บทที่ 2 ชีววิทยาคืออะไร?

1.        การศึกษาสิ่งมีชีวิตและกลุ่มของสิ่งมีชีวิต

1)       สัตววิทยา (zoology) ศึกษาเรื่องราวของสัตว์ต่างๆ

1.  สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

2.  สัตว์มีกระดูกสันหลัง

3.  มีนวิทยา (ปลา)

4.  สังขวิทยา (หอย)

5.  ปักษิณวิทยา (นก)

6.  วิทยาสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

7.  กีฏวิทยา (แมลง)

8.  วิทยาเห็บไร

2)       พฤกษศาสตร์ (botany) ศึกษาเรื่องราวต่างๆของพืช

1.  พืชชั้นต่ำ

2.  พืชชั้นสูง

3.  พืชมีดอก

3)       จุลชีววิทยา (microbiology) ศึกษาเรื่องราวต่างๆของจุลินทรีย์

1.  วิทยาแบคทีเรีย

2.  วิทยาไวรัส

3.  ราวิทยา

4.  วิทยาสัตว์เซลล์เดียว

2.        การศึกษาจากโครงสร้างหน้าที่และการทำงานสิ่งมีชีวิต

1.       กายวิภาคศาสตร์ (โดยการผ่าตัด)

2.       สัณฐานวิทยา (โครงสร้างรูปร่างของสิ่งมีชีวิต)

3.       สรีรวิทยา (หน้าที่การทำงานของระบบต่างๆ)

4.       พันธุศาสตร์ (ลักษณะต่างๆทางพันธุกรรมและการถ่ายทอดลักษณะ)

5.       นิเวศวิทยา (ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม

6.       มิญชยวิทยาหรือเนื้อเยื่อวิทยา

7.       วิทยาเอมบริโอ (การเจริญเติบโตของตัวอ่อน)

8.       ปรสิตวิทยา (การเป็นปรสิตของสิ่งมีชีวิต)

9.       วิทยาเซลล์ (โครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์)

3.        การศึกษาเรื่องราวของสิ่งมีชีวิต

1)       อนุกรมวิธาน (taxonomy) การแบ่งหมวดหมู่ การตั้งชื่อสิ่งมีชีวิต

2)       วิวัฒนาการ (evolution) เรื่องราวของสิ่งมีชีวิตตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบัน

3)       บรรพชีวินวิทยา (paleontology) เกี่ยวกับซากโบราณของสิ่งมีชีวิต

ชีววิทยากับการดำรงชีวิต

1.        การดูแลรักษาสุขภาพของร่างกาย

-     การเลือกบริโภคอาหารที่มีประโยชน์ ไม่เป็นโทษ

-     การออกกำลังกายช่วยให้สุขภาพแข็งแรง

-     การรู้จักระบบต่างๆในร่างกายทำให้รู้จักวิธีการดูแลรักษาระบบต่างๆของร่างกายอย่างถูกต้อง

2.        การดูแลรักษาสิ่งแวดล้อม

-     การไม่ตัดไม้ทำลายป่า เพราะต้นไม้มีความสำคัญต่อสภาพแวดล้อม

-     การปลูกพืชคลุมดิน ปลูกพืชหมุนเวียน การสงวนรักษาน้ำ ดิน แร่ธาตุ และอากาศ มีผลต่อการพัฒนาสิ่งแวดล้อม

-     การเข้าใจสมดุลของสิ่งมีชีวิต ทั้งผู้ผลิต บริโภค ย่อยสลาย

3.        การพัฒนาเทคโนโลยี เพื่อการอยู่ดีกินดีของมษุษยชาติ

-     การผลิตสารต่างๆที่เป็นอาหารและช่วยในการรักษาโรค

-     การพัฒนาทางด้านพันธุวิศวกรรม เพื่อพัฒนาสายพันธุ์พืช สัตว์ให้ผลตอบแทนหรือมีคุณภาพดียิ่งขึ้น

-     การพัฒนาเทคนิคทางด้าน DNA เพื่อใช้ตรวจหาสายสัมพันธ์พ่อแม่ลูก

-     การศึกษาทางด้านพืชสมุนไพรนำมาผลิตเป็นยาแผนโบราณ

-     การศึกษาทางด้านเทคโนโลยีการเจริญพันธ์ เล่น ผสมเทียม เด็กหลอดแก้ว ฝากตัวอ่อน

