General Biology บทที่ 1 ชีววิทยาคืออะไร

1.  ผลการเรียนที่คาดหวัง

1.  บอกความหมายและขอบเขตและความสำคัญของวิชาชีววิทยาได้
2.  สามารถนำความรู้เกี่ยวกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ในชีวิตประจำวันได้
3.  อธิบายการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตได้
4.  บอกคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตและความคล้ายคลึงกันของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งไม่มีชีวิตได้

2.  บทนำ

ชีววิทยาเป็นการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต  ความสัมพันธ์ระหว่างประชากรสิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่างๆ การศึกษาลักษณะรูปร่าง การดำรงชีวิต และการจัดจำแนก สิ่งมีชีวิต สำหรับการศึกษาในระดับย่อยลงมา  เช่น การศึกษาองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ อวัยวะ เนื้อเยื่อ และเซลล์ ในด้านโครงสร้างและหน้าที่การทำงาน
นอกจากนี้ชีววิทยายังครอบคลุมถึงการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุล อะตอมที่เป็น องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ เช่น โมเลกุลดีเอ็นเอ (DNA) อาร์เอ็นเอ (RNA) โมเลกุลของสารอินทรีย์ และอะตอมของ ธาตุต่างๆ ที่พบในสิ่งมีชีวิตรวมถึงการศึกษาเรื่องปฏิกิริยาเคมี และพลังงาน ที่เกิดขึ้น ในร่างกายสิ่งมีชีวิตอีกด้วย จะเห็นได้ว่าชีววิทยานั้นเกี่ยวข้องกับความรู้ต่างๆหลายสาขา ทั้งทางด้านเคมี ฟิสิกส์คณิตศาสตร์ และคอมพิวเตอร์ ที่สามารถประยุกต์นำมาใช้อธิบายหรือจำลองความ เป็นไปของสิ่งมีชีวิต ทั้งหลาย เพื่อตอบปัญหาต่างๆที่มนุษย์สงสัย เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตได้

3.  ความหมายของชีววิทยาและความสำคัญของชีววิทยา

คำว่า  ชีววิทยา (Biology) มาจากรากศัพท์ ภาษากรีก 2 คำ คือ  ไบออส (Bios) หมายถึง ชีวิตและโลกอส (Logos) แปลว่า การศึกษา หรือความรู้

ชีววิทยา มีความสำคัญต่อชีวิตความเป็นอยู่ของมนุษย์ ทั้งโดยทางตรงและทางอ้อมเป็น อย่างมากเช่น

1.  ด้านโภชนาการ เรานำความรู้ทางชีววิทยาไปใช้ประโยชน์ในทางโภชนาการ เช่น การเลือก ชนิดของอาหาร  การบริโภค อาหารให้ถูกสัดส่วน นำความรู้ทางชีววิทยาไปใช้เพิ่มผลผลิตอาหาร ในทาง การเกษตรโดยการปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ โดยอาศัยความรู้ในสาขาพันธุศาสตร์ ชีวเคมีและ โภชนาการ ฯลฯ

2.  ด้านการแพทย์และสาธารณสุข เกี่ยวกับการดูแลรักษาร่างกาย การป้องกันโรคและการ รักษาโรค ซึ่งชีววิทยา เป็นพื้นฐานสำคัญในทางแพทยศาสตร์และสาธารณสุข

3.  การควบคุมศัตรูพืชและสัตว์ โดยอาศัยความรู้ทางชีววิทยาในสาขาอนุกรมวิธาน นิเวศวิทยา โดยเฉพาะการควบคุม ศัตรูพืช และสัตว์โดยวิธีทางชีววิธี (Biological Control)

4.  การอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและการป้องกันมลภาวะของสิ่งแวดล้อม หมายถึงการใช้ทรัพยากร ให้คุ้มค่าและใช้ได้นานโดยไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

5.  การพัฒนาประเทศในทุก ๆ ด้าน โดยเฉพาะด้านเศรฐกิจ เช่น พืชผัก ธัญพืช ที่ใช้ บริโดภคและส่งเป็นสินค้าออก การใช้พลังงานทดแทน เช่น มูลสัตว์ ซากสัตว์ ใช้ผลิตก๊าซ ชีวภาพอ้อยและมันสำปะหลังใช้ผลิตแอลกอฮอล์ สิ่งเหล่านี้ต้องใช้ความรู้พื้นฐานทาง พฤกษศาสตร์และสาขาอื่น ๆ ทางชีววิทยาร่วมกันเป็นอย่างมาก

