ความรู้วิชาวิทยาศาสตร์

หน่วยของชีวิตและชีวิตพืช
1.1 หน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต
การกำเนิดสิ่งมีชีวิต
มีหลายทฤษฎีที่พยายามอธิบายการเกิดของสิ่งมีชีวิต เช่น ทฤษฎี “spontaneous generation” ที่กล่าวว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้ด้วยตัวเองจากสิ่งไม่มีชีวิตเช่น กบและแมลงเกิดจากดิน หรือแมลงเกิดจากเนื้อเน่า อย่างไรก็ตามปัจจุบันทฤษฎีดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่เป็นความจริง เป็นที่ทราบในปัจจุบันว่าสิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน เช่น สุนัขจะให้กำเนิดสุนัข หนอนผีเสื้อเกิดจากผีเสื้อและพัฒนาเป็นผีเสื้อในลำดับต่อมา อย่างไรก็ตามหากสิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งมีชีวิตแล้วสิ่งมีชีวิตเริ่มแรกมาจากที่ใดหรือเกิดขึ้นได้อย่างไร ?
นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษชื่อ ชาลส์ ดาร์วิน (Charles Darwin) และ แอลเฟรด รัสเซล วอลแลนซ์ (Alfred Russel Wallance) ได้เสนอทฤษฎีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก (theory of evolution by natural selection) วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเกิดจากการคัดเลือกตามธรรมชาติ ซึ่งทฤษฏีดังกล่าว กล่าวว่า สิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ ภายในชนิดเดียวกัน (สปีชีส์ ; species) จะมีความแตกต่างกันอยู่บ้าง ซึ่งเราเรียกว่าแตกต่างภายในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันนี้ว่า ความผันแปร (variations) โดยความผันแปรดังกล่าว จะเป็นผลให้สิ่งมีชีวิตสามารถอยู่รอดในได้สภาวะแวดล้อม ตัวอย่างเช่น เมื่อเกิดสภาวะแห้งแล้ง แมลง สายพันธุ์ที่มีความสามารถกินอาหารได้หลายชนิดทั้งใบพืชและหญ้า จะสามารถมีชีวิตรอดได้ดีกว่าแมลง สายพันธุ์ที่สามารถกินหญ้าได้อย่างเดียว เมื่อสิ่งมีชีวิต สายพันธุ์หนึ่งสามารถมีชีวิตได้นาน ก็สามารถมีลูกหลานได้มากกว่าสิ่งมีชีวิต สายพันธุ์อื่นที่มีอายุสั้นและเมื่อเวลาผ่านไปสิ่งมีชีวิต สายพันธุ์นั้นจะมีจำนวนมากขึ้นและเกิดเป็นชนิดใหม่ (new species)
สิ่งมีชีวิตเริ่มแรกเกิดขึ้นได้อย่างไร ? แรกเริ่มเดิมทีเมื่อโลกยังร้อน สิ่งมีชีวิตไม่สามารถอาศัยบนโลกใบนี้ได้ เมื่อเวลาผ่านไปโลกเริ่มเย็นตัวลง อุณหภูมิบนโลกจึงเหมาะที่จะเกิดสิ่งมีชีวิตขึ้น โดยทฤษฎีที่ยอมรับเกี่ยวกับการเกิดสิ่งมีชีวิตเริ่มแรก เกิดจากการทำปฏิกิริยากันของสารเคมีซึ่งเกิดขึ้นในทะเล หลังจากนั้นเกิดเป็นสารประกอบพวกโปรตีน กรดอะมิโน และเอนไซม์ สะสมอยู่ในทะเลเป็นจำนวนมาก สำหรับสมมุติฐานดังกล่าวได้รับการสนับสนุนโดยการทดลองของ สแตนลีย์ มิลเลอร์ (Stanley Miller) โดยมิลเลอร์ได้ทำการจำลองสภาวะซึ่งเป็นระบบปิด หลังจากนั้นได้ใส่ก๊าซมีเทน (CH4)แอมโมเนีย (NH3) ไฮโดรเจน และน้ำ ซึ่งเชื่อว่าสภาวะดังกล่าวเคยเกิดขึ้นในบรรยากาศของโลกในอดีต หลังจากนั้นให้ความร้อนและทำให้เกิดประกายไฟขึ้น ภายในระบบที่จัดไว้ หลังจากเวลาผ่านไปหนึ่งสัปดาห์ มิลเลอร์พบว่าในชุดการทดลองพบกรดอะมิโนและกรดอินทรีย์เกิดขึ้น

