สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 เทอม ๑ - ๒ หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช ๒๕๕๑ (ฉบับปรับปรุง ๒๕๖๐) กลุ่มสาระวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
สารบัญ เรื่อง หน้า ▪ ระบบนิเวศ ▪ การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม ▪ ความหลากหลายทางชีวภาพ ▪ วัสดุในชีวิตประจ าวัน ▪ ปฏิกิริยาเคมี ▪ ไฟฟ้า ▪ อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น ▪ คลื่นและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ▪ แสงและการมองเห็น ▪ ปฏิสัมพันธ์ในระบบสุริยะ 1-29 30-60 61-72 73-89 90-111 112-127 128-135 136-146 147-169 170-188
เรื่อง ระบบนิเวศ สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่3 -1-
สรุปความรู้ เรื่อง ระบบนิเวศ -2- ในธรรมชาติรอบตัวจะมีทั้งสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต ซึ่งสิ่งมีชีวิต ได้แก่ พืช และสัตว์อาศัยอยู่ร่วมกัน ถ้าเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันอยู่ร่วมกัน เรียกว่า ประชากร แต่ถ้ามีสิ่งมีชีวิตหลายชนิดอยู่ร่วมกันเรียกว่า กลุ่มสิ่งมีชีวิต บริเวณที่สิ่งมีชีวิตอาศัย อยู่เรียกว่า แหล่งที่อยู่ ซึ่งมีปัจจัยต่าง ๆ ในการด าารงชีวิต ได้แก่ อาหาร อากาศ น ้า หรือความชื้น ดิน แร่ธาตุ สิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกันจะมีความสัมพันธ์กัน มีการถ่ายทอด พลังงานในลักษณะโซ่อาหารและสายใยอาหารซึ่งประกอบด้วยผู้ผลิต ผู้บริโภค และ ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ เรียกระบบที่กลุ่มสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่เดียวกันมี ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน และมีความสัมพันธ์กับสิ่งไม่มีชีวิตว่า ระบบนิเวศ # ความหมายของระบบนิเวศ ระบบนิเวศ (ecosystem) หมายถึง ระบบที่ประกอบด้วย กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยในแหล่งที่อยู่เดียวกัน มีความสัมพันธ์ซึ่งกัน และกัน รวมทั้งความสัมพันธ์กับสิ่งไม่มีชีวิตในแหล่งที่อยู่นั้นด้วย มีการถ่ายทอดพลังงาน และการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ
สิ่งรอบตัวเรามีทั้งสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตรวมเรียกว่า สิ่งแวดล้อม (environment) นอกจากนี้ เสียง ความร้อน ความดันอากาศ ความดัน ของเหลว ความชื้น ล้วนจัดเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งแวดล้อม # พืชที่ลอยน ้าหรือพบตามผิวน ้า ผักบุ้ง แหน จอก ผักกระเฉด สิ่งมีชีวิตที่พบใน สิ่งแวดล้อมมีมากมาย เช่น -3-
# พืชที่จมน ้าหรือพบใต้น ้า สาหร่ายหางกระรอก สาหร่ายพุงชะโด # พืชที่พบบางส่วนอยู่ใต้น ้า บางส่วนอยู่เหนือน ้า ตับเต่า บัวสาย # พืชที่พบอยู่บนดินริมน ้า แพงพวยน ้า ผักแว่น กกธูป -4-
# สัตว์ที่พบในน ้า ปูนา กุ้งฝอย หอยโข่ง # สัตว์ที่พบบนบก หอยทาก ผีเสื้อ -5- 1.ความสัมพันธ์ทางกายภาพ เป็นความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมที่ ไม่มีชีวิตในบริเวณแหล่งที่อยู่นั้น เช่น แสง น ้า อุณหภูมิ แร่ธาตุ แก๊ส 2.ความสัมพันธ์ทางชีวภาพ เป็นความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ร่วมกัน ในบริเวณแหล่งที่อยู่นั้น การส ารวจสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ท าให้เราทราบขนาดของประชากร และเข้าใจ ความสัมพันธ์ขององค์ประกอบต่าง ๆ ที่อยู่ภายในระบบนิเวศ แบ่งเป็น
# องค์ประกอบของระบบนิเวศ ระบบนิเวศประกอบด้วยกลุ่มสิ่งมีชีวิต และแหล่งที่อยู่ นอกจากนี้ต้องมีกระบวนการ ถ่ายทอดพลังงาน และการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ 1. กลุ่มสิ่งมีชีวิต (community) หมายถึง สิ่งมีชีวิตตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป อาศัยอยู่ร่วมกัน ในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง ในช่วงเวลาหนึ่ง 2. แหล่งที่อยู่ (habitat) หมายถึง บริเวณที่กลุ่มสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ แหล่งที่อยู่นี้อาจเป็น สิ่งมีชีวิตเช่น ทุ่งหญ้า ป่าไม้ หรือแหล่งที่อยู่อาจเป็นสิ่งไม่มีชีวิต เช่น แหล่งน ้า ทะเลทราย 3 สิ่งแวดล้อม (environment) หมายถึงองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต ซึ่งมีความสัมพันธ์ และเกี่ยวข้องกับระบบนิเวศ เช่น แสง อุณหภูมิ น ้า ดิน แร่ธาตุ อากาศ -6- กลุ่มสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่เดียวกัน มีความสัมพันธ์ ซึ่งกันและกัน และมีความสัมพันธ์กับสิ่งไม่มีชีวิตในแหล่งที่ อยู่นั้น เรียกความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม หรือแหล่งที่อยู่ว่า ” ระบบนิเวศ (ecosystem) ”
ประเภทของระบบนิเวศ 1. ระบบนิเวศบนบก (terrestrial ecosystem) หมายถึง ลักษณะของระบบนิเวศ ที่กลุ่มสิ่งมีชีวิตภายในระบบอาศัยอยู่บนพื้นดิน เช่น ทุ่งหญ้า ป่า ทะเลทราย ที่ราบริม ภูเขา ที่ราบสูง 2. ระบบนิเวศในน ้า (aquatic ecosystem) หมายถึง ลักษณะของระบบนิเวศ ที่กลุ่มสิ่งมีชีวิตภายในระบบอาศัยอยู่ในแหล่งน ้า เช่น บ่อ หนอง บึง คลอง แม่น ้า ทะเล -7- ระบบนิเวศแบ่งเป็น 3 ประเภท ดังนี้ ป่าฝนเขตร้อน ทะเลทราย แนวปะการังใต้ทะเล บึงน ้าจืด 3. ระบบนิเวศเมือง (Urban Ecosystem) คือ ระบบนิเวศที่ถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ เช่น เขตเมือง เขตพื้นที่อุตสาหกรรม และเขตพื้นที่การเกษตร ระบบนิเวศเมือง ที่มนุษย์สร้างขึ้น พื้นที่การเกษตร