ชีวจริยธรรม

                การศึกษาทางด้านชีววิทยาเป็นการศึกษาของสิ่งมีชีวิต ต้องระมัดระวัง เพราะอาจจะผิดต่อขนบธรรมเนียมประเพณี กฎหมาย หรือจริยธรรมได้

1.   การโคลนนิ่งมนุษย์ อาจมีปัญหาต่อสถาบันครอบครัวได้

2.   การทำแท้ง

3.   การใช้สัตว์ทดลองทางชีววิทยา เพราะสัตว์มีชีวิตเช่นเดียวกับมนุษย์ ต้องให้สัตว์ให้น้อยที่สุดและได้ผลความรู้มากที่สุด

4.   การใช้การเร่งการเจริญเติบโตในพืชหรือในสัตว์ อาจก่อให้เกิดสารตกค้างได้

5.   การใช้สารฟอร์มาลิน เป็นพิษต่อผู้ที่บริโภคเข้าไปเป็นอย่างมาก

6.   การผลิตอาวุธชีวภาพ

การศึกษาวิทยาของนักวิทยาศาสตร์

                ชีววิทยา เป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่ง ดังนั้นการศึกษาต้องใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นเครื่องมือในการสืบเสาะแสวงหาความจริงหรือความรู้ต่างๆ

                วิธีการทางวิทยาศาสตร์ (scientific method) วิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ค้นคว้าหาความรู้  มีหลักเกณฑ์และวิธีการพื้นฐานดังนี้

1.        การกำหนดปัญหาที่ได้จากการสังเกต (problems and observation)

ปัญหาเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา แต่การตั้งปัญหาที่ดีนั้นทำได้ยาก “การตั้งปัญหานั้นสำคัญกว่าการแก้ปัญหา” อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้พูดไว้  การ ตั้งปัญหาที่ดีและชัดเจน จะนำไปสู่การแก้ปัญหาได้ ปัญหาที่ดีจะต้องมีความเป็นไปได้ มีคุณค่าต่อการค้นคว้าหาคำตอบและสามารถวางแนวทางในการพิสูจน์เพื่อนหาคำตอบ ได้

การสังเกต (observation) เป็นลักษณะพื้นฐานของนักวิทยาศาสตร์ นำไปสู่ความอยากรู้อยากเห็น (cruriosity) เมื่อสังเกต ก็จะทำให้อยากรู้อยากเห็น แล้วเกิดปัญหาขึ้นนั่นเอง

การ สังเกต เป็นการใช้ประสาทสัมผัสของร่างกายได้แก่ ตา หู จมูก ลิ้นและอวัยวะสัมผัส และความคิดของสมอง ข้อสำคัญคือ อย่าเอาความคิดเห็นส่วนตัวไปอธิบายสิ่งที่ได้จากการสังเกต เพราะทำให้ข้อเท็จจริงที่ได้จากากรสังเกตไม่ตรงตามความเป็นจริง

2.        การตั้งสมมติฐาน (creative hypothesis)

 เป็นการพยายามหาคำตอบหรือคำอธิบาย ซึ่งอาจเกิดจากการคาดคะเน หรือสมมติขึ้นมา ซึ่งอาจะเป็นจริงหรือไม่ก็ได้  ดังนั้นสมมติฐานจึงเป็นคำตอบปัญหาชั่วคราว การตั้งสมมติฐานนิยมใช้  “ถ้า..............ดังนั้น..............”

แสงสว่างเกี่ยวข้องกับการเจริญงอกงามของหญ้าหรือไม่

สมมติฐาน           - ถ้า แสงสว่างเกี่ยวข้องกับการเจริญงอกงามของหญ้า ดังนั้น หญ้าที่ได้รับแสงสว่างจะเจริญงอกงาม

- ถ้า แสงสว่างไม่เกี่ยวข้องกับการเจริญงอกงามของหญ้า ดังนั้น หญ้าที่ไม่ได้รับแสงสว่างจะเจริญงอกงาม

                                รวมได้ว่า ถ้า แสงสว่างเกี่ยวข้องการเจริญงอกงามของหญ้า ดังนั้น หญ้าที่ได้รับแสงสว่างจะเจริญงอกงาม และหญ้าที่ไม่ได้รับแสงสว่างจะไม่เจริญงอกงาม

3.        การตรวจสอบสมมติฐาน (testing the hypothesis)