4.  การศึกษาชีววิทยา

 การศึกษาชีววิทยาจำแนกออกเป็นแขนงต่างๆมากมายโดยจัดเป็นกลุ่มใหญ่ ๆได้  2 กลุ่ม คือ
1.  จำแนกตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เช่น
1.1) พฤกษศาสตร์ หรือ พฤกษวิทยา (Botany)
1.2) สัตวศาสตร์ หรือ สัตววิทยา (Zoology)
2.  จำแนกตามวิธีการของการศึกษาถึงสิ่งมีชีวิต เช่น
2.1) ศึกษาถึงสิ่งมีชีวิตแต่ละหน่วย
2.2) ศึกษาถึงสิ่งมีชีวิตเป็นหมู่เป็นเหล่าสัมพันธ์กัน
จำแนกตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต จำแนกได้ 2 กลุ่ม คือ1. พฤกษศาสตร์ หรือ พฤกษวิทยา (Botany) ศึกษาเกี่ยวกับพืช ซึ่งยังแยกออกเป็น กลุ่มย่อย ๆ ได้อีกมากมายเช่นตฤณวิทยา (Agrostology) ศึกษาเกี่ยวกับหญ้า
2. สัตวศาสตร์ หรือ สัตววิทยา (Zoology)  ศึกษาเกี่ยวกับสัตว์ ซึ่งแยกออกเป็น.กลุ่มย่อย ๆ ได้อีกมากมาย เช่น สังขวิทยา ศึกษาเกี่ยวกับหอย มีนวิทยา ศึกษาเกี่ยวกับปลา ปักษีวิทยาศึกษาเกี่ยวกับนก เป็นต้น
จำแนกตามวิธีการของการศึกษาถึงสิ่งมีชีวิต จำแนกได้ 2 กลุ่มคือ
1. ศึกษาถึงสิ่งมีชีวิตแต่ละหน่วย  แบ่งเป็น 3 แขนง ย่อยๆ คือ
- สัณฐานวิทยา (Morphology) ศึกษาเกี่ยวกับ รูปร่าง ลักษณะและโครงสร้าง ของสิ่งมีชีวิตทั้งภายในและภายนอก ยังจำแนก ย่อยลงไปได้อีกคือ
ก. กายวิภาคศาสตร์ (Anatomy) ศึกษา เกี่ยวกับ โครงสร้าง ได้แก่ กระดูกและกล้ามเนื้อ โครงสร้าง ของ ระบบต่าง ๆ

ภาพที่ 1-1  การศึกษาระบบกล้ามเนื้อมนุษย์

ข. เซลล์วิทยา (Cytology) ศึกษาเกี่ยวกับ เซลล์

ภาพที่  1-2  การศึกษาเซลล์

ค. มิชญวิทยา (Histology) ศึกษาเกี่ยวกับ เนื้อเยื่อ

ภาพที่  1-3  การศึกษาเนื้อเยื่อ

- สรีรวิทยา (Physiology) ศึกษาเกี่ยวกับ หน้าที่และ การทำงาน ของระบบต่างๆ ภายใน สิ่งมีชีวิต

ภาพที่  1-4  การศึกษาระบบต่าง ๆ ของร่างกาย

- คัพภวิทยา (Embryology)  ศึกษาเกี่ยวกับ การ เจริญเติบโต เปลี่ยนแปลงขั้นต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตตั้งแต่ ตัวอ่อนจนถึงตัวเต็มวัย

ภาพที่  1-5  การศึกษาคัพวิทยา

2. ศึกษาถึงสิ่งมีชีวิตเป็นหมู่เป็นเหล่าสัมพันธ์กัน จำแนก เป็นสาขาย่อย ๆ 5 สาขา ด้วยกันคือ

- อนุกรมวิธาน (Taxonomy) ศึกษาเกี่ยวกับการจัด หมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต

ภาพที่ 1-6 การจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต

- นิเวศน์วิทยา (Ecology) ศึกษาเกี่ยวกับความสัมพันธ์ ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับ สิ่งมีชีวิตและ สิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม

ภาพที่  1-7  การศึกษาระบบนิเวศน์

- ชีวภูมิศาสตร์ (Biogeography) ศึกษา เกี่ยวกับ การกระจายพันธุ์ ของสิ่งมีชีวิตไปตามเขต ภูมิศาสตร์ต่าง ๆ ของโลก

ภาพที่  1-8  ชีวภูมิศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต

- พันธุศาสตร์ (Genetics) ศึกษาเกี่ยวกับ การถ่ายทอด ลักษณะต่าง ๆ ของ สิ่งมีชีวิตจาก บรรพบุรุษไปสู่ลูกหลาน และ ปัจจัยในการควบคุม ลักษณะความคล้ายคลึง และความแตกต่าง ของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ

ภาพที่  1-9  การศึกษาพันธุศาสตร์

- วิวัฒนาการ (Evolution) ศึกษาเกี่ยวกับความก้าวหน้าในการเจริญเติบโต ของสิ่งมีชีวิตจากอดีตจนถึง ปัจจุบันว่ามี การเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง

ภาพที่  1-10  การศึกษาวิวัฒนาการของมนุษย์

5.  วิธีการศึกษาชีววิทยา

การศึกษาทางชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งดังนั้นจึงขอกล่าวถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific method)  ซึ่งมีวิธีการแบ่งเป็นขั้นดังนี้

1.  การสังเกต (observation) วิทยาศาสตร์ทุกแขนงเริ่มต้นด้วยการสังเกตปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเสมอ

2.  ปัญหา (Problem) เมื่อสังเกตแล้วจะทำให้มีปัญหาเกิดขึ้นตามมา
3.  สมมติฐาน (Hypothesis) การตั้งสมมติฐานเป็นการคาดการณ์สิ่งที่จะเกิดขึ้นจากข้อมูล ที่ค้นคว้ามา หรือจาก ประสบการณ์เดิม อาจจะถูกหรือผิดก็ได้ จนกว่าจะได้ทำการทดลองนั้น
4.  การทดลอง(Experimentation) เพื่อเป็นการพิสูจน์สมมติฐานที่ตั้งขึ้นว่าถูกต้องหรือไม่ ขณะที่ทดลอง ต้องมีการเก็บข้อมูลด้วย เพื่อนำไปวิเคราะห์ผลด้วย
5.  ทฤษฎี (Theory ) เมื่อพิสูจน์สมมติฐานได้ว่ามีโอกาสเป็นความจริงมาก สมมติฐานนั้นก็จะกลายเป็น ทฤษฎีไป ซึ่งเราสามารถนำไปใช้เป็นหลัก ในการอธิบายหรือทำนายปรากฏการณ์ได้

6.  สารเคมีที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต

สิ่งมีชีวิตบนโลกประกอบด้วยธาตุหลัก 4 ธาตุ คือ ไฮโดรเจน (H) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) คาร์บอน (C) ซึ่งเป็นธาตุเบาที่มีอยู่ทั่วไปบนโลกและในจักรวาล นอกจากนั้นเซลล์ยังใช้ฟอสฟอรัส(P) และกำมะถัน (S) ในการสร้างวัสดุโครงสร้างของเซลล์ และกระบวนการเผาผลาญอาหาร เพื่อสร้างพลังงาน ธาตุทั้งหกนี้พบทั่วไปในสารอินทรีย์ของเซลล์ โดยประกอบกันเป็นโมเลกุล ดังนี้

1. น้ำ  เป็นองค์ประกอบหลักของเซลล์ มีอยู่ประมาณร้อยละ 70 ของน้ำหนักเซลล์ทั้งหมด
2. ไขมัน (Lipids) มีโครงสร้างเป็นไฮโดรคาร์บอน ไม่ละลายน้ำ เป็นองค์ประกอบหลักของ เนื้อเยื้อต่างๆ และมีหน้าที่เก็บสะสมพลังงานเคมี
3.  คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate) มีโครงสร้างเป็นไฮโดรคาร์บอนเช่นเดียวกับไขมัน แต่มีกลุ่มไฮดรอกซิล (-OH) ซึ่งมีคุณสมบัติในการละลายน้ำ ประกอบด้วยวงแหวนโมเลกุล ของน้ำตาล ซึ่งเมื่อแตกตัวแล้วให้พลังงานออกมา
4.  โปรตีน (Protein) เป็นโมเลกุลที่มีความสลับซับซ้อนมากที่สุด ประกอบขึ้นด้วยกรดอะมิโน (Amino acid) หลายชนิดเรียงต่อกันเป็นสายยาวสลับซับซ้อน คอยทำหน้าที่ต่างๆ ภายในเซลล์ นับตั้งแต่ควบคุมปฏิกิริยาเคมีไปจนถึงเป็นโครงสร้างของร่างกาย ได้แก่ โปรตีนโครงสร้าง เช่น ขน เล็บ เอ็น; โปรตีนขนส่ง เช่น เฮโมโกลบิน ในเม็ดเลือด; โปรตีนภูมิคุ้มกัน เช่น แอนติบอดี; โปรตีนเร่งปฏิกิริยา เช่น เอนไซม์ เป็นต้น (สิ่งชีวิตสร้างโปรตีนมากมายหลายพันชนิด ขึ้นจากกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิด)

ภาพที่ 1-11 โครงสร้างโปรตีนซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของกรดอะมิโนชนิดต่างๆ เรียงต่อกัน 

กรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) เป็นโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดในเซลล์ เป็นแหล่งรวบรวมข้อมูล คำสั่ง ซึ่งระบุหน้าที่การทำงานของเซลล์ รวมถึงการถ่ายทอดทางพันธุกรรมด้วย กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิดคือ  DNA  และ   RNA

ภาพที่ 1-12 ตัวอย่างโครงสร้างโมเลกุลของสารอินทรีย์ 

7.  ธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต

โดยปกติแล้วสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีลักษณะสำคัญดังนี้

1.  มีโครงสร้างและการทำหน้าที่อย่างเป็นระบบ (organization) ในสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะมีการทำงานประสานกันตั้งแต่ ระดับหน่วยย่อยภายในเซลล์ (organelle) กลุ่มเซลล์ (tissue)  และอวัยวะ (organ) ต่าง ๆ อย่างเป็นระบบและมีประสิทธิภาพ
2.  มีการรักษาสมดุลภายในร่างกาย (homeostasis)  การรักษาสมดุลภายในร่างกาย เช่น ระดับอุณหภูมิ ค่าความเป็นกรด-เบส (pH) และความเข้มข้นของสาร ต่างๆให้อยู่ ในจุดที่ ไม่เป็นอันตราย ต่อเซลล์