1. ระบบนิเวศแหล่งน ้าจืด ได้แก่ แม่น ้า ล าคลอง หนองน ้า บึง ทะเลสาบ อ่างเก็บน ้า และคู แหล่งน ้า บริเวณนี้จะมีสารอินทรีย์ มีพืชน ้าหลายชนิด เช่น ต้นเหงือกปลาหมอ ต้นกก ต้นล าพู ต้นทองหลาง สาหร่าย จอก แหน เป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์น ้า หลายชนิด เช่น หอยขม กุ้ง ปลา สัตว์สะเทินน ้า สะเทินบก เช่น กบ คางคก อึ่งอาง รวมทั้งสัตว์ปีกที่ จับสัตว์น ้าหรือสัตว์สะเทินน ้าสะเทินบกเป็นอาหาร เช่น นกกระยาง นกปากห่าง 2. ระบบนิเวศทะเล ได้แก่ ทะเล มหาสมุทร อ่าว หาดทราย หาดหิน หาดโคลน พื้นทะเล พื้นมหาสมุทร และแนวปะการัง ซึ่งเป็นบริเวณ ที่อุดมสมบูรณ์ไปด้วยแร่ธาตุ สิ่งมีชีวิตที่อาศัย อยู่ในระบบนิเวศทะเล ได้แก่ แพลงก์ตอนพืช แพลงก์ตอนสัตว์ สาหร่าย ปลาชนิดต่างๆ กุ้ง หอย หมึก แมงกะพรุน และอื่นๆ -8- ชนิดของระบบนิเวศ ระบบนิเวศมีหลากหลายชนิด แต ่ละระบบนิเวศมีสิ่งมีชีวิตที่แตกต ่างกันตาม สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมกับการด ารงชีวิต ซึ่งเป็นความหลากหลายทางชีวภาพ แต่อาจมี สิ่งมีชีวิตบางชนิดเหมือนกันได้ในสภาพแวดล้อมทางกายภาพที่แตกต่างกัน ในระบบนิเวศ หนึ่ง ๆ จึงมีสิ่งมีชีวิตหลายชนิดทั้งพืชและสัตว์ ซึ่งมีจ านวนชนิด และจ านวนประชากรต่างกัน เป็นความหลากหลายในระบบนิเวศ โดยทั่วไปแบ่งระบบนิเวศเป็น 5 ชนิด ดังนี้
3. ระบบนิเวศป่าชายเลน เป็นป่าบริเวณชายฝั่ง ทะเลและปากแม่น ้าของประเทศในป่าเขตร้อน เป็นบริเวณน ้ากร่อย ในประเทศไทยพบแถบ จังหวัดชายฝั ่งทะเลทางภาคตะวันออกและ ภาคใต้ สภาพดินเป็นดินเลนระดับน ้าทะเล ในช ่วงต ่างๆ ของแต ่ละวันแตกต ่างกัน ดิน บ ริเ วณ ป ่ าช ายเล น อ ุ ด ม ไป ด ้ วยแ ร ่ ธ าตุ สารอาหารต่างๆกลุ่มพืชที่พบ ได้แก่ โกงกาง แสม ตะบูน และเสม็ด เป็นพืชที่ส่วนใหญ่มีราก ค ้าจุนล าต้น มีรากหายใจโผล่พ้นพื้นดินเลน โกงกางเป็นพืชที่นิยมใช้ผลิตถ่านไม้ ซึ่งให้ ความร้อนสูง ส่วนกลุ่มสัตว์ที่พบมีทั้งสัตว์น ้า เช่น กุ้ง หอย ปู ปลา สัตว์หน้าดิน สัตว์ในดิน นก มีตัวอ่อนของสัตว์น ้าหลายชนิด นอกจากนี้ ป่าชายเลนยังช่วยลดความรุนแรงของลมพายุ ก่อนที่จะพัดถึงฝั่ง ถ้าระบบนิเวศป่าชายเลนถูก ท าลายจะมีผลกระทบถึงระบบนิเวศชิดอื่นด้วย 4.ระบบนิเวศป่าไม้ เป็นระบบนิเวศที่มีความ หลากหลายทางชีวะภาพเป็นแหล ่งที ่อยู่ อาศัยของพืชและสัตว์หลายชนิดเป็นแหล่ง ต้นน ้าล าธาร มีอินทรีย์สารแร่ธาตุที่ส าคัญ ให้ผลผลิตหลายชนิดจากพืช และสัตว์ทั้งที่ เป็นยารักษาโรคอาหารที่อยู่อาศัยช่วยรักษา อุณหภูมิของโลกช่วยให้ฝนตกตามฤดูกาล และควบคุมปริมาณน ้าฝนและการกักเก็บน ้า ในดินมีป่าไม้หลายชนิด เช่น ป่าดิบชื้น ป่า ดิบแล้ง ป่าดิบเขา ป่าพรุ 5.ระบบนิเวศชุมชนเมือง เป็นระบบนิเวศ ที่มนุษย์สร้างขึ้น ประกอบด้วยอาหาคาร สิ ่ งก ่อส ร ้ า งจ าน วนมาก เช ่น ถนน สะพานลอย อนุสาวรีย์ น ้าพุ เสาไฟฟ้า รถยนต์ เป็นระบบนิเวศที่มีคนอาศัยอยู่ อย่างหนาแน่นส่วนใหญ่จะพบจ านวน น้อย มีฝุ ่นละอองในอากาศมาก การ หมุนเวียนของอากาศมีน้อย มีขยะมูล ฝอยจ านวนมากมีทั้งแหล ่งเจริญ และ แหล่งเสื่อมโทรม -9- ระบบนิเวศป่าชายเลน ระบบนิเวศป่าไม้ ระบบนิเวศชุมชนเมือง
-10- กลุ่มของสิ่งมีชีวิตภายในระบบนิเวศจะมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน อีกทั้ง สิ่งมีชีวิตในแต่ละชนิดยังแสดงบทบาท และความส าคัญภายในระบบนิเวศ แตกต่างกัน ซึ่งสามารถแบ่งได้ดังนี้ 1. ผู้ผลิต (producer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารได้เองตามธรรมชาติ ได้แก่ พืชสีเขียว เนื่องจากสามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ เซลล์ของพืชมีคลอโรฟิลล์ รับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ โดยมี น ้าและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบที่ ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ได้น ้าตาลกลูโคส ออกซิเจน และน ้าเป็น ผลผลิตน ้าตาลกลูโคสจะถูกเปลี่ยนไปเป็นแป้งสะสมไว้ที่ส่วนต่าง ๆ ของพืช ส่วนแก๊สออกซิเจน และไอน ้าจะคายออกทางปากใบ 2.1 ผู้บริโภคพืช (herbivore)ถือเป็นผู้บริโภคล าดับที่หนึ่ง เช่น ช้าง ม้า วัว ควาย 2.2 ผู้บริโภคสัตว์ (carnivore)ถือเป็นผู้บริโภคล าดับที่สอง เช่น เสือ สิงโต งู เหยี่ยว 2.3 ผู้บริโภคทั้งพืชและสัตว์ (omnivore)ถือเป็นผู้บริโภคล าดับที่สาม เช่น คน สุนัข ไก่ 2.4 ผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์ (scavenger)ถือว่าเป็นผู้บริโภคล าดับสุดท้าย เช่น ไส้เดือนดิน กิ้งกือ ปลวก นก แร้ง 2. ผู้บริโภค (consumer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองไม่ได้ ต้องกินสิ่งมีชีวิตชนิด อื่น ๆ เป็นอาหาร ได้แก่ สัตว์ต่าง ๆ ซึ่งแบ่งออกเป็น 4 ประเภท ดังนี้ 3. ผู้ย่อยสลายอินทรียสาร (decomposer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่ท าหน้าที่ย่อย สลายซากพืชซากสัตว์ให้เป็นสารอนินทรีย์ได้แก่ เห็ด รา และแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ ซึ่งมีอยู่ทั่วไปทั้งในน ้า อากาศ และดิน บทบาทและความส าคัญของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ
พืชเป็นสิ่งมีชีวิต พืชต้องการอาหาร หายใจ ขับถ่าย เจริญเติบโต และสืบพันธุ์ได้เช่นเดียวกับมนุษย์และสัตว์ สิ่งส าคัญในการด ารงชีวิตของพืช ที่เป็นสิ่งไม่มีชีวิต ได้แก่ ดิน น ้า อากาศ และแสง 1) ดิน เป็นที่อยู่อาศัยของพืช ดิน แต่ละแห่งต่างก็มีส่วนประกอบของแร่ ธาตุที่จ าเป็นต่อการเจริญเติบโตของ พืชต่างกัน พืชจะเจริญเติบโตได้ดีถ้า ปลูกในดินที่เหมาะกับพืชชนิดนั้น 2) น ้า เป็นวัตถุดิบในการสร้างอาหารของพืชด้วยกระบวนการ สังเคราะห์ด้วยแสง และยังช่วยละลายแร่ธาตุ เพื่อให้รากพืชดูด และล าเลียงไปยังส่วนต่าง ๆ ของพืช พืชที่ได้รับน ้า พืชที่ไม่ได้รับน ้า -11- 1.ความสัมพันธ์ระหว่างพืชกับสิ่งไม่มีชีวิต >> ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม
