ชีววิทยาบทที่1 เรื่องความรู้พื้นฐานทางชีววิทยา

ชีววิทยา คือ การศึกษาเรื่องราวเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต รากศัพท์ของคำนี้มาจากภาษากรีก คือ ไบออส (bios) ซึ่งหมายถึงสิ่งมีชีวิต และโลกอส (logos) ที่หมายถึง ความคิดและเหตุผลการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตสามารถศึกษาได้หลายระดับ ตั้งแต่ระดับใหญ่ เช่น การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างประชากรสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม การศึกษาความสัมพันธ์์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่างๆ การศึกษาลักษณะรูปร่าง การดำรงชีวิตและการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิต สำหรับการศึกษาในระดับย่อยลงมา เช่น การศึกษาองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ อวัยวะ เนื้อเยื่อ และเซลล์ ในด้านโครงสร้างและหน้าที่การทำงาน

นอกจากนี้ชีววิทยายังครอบคลุมถึงการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุล อะตอมที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ เช่น โมเลกุลดีเอ็นเอ (DNA) อาร์เอ็นเอ (RNA) โมเลกุลของสารอินทรีย์และอะตอมของธาตุต่างๆที่พบในสิ่งมีชีวิต รวมถึง การศึกษาเรื่องปฏิกิริยาเคมี และพลังงานที่เกิดขึ้นในร่างกายสิ่งมีชีวิตอีกด้วย จะเห็นได้ว่า ชีววิทยานั้นเกี่ยวข้องกับความรู้ต่างๆหลายสาขา ทั้งทางด้านเคมี ฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ และคอมพิวเตอร์ ที่สามารถประยุกต์นำมาใช้อธิบายหรือจำลองความเป็นไปของสิ่งมีชีวิตทั้งหลายเพื่อตอบปัญหาต่างๆที่มนุษย์สงสัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตได้

 

คุณสมบัติของสิ่งมีชีวิต

ความแตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตนั้นมีหลายประการ ในการศึกษาทางด้านชีววิทยามีความจำเป็นอย่างยิ่ง ที่จะต้องสามารถแยกให้ได้ว่าสิ่งใดคือสิ่งมีชีวิตและสิ่งใดคือสิ่งไม่มีชีวิตเสียก่อน จึงสามารถศึกษาในขั้นต่อไปได้อย่างถูกต้อง ซึ่งลักษณะที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ได้แก่

1. มีโครงสร้างและการทำหน้าที่อย่างเป็นระบบ (organization)
ในสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะมีการทำงานประสานกันตั้งแต่ระดับหน่วยย่อยภายในเซลล์ (organelle) กลุ่มเซลล์ (tissue) และอวัยวะ (organ) ต่าง ๆ อย่างเป็นระบบและมีประสิทธิภาพ

2. มีการรักษาสมดุลภายในร่างกาย (homeostasis)
การรักษาสมดุลภายในร่างกาย เช่น ระดับอุณหภูมิ ค่าความเป็นกรด-เบส (pH) และความเข้มข้นของสารต่างๆให้อยู่ในจุดที่ไม่เป็นอันตราย ต่อเซลล์

3. มีการปรับตัว (adaptation)
สิ่งมีชีวิตพยายามปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมอยู่เสมอ เช่น การเปลี่ยนสีของผิวหนังในสัตว์เลื้อยคลาน เพื่ออำพรางศัตรู การที่ปลามีรูปร่างเพรียวไม่ต้านกระแสน้ำ การลดรูปของใบจนมีลักษณะคล้ายเข็มในต้นกระบองเพ็ดเพื่อลดการสูญเสียน้ำเพราะเจริญอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่เป็นทะเลทราย การปรับตัวของสิ่งมีชีวิตเป็นไปก็เพื่อให้้สามารถอยู่รอดในสิ่งแวดล้อมที่มันอาศัยอยู่และสามารถสืบทอดลูกหลานต่อไปได้นั่นเอง

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

5. มีการเจริญเติบโตและพัฒนารูปร่าง (growth and development)
ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว หลังจากมีการสืบพันธุ์ให้ลูกหลานแล้ว เซลล์ลูกเริ่มแรกจะมีขนาดเล็กหลังจากได้รับสารอาหารจะมีการเจริญเติบโตขยายขนาดใหญ่ขึ้นและพัฒนาจนเป็นเซลล์ที่พร้อมจะสืบพันธุ์ได้ (mature cell) ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จะมีกระบวนการเจริญเติบโตและพัฒนาที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งประกอบด้วย กระบวนการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์ (cell differentiation) เพื่อให้เหมาะกับการทำหน้าที่แต่ละอย่าง เช่น การเปลี่ยนแปลงรูปร่างเซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์กล้ามเนื้อเพื่อให้เหมาะสมกับการทำหน้าที่เคลื่อนไหวของร่างกาย เป็นต้น

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

7. มีการรับรู้ต่อสิ่งเร้าที่มากระตุ้น (sensitivity)
สิ่งมีชีวิตสามารถรับรู้และตอบสนองต่อสิ่งเร้าจากสิ่งแวดล้อมที่อาศัยอยู่ในลักษณะต่างๆ กัน เช่น การเจริญเข้าหาแสงของต้นพืช การเจริญเติบโตช้าลงของจุลินทรีย์เมื่ออยู่ในที่อุณหภูมิิต่ำ 4 องศาเซลเซียส การเคลื่อนที่เข้าหาสารอาหารของพารามีเซียม
เป็นต้น

8. มีปฏิสัมพันธ์ (interaction) กับสิ่งแวดล้อม
สิ่งมีชีวิตมีลักษณะเป็นระบบเปิด (open system) ซึ่งสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมได้ตลอดเวลาโดยมีการรับพลังงาน สารอาหารเข้าสู่ร่างกาย และขับถ่ายของเสียออกสู่สิ่งแวดล้อมรวมทั้งมีความสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตอื่นในรูปแบบต่างๆ เช่น การอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัย (symbiosis) การเป็นปฏิปักษ์ต่อกัน (antagonism) และการเบียดเบียนสิ่งมีชีวิตอื่น (parasitism) เป็นต้น