สำหรับขั้นตอนต่อมาสารประกอบอินทรีย์จะรวมตัวกันเป็นโมเลกุลอินทรียสารขนาดใหญ่ (macromolecules) และวิวัฒนาการต่อไปจนเกิดเป็นโปรโตเซลล์ (protocell) ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเซลล์ มีโครงสร้างของผนังเป็นไขมันและโปรตีน และเกิดการสันดาปภายในเซลล์ได้ หลังจากนั้น โปรโตเซลล์ ซึ่งเชื่อว่ามีอาร์เอ็นเอทำหน้าที่เป็นทั้งสารพันธุกรรมและเอนไซม์ จะวิวัฒนาการกลายเป็นเซลล์เริ่มแรกของสิ่งมีชีวิตซึ่งมีความสามารถในการเพิ่มจำนวนหรือสืบพันธุ์
1.2 ลักษณะโครงสร้างเเละหน้าที่ของเซลล์พืชเเละเซลล์สัตว์
เซลล์พืชและเซลล์สัตว์ถึงแม้จะมีลักษณะและรูปร่างแตกต่างกัน แต่มีโครงสร้างพื้นฐานหรือส่วนประกอบที่สำคัญภายในเซลล์คล้ายคลึงกัน
 โครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์
 1. ไลโซโซม (Iysosome) เป็นออร์แกเนลล์ที่พบ เฉพาะในเซลล์สัตว์และโปรติสต์บางชนิดรูปร่างค่อนข้างกลม ทำหน้าที่สะสมเอนไซม์ที่เกี่ยวกับการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่าง ๆ และทำลายของเสียภายในเซลล์
2. ผนังเซลล์ (Cell Wall) เป็นผนังแข็งแรงอยู่ชั้นนอกสุดของเซลล์พืชส่วนใหญ่สร้างจากสารเซลโลโลส เป็นส่วนที่ไม่มีชีวิต ทำให้เซลล์ทนทานและเป็นเยื่อที่ยอมให้สารต่าง ๆ ผ่านเข้าและออกจากเซลล์ได้ มีหน้าที่เพิ่มความแข็งแรงและป้องกันอันตรายให้กับเซลล์
3. ครอโรพลาสต์ (Chlorplast) พบในไซโทรพลาสซึม ของเซลล์พืชบางชนิด มีลักษณะเป็นเม็ดสีเขียวมีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น โดยชั้นนอกทำหน้าที่ควบคุมโมเลกุลของสารที่ผ่านเข้าออกชั้นในมีสารสีเขียวที่เรียกว่า ครอโรฟิลล์ (Cholorophyll) มีสมบัติดูดพลังงานแสงมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง ทำให้พืชสามารถสร้างอาหารได้เอง ซึ่งเซลล์สัตว์ไม่มีครอโรพลาสต์
4. ไซโตพลาสซึม (Cytoplasm) เป็นของเหลวที่มีลักษณะกึ่งแข็งกึ่งเหลว ประกอบด้วยสารเคมีหลายชนิดรวมทั้งส่วนที่เป็นออร์แกเนลล์ (Organelle) เป็นส่วนประกอบที่เทียบได้กับอวัยวะที่ทำหน้าที่ต่าง ๆ ให้แก่เซลล์มีหลายอย่าง เช่น ไรโบโซม (ribosome) มีลักษณะเป็นวงกลมหรือรูปไข่ทำหน้าที่สร้างหรือสังเคราะห์โปรตีน
5. เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane) เยื่อหุ้มเซลล์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโมเลกุลของโปรตีนและไขมันมีลักษณะเป็นเยื่อบ่าง ๆ มีความยืนหยุ่นได้ และมีรูพรุนสามารถจำกัดขนาดของสารที่ผ่านเข้าออกได้ จึงมีสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน คือ ยอมให้โมเลกุลของสารขนาดเล็กผ่านได้ เช่น น้ำ ก๊าซออกซิเจน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนสารขนาดใหญ่ผ่านไม่ได้ เช่น โปรตีน หน้าที่ คือ ห่อหุ้มเซลล์ทำให้เซลล์คงรูปอยู่ได้ ช่วยคัดเลือกสารและควบคุมปริมาณของสารที่ผ่านเข้าและออกจากเซลล์
6. กอลจิบอดี (Golgi boby) หรืออีกอย่างหนึ่งว่า กอจิแอพพาราทัส มีลักษณะเป็นท่อหรือถุงแบน ๆ เรียนซ้อนกันหลายชั้น ทำหน้าที่เป็นแหล่งสร้างคาร์โบโฮเดรตที่รวมกับโปรตีนซึ่งสร้างมาจากร่างแหเอนโดพลาสมิกเรติคูรัมและมีส่วนสำคัญในการสร้างผนังเซลล์ของพืชและสารเคลือบเยื่อหุ้มเซลล์ของสัตว์