3) อากาศ พืชต้องการแก๊สออกซิเจนส าหรับหายใจ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ส าหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงพืช หายใจตลอดเวลาทั้งกลางวันและกลางคืนแต่พืชจะสร้างอาหาร ด้วยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเฉพาะเวลากลางวัน เพราะต้องใช้พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ 4) แสง แสงมีความส าคัญต่อพืชมาก เพราะพืชต้องการแสงเพื่อใช้เป็นพลังงาน ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้าง อาหารส าหรับการเจริญเติบโตของพืช ในแต่ละระบบนิเวศ สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต มีความสัมพันธ์กัน แสง น ้า อุณหภูมิ แร่ธาตุ แก๊ส มีความส าคัญต่อการ ด ารงชีวิตของสิ่งมีชีวิต น ้า แสง และแร่ธาตุในดินต่างมีความส าคัญ ต่อการเจริญเติบโตของพืช 2.ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิต -12-
ระดับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศสิ่งมีชีวิตหลายชนิดใน ธรรมชาติมีความสัมพันธ์ต่างกัน ซึ่งจัดระดับความสัมพันธ์เป็น 4 ระดับดังนี้ -13- 1. ระดับประชากร (population) หมายถึงสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันตั้งแต่ 2 ตัว ขึ้นไปมาอยู่ร่วมกันในบริเวณหนึ่ง เช่น ปลาหางนกยูง 3 ตัวในขวดน ้า 2. ระดับกลุ่มสิ่งมีชีวิต (community)หมายถึง สิ่งมีชีวิตตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป อาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกัน เช่น มดและแมลงกระชอนที่อยู่ใต้ขอนไม้กุ้ง และ ปลาในคลอง นกเอี้ยงเกาะอยู่บนหลังควาย 3. ระดับระบบนิเวศ (ecosystem) หมายถึง ความสัมพันธ์ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตกับ สิ่งแวดล้อมบริเวณนั้นมีการหมุนเวียนสารและพลังงานเป็นวัฏจักรเช่น ระบบ นิเวศป่าไม้มีการหมุนเวียนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สออกซิเจน มีการ ถ่ายทอดพลังงาน เช่น หนอนกินใบไม้ นกกินหนอน 4. ระดับชีวภาค (biosphere) หมายถึง ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบน โลกเป็นระบบนิเวศที่มีขนาดใหญ่มาก ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิต
ในระบบนิเวศ สิ่งมีชีวิตที่อยู่กันเป็นกลุ่มและอาศัยอยู่ในแหล่ง ที่อยู่เดียวกันจะมีความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกัน ดังนี้ ผีเสื้อดูดน ้าหวานจากดอกไม้เพื่อเป็นอาหาร ขณะเดียวกันเรณูอาจติดไปกับขาผีเสื้อด้วย เมื่อผีเสื้อไปดูดน ้าหวานดอกไม้อื่นอาจท าให้ เกิดการถ่ายเรณูได้ -14- 1) การอยู่ร่วมกันโดยต่างฝ่ายต่างให้ประโยชน์ซึ่งกันและกัน (ความสัมพันธ์แบบ +, +) แบ่งได้ 2 แบบ ดังนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ (1) ภาวะการณ์ได้ประโยชน์ร่วมกัน (protocooperation) เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด ซึ่งต่างได้ประโยชน์ร่วมกัน ทั้ง 2 ฝ่าย แต่สามารถแยกออกจากกันได้โดยด าเนินชีวิตตามปกติ เช่น แมลงกับดอกไม้ นกเอี้ยงกับควาย มดด ากับเพลี้ย ปูเสฉวนกับซีแอนนีโมนี (2) ภาวะพึ่งพากัน (mutualism) เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด ที่ได้ประโยชน์ทั้ง 2 ฝ่าย และ เมื่อแยกจากกันจะท าให้อีกฝ่ายหนึ่งไม่สามารถด ารงชีวิตอยู่ได้ การด ารงชีวิตร่วมกันของรากับสาหร่าย โดยสาหร่ายสร้างอาหารด้วยการ สังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งอาศัยความชื้น จากรา และราได้รับอาหารจากสาหร่าย
2) การอยู่ร่วมกันโดยฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ อีกฝ่ายหนึ่ง ไม่ได้ประโยชน์และไม่เสียประโยชน์(ความสัมพันธ์ แบบ +, ๐) หรือ เรียกว่า ภาวะอิงอาศัย หรือภาวะเกื้อกูล (commensalism) เช่น ฉลาม กับเหาฉลาม พลูด่างกับต้นไม้ใหญ่ กล้วยไม้กับต้นไม้ ฉลามกับเหาฉลาม : เหาฉลามอาศัยอยู่บริเวณครีบของฉลามเพื่อ กินเศษอาหารจากฉลามโดยไม่ท าอันตรายฉลาม กล้วยไม้กับต้นไม้ : กล้วยไม้ใช้เพียงรากยึดเกาะกับเปลือก ของต้นไม้แต่ได้ความชื้นหรือน ้าจากอากาศ -15-
เหยี่ยวกับนก : เหยี่ยวกินนกเป็นอาหาร เหยี่ยวจึงเป็นผู้ล่าส่วนนกเป็นอาหารของ เหยี่ยว นกจึงเป็นเหยื่อหรือผู้ถูกล่า 3) การอยู่ร่วมกันโดยฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์และอีกฝ่าย หนึ่งเสียประโยชน์ (ความสัมพันธ์แบบ +, - ) แบ่งได้ 2 แบบ ดังนี้ กบกับแมลง : กบกินแมลงเป็นอาหาร กบจึงเป็นผู้ล่า ส่วนแมลงเป็นอาหาร ของกบ แมลงจึงเป็นเหยื่อหรือผู้ถูกล่า -16- (1) ภาวะเหยื่อกับผู้ล่า (predation) เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด โดยฝ่ายหนึ่งเป็นผู้ล่า (predator) เป็นผู้ได้รับประโยชน์ ส่วนอีกฝ่ายหนึ่งถูกผู้ล่ากินเป็น อาหารเรียกว่า เหยื่อ (prey) เป็นผู้เสียประโยชน์ เช่น เหยี่ยวกับนก กบกับแมลง
(2) ภาวะปรสิต (parasitism) เป็นการอยู่ร่วมกัน ของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด โดยสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปอาศัยอยู่กับสิ่งมีชีวิต อีกชนิดหนึ่ง โดยผู้อาศัย (parasite) เป็นผู้ได้ประโยชน์และ ผู้ให้หรือผู้ถูกอาศัย (host) เป็นผู้เสียประโยชน์ # การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ร่วมกันในระบบนิเวศ มีความสัมพันธ์กันหลายด้าน ด้านที่ส าคัญที่สุด ในการด ารงชีวิต คือ การเป็นอาหารซึ่งกันและกัน โดยเริ่มต้นจากแหล่งพลังงานที่ส าคัญในโลก ของสิ่งมีชีวิต คือ ดวงอาทิตย์ที่ให้พลังงานแสง กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้ผลิตจะเปลี่ยนพลังงาน แสงเป็นพลังงานเคมีสะสมไว้ในโมเลกุลของ สารอาหารโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง -17- กาฝากอาศัยและเกาะอยู่ บริเวณเปลือกไม้โดยใช้รากดูด สารอาหารและน ้าจากต้นไม้ ส่วนต้นไม้จะสูญเสียแร่ธาตุ และน ้า ท าให้ต้นไม้อ่อนแอลง
กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้ผลิต คือ พืช พืชสามารถสร้างอาหารเองได้ อาหารที่พืชสร้างได้ คือ น ้าตาล โดยใช้ปัจจัยส าคัญ คือ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ น ้าจากดิน แสงจากดวงอาทิตย์ และคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นสารสีเขียวในพืช เรียกการสร้างอาหารว่า “ การสังเคราะห์ด้วยแสง(photosynthesis) “ ปัจจัยส าคัญต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช น ้าตาลที่พืชสร้างจะถูกเปลี่ยนเป็นสารอาหารคาร์โบไฮเดรตพวกแป้ง นอกจากนี้พืชยังสามารถสร้างสารอาหารไขมันและโปรตีนได้อีก สารอาหาร คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน ล้วนมีสารคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ เมื่อสารเหล่านี้ ถูกเผาผลาญในร่างกาย สิ่งมีชีวิตได้รับพลังงานจากสารอาหารพลังงานที่ได้นี้ สิ่งมีชีวิตจะน ามาใช้เพื่อการเจริญเติบโต รวมทั้งใช้ในกิจวัตรประจ าวัน เช่น เดิน วิ่ง นั่ง ท างาน -18-
โซ่อาหาร(food chain) คือ ความสัมพันธ์ของ สิ่งมีชีวิตที่มีการกินกันเป็นทอด ๆ ในแนวเดียวกัน การเขียนแผนภาพโซ่ อาหาร สามารถเขียนเป็นแผนภาพโดยเริ่มจากผู้ผลิตอยู่ทางด้านซ้าย และ ตามด้วยผู้บริโภคล าดับที่ 1 ผู้บริโภคล าดับที่ 2 ต่อไปเรื่อย ๆ จนถึงผู้บริโภค ล าดับสุดท้าย และเขียนลูกศรแทนการถ่ายทอดพลังงาน โดยให้หัวลูกศรชี้ไป ทางผู้บริโภค ดังภาพ การถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหาร -19- การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ ข้าว ตั๊กแตน กบ เหยี่ยว ผู้ผลิต (producer) ผู้บริโภคล าดับที่หนึ่ง (primary consumer) ผู้บริโภคล าดับที่สอง (secondary consumer) ผู้บริโภคล าดับสูงสุด (top consumer)
สายใยอาหาร (food web) -20- ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในโซ่อาหารเป็นความสัมพันธ์ ในด้านการถ ่ายทอดพลังงาน โดยการกินกันเป็นทอด ๆ ไม ่ชับซ้อน แต่ในธรรมชาติอาจมีผู้ผลิตมากกว่าหนึ่งชนิดและมีผู้บริโภคที่สามารถ บริโภคพืชและสัตว์อื่น ๆ ได้หลายชนิด เช่นกบกินตั๊กแตน แมลงปอ และแมลงหวี่ ในขณะเดียวกันผู้บริโภคชนิดหนึ่งอาจเป็นอาหารของผู้บริโภค ได้หลายชนิด เช ่น กบเป็นอาหารของแมว งู และนกอินทรี ดังภาพ ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในการถ่ายทอดพลังงานในโซ ่อาหาร หลายสายที่สัมพันธ์ซับซ้อนนี้ เรียกว่า สายใยอาหาร (food web)
เมื่อเขียนผังการถ่ายทอดพลังงานจึงไม่ได้เรียงเป็นเส้นตรง แต่เกิดการโยงใย เป็นร่างแห ลักษณะดังกล่าวเรียกว่า สายใยอาหาร (food web) ซึ่งสายใยอาหาร จะประกอบด้วย ห่วงโซ่อาหารหลายสายที่เชื่อมโยงกัน อันแสดงถึงความสัมพันธ์ อันสลับซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตในชุมชนของระบบนิเวศ ซึ่งยิ่งสายใยอาหารมีความ สลับซับซ้อนมากเพียงใด ก็ยิ่งแสดงให้เห็นถึงความสมดุล และความสมบูรณ์ของ ระบบนิเวศนั้นเพียงนั้น -21-
พีระมิดโซ่อาหาร แผนภาพ ตัวอย่างพีระมิดมวลของสิ่งมีชีวิต -22- แผนภาพ ตัวอย่างพีระมิดจ านวนของสิ่งมีชีวิต การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศจากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคล าาดับต่าง ๆ จนถึงผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ พลังงานจะลดลงไปในแต่ละล าดับ และเมื่อพิจารณา จ านวนผู้ผลิตและผู้บริโภคล าาดับต่าง ๆจะมีจ านวนลดลงตามล าดับ ซึ่งคล้ายกับการ เปลี่ยนแปลงมวลสาร การถ่ายทอดพลังงาน จ านวนประชากรและมวลของสิ่งมีชีวิตจะมี ลักษณะเป็นรูปพีระมิดมี 3 แบบ ดังนี้ # พีระมิดจ านวนของสิ่งมีชีวิต (pyramid of numbers) ผู้ผลิตอาจจะมีจ านวนมากกว่าหรือน้อย กว่าผู้บริโภคก็ได้ แต่ผู้บริโภคล าาดับ 1 จะมีจ านวนมากกว่าผู้บริโภคล าดับ 2 และผู้บริโภคล าดับสุดท้ายของโซ่อาหาร จะมีจ านวนน้อยที่สุด #พีระมิดมวลของสิ่งมีชีวิต (pyramid of biomass) สร้างขึ้นจากการคาดคะเนมวลของน ้าหนักแห้ง ของสิ่งมีชีวิตแทนการนับจ านวน เพราะจ านวน ของสิ่งมีชีวิตอาจคลาดเคลื่อนได้ เนื่องจากขนาด ของสิ่งมีชีวิตต่างกัน ซึ่งมีความถูกต้องมากกว่า พีระมิดจ านวนของสิ่งมีชีวิต
-23- ในการถ่ายทอดพลังงานในพีระมิดจ านวนของสิ่งมีชีวิต และพีระมิด มวลของสิ่งมีชีวิต จ านวนหรือมวลของสิ่งมีชีวิตก็ยังมีการเปลี่ยนแปลงไปแต่ละ ช่วงเวลา และอัตราการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตก็แตกต่างกัน พลังงานปริมาณ มากจะสูญหายไปในสิ่งแวดล้อมในรูปของความร้อนขณะหายใจ และบางส่วนก็ กินไม่ได้กลายเป็นของเหลือ หรือกากอาหาร สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถถ่ายทอดไปได้ จะถ่ายทอดไปได้เฉพาะพลังงานเพียงบางส่วน จึงมีผู้เสนอข้อมูลพีระมิดพลังงาน ของสิ่งมีชีวิต (pyramid of energy)ดังแผนภาพ แผนภาพ ตัวอย่างพีระมิดพลังงานของสิ่งมีชีวิต #พีระมิดปริมาณพลังงาน (pyramid of energy) แสดงอัตราการถ่ายทอด พลังงานในรูปของสารอาหาร(ส่วนที่กินได้) ไปตามโซ่อาหาร ซึ่งมีความชัดเจน มากกว่าพีระมิดแบบอื่น และเป็นพีระมิดที่มีฐานกว้างเสมอ จากแผนภาพเป็นพีระมิด แสดงปริมาณพลังงานของ แต่ละล าดับชั้นของการกินซึ่ง จะมีค่าลดลงตามล าดับขั้น ของการโภค จากล าดับที่ 1 ไป 2 ไป 3 และ 4