ภาพที่  1-13  การรักษาสมดุลของน้ำ 

ที่มา: http://gotoknow.org/file/somluckv/Cell_membrane04.jpg

3.  มีการปรับตัว (adaptation) สิ่งมีชีวิตพยายามปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมอยู่เสมอ เช่น การเปลี่ยนสี ของผิวหนัง ในสัตว์เลื้อยคลานเพื่ออำพรางศัตรู การที่ปลามีรูปร่างเพรียว ไม่ต้านกระแสน้ำ การลดรูปของใบ จนมีลักษณะคล้ายเข็ม ในต้นกระบองเพ็ด จนมี ลักษณะคล้าย เข็มในต้นกระบองเพ็ด กระบองเพ็ดเพื่อลดการสูญเสียน้ำ เพราะเจริญอยู่ใน สิ่งแวดล้อม สิ่งแวดล้อมที่เป็นทะเลทราย การปรับตัวของ สิ่งมีชีวิตเป็นไป ก็เพื่อเพื่อให้สามารถ อยู่รอดในสิ่งแวดล้อมที่มันอาศัย อยู่และสามารถสืบทอด ลูกหลานต่อไปได้นั่นเอง

ภาพที่ 1-14 การปรับตัวของแมลง ที่มา : http://www.bioquip.com/ prod_images/9487-004-Adaptation.jpg

4.  มีการสืบพันธุ์และถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (reproduction and heredity)
สิ่งมีชีวิตต้องสามารถสืบพันธุ์ได้ เพื่อดำรงเผ่าพันธุ์ไว้ไม่ให้สูญสิ้นไป โดยอาจอาศัยวิธีสืบพันธุ์โดยอาศัยเพศ (sexual reproduction) หรือไม่อาศัยเพศ (asexual reproduction)อย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองวิธีก็ได้ เมื่อมีการสืบพันธุ์ สิ่งมีชีวิตจะถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปยังลูกหลานโดยอาศัยสารพันธุกรรมซึ่งได้แก่ ดีเอ็นเอ และอาร์เอ็นเอ ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นตัวเก็บรหัสทางพันธุกรรมของรุ่นพ่อ-แม่ไว้นั่นเอง

5.  มีการเจริญเติบโตและพัฒนารูปร่าง (growth and development)  ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว หลังจากมีการสืบพันธุ์ให้ลูกหลานแล้ว เซลล์ลูกเริ่มแรก จะมีขนาดเล็ก หลังจากได้รับสารอาหาร จะมีการ เจริญเติบโตขยายขนาดใหญ่ขึ้นและพัฒนาจนเป็นเซลล์ ที่พร้อมจะสืบพันธุ์ได้ (mature cell) ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ จะมีกระบวนการเจริญเติบโต และพัฒนาที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งประกอบด้วย กระบวนการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์ (cell differentiation) เพื่อให้เหมาะกับการทำหน้าที่แต่ละอย่าง เช่น การเปลี่ยนแปลงรูปร่างเซลล์ ต้นกำเนิดของเซลล์กล้ามเนื้อ เพื่อให้เหมาะสมกับการทำหน้าที่เคลื่อนไหวของร่างกาย เป็นต้น

ภาพที่ 1-15 การเจริญเติบโตของพืช ที่มา : http://www.ag.ndsu.edu/pubs/plantsci/hay/r648-5.gif

6.  ต้องการพลังงาน (energy) และสร้างพลังงาน สิ่งมีชีวิตต้องการพลังงานเพื่อนำมาสร้างสาร ATP (adenosine triphosphate) โดยผ่านกระบวนการเมแทบอลิซึม (metabolism) ATP เป็นสารที่ใช้ในการขับเคลื่อนกิจกรรมต่างๆภายในร่างกายสิ่งมีชีวิต เช่น การสืบพันธุ์ การเจริญเติบโต การเคลื่อนไหว ฯลฯ พลังงานที่สิ่งมีชีวิตต้องการดังกล่าวอาจได้มาจากแหล่งต่างๆ เช่น พืช ได้พลังงานจากแสงอาทิตย์ สัตว์ได้พลังงานจากปฏิกิริยาเคมีของสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ ไวรัส ได้พลังงานจากสิ่งมีชีวิตอื่น

นอกจากนี้ยังพบว่าสิ่งมีชีวิตยังสมบัติอื่น ๆ เช่น

1. คุณสมบัติทางสสาร  ต่างก็มีเหมือน ๆ กัน กล่าวคือ ต่างก็มีตัวตน มีน้ำหนักต้องการที่อยู่ อยู่ใน อากาศและสัมผัสได้ด้วยอาการทั้งห้า
2. ส่วนประกอบทางเคมี ต่างก็มีคล้ายกัน เช่น ประกอบด้วยโปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน     และเกลือแร่ ซึ่งประกอบไปด้วยธาตุคาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ไนโตรเจน (N)และออกซิเจน    (O) เหล่านี้ล้วนเป็นส่วนประกอบของสิ่งที่มีชีวิตเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของสิ่งที่มีชีวิต     สำหรับสิ่งไม่มีชีวิตก็ประกอบด้วยธาตุต่าง ๆดังกล่าวด้วยเช่นกัน
3. การเปลี่ยนแปลงทางเคมี เช่นการเกิดพลังงานในสิ่งที่มีชีวิตก็คล้ายกับในสิ่งที่ไม่มีชีวิต     เช่นการย่อยอาหารของสิ่งมีชีวิตกับการเผาไหม้ของไม้ ก็มีปฏิกิริยาคล้ายกันดังนี้