7. ร่างแหเอนโดพลาสมิกเรติคูรัม (Endoplasmic Reticulum) มีลักษณะเป็นเยื่อบาง ๆ สองชั้นเรียงทบไปทบมาคล้ายถุงแบน ๆ แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือชนิดที่มีไรโบโซมเกาะอยู่ ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนและเป็นทางส่งโปรตีนนี้ออกนอกเซลล์ และชนิดที่ไม่มีไรโบโซมเกาะอยู่
8. ไมโทคอนเดรีย (Mitochondria) มีลักษณะกลมจนถึงเรียวแตกต่างกันตามชนิดของสิ่งมีชีวิตทำหน้าที่เป็นแหล่งสร้างพลังงานให้แก่เซลล์
9. แวคิวโอล (Vaculoe) มีลักษณะเป็นถุงใสที่มีขนาดและรูปร่างไม่แน่นอนทำหน้าที่ควบคุมปริมาณน้ำในเซลล์ สะสมน้ำ เก็บอาหาร และขับของเสียที่เป็นของเหลว
10. นิวเคลียส (Nucleus) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเซลล์ มีลักษณะค่อนข้างกลม มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น มีรูเล็ก ๆ เป็นเยื่อเลือกผ่านซึ่งเป็นทางผ่านของสารต่าง ๆ เข้าและออกจากนิวเคลียส ภายในมีโครโมโซม บนโครโมโซมมีหน่วยพันธุกรรมหรือยีนอยู่
หน้าที่ ของนิวเคลียส เป็นศูนย์กลางในการควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต และควบคุมการทำงานของเซลล์และการเจริญเติบโตเป็นแหล่งสังเคราะห์สารพันธุกรรมและควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนภายในเซลล์
ส่วนประกอบของนิวเคลียส มีดังนี้
1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส (Nuclear membrane)
- มีลักษณะเหมือนกับเซลล์เมมเบรน
- ประกอบไปด้วยโปรตีนและไขมัน บางครั้งจะมีไรโบโซมมาเกาะอยู่
- จะมีรู (pores) มากมาย ซึ่งเป้นทางผ่าน เข้าออกของสารต่าง ๆ
2. โครมาติน (Chromatin)
- เป็นส่วนของนิวเคลียสที่ติดสีย้อม
- ส่วนที่ติดสีย้อมเข้มเรียกว่า เฮทเทอโรโครมาติน (heterochromatin)
- ส่วนที่ติดสีจาง ๆ เรียกว่า ยูโครมาติน (euchromatin) ซึ่งเป็นที่อยู่ของยีนหรือดีเอ็นเอ
- โครมาตินจะหดสั้นเข้าและหนาในขณะที่เซลล์มีการแบ่งตัวซึ่งเรียกว่า โครโมโซม
- สิ่งมีชีวิต แต่ละชนิดก็จะมีจำนวนโครโมโซม แตกต่างกันไป
3. ส่วนประกอบของนิวเคลียส
- มีรูปร่างกลม ๆ จำนวนไม่แน่นอนเกาะติดกับโครโมโซม
- เป็นส่วนที่ติดสีย้อมชัดเจน
- องค์ประกอบทางเคมี คือโปรตีน, RNA และเอ็นไซม์อีกหลายตัว
- ทำหน้าที่ของเกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์

ตารางเปรียบเทียบเซลล์พืชและเซลล์สัตว์

1.3 การลำเลียงในพืช การเเพร่ เเละออสโมซิส

โครงสร้างและการทำงานของระบบลำเลียงของพืช

โครงสร้างและการทำงานของระบบลำเลียงของพืชประกอบด้วยระบบเนื้อเยื่อท่อลำเลียง (vascular tissue system) ซึ่งเนื้อเยื่อในระบบนี้จะเชื่อมต่อกันตลอดทั้งลำต้นพืช โดยทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ สารอนินทรีย์ สารอินทรีย์ และสารละลายที่พืชต้องการนำไปใช้ในการดำเนินกิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์

ระบบเนื้อเยื่อท่อลำเลียงประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ ท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ (xylem) กับท่อลำเลียงอาหาร (phloem)