-24- #สมดุลของการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ สิ่งจ าเป็นในการด าารงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ได้แก่ แร่ธาตุ และสารต่าง ๆ ในระบบนิเวศ เช่น แก๊สออกซิเจน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส น ้า ซึ่งสิ่งมีชีวิตสามารถน าาสารเหล่านี้มาใช้ในกระบวนการด าารงชีวิต และขณะเดียวกันผล ที่เกิดจากการใช้สารบางชนิดอาจก่อให้เกิดสารใหม่ที่สิ่งมีชีวิตชนิดอื่นน าาไปใช้ ท าาให้ ปริมาณสารในระบบนิเวศค่อนข้างคงที่และเกิดสมดุลในธรรมชาติ เนื่องจากมีการหมุนเวียนสารโดยมีการใช้สารบางอย่างแล้วปลดปล่อยสารบางอย่าง กลับคืนสู่ธรรมชาติท าให้เกิดการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศเรียกว่า วัฏจักร (cycle) ซึ่งมีหลายชนิดดังนี้ ปัจจัยที่ท าให้ระบบนิเวศอยู่ ในภาวะสมดุล คือการถ่ายทอด พลังงาน ความหลากหลายของ สิ่งมีชีวิต การหมุนเวียนสาร และแหล่งที่อยู่เหมาะสม ภาวะสมดุลของระบบนิเวศ หมายถึง ภาวะที่มีความสัมพันธ์ ที่เหมาะสมที่ท าาให้สิ่งมีชีวิตสามารถ ด าารงชีวิตอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้อย่าง สมบูรณ์และเหมาะสมกับปัจจัยต่าง ๆ
>> การหมุนเวียนของน ้าในระบบนิเวศ 1. การหมุนเวียนของน ้าโดยผ่านสิ่งมีชีวิต เริ่มจากสิ่งมีชีวิต กินน ้าแล้วมีการขับถ่าย การหายใจ การคายน ้าของพืช การสังเคราะห์ด้วย แสงของพืช ซึ่งกลายเป็นไอขึ้นสู่บรรยากาศ รวมตัวเป็นเมฆและควบแน่น ตกเป็นฝนกลับให้พืชและสัตว์ต่อไป -25- วัฏจักรน ้า (water cycle) 2. การหมุนเวียนของน ้าโดยไม่ผ่านสิ่งมีชีวิต เริ่มจากน ้าในแหล่งน ้าต่าง ๆ เช่น แม่น ้า ทะเล มหาสมุทร ได้รับความ ร้อนจากดวงอาทิตย์ เกิดการกลายเป็นไอลอยขึ้นไปรวมตัวกับไอน ้า ในบรรยากาศ ไน ้าาบางส่วนจะควบแน่นเป็นหยดน ้า
สารคาร์บอนเป็นส่วนประกอบส าคัญในสารอาหารประเภทน ้าตาล โปรตีน และไขมัน พืชสามารถสร้างสารคาร์บอนได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง สัตว์ได้รับสาร คาร์บอนจากการกินพืชและสัตว์ เมื่อพืชและสัตว์ตาย ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์จะ สลายสารในสิ่งมีชีวิตที่ตายให้เป็นสารขนาดเล็ก ๆ และได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ วัฏจักรคาร์บอน -26- วัฏจักรคาร์บอน (carbon cycle)
วัฏจักรไนโตรเจน ธาตุไนโตรเจนพบในธรรมชาติและสิ่งมีชีวิต ในรูปแบบที่ต่างกัน เช่น พบในรูปของแก๊สในอากาศ ในรูปของโปรตีน ซึ่งเป็นองค์ประกอบในเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ ในรูปสารประกอบของ ไนโตรเจนในปัสสาวะ และเมื่อสัตว์และพืชตายไปจะท าาให้ไนโตรเจน ที่อยู่ในรูปของโปรตีน ปะปนอยู่ในดินและแหล่งน ้าาด้วย การหมุนเวียน ของธาตุไนโตรเจนในระบบนิเวศ วัฏจักรไนโตรเจน (nitrogen cycle) วัฏจักรไนโตรเจน -27-
ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่จ าเป็นในการด ารงชีวิตของสิ่งมีชีวิต เป็นแร่ธาตุ ที่ส าคัญต่อการเจริญเติบโตและการให้ผลผลิตของพืช ตามธรรมชาติฟอสฟอรัสอยู่ ในรูปของฟอสเฟตไอออนและสารประกอบฟอสเฟต ซึ่งจะถ่ายทอดไปยังมนุษย์ และสัตว์ทางสายใยอาหาร เมื่อมนุษย์ สัตว์ และพืชตายลง แบคทีเรียบางกลุ่ม ที่อยู่ในดินจะย่อยสลายเป็นกรดฟอสฟอริก แล้วท าปฏิกิริยากับสารในดินเกิดเป็น สารประกอบฟอสฟอรัส ดังเดิม วัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle) วัฏจักรฟอสฟอรัส -28-
# การสะสมสารพิษในโซ่อาหาร ในธรรมชาติกระบวนการกินอาหารของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ท าให้สิ ่งมีชีวิตได้รับทั้งพลังงานและสารพิษ ยาฆ ่าแมลง ปร อท แคดเมียม และสารพิษต ่าง ๆที ่มนุษย์ใช้และทิ้งลงสู่สิ่งแวดล้อม สารพิษเหล่านี้สามารถถ่ายทอดไปตามโซ ่อาหารไปสู่ผู้บริโภคได้ เรียกว่า การสะสมสารพิษในโซ่อาหาร -29- การกินอาหารของผู้บริโภคตามล าดับขั้นในโซ ่อาหาร นอกจากจะก ่อให้เกิดการถ ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศแล้วยัง ก่อให้เกิดการถ่ายทอดสารพิษในระบบนิเวศอีกด้วย นักเรียนคิดว่า ถ้ามีสารพิษปนเปื้อนอยู่ในผู้ผลิต สารพิษจะถูกถ่ายทอดไปสู่ผู้บริโภค ล าดับใดมากที่สุด สภาวะความคงที่ในการแลกเปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต กับสิ่งแวดล้อม เรียกว่า ความสมดุลของระบบนิเวศ ซึ่งในระบบนิเวศนั้น สิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตจะมีการแลกเปลี่ยนพลังงานซึ่งกันและกัน ขณะเดียวกันความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกัน คือ การถ่ายทอด พลังงานไปตามโซ่อาหาร มีองค์ประกอบภายในระบบท าหน้าที่เป็นผู้ผลิต ผู้บริโภค และผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ ความสมดุลของระบบนิเวศจะอยู่ได้
เรื่อง การถ่ายทอด ลักษณะทาง พันธุกรรม สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่3 -30-
สรุปความรู้ เรื่อง การถ่ายทอดลักษณะ ทางพันธุกรรม # ลักษณะทางพันธุกรรมและการแปรผัน -31- สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดบนโลกมีลักษณะแตกต่างกัน แม้จะเป็นสิ่งมีชีวิตชนิด เดียวกัน แต่ก็ยังมีลักษณะแตกต่างกัน มนุษย์แต่ละเชื้อชาติมีหน้าตาแตกต่างกัน เช่น บางเชื้อชาติมีผิวขาว ตาสีฟ้า บางเชื้อชาติมีผิวด า ตาสีน ้าตาล มนุษย์ที่มี ลักษณะปกติทั้งหมดมีอวัยวะคล้ายกัน จ านวนเท่ากัน เช่น มีแขน 2 แขน ขา 2 ขา ตา 2 ตา และสามารถแต่งงานกันได้ มีลูกหลานเพื่อด ารงเผ่าพันธุ์ต่อไปได้ เรียกว่า ลักษณะทางพันธุกรรม (genetic character) ลักษณะทางพันธุกรรมมีหน่วยย่อย ๆควบคุม หน่วยที่ควบคุมนี้เรียกว่า ยีน (gene) พ่อแม่ถ่ายทอดยีนให้แก่ลูก ยีนของพ่ออยู่ในนิวเคลียสของเซลล์อสุจิ ยีน ของแม่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ไข่ นิวเคลียสของเซลล์อสุจิ และนิวเคลียสของ เซลล์ไข่ผสมกัน หรือเกิดการปฏิสนธิกัน ท าให้เกิดสิ่งมีชีวิตใหม่เป็นไซโกต ซึ่งได้ ยีนครึ่งหนึ่งมาจากพ่อ อีกครึ่งหนึ่งมาจากแม่
