นตัวลำเลียงอาหาร O2, CO2, hormones, metabolic waste เนื้อเยื่อประกอบด้วย plasma และ blood cells ในคนส่วน ที่เป็น blood cell เป็น 45% ส่วนทีเหลือเป็น plasma plasma ประกอบด้วย แร่ธาตุ อาหาร hormones แกซและ antibobies นอกจากนี้ยังมี protein เช่น serum, albumin, serum globulin, fibrinogen เซลเม็ดโลหิตมี 2 ชนิดคือเซลเม็ดโลหิตแดง (red blood cell) และเซลเม็ดโลหิตขาว (white blood cell)

ใน vertebrate เซลเม็ดโลหิตแดงซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำออกซิเจนเรียกว่า erythorocytes pigment ที่เป็น oxygen – transport คือ hemoglobin เม็ดโลหิตแดงของสัตว์แต่ละชนิดมีรูปร่างขนาดต่างกัน เม็ดโลหิตแดงของกบจะมี nucleus ขนาดใหญ่ เซลยาวรี (24 microns) ส่วนเม็ดโลหิตแดงของคนมีขนาดเล็กกว่า (7.7 microns) และไม่มี nucleus เซลถูกสร้างขึ้นที่โพรงกระดูก รูปร่างเซลกลมและแบน (biconcave disc) nucleus ของเซลจะหายไปเมื่อเซลโตเต็มที่ อายุของเซลเม็ดโลหิตแดงประมาณ 120 วัน เม็ดโลหิตแดงที่หมดอายุจะถูกส่งไปทำลายที่ม้าม หรือตับ เม็ดโลหิตแดงของ vertebrate ทั้งหมดยกเว้นพวก mammals มี nuclei white blood cell เม็ดโลหิตขาวของคนมีชื่อเรียกว่า leucocyte เซลไม่มีสีมีขนาดใหญ่กว่าเซลเม็ดโลหิตแดง (10 – 20 microns) เซลมี nucleus เม็ดโลหิตขาวมีหน้าที่กิน bacteria และ foreign partieles ในทางเดินโลหิต เม็ดโลหิตขาวถูกสร้างที่ red bone marrow เช่นเดียวกับเม็ดโลหิตแดง รูปร่างของเซลพอแบ่งได้เป็น 2 พวกโดยอาศัยลักษณะของ cytoplasm ว่าเป็น granule มากน้อยเพียงใด

1. Granular

a) Neutrophil 65% ของเม็ดโลหิตขาวเป็น neutrophils cytoplasm ของเซลพวกนี้มีลักษณะเป็นเม็ดละเอียด (fine granule) neutrophils เป็น phagocytic cell คอยจับ foreign particles และ bacteria กินเป็นอาหาร nucleus เป็น multilobed

b) Eosionophils เป็นเซลที่มี cytoplasmic granules ใหญ่เชื่อว่าเซลแบบนี้มีหน้าที่เกี่ยวกับการชักนำการสร้าง antibody 5% ของเม็ดโลหิตขาวเป็นเซลแบบนี้ nucleus ของเซลเป็นรูป bilobe

c) Basophil มีอยู่ประมาณ 1% ในเม็ดโลหิตขาว รูปร่างเซลคล้ายกับ eosinophil คือมี cytoplasmic granules ใหญ่ต่างกันที่ว่า granules เวลาย้อมสีติดเป็นสีม่วงส่วน eosinophil เป็นสีชมพู และ nucleus มีหลาย lobes หน้าที่ของเซลชนิดนี้ก็ยังไม่ทราบแน่ชัด

1. Agranular

a) Lynphocytes เซลมี nucleus ใหญ่ซึ่งอยู่เกือบเต็มเนื้อที่ของเซลทั้งหมด lymphocytes ถูกสร้างที่ lymphocytes tissue (lymp, node และ spleen) หน้าที่ของ lymphocytes คือสร้าง antibodies เซลชนิดนี้มีอยู่ 25% ของเม็ดโลหิตขาว

b) Monocytes 6% ของเซลเม็ดโลหิตขาวเป็น monocytes nucleus มีขนาดใหญ่รูปร่างคล้ายไต (kidney shape) หน้าที่ของเซลประเภทนี้คือ จับ foreign particles กิน การกินเป็นแบบ phagocytosis