สมมติฐานที่ตั้งขึ้นอาจมีมากกว่าหนึ่งได้  แล้วนำสมมติฐานที่ตั้งขึ้นมาตรวจสอบและหาความสัมพันธ์ ดูว่าสมมติฐานอันใดน่าจะเป็นจริงได้ หรืออันไหนเป็นจริงได้ยาก หรือไม่ได้เลย  การตรวจสอบสมมติฐานทำได้หลายอย่าง การทดลอง (experiment) สำรวจ (survey) หรือค้นคว้าเพิ่มเติมจากงานวิจัยอื่นๆ หรือใช้ทั้ง 3 อย่าง

การทดลองเป็นวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้กันมาก เพราะเชื่อได้โดยไม่มีข้อโต้แย้ง จะต้องเป็นการทดลองการควบคุม (controlled experiment) ซึ่งหมายถึงการทดลองที่ต้องมีการควบคุมตัวแปร หรือปัจจัยต่างๆ ยกเว้น ปัจจัยที่ต้องการทดสอบเท่านั้น และต้องมีการแบ่งกลุ่มทดลองเป็น 2 กลุ่ม

-          กลุ่มทดลอง (experiment group) คือมีการเปลี่ยนแปลงต่างจากความเป็นจริงๆ (เปลี่ยนแปลงตัวแปรต้นที่เราต้องการศึกษา)

-          กลุ่มควบคุม (control group) คือกลุ่มที่อยู่ในสภาพปรกติ

ตัวแปร

1.        ตัวแปรอิสระ (independent variable) คือ ตัวแปรที่เราต้องการศึกษาโดยผู้ทำการทดลองเป็นผู้กำหนด

2.        ตัวแปรตาม (dependent variable) คือ ตัวแปรที่แปรเปลี่ยนไปตามตัวแปรอิสระ

3.        ตัวแปรคงที่ หรือตัวแปรที่ต้องควบคุม (controlled variable) คือ ตัวแปรอื่นๆที่เราไม่ต้องการให้มีผลต่อการทดลอง ต้องควบคุมตลอดการทดลอง

4.        การเก็บรวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์ข้อมูล (collecting data and analysis data)

การแปลผลและสรุปผลการทดลองก็คือการวิเคราะห์ (analysis) ผลการทดลองนั้นว่ามีความเป็นไปได้ตามสมมติฐานที่ตั้งไว้หรือไม่

5.        สรุปผลการทดลอง (conclusion)

เมื่อเก็บข้อมูลและวิเคราะห์ได้แล้ว จึงแปลผล และสรุปผลการทดลองเพื่อเป็นคำตอบของปัญหา

                กฎ (law) คือ ความจริงพื้นฐาน (principle) โดยมีความเป็นจริงในตัวของมันเองสามารถทดสอบได้และได้ผลเหมือนเดิมทุกครั้งโดยไม่มีข้อโต้แย้ง

                ทฤษฎี (theory) คือ สมมติฐานที่ได้รับการตรวจสอบและทดลองหลายครั้งหลายหน จนสามารถอธิบายข้อเท็จจริง สามารถคาดคะเนทำนายเหตุการณ์ทั่วๆไป และมีเหตุผลจนเป็นที่ยอมรับของคนทั่วไป

 อุปกรณ์ที่ใช้ในการศึกษาทางชีววิทยา

โรเบิร์ต ฮุก นักวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษ ได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ที่มีคุณภาพดี เป็นคนแรก

ชวันน์ และชไลเดน ได้ศึกษาเนื้อเยื่อสัตว์ต่างๆ พบว่าเนื้อเยื่อแต่ละชนิดมีเซลล์เป็นส่วนประกอบ จึงได้ร่วมกันตั้งทฤษฎีเซลล์ มีใจความว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหลายประกอบขึ้นด้วยเซลล์ และเซลล์คือหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด

                กล้อง จุลทรรศน์ เป็นเครื่องมือที่สำคัญของนักชีววิทยา เพราะกล้องจุลทรรศน์ช่วยให้ศึกษาโครงสร้างและส่วนประกอบของเซลล์และสิ่งมี ชีวิตเล็กๆได้

1.        กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้แสง (light microscope)L.M. ใช้แสงที่มองเห็นได้

1)       กล้องจุลทรรศน์อย่างง่ายหรือแว่นขยาย (simple microscope or magnifyind glass)

ประกอบ ด้วยเลนส์นูนเพียงอันเดียว วัตถุประสงค์เพื่อขยายวัตถุที่จะดูให้ใหญ่ขึ้น ภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนและ ข้อสำคัญ วัตถุต้องอยู่ห่างจากเลนส์น้อยกว่าทางยาวโฟกัส