>>โครโมโซม ยีน และดีเอ็นเอ โครโมโซม (Chromosome) เซลล์ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีนิวเคลียส ภายในนิวเคลียสมีเส้นใยเล็ก ๆ ที่เรียกว่า โครมาทิน (chromatin)พันกันเป็นร่างแหประกอบด้วยโปรตีน และ ดีเอ็นเอ (DNA : deoxyribonucleic acid) ในระยะที่มีการแบ่งเซลล์เส้นใย โครมาทินจะขดสั้นเข้าจนมีลักษณะเป็นท่อนกระจายอยู่ทั่ว ๆ ไป เป็นคู่ ๆ เรียกว่า โครโมโซม (chromosome)ซึ่งประกอบด้วยโครมาทิด (chromatid) 2โครมาทิด ที่เหมือนกันทุกประการโดยเชื่อมติดกันตรงต าแหน่งเซนโทรเมียร์ (centromere)บนโครโมโซมแต่ละคู่มียีน (gene)ซึ่งเป็นหน่วยพันธุกรรมที่ ควบคุมลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตนั้น โครโมโซมที่เป็นคู่กันมีการเรียงล าดับ ของยีนบนโครโมโซมเหมือนกันเรียกว่า ฮอมอโลกัสโครโมโซม (homologous chromosome) ยีนหนึ่งที่อยู่บนคู่ฮอมอโลกัสโครโมโซมอาจมีรูปแบบแตกต่าง กันเรียกแต่ละรูปแบบของยีนที่ต่างกันนี้ว่า แอลลีล (allele)ซึ่งการเข้าคู่กันของ แอลลีลต่าง ๆ อาจส่งผลท าให้สิ่งมีชีวิตมีลักษณะที่แตกต่างกันได้ เช่น แอลลีล สีของดอกไม้อาจเป็นยีนสีแดงเข้าคู่กับยีนสีแดง หรือยีนสีแดงเข้าคู่กับยีนสีขาว -32-
ตาราง แสดงจ านวนโครโมโซมของเซลล์ร่างกาย ของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ -33- สิ่งมีชีวิต หนูจ านวนโครโมโซม เซลล์ร่างกาย (แท่ง) เซลล์สืบพันธุ์ (แท่ง) ข้าวโพด 10 5 ถั่วลันเตา 14 7 ข้าว 24 12 มะเขือเทศ 24 12 แมลงหวี่ 8 4 แมลงวัน 12 6 สุนัข 78 39 ปลากัด 42 21 หนู 42 21 คน 46 23 ไก่ 78 39 จ านวนโครโมโซม
การศึกษาโครโมโซมของมนุษย์ โครโมโซมในเซลล์ของร่างกายมนุษย์มี 46 โครโมโซม น าามาจัดได้ 23 คู่ แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ 2. โครโมโซมเพศ (sex chromosome) เป็นโครโมโซมคู่ที่ 23 ของมนุษย์ ลักษณะของเพศหญิง หรือเพศชายขึ้นอยู่กับโครโมโซมเพศที่มาจับคู่กัน โดยที่ เพศหญิงจะมีโครโมโซมเพศเป็น XX และเพศชายมีโครโมโซมเพศเป็น XY 1. ออโตโซม (autosome) คือ โครโมโซมคู่ที่ 1 ถึงคู่ที่ 22 ที่เหมือนกันทั้งเพศหญิง และเพศชายเป็นโครโมโซมที่แสดงลักษณะต่าง ๆ ของร่างกายมีทั้งหมด 22 คู่ ถ้าขาด หรือเกินจะเกิดความผิดปกติของร่างกาย ซึ่งจะสามารถถ่ายทอดลักษณะผิดปกตินั้น จากบรรพบุรุษทางพันธุกรรม โครโมโซมคู่ที่ 23 ของเพศชาย (XY) โครโมโซมคู่ที่ 23 ของเพศหญิง (XX) -34-
การปฏิสนธิระหว่างเซลล์อสุจิเพศชายกับเซลล์ไข่เพศหญิง แผนภาพ การปฏิสนธิระหว่างเซลล์อสุจิเพศชายกับเซลล์ไข่เพศ หญิง โอกาสที่ลูกจะเกิดมาเป็นเพศหญิงหรือเพศชายนั้นขึ้นอยู่กับโครโมโซม ของพ่อ ถ้าลูกได้รับโครโมโซม Y จากพ่อ และ X จากแม่ก็จะเป็นเพศชาย แต่ถ้าได้รับโครโมโซม X จากพ่อ และ X จากแม่ ก็จะได้ลูกเป็นเพศหญิง ดังแผนภาพข้างต้น -35-
หน่วยพันธุกรรมหรือยีน หน่วยพันธุกรรมหรือยีน (gene) หมายถึง หน่วยที่ควบคุมลักษณะทาง พันธุกรรมต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตชนิดนั้น ๆ เช่น สีผม สีตา สีผิว ความสูง สติปัญญา ลักษณะเส้นผม ลักยิ้ม ส่วนยีนที่ผิดปกติ เช่น ยีนที่ท าให้เกิดโรคเลือดผิดปกติ ชนิดทาลัสซีเมีย โรคปัญญาอ่อนบางชนิด ในคนปกติอาจมียีนลักษณะเช่นนี้แฝง อยู่ ซึ่งยีนที่ผิดปกติเหล่านี้ส่วนมากเป็นยีนด้อยและอาจแสดงลักษณะด้อยปรากฏ ให้เห็นในรุ่นลูกหลานได้ ยีนจะอยู่บนสารพันธุกรรมหรือดีเอ็นเอ ยีนที่เป็นแอลลีล กันประกอบด้วยยีนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมลักษณะหนึ่งที่อยู่บนต าแหน่ง เดียวกันของฮอมอโลกัสโครโมโซม มี 2 แบบ ดังนี้ 1. ยีนเด่น (Dominant) คือ ยีนที่สามารถแสดงลักษณะนั้น ๆ ออกมาได้แม้จะมี เพียงยีนเดียว เช่น ยีนผมหยักศกกับยีนผมเหยียดตรง เมื่อมาเข้าคู่กันสามารถ แสดงลักษณะผมหยักศกได้ 2. ยีนด้อย (Recessive) คือ ยีนที่แสดงลักษณะออกมาได้เมื่อมียีนด้อยทั้งจากพ่อ และแม่มาเข้าคู่กัน เช่นโรคทาลัสซีเมีย บนโครโมโซมต้องมียีนของโรคทาลัสซีเมีย จากพ่อและแม่ ลูกที่เกิดมาจึงจะเป็นโรคทาลัสซีเมีย -36-
# ความหมายและประเภทของแอลลีล ในเซลล์ร่างกายของมนุษย์มีโครโมโซมที่เข้าคู่กัน มีการเรียงล าดับของยีนบน โครโมโซมเหมือนกัน เรียกว่า ฮอมอโลกัสโครโมโซมบนต าแหน่งหนึ่งของโครโมโซม แต่ละคู่ จะมีต าแหน่งที่ตรงกันเป็นที่อยู่ของ แอลลีล (allele) ซึ่งเป็นรูปแบบของยีน ที่แสดงออกในลักษณะต่างๆ ของลักษณะทางพันธุกรรมหนึ่ง ต าแหน่งของแอลลีล บนฮอมอโลกัสโครโมโซม -37- แอลลีล (allele) คือ รูปแบบต่าง ๆ ของยีนยีนหนึ่ง มักเขียนแทนด้วย ตัวอักษรภาษาอังกฤษ เช่นยีนที่ควบคุมในเรื่องความสูง อาจแบ่งเป็นอัลลีลที่ ควบคุมให้สูง อาจใช้สัญลักษณ์ T และอัลลีลที่ควบคุมให้เตี้ย (ไม่สูง) อาจ ใช้สัญลักษณ์t โดยทั่วไปอัลลีลของยีนเดียวกัน จะใช้อักษรภาษาอังกฤษ ตัวเดียวกัน แต่ใช้ตัวพิมพ์ใหญ่และเล็ก ฮอมอโลกัส โครโมโซม แอลลีล ต าแหน่งของแอลลีล
>> ผลของการเข้าคู่กันของแอลลีลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างการควบคุมลักษณะของแอลลีลที่เข้าคู่กัน ก าหนดให้ ลักษณะการมีติ่งหู เป็น B ลักษณะการไม่มีติ่งหูเป็น b แอลลีลที่เข้าคู่กันแล้วเป็น BB หรือ Bb จะแสดงลักษณะที่แอลลีลเด่น ควบคุมโดยจะมีลักษณะการมีติ่งหู