ปฏิกิริยาการสลายน้ำตาลกลูโคส     

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไม้

4.  คุณสมบัติทางกายภาพ เป็นต้นว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานแบบหนึ่งให้เป็นพลังงานอีก แบบหนึ่ง  ทั้งในสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตก็คล้ายกัน เช่น  ความร้อนที่ได้จากสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งที่ ไม่มีชีวิตก็คล้ายกัน ไฟฟ้าที่ได้จากสิ่งมีชีวิต เช่น ปลากระเบนไฟฟ้า กับไฟฟ้าที่ได้จากสิ่งที่ ไม่มี ชีวิต เช่น เครื่องปั่นไฟ ก็คล้ายกัน  

8.  ทฤษฎีกำเนิดของสิ่งมีชีวิต

เกี่ยวกับเรื่องกำเนิดของสิ่งมีชีวิตนี้ได้มีผู้สันนิษฐานกันไว้อย่างกว้างขวาง โดยได้ตั้งทฤษฎีต่าง ๆ  เอาไว้มากมาย  สรุปเป็นทฤษฎี  ได้เป็น  5  ทฤษฏี  คือ

1. สิ่งมีชีวิตเกิดจากอำนาจวิเศษ (special creation) เป็นทฤษฎีที่อธิบายว่า  ชีวิตทุกชนิดเกิดขึ้นพร้อมกันจากการสร้างของอำนาจวิเศษ โดยอ้างว่ามีอำนาจ เหนือธรรมชาติอย่างใดอย่างหนึ่งเป็นผู้สร้างชีวิตขึ้น  เช่น  พระเจ้าเป็นผู้บันดาลให้เกิดขึ้น   เป็นความเชื่อ ที่ไม่มีเหตุผลในทางวิทยาศาสตร์   ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงไม่ยอมรับ  แต่ยังเป็นความเชื่อถือของศาสนาบางศาสนาอยู่       2. สิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งไม่มีชีวิต (spontaneous generation หรือ abiogenisis)  เป็นทฤษฎีที่อธิบายว่า  “ชีวิตเกิดขึ้นได้เองเรื่อย  ๆ  จากสิ่งที่ไม่มีชีวิต” เช่น  ปลาบางชนิด เกิดจากโคลนและทราย  หนูเกิดจากเศษผงและเศษกระดาษตามช่องที่อาศัยอยู่  จิ้งหรีดเกิดจากน้ำค้างบนใบหญ้า  เป็นต้น  ความเชื่อดังกล่าวนี้  นักวิทยาศาสตร์รุ่นหลัง ๆ  ต่อมาได้ทำการทดลองคัดค้านและหักล้างความเชื่อนั้นไป  เพราะจากการทดลองปรากฏว่าสิ่งมีชีวิตจะต้องเกิดจากสิ่งมีชีวิตที่มีมาก่อนแล้ว
3. สิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งมีชีวิต (biogenesis) เป็นทฤษฎีที่กล่าวว่า “ชีวิตเกิดมาจากชีวิตที่มีมาก่อนแล้ว” กล่าวคือ  สิ่งมีชีวิตบนโลกทั้งหมด ขณะนี้มาจากสิ่งที่มีชีวิต (บรรพบุรุษ)  เท่านั้น  ทฤษฎีนี้มีการทดลองสนับสนุนมากมาย  แต่ยังมีปัญหาอยู่อีกว่า ชีวิตที่เกิดมาก่อนหรือชีวิตแรกเริ่มนั้นมาจากไหนและอย่างไร
4.  สิ่งมีชีวิตมาจากนอกโลก (cosmozoic theory)  เป็นทฤษฎีที่กล่าวว่าชีวิตไม่มีที่สิ้นสุด  ไม่มีใครสร้างขึ้น  และไม่ได้มาจากสิ่งไม่มีชีวิต  เช่น บางคนอ้างว่าชีวิตในโลกนี้เกิดมาจากโลกหรือดาวดวงอื่นพร้อมกับลูกอุกกาบาตหรือสะเก็ดดาวตก โดยเกิดจากสปอร์ (Spore)  ซึ่งติดมากับสะเก็ดดาวตก  ดังนี้เป็นต้น  แต่ยังมีปัญหาอีกว่าสปอร์เหล่านั้นเกิดมาจากอะไรและอย่างไร
5.  สิ่งมีชีวิตเกิดมาจากการวิวัฒนาการของสารอินทรีย์ (organic evolution)  เป็นทฤษฎีที่อ้างว่า  เมื่อโลกเย็นลงมากและมีสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสมที่สิ่งมีชีวิตจะอยู่ได้  ชีวิตจะค่อย ๆ เกิดขึ้นมาจากสิ่งที่ไม่มีชีวิตพวกสารประกอบง่าย  ๆ   รวมตัวกันโดยการบังเอิญอย่างที่สุด  (ความเหมาะสมและสารประกอบที่กล่าวถึงนั้นจะมีเฉพาะในสมัยนั้นเท่านั้น  ต่อๆ  มาจะไม่มีอีก  เช่นในสมัยนี้ สิ่งแวดล้อมต่าง ๆ  ได้เปลี่ยนแปลงไปแล้ว  ไม่สามารถที่จำทำให้สิ่งที่ไม่มีชีวิตกลายเป็นสิ่งที่มีชีวิตไปได้อีก)  สารประกอบอย่างง่าย ๆ  ตามทฤษฎีนี้  ก็คือ พวกอนินทรียสาร  ซึ่งเข้าใจว่าในบรรยากาศของโลกยุคแรก คงจะมีก๊าซมีเธน  แอมโมเนีย  ไอน้ำ  ไฮโดรเจนไซยาไนด์   และไฮโดรเจน  เหล่านี้จะค่อย ๆ  รวมตัวและ วิวัฒนาการไปเป็นอินทรียสาร  ที่มีอณูซับซ้อนมากขึ้นทุกทีและในที่สุดก็เปลี่ยนเป็นสิ่งมีชีวิตแรกเริ่มง่าย ๆ  ขึ้น  จากนั้นค่อย ๆ  มีวิวัฒนาการเปลี่ยนแปลงไปเรื่อย ๆ  จนกระทั่งเป็นสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ สันนิษฐานว่าสิ่งมีชีวิต แรกเริ่มนั้นคงจะเป็นกรดนิวคลิอิค ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สามารถสร้างสารที่เหมือนตนเองขึ้นใหม่ได้ 