2)       กล้องจุลทรรศน์เชิงซ้อน (compound light microscope)เป็นกล้องที่ใช้แสงและมีระบบเลนส์ที่ทำหน้าที่ขยายภาพ 2 ชุด ขยายภาพ 2 ครั้ง  มีส่วนประกอบดังนี้

I      ส่วนที่เป็นตัวกล้อง

1.        ลำกล้อง – เชื่อมโยงระหว่างเลนส์ตากับเลนส์วัตถุ ป้องกันไม่ให้แสงนอกเข้ามารบกวน

2.        แขน – คือส่วนที่ทำหน้าที่ยึดระหว่างลำกล้องและฐาน

3.        แท่นวางวัตถุ – แท่นทีใช้วางแผ่นสไลด์

4.        ที่หนีบสไลด์ – เป็นแผ่นโลหะใช้จับหรือหนีบสไลด์ ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ป้องกันไม่ให้แผ่นสไลด์เลื่อนหลุด

5.        ฐาน – ส่วนที่ใช้ในการตั้งกล้อง

II      ส่วนที่ทำหน้าที่รับแสง

1.        กระจกเงา – สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้องให้ส่องผ่านวัตถุ

2.        เลนส์รวมแสง – ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้น

3.        ไดอะแฟรม – อยู่ใต้เลนส์รวมแสง ปรับปริมาณแสง

III      ส่วนปรับความคมชัดของภาพ

1.        ปุ่มปรับภาพหยาบ – ทำหน้าปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์วัตถุ

2.         ปุ่มปรับภาพละเอียด – ใช้ปรับภาพเช่นเดียวกันปุ่มแรก แต่ช่วงการเลื่อนจะสั้นกว่า

IV.      ส่วนที่ทำหน้าที่ขายประกอบด้วย

1.        เลนส์ที่ใกล้วัตถุ – จะติดอยู่กับจาหมุน ซึ่งจางหมุนทำหน้าที่ในการเปลี่ยนกำลังขยาย ปกติจะอยู่ที่ 3-4 ระดับ ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ และใช้ภาพนี้ในการนำไปขยายต่อ

2.        เลนส์ใกล้ตา – เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของกล้อง โดยทั่วไป มีกำลังขาย 10 -15 เท่า ทำหน้าที่ขายภาพที่ได้จากเลนส์ตาให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนหัวกลับ

****เลนส์ใกล้วัตถุที่มีกำลังขยาย 100x ต้องระมัดระวังมาก เนื่องจากเลนส์กับแผ่นสไลด์ขึ้นกันมาก ต้องใช้การหยดน้ำมัน เพื่อบังคับไม่ให้ลำแสงหักเหออก****

                การใช้กล้องจุลทรรศน์

1.             การจับกล้อง ใช้มือหนึ่งจับที่แขนกล้องและใช้อีกมือหนึ่งรองรับที่ฐาน

2.             ตั้งลำกล้องให้ตรงเสมอ

3.             หมุนเลนส์ใกล้วัตถุให้เป็นเลนส์ที่มีกำลังขยายต่ำสุด

4.             ปรับกระจกเงาหรือเปิดไฟ

5.             นำแผ่นสไลด์ที่จะศึกษาวางบนแท่นวางวัตถุ ให้วัตถุอยู่บริเวณกึ่งกลางบริเวณที่แสงผ่าน

6.             มองด้านข้างตามแนวระดับแท่นวางวัตถุค่อยๆหมุนปรับภาพหยาบให้เลนส์ใกล้วัตถุอยู่เลื่อนลงมาอยู่ใกล้ๆกระจกปิดสไลด์

7.             มองที่เลนส์ใกล้ตาค่อยๆปรับปุ่มปรับภาพหยาบให้กล้องเลื่อนขึ้นช้าๆเพื่อหาระยะภาพ

8.             มองที่เลนส์ใกล้ตาหมุนปุ่มปรับภาพละเอียดเพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

9.             ถ้าองการให้ภาพขยายใหญ่ขึ้นก็หมุนเลนส์อันที่กำลังขยายสูงขึ้นเข้าสู่แนวลำกล้องแล้วปรับความคมชัดด้วยปุ่มปรับภาพละเอียดเท่านั้น