Platelets เป็น fragments ของ blood cells ซึ่งถูกสร้างขึ้นที่ bone marrow fragments เหล่านี้ประกอบด้วย thrombo plastin ซึ่งมีส่วนสำคัญเกี่ยวกับ blood clotting

Grouping of tissues into organs

Tissues หลายชนิดที่อยู่รวมกันและทำหน้าที่ร่วมกัน เรียกว่า organ ลำไส้เล็กของ vertebrate เป็นตัวอย่าง organ อันหนึ่ง ในลิงลำไส้เล็กแบ่งตามพื้นที่หน้าตัดได้เป็น 4 ส่วน คือ mucosa, submucosa, muscularis และ serosa

ส่วนในที่สุดคือ mucosa ประกอบด้วย epithelial tissue ต่อมและ connective tissue ใต้ mucosa ลงมาเป็น submucosa ประกอบด้วย connective tissue ต่อมน้ำย่อย เส้นทางเดินน้ำเหลือง (lymphatic vessel) และเส้นใยประสาท muscilarus ประกอบด้วย smooth muscle serosa เป็น epithelial tissue บาง ๆ หุ้มลำไส้เล็กส่วนนอกทั้งหมด cell เป็นแบบ squamous epithelium จะเห็นว่าลำไส้เล็กที่ยกตัวอย่างเป็น organ ประกอบด้วย tissue หลายชนิด แต่ละชนิดก็มีหน้าที่เฉพาะของตัวเอง mucosa เป็นส่วนที่หุ้มผิวภายในของลำไส้ muscularis เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ยืดหด serosa หุ้มป้องกันผิวลำไส้ภายนอก organ ทั้งอันทำหน้าที่ในการย่อยดูดซึมอาหารซึ่ง tissue ชนิดเดียวก็เป็นส่วนประกอบไม่สามารถทำหน้าที่นี้ได้

The organisms

Organs หลายๆ อันรวมกันทำงานร่วมกันเป็น system เช่นปาก esophagus, stomach, small intestine, large intestine ทำหน้าที่ร่วมกันเป็น digestive system ระบบหายใจ ระบบหมุนเวียนโลหิต ระบบขับถ่าย ระบบเหล่านี้แต่ละระบบก็ประกอบด้วย organs หลายชนิดทำงานร่วมกัน สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้ด้วยการทำงานของระบบต่าง ๆ ในร่างกายร่วมกัน

The species concept

การจัดสิ่งที่มีชีวิตเป็นหมวดหมู่เป็นหลักสำคัญในการแยกสัตว์หรือพืชชนิดต่าง ๆ ออกจากกัน การจัดก็อาศัยความคล้ายและความแตกต่างกันของสิ่งมีชีวิต เป็นต้นว่า นกกระจอก (sparrow) ภายในพวกเดียวกันนี้ก็ยังสามารถแยกความแตกต่างออกไปได้อีก โดยอาศัยลักษณะสีขน และเสียงร้อง group ของ organisms ที่มีลักษณะรูปร่างเหมือนกันเราเรียกว่า species ซึ่งถือเป็น fundamental unit ในการจัดลำดับสิ่งมีชีวิต (classification) Ernst Mayr (1942) ได้ให้คำจำกัดความของ species ไว้ว่า “a group of actually or potentially interbreeding populations that are reproductively isolated from other such groups” คำ species นี้เป็นทั้งเอกพจน์และพหูพจน์ สำหรับชื่อวิทยาศาสตร์ (scientific name) ในการเรียกชื่อ species ต้องเรียกทั้งชื่อ ganus และ species

เนื่องจากว่า sexual reproduction เป็นส่วนหนึ่งของการดำรง species และลูกทีได้จาก sexual repfoduction มีทางที่จะแตกต่างจากพ่อแม่ได้ เพราะฉะนั้น species จึงสามารถเปลี่ยนจาก species เดิมไปเป็น species ใหม่ได้ แม้ว่าในการจัดหมวดหมู่ species จะเป็น fixed unit ก็ตาม การเปลี่ยนจาก species หนึ่งไปเป็นอีก species หนึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ต้องคำนงถึงว่า species is variable, dynamic and alterable group