9.  ประวัติการศึกษาการกำเนิดของสิ่งมีชีวิต

โลกมีกำเนิดมาได้ประมาณ 4.5 - 6พันล้านปีแล้วแต่สันนิษฐานว่า สิ่งมีชีวิตเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อ ประมาณ 3.3 พันล้านปีมานี้ เนื่องจากพบซากดึกดำบรรพ์ (fossil) ของแบคทีเรียซึ่งนับว่ามีอายุมาก ที่สุดประมาณ 3 พันล้านปี ซึ่งมี นักวิทยาศาสตร์ในยุคต่าง ๆ ได้ให้ทฤษฎีเกี่ยวสิ่งมีชีวิต ที่แตกต่างกัน

ภาพที่  1-16 จินตนาการของโลกในยุคแรกเริ่ม

ทฤษฎีการกำเนิดชีวิตในยุคต่างๆ

ตั้งแต่สมัยก่อนคริสตกาลประมาณ 300 - 400 ปีเศษ ชาวกรีกชื่อเอมเพโดคลีส (Empedocles) เดโมคริตุส (Democritus) และอริสโตเติล (Aristotle) ได้มีความคิดเกี่ยวกับการเกิดสิ่งมีชีวิต และวิวัฒนาการ แต่ขาดสิ่งสนับสนุน การเกิดสิ่งมีชีวิตของโลกได้รับความสนใจจาก นักวิทยาศาสตร์ในศตวรรษนี้อีก โดยเฉพาะทฤษฎีที่ว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้เอง (spontaneous generation) ซึ่งได้กล่าวไว้เมื่อประมาณสองศตวรรษมาแล้วนับตั้งแต่นักปราชญ์ ชาวกรีกชื่อ อริสโตเติลเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้เองจากสิ่งไม่มีชีวิต เช่น ยุง หรือหมัด เกิดจากสิ่งเน่าเปื่อย แมลงวันเกิดจากสิ่งปฏิกูล ทฤษฎีดังกล่าวนี้ยังคงมีอิทธิพลต่อมาอีกชั่วระยะหนึ่ง แม้แต่นิวตัน(Newton) วิลเลี่ยม ฮาร์วีย ์(William Harvey) เดสคาร์ตส (Descartes)แวน เฮลมอนต์ (Van Helmont) ก็ยังยอมรับทฤษฎีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นเองได้
ประมาณคริสต์ศตวรรษที่ 17 ฟรานเซสโก เรดิ (Francesco Redi) แพทย์ชาว อิตาเลียน ได้พิสูจน์ให้เห็นว่า เมื่อปิดภาชนะใส่เนื้อไม่ให้แมลงวันเข้าไปได้ไม่ปรากฏว่า มีหนอน เกิดขึ้นในเนื้อที่ เน่านั้น ในศตวรรษต่อมาพระชาวอิตาเลียน ชื่อลาซซาโร สปาลลันซานี (Lazzaro Spallanzani) ได้แสดงให้เห็นว่าน้ำต้มเนื้อเมื่อปิดผนึกให้ดี ไม่ให้อากาศผ่าน เข้าได้ หลังจาก นึ่งต้มแล้วปรากฏว่า ไม่มีจุลินทรีย์เลยและไม่เน่าอีกด้วย แต่เมื่อเปิดให้อากาศเข้าไป น้ำต้มเนื้อนั้น เกิดเน่าเสียแต่ เขาก็ไม่สามารถอธิบายได้ว่าอะไรเป็นสาเหตุ
ในปี ค.ศ. 1860 หลุย ปาสเตอร์ (Louis Pasteur) ชาวฝรั่งเศส ได้ดัดแปลง การทดลองของ สปาลลันซานี โดยมีอุปกรณ์เป็นรูปตัว S ปลายด้านหนึ่งบรรจุน้ำต้มเนื้อปลายอีกด้านหนึ่งเปิด ให้ อากาศ ฃผ่านเข้าได้ เขาได้พิสูจน์ว่า เมื่ออากาศที่ผ่านเข้าไปในปลายอีกข้างหนึ่ง ปราศจากเชื้อ จุลินทรีย์ โดยที่เชื้อจุลินทรีย์หรือเศษผงจะถูกดักอยู่ตรงข้องอรูปตัว S นี้อากาศที่เข้าไปถึง น้ำต้ม เนื้อ จึงบริสุทธิ์ น้ำต้มเนื้อก็ไม่เน่าเปื่อย ซึ่งการทดลองนี้ได้คัดค้านทฤษฎีการเกิดขึ้นได้เองโดยสิ้นเชิง