10.           บันทึกกำลังขยายโดยหาได้จากผลคูณของกำลังขยายของเลนส์ใกล้ตาและเลนส์ใกล้วัตถุอันที่เรากำลังศึกษา

11.           หลัง จากใช้กล้องจุลทรรศน์แล้ว ให้ปรับกระจกเงาให้อยู่ในแนวดิ่งตั้งฉากกับตัวกล้อง เลื่อนที่หนีบสไลด์ให้ตั้งฉากกับที่วางวัตถุ หมุนเลนส์ใกล้วัตถุให้เป็นอันที่มีกำลังขยายต่ำสุดอยู่ในตำแหน่งของลำกล้อง และเลื่อนลำกล้องให้อยู่ในตำแหน่งต่ำสุด เช็ดทำความสะอาด        

3)       กล้องจุลทรรศน์ใช้แสงแบบสเตอริโอ (stereoscopic microscope)

เป็นชนิดเลนส์ประกอบทำให้เกิดภาพสามมิติ

1.        ภาพที่เห็นเป็นภาพเสมือนที่มีความชัดลึกและเป็นภาพสามมิติ

2.        เลนส์ใกล้วัตถุมีกำลังขยายต่ำคือน้อยกว่า 10 เท่า

3.        ใช้ศึกษาได้ทั้งวัตถุโปร่งแสงและวัตถุทึบแสง

4.        ระยะห่างจากเลนส์ใกล้วัตถุกับวัตถุที่ศึกษาจะอยู่ในช่วง 63-225 มิลลิเมตร

วิธีใช้กล้องจุลทรรศน์ใช้แสงแบบสเตอริโอ

1.  ตั้งระยะห่างของเลนส์ใกล้ตาให้พอเหมาะกับนัยน์ตาของผู้ใช้กล้อง

2.  ปรับ โฟกัสเลนส์ใกล้ตาทีละข้าง ให้ชัดเจนถ้าหากต้องการศึกษาจุดใดจุดหนึ่งของตัวอย่างให้ปรับโฟกัสของเลนส์ ใกล้วัตถุที่มีกำลังขยายสูงก่อน

2.        กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscope)

E.M. ประดิษฐ์ ขึ้นครั้งแรกในประเทศเยอรมัน เมื่อปี พ.ศ. 2475 โดยนักวิทยาศาสตร์ 2 ท่านคือ แมกซ์ นอลล์ และเอิร์นสท์ รุสกา โดยแสงที่ใช้เป็นลำแสงอิเล็กตรอน แหล่งกำเนิดสำแสง คือ ปืนยิงอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นขดลวดทังสเตน มีลักษณะเป็นรูปตัววี เพื่อป้องกันการรบกวนของลำแสงอิเล็กตรอน จึงต้องมีการดูดอากาศออกจากตัวกล้องให้เป็นสุญญากาศ เพื่อป้องกันการชนกันของ มวลอากาศกับลำแสงอิเล็กตรอนซึ่งจะทำให้เกิดการหักเห

ระบบ เลนส์ เป็นเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้า แทนเลนส์แก้ว ซึ่งประกอบด้วยขดลวดพันรอบแท่งเหล็กเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปทำให้เกิดสนาม แม่เหล็กขึ้น  ส่วนเลนส์รวมแสง และ โปรเจ๊กเตอร์เลนส์ โดย โปรเจ๊กเตอร์เลนส์ทำหน้าที่ฉายภาพจากตัวอย่างที่ศึกษาลงบนจอภาพ จอภาพฉาบตัวสาเรืองแสงพวกฟอสฟอรัส

ปัจจุบันมี 2 ชนิด คือ

1.    ส่องผ่าน (transmission electron microscope) หรือ TEM ใช้ศึกษาโครงสร้างภายในของเซลล์ ต้องมีการเตรียมตัวอย่างโดยทำให้บางเป็นพิเศษ

2.    ส่องกราด (scanning electron microscope) หรือ SEM ศึกษาผิวของเซลล์หรือผิวของตัวอย่างวัตถุที่นำมาศึกษา โดยลำแสงอิเล็กตรอนจะส่งกราดไปบนผิวของวัตถุ ทำให้ได้ภาพเป็น 3 มิติ

ที่มา  :  http://writer.dek-d.com/heaven_angle/story/viewlongc.php?id=217290&chapter=2
           http://writer.dek-d.com/heaven_angle/story/viewlongc.php?id=217290&chapter=3
           http://writer.dek-d.com/heaven_angle/story/viewlongc.php?id=217290&chapter=4