แอลลีลที่เข้าคู่กันแล้วเป็น bb จะแสดง ลักษณะที่แอลลีลด้อยควบคุม โดยจะมีลักษณะการไม่มีติ่งหู -38- แอลลีลที่สามารถแสดงลักษณะที่ยีนนั้นควบคุมอยู่ออกมาได้ แม้ว่าจะมี แอลลีลนั้นอยู่ในยีนเพียงแอลลีลเดียว เรียกว่า แอลลีลเด่น (dominant allele) แอลลีลที่ไม่สามารถแสดงลักษณะที่ยีนนั้นควบคุมออกมาได้ ถ้ามีแอลลีลเดียว แต่จะแสดงลักษณะนั้นออกมาได้ ถ้ามีแอลลีลนั้น 2 แอลลีล เรียกว่า แอลลีลด้อย (recessive allele) ลักษณะของสิ่งมีชีวิตแสดงออกจากการเข้าคู่กันของแอลลีลเด่น และแอลลีลด้อย ถ้าแอลลีลเด่นเข้าคู่กับแอลลีลเด่น สิ่งมีชีวิตนั้นจะแสดงลักษณะเด่น ถ้าแอลลีลเด่น เข้าคู่กับแอลลีลด้อย สิ่งมีชีวิตจะแสดงลักษณะที่แอลลีลเด่นควบคุม ถ้าแอลลีลด้อย เข้าคู่กับแอลลีลด้อย สิ่งมีชีวิตจะไม่แสดงลักษณะที่แอลลีลเด่นควบคุม แต่จะแสดง ลักษณะที่แอลลีลด้อยควบคุม
นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) เป็นมอนอเมอร์ของดีเอ็นเอ ประกอบด้วย น ้าตาลดีออกซีไรโบส หมู่ฟอสเฟต และเบสอินทรีย์ (มี 4 ชนิด คือ อะดีนีน ไทมีน กวานีน และไซโทซีน) พอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) เกิดจากนิวคลีโอไทด์จ านวนมาก เกิดปฏิกิริยาเชื่อมต่อเป็นสายเดียวกัน ดีเอ็นเอ (DNA : deoxyribonucleic acid) หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ท าหน้าที่เป็นยีนควบคุมลักษณะ ทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต โครงสร้างของดีเอ็นเอมีลักษณะ เป็นเกลียวคู่ (double helix) ประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอ ไทด์ 2 สาย เชื่อมต่อกันด้วย เบสอินทรีย์คู่สมที่ยึดเหนี่ยวกัน ด้วยพันธะเคมีที่เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) ดีเอ็นเอ -39-
# การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม การศึกษาของเมนเดล : บิดาแห่งพันธุศาสตร์ เกรเกอร์ โยฮันน์เมนเดล (Gregor Johann Mendel) บาทหลวงชาวออสเตรีย ผู้ได้ชื่อว่า บิดาแห่งพันธุศาสตร์ ได้ทดลองผสมพันธุ์ถั่วลันเตา ซึ่งเป็นพืชที่มีลักษณะ เหมาะสมในการศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม หลายประการ เช่น ปลูกง่าย ช่วงอายุสั้น มีเมล็ดมาก มีการถ่ายเรณูใน ดอกเดียวกัน มีลักษณะของล าาต้น ดอก ฝัก และเมล็ดแตกต่างกันอย่างชัดเจน ได้แก่ ความสูง ของล าาต้น สีของดอก รูปร่างของฝัก สีของฝัก ลักษณะผิว ของเมล็ด สีของเมล็ด และต าแหน่งที่เกิดดอก -40- พ่อแม่(P) ลูกรุ่นที่ 1(F1 ) ลูกรุ่นที่ 2(F2 ) อัตราส่วนระหว่างลักษณะเด่น : ลักษณะด้อยเท่ากับ 3 : 1 การปรากฏลักษณะในรุ่นลูกตามการทดลองของเมนเดล การทดลองของเมนเดลเป็นไปตามแผนภาพต่อไปนี้
1) ลักษณะของต้นถั่วที่เมนเดลศึกษา เมนเดลเลือกใช้ต้นถั่วลันเตา (Pisum sativum) ด้วย เหตุผล ดังนี้ เมนเดลทดลองปลูกต้นถั่วลันเตาหลายพันธุ์ด้วยกันเป็นเวลา 2 ปี เขามีความรู้เกี่ยวกับถั่วลันเตาเป็นอย่างดี สุดท้ายเมนเดลเลือกลักษณะ ถั่วลันเตาไว้ 7 ลักษณะ เพื่อท าการศึกษาต่อไป ลักษณะทั้ง 7 มีดังนี้ ลักษณะของถั่วลันเตา -41- 1.ต้นถั่วลันเตามีอายุสั้น ปลูกง่าย และมีผลดก 2.ต้นถั่วลันเตามีหลายพันธุ์ที่มีลักษณะแตกต่างกันอย่างชัดเจน และสามารถหาถั่วลันเตาพันธุ์แท้ส าหรับทดลองได้โดยง่าย 3.ดอกถั่วลันเตามีลักษณะพิเศษที่บังคับให้ละอองเรณูผสมกับ ไข่ในดอกเดียวกันเท่านั้น การผสมข้ามดอกเกิดได้ยากมาก ในธรรมชาติจึงไม่มีการผสมข้ามต้น ลักษณะเช่นนี้เหมาะแก่ การควบคุมการทดลองที่ผู้ทดลองสามารถจัดให้มีการผสมข้าม ต้นได้ ไม่ข้ามต้นก็ได้ ตามความประสงค์ของผู้ทดลอง เหตุผลของเมนเดล ที่เลือกใช้ถั่วลันเตา เป็นพืชในการทดลอง 1 2 3 4 5 6 7
เมนเดลน าต้นถั่วที่มีเมล็ดขรุขระและเมล็ดกลมมาผสมกันโดยใช้วิธีง่าย ๆ คือ ตัดอับเรณูของดอกถั่วเมล็ดขรุขระทิ้งไปตั้งแต่ดอกยังตูมอยู่ แล้วน าถุงพลาสติก ห่อดอกตูมไว้ ไม่ให้ละอองเรณูอื่น ๆ เข้าไปผสมได้ เมื่อดอกโตเต็มที่จึงเขี่ยละออง เรณูจากดอกถั่วพันธุ์เมล็ดกลมลงบนยอดเกสรเพศเมียที่ห่อไว้ แล้วห่อไว้ตามเดิม การผสมนี้เป็นการทดลองผสมพันธุ์โดยศึกษาลักษณะเดียวเท่านั้น คือ ลักษณะของ เมล็ด เรียกการผสมพันธุ์ในลักษณะนี้ว่า การผสมพันธุ์พิจารณาลักษณะเดียว (monohybrid cross) ตาราง ลักษณะของลูกรุ่นที่ 1 รุ่นที่ 2 และอัตราส่วนของลูกรุ่นที่ 2 ที่ได้จากการที่เมนเดลน าลักษณะบางอย่างมาทดลอง จะเห็นได้ว่า ในทุกกรณี รุ่นพ่อแม่ (parental generation เขียนย่อว่า รุ่น P) มีลักษณะ แตกต่างกัน แต่พอถึง รุ่นลูก (first filial generation เขียนย่อว่า รุ่น F1) ลักษณะของพ่อหรือแม่ จะหายไป 1 ลักษณะ เช่น รุ่น P คือ ต้นสูงผสมกับต้นเตี้ย รุ่น F1 จะมีแต่ต้นสูง ไม่มีต้นเตี้ยเลย แต่ พอถึง รุ่นหลาน (second filial generation เขียนย่อว่า รุ่น F2) ที่เกิดจากรุ่น F1 ผสมในต้น เดียวกัน ลักษณะต้นเตี้ยซึ่งหายไปในรุ่น F1 กลับปรากฏอีกครั้งหนึ่ง โดยมีอัตราส่วนของลักษณะต้น สูงต่อลักษณะต้นเตี้ยในรุ่น F2 ทั้งหมด ลักษณะที่มีโอกาสปรากฏในรุ่นต่อๆ ไปได้เสมอเช่นลักษณะ ต้นสูงของต้นถั่วนี้เรียกว่า ลักษณะเด่น (dominant trait)ส่วนลักษณะที่มีโอกาสปรากฏในรุ่นต่อไป ได้น้อยกว่า เช่น ลักษณะต้นเตี้ยของต้นถั่ว เรียกว่า ลักษณะด้อย (recessive trait) -42-