ต่อมาปี ค.ศ. 1936 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ชื่อ เอ. ไอ. โอเปริน (A.I.Oparin)ได้เขียน บทความเป็นภาษารัสเซียเรื่อง "The Origin of Life" อีกห้าปีต่อมานักวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษ ชื่อ เจ. บี. เอส. ฮัลเดน (J.B.S.Haldane) ได้พิมพ์บทความแสดงความคิดของเขา ในวารสาร The Rational Annual ทั้งโอปารินและฮัลเดน ได้เสนอแนวความคิด คล้ายคลึงกันกล่าวว่า หลังจาก เกิดโลกแล้วบรรยากาศมีธาตุออกซิเจนน้อยหรือไม่มีเลยส่วนมากเป็นไอน้ำ แก๊สคาร์บอน ไดออกไซด์ และไนโตรเจนมีแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ มีเทน และแอมโมเนียบ้างเล็กน้อย ในมหาสมุทรอาจมี แก๊สคาร์บอน ไดออกไซด์ แอมโมเนีย มีเทน และไฮโดรเจนไซยาไนด์ซึ่งต่างก็มีสถานะเป็นแก๊ส ที่อุณหภูมิซึ่งน้ำเป็นของเหลวละลายอยู่ นอกจากนี้ในมหาสมุทรยังมีสารประกอบอื่นๆ ของพวกโลหะ คลอไรด์สารประกอบฟอสฟอรัส เกลือและแร่ธาตุต่างๆ สะสมอยู่ แม้แต่เดิมจะไม่มีก็ตาม แต่เนื่องจากแม่น้ำกัดเซาะด้านข้างของภูเขาออกไป รวมทั้งมี คลื่นกระทบฝั่งด้วยกำลังแรง ทำให้ ปริมาณเกลือและแร่ธาตุต่างๆ ในมหาสมุทรเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ นอกจากนี้ลาวาใต้ทะเลที่ระเบิดออกมา ยังอาจช่วยเพิ่มปริมาณ ของเกลือแร่ของน้ำในมหาสมุทรได้ ความเค็มของเกลือจึงเพิ่มขึ้น เรื่อยๆ
การเกิดของน้ำที่เป็นส่วนของบรรยากาศแรกเริ่มและเกลือแร่หลายชนิดในรูปของสารละลาย เป็นกุญแจสำคัญที่นำไปสู่ การกำเนิดของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากน้ำเป็นสิ่งที่จำเป็นที่สุดของสิ่ง มีชีวิต ทั้งในอดีตและปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าน้ำ เป็นตัว ทำละลายที่ดีที่สุด มีสมบัติเป็นตัวกลาง ของ ปฏิกิริยา เคมีได้อย่างวิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นแหล่งสำคัญของไฮโดรเจน และออกซิเจนอีกด้วย ด้วยเหตุผลดังกล่าวน้ำในมหาสมุทรจึงน่าจะก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตได้ ถึงแม้ว่าชั้นของเมฆ ที่หนาจะป้องกัน ไม่ให้แสงอาทิตย์ส่องถึงโลกครั้งแรก เป็นผลให้โลกมืดมากเป็นเวลานานแต่รังสี อุลตรา ไวโอเลต รังสีเอกซ์ และอื่นๆ ที่มี พลังงานสูงของดวงอาทิตย์ยังสามารถ ผ่านเมฆได้และทำให้เกิด พลังงานที่จำเป็นสำหรับ ปฏิกิริยาระหว่างมีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนไซยาไนด์และน้ำ แหล่ง พลังงานที่สอง ได้แก่ ประจุไฟฟ้าที่เกิดต่อเนื่องกันในบรรยากาศ ของเมฆและพายุฝน แสงทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ เช่นเดียวกับรังสี จากดวงอาทิตย์ พลังงานจาก แหล่งทั้งสองจะทำให้โมเลกุล ของแก๊สเกิด ปฏิกิริยาเคมีโดยตรงเช่นที่ยังเกิดอยู่ในปัจจุบัน ผลผลิต ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีในอากาศจะถูกฝนชะล้าง ลงในทะเล ปฏิกิริยาเหล่านี้อาจเกิดในน้ำที่มี มีเทน และสารอื่นๆ ละลายอยู่