1. กฎการแยกตัว (Law of segregation) กล่าวว่า “แอลลีลของยีนที่อยู่เป็นคู่กันจะมีการ แยกตัวออกจากกันในระหว่างที่มีการสร้างเซลล์สืบพันธุ์เมื่อมีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และ เมื่อมีการปฏิสนธิจะเกิดการรวมกันของเซลล์สืบพันธุ์จากพ่อและแม่ ยีนที่เป็นคู่กันจะกลับมาคู่ กันอีกครั้ง โดยสามารถศึกษาจากการพิจารณาทีละหนึ่งลักษณะ (Monohybrid cross)” จากกฎนี้สามารถเขียนแผนภาพเพื่ออธิบายกฎการแยกตัวได้ดังนี้ -43- กฎของเมนเดล (Mendel law) AA รุ่นพ่อแม่(P) F1 x F1 เซลล์สืบพันธุ A ลูกรุ่นที่ 1 จีโนไทป์(F1 ) จีโนไทป์ และฟีโนไทป์ ของ F1 คือ Aa สีม่วง มีอัตราส่วน = 1 x aa A Aa a a จีโนไทป์ อัตราส่วนจีโนไทป์ของ F2 : AA Aa aa 1 : 2 : 1 อัตราส่วนฟีโนไทป์ของ F2 :สีม่วง : ขาว 3 : 1
2. กฎการจับคู่กันอย่างอิสระ (Law of independent assortment) กล่าวว่า “แอลลีล ของยีนที่เป็นคู่กัน เมื่อแยกออกจากกันแล้ว จะจัดกลุ่มอย่างอิสระกับยีนอื่นซึ่ง แยกออกจากคู่เช่นกันระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ และเมื่อมีการปฏิสนธิจะเกิดการ รวมกันของเซลล์สืบพันธุ์จากพ่อและแม่ ยีนที่เป็นคู่กันจะกลับมาคู่กันอีกครั้ง โดย สามารถศึกษาได้จากการพิจารณาทีละสองลักษณะ (Dihybrid cross)” จากค าากล่าวนี้สามารถ เขียนแผนภาพและอธิบายกฎการจับคู่ของยีนอย่างอิสระได้ดังนี้ -44- ก าหนดให้ สีเม็ด R = เมล็ดสีเขียว ลักษณะเมล็ด Y = เมล็ดกลม r = เมล็ดสีเหลือง y = เมล็ดย่น รุ่นพ่อแม่(P) จีโนไทป์ เซลล์สืบพันธุ์ ลูกรุ่นที่ 1 จีโนไทป์(F1 ) RRYY rryy RY RY ry ry RrYy RrYy RrYy RrYy ฟีโนไทป์ เมล็ดสีเขียวกลมทุกต้น x กลมสีเขียว ย่นสีเหลือง จีโนไทป์ และฟีโนไทป์ ของ F1 คือ RrYy เมล็ดสีเขียวกลมทุกต้นมีอัตราส่วน = 1
ก าหนดให้ สีเม็ด R = เมล็ดสีเขียว ลักษณะเมล็ด Y = เมล็ดกลม r = เมล็ดสีเหลือง y = เมล็ดย่น ย่นสีเหลือง กลมสีเขียว กลมสีเหลือง ย่นสีเขียว ภาพแสดงการผสมพิจารณาสองลักษณะ จากภาพ ผลจากการทดลองพบว่า ลูกผสมรุ่นที่ 1 ( F1 ) ทุกต้นจะให้เมล็ดกลม และมีสีเขียว ลูกผสมรุ่นที่ 2 ( F2 ) จะมีลักษณะต่าง ๆ (phenotype) 4 แบบ ด้วยกันคือ 1. เมล็ดกลม สีเขียว : 9 ส่วน 1 RRYY + 2 RrYY + 2 RRYy + RrYy 2. เมล็ดกลม สีเหลือง : 3 ส่วน 1 rrYY + 2 rrYy 3. เมล็ดย่น สีเขียว : 3 ส่วน 1 RRyy + 2 Rryy 4. เมล็ดย่น สีเหลือง : 1ส่วน 1 rryy อัตราส่วนฟีโนไทป์ 9 : 3 : 3 : 1 RRYY RRYy RrYY RrYy RRYy RRyy RrYy Rryy RrYY RrYy rrYY rrYy RrYy Rryy rrYy rryy RRYY rryy RrYy RrYy RrYy RY Ry rY ry RY Ry rY ry Female gametes Male gametes Parental generation F1 generation All ต่อมาเมื่อน าลูกรุ่นที่ 1 (F1 ) มาผสมกัน ผลที่เกิดขึ้นจะมีลักษณะดังแผนภาพที่ -45-
จีโนไทป์ และฟีโนไทป์ ลักษณะทางพันธุกรรมทุกลักษณะมีอยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกเซลล์และ แต่ละลักษณะมีหน่วยเฉพาะท าหน้าที่ก าหนดลักษณะทางพันธุกรรมซึ่งเรียกว่า ยีน แต่ละลักษณะมีแอลลีลอยู่กันเป็นคู่ อาจเป็นแอลลีลเด่นทั้งคู่ แอลลีลด้อยทั้งคู่ หรือทั้ง แอลลีลเด่น และแอลลีลด้อย ในการศึกษานิยมใช้สัญลักษณ์เป็นอักษรโรมันตัวใหญ่ แทนแอลลีลเด่น และใช้อักษรตัวเล็กแทนแอลลีลด้อย เช่น ลักษณะสูงใช้แทนด้วย T ลักษณะเตี้ยใช้แทนด้วย t แต่เนื่องจากแอลลีลต่าง ๆ อยู่กันเป็นคู่และท างานร่วมกัน จึงเขียนสัญลักษณ์เป็นอักษรคู่กัน TT Tt tt เราเรียกลักษณะของการเข้าคู่กันของ แอลลีลว่า จีโนไทป์ (genotype) ถ้าจีโนไทป์มีแอลลีลทั้งคู่เหมือนกัน เช่น TT หรือ tt เรียกว่า พันธุ์แท้ หรือ ฮอมอไซกัส (homozygous) แต่ถ้าจีโนไทป์มีแอลลีลทั้งคู่แตกต่างกัน เช่น Tt เรียกว่า พันธุ์ทาง หรือเฮเทอโรไซกัส (heterozygous) ลักษณะที่ปรากฏให้เห็น ภายนอก ซึ่งเป็นการแสดงออกของแอลลีล เช่น ลักษณะต้นสูง ลักษณะต้นเตี้ย เรียกว่า ฟีโนไทป์ (phenotype) เช่น ลักษณะจีโนไทป์ TT Tt จะมีฟีโนไทป์ เป็นต้นสูง ลักษณะจีโนไทป์ tt จะมีลักษณะฟีโนไทป์เป็นต้นเตี้ย -46-
การแบ่งเซลล์ 1. ระยะอินเตอร์เฟส (interphase) เป็นระยะที่เซลล์มีเมแทบอลิซึม สูงมาก ใช้เวลานานที่สุด ถ้าย้อมสีจะเห็นส่วนที่ติดสีเข้มเรียกว่า โครมาทิน มีการสร้างดีเอ็นเอเพิ่มขึ้นอีก 1 ชุดที่เหมือนเดิมทุกประการ 2. ระยะโพรเฟส (prophase) เป็นระยะที่โครมาทินขดตัวสั้นขึ้นเห็น เป็นแท่ง 2 แท่งชัดเจน เรียกแต่ละแท่งว่า โครมาทิด เรียกชื่อโครงสร้างนี้ว่า โครโมโซม โครโมโซมที่ประกอบด้วย 2 โครมาทิด มีส่วนที่ติดกันตรงกลาง เรียกว่า เซนโทรเมียร์ระยะนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสเริ่มสลายไป 3. ระยะเมทาเฟส (metaphase) เป็นระยะที่เห็นโครโมโซมชัดเจน โครโมโซมเรียงตัวกันบริเวณแนวกึ่งกลางเซลล์ และเห็นเส้นใยสปินเดิล เกาะที่เซนโทรเมียร์ 4. ระยะแอนาเฟส (anaphase) เป็นระยะที่โครโมโซมที่เห็นเป็น 2 เส้นคู่ หรือ 2 โครมาทิดแยกจากกันโดยมีเส้นใยสปินเดิลดึงไปฝั่งขั้วตรง ข้ามเห็นโครโมโซมเริ่มแยกเป็น 2 กลุ่ม 5. ระยะเทโลเฟส (telophase) เป็นระยะที่บริเวณขั้วของเซลล์แต่ ละขั้วประกอบด้วยโครโมโซมที่มีจ านวนเท่ากัน และเท่ากับเซลล์ตั้งต้น เส้นใยสปินเดิลสลายตัวไป โครโมโซมคลายตัวท าให้เห็นเป็นเส้นบาง ๆ เหมือนเดิม ขั้นตอนที่ 1 การแบ่งนิวเคลียส (Karyokinesis) จะมี 2 แบบ คือ -47- การแบ่งเซลล์ (cell division)การเพิ่มจ านวนของเซลล์ (cell) ในสิ่งมีชีวิต เพื่อ การเจริญเติบโตและรักษา ซ่อมแซมร่างกายส่วนที่สึกหรอ รวมถึงสร้างเซลล์สืบพันธุ์ ที่คงไว้ซึ่งสารพันธุกรรม ท าหน้าที่ควบคุมลักษณะและการแสดงออกที่เป็นเอกลักษณ์ ของสิ่งมีชีวิต กระบวนการแบ่งเซลล์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน ได้แก่ >> 1.1 การแบ่งแบบไมโทซิส (Mitosis) การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (mitosis) คือ การแบ่งเซลล์ร่างกายเพื่อการ เจริญเติบโตโดยเริ่มต้น 1 เซลล์ แบ่งแล้วสุดท้ายได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์เหมือนเดิม ทุกประการ
-48 - ภาพ : Shutterstock