เนื่องจากกรดอะมิโนเป็นองค์ประกอบหลักของโปรตีน ดังนั้นผลการทดลองดังกล่าวนี้ จึงเป็นที่น่าสนใจเกี่ยวกับการ กำเนิดของชีวิตในโลก หลังจากที่มิลเลอร์ประสบความสำเร็จ ดังกล่าว ต่อมาก็ได้มีการสังเคราะห์กรดอะมิโนหลายชนิดขึ้นอีก โดยส่วนประกอบของแก๊สต่างๆ ได้รับประจุ ไฟฟ้าหรือรังสีอุลตราไวโอเลตและความร้อน จึงเป็นการยืนยันว่า กรดอะมิโน สามารถเกิดขึ้นได้ โดยกระบวนการต่างๆ ตั้งแต่สมัยก่อนที่จะมีสิ่งมีชีวิต อุบัติขึ้นในโลก ในสภาพที่เหมาะสมกรดอะมิโน ก็ก่อตัวเป็นเส้นยาวลักษณะคล้ายโปรตีนเรียก โปรตีนอยด์ (protenoid) เมื่อโลกค่อยๆ เย็นลง สารโปรตีนอยด์ก็เกิดขึ้นมากมาย มีรูปร่างค่อนข้างกลมขนาดเล็กซึ่งปรากฏการณ์เช่นนี้ อาจเกิดขึ้น ในสมัยก่อนประวัติศาสตร์โลก เพราะว่าในบรรยากาศ มีแก๊สมีเทน ไฮโดรเจน และ ไอน้ำ เมื่อถูกรังสี ต่างๆ หรือประจุไฟฟ้าจากฟ้าแลบก็จะทำให้เกิดสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ รวมทั้งกรดอะมิโนการค้นพบ การสังเคราะห์กรดอะมิโนนับเป็นปัจจัย สำคัญในการเกิดสารประกอบพวกโปรตีน ซึ่งเป็น องค์ประกอบที่สำคัญในสิ่งมีชีวิตได้กำเนิดขึ้นในโลกครั้งแรก เมื่อประมาณ 3,000 ล้านปีมาแล้ว

ต่อมามีการทดลองในทำนองเดียวกันนี้ โดยใช้แหล่งพลังงานต่างๆ กันไปปรากฏว่า ได้ผลคล้ายคลึงกัน ทำให้คาดว่าครั้งหนึ่งนานมาแล้ว ในโลกเรานี้มีสารเคมีที่มีโครงสร้างซับซ้อน ของสิ่งมีชีวิต เกิดขึ้นได้เอง จากสารเคมี ที่มีอยู่ในบรรยากาศขณะนั้น ซึ่งเหมือนกับที่นักวิทยาศาตร์ ได้ทดลอง ทำให้เกิดขึ้น ในห้องปฏิบัติการแต่ในสภาพความเป็นจริง ในปัจจุบัน สภาพบรรยากาศ ที่เต็มไปด้วย แก๊ส อิสระมากมายต่างไปจากอดีต สารอินทรีย์สามารถทำปฏิกิริยากับ ออกซิเจน เกิดการ สลายตัว การที่สภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไปการเกิดสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายสิ่งมีชีวิต ริ่มแรก จึงไม่ สามารถเกิดขึ้น ได้อีก สิ่งมีชีวิตรุ่นต่อมาจึงกำเนิดจากสิ่งมีชีวิตที่กำเนิดมาก่อน หรือกล่าวได้ว่า “สิ่งมีชีวิตต้องเกิดจากสิ่งมีชีวิตด้วยกัน”

นักวิทยาศาสตร์ในยุคต่างๆ

 

 

ภาพที่  1-17 เอมเพโดคลีส , เดโมคริตุส และ อริสโตเติล เรียงตามลำดีบ

ภาพที่  1-18  นิวตัน ,  วิลเลียม ฮาร์วีย์ และ  เดคาร์ต ์เรียงตามลำดับ

ภาพที่ 1-19  แวน เฮลมอนต  ,  ฟรานเซสโก เรดิ และ ลาซซาโร สปาลลันซานี ตามลำดับ

ภาพที่  1-20  การทดลองของสปาลลันซานี

ภาพที่  1-21  หลุย ปาสเตอร์ กับการทดลองของเขา

ภาพที่ 1-22  โอเปริน

ภาพที่  1-23  การทดลองของมิลเลอร์

คำถามท้ายบท

1. ชีววิทยาคืออะไร มาจากรากศัพท์ภาษากรีก 2 คำ คืออะไรบ้าง
2. จงบอกสาขาวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับชีววิทยามาอย่างน้อย 5 วิชา
3. สารประกอบทางเคมีที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตมีอะไรบ้าง
4. คุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตมีอะไรบ้าง