สิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกที่มีคุณสมบัติตามทฤษฎีเซลล์
(Cell
theory) ของเทโอดอร์ชวานน์ (Theodor Schwann) กับ
มาเทียสชไลเดน (Matthias Schleiden) ที่ปรากฏบนโลกใบนี้น่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตเล็ก
ๆ ในกลุ่มของแบคทีเรีย ซึ่งทิ้งร่องรอยไว้ในรูปของฟอสซิลที่มีอายุราว 3,800 ล้านปี
ดังเช่นการค้นพบร่องรอยของ Isosphaeraโดย Hans Pflugและ H. Jaeschke-Boyer ในปี 1979 จากชั้นหินใน Greenland
นอกจากนั้นยังมีการค้นพบร่องรอยของ Eobacteriumisolatum (ซึ่งหมายถึง solitary dawn bacterium) ของ E.S.
Barghoornและ J.W. Schopfจาก Gunflint
chertทางตอนเหนือของ Minnesota ในปี 1965
(ตีพิมพ์ใน Science.(1965). Microorganisms from the
Gunflint Chert. vol. 147, p. 563-577.) การค้นพบร่องรอยของ Microfossil อีกชนิดหนึ่งคือ Archaeospheroidesbarbertonensisซึ่งพบในแถบเทือกเขา
Barberton ประเทศ Swaziland ซึ่งพบในชั้นหินที่มีอายุราว
3,200 ล้านปี
จากข้อมูลที่กล่าวมาเบื้องต้นทำให้นักวิทยาศาสตร์ค่อนข้างเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะเป็นเซลล์กลุ่มแรกของโลกน่าจะเป็นพวก
Prokaryote ซึ่งมีลักษณะเป็น Prokaryotic cell หรือเซลล์ที่ยังไมมี Nucleus ที่แท้จริงเซลล์เหล่านี้มีสารพันธุกรรมชนิด
DNA และ RNA มี cytoplasm และมี metabolism ของเซลล์โดยไม่จำเป็นต้องมี
Membranous organelles (ออร์กาเนลที่มีเยื่อหุ้ม) ออร์กาเนลสำคัญที่พบในเซลล์เหล่านี้คือ ribosome ที่มีขนาด
70S สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่มีระยะ embryo สามารถเพิ่มจำนวนด้วยการแบ่งเซลล์แบบ
mitosis นอกจากนั้นยังพบว่าบางชนิดสามารถสังเคราะห์แสงได้
ข้อมูลทบทวน
Cell theory มีใจความสำคัญว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายประกอบขึ้นด้วยเซลล์และเซลล์คือหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดทฤษฎีเซลล์ในปัจจุบันครอบคลุมถึงใจความสำคัญ
3 ประการคือ
1. สิ่งมีชีวิตทั้งหลายอาจมีเพียงเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์ซึ่งภายในมีสารพันธุกรรมและมีกระบวนการเมแทบอลิซึมทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงชีวิตอยู่ได้
2. เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตที่มีการจัดระบบการทำงานภายในโครงสร้างของเซลล์
3. เซลล์มีกำเนิดมาจากเซลล์แรกเริ่มเซลล์เกิดจากการแบ่งตัวของเซลล์เดิม
(แม้ว่าปัจจุบันจะเชื่อว่าชีวิตแรกเริ่มมีวิวัฒนาการมาจากสิ่งไม่มีชีวิต
(ทฤษฎี Chemical evolution theory) แต่นักชีววิทยายังคงถือว่าการเพิ่มขึ้นของจำนวนเซลล์เป็นผลสืบเนื่องมาจากเซลล์รุ่นก่อน)
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
อาร์เคีย (Archaea)
สิ่งมีชีวิตในโลกนี้มีหลายชนิดหากพิจารณาแบ่งกลุ่มจากลักษณะของเซลล์และข้อมูลทาง ชีวโมเลกุลรวมถึรูปแบบการดำรงชีวิตเบื้องต้นจะสามารถแบ่งสิ่งมีชีวิตได้เป็น 3 Domains คือArchaea Bacteria (Eubacteria) และEukaryota
(Eukarya)
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
แม้ว่าArchaeaจะมีความหมายในชื่อว่าเป็นสิ่งมีชีวิต
“โบราณ” แต่เมื่อพิจารณาในระดับชีวโมเลกุลแล้วArchaeaกลับมีลักษณะหลายๆอย่างคล้ายคลึงกับEukaryaเช่น
ribosome ที่พบในArchaeaแม้จะเป็น 70S แต่กลับมีโครงสร้างคล้ายกับ 80S ribosome ของEukaryaและArchaeaยังสร้างโปรตีนหลายๆชนิดที่มีลักษณะคล้ายกับโปรตีนของEukaryaเช่น RNA polymerase รวมถึงโปรตีนที่มีลักษณะใกล้เคียงกับ
Histone protein นอกจากนั้น Promoter ของArchaeaยังมีความใกล้เคียงกับEukaryaมากกว่า
Eubacteria
Archaeaเองก็มีลักษณะที่แตกต่างจากทั้ง Eubacteria และEukaryaนั่นคือการมีพันธะ Ether linkage ระหว่าง
fatty acid กับ glycerol ที่เยื่อหุ้มเซลล์แทนที่จะเป็น
Ester linkage อย่างที่พบในสิ่งมีชีวิตทั่วไป
อย่างไรก็ตามการเก็บตัวอย่างและเพาะเลี้ยงArchaeaไม่ใช่เรื่องที่ง่ายนักเพราะArchaeaส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในสภาพ
“สุดขั้ว” (Extreme environment) เช่นบริเวณที่ร้อนจัดอย่างบ่อน้ำพุร้อนภูเขาไฟธารลาวาใต้ท้องทะเลหรือเค็มจัดอย่าง
Dead Sea หรือบ่อที่มีการหมักจนมีความเป็นกรดสูงเป็นต้นการแบ่งกลุ่มArchaeaจึงยึดตามสภาพการดำรงชีวิตและการสร้างสารบางอย่างเป็นหลัก
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
Euryarchaeotaเป็นกลุjมสิ่งมีชีวิตที่พบได้ในพื้นที่ที่มีเกลือสูงซึ่งอาจเรียกสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ว่าพวก
Halophiles ส่วนใหญ่เป็นพวกที่สร้างแกสมีเทนได้ (Methanogen)
บางชนิดพบในลำไส้ของสัตว์Korarchaeotaเป็นArchaeaกลุ่มเล็กๆที่ถูกแยกออกมาเนื่องจากความแตกต่างของข้อมูล 16S rRNAที่ไม่เหมือน 2 กลุ่มที่กล่าวมานักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มเชื่อว่าน่าจะเป็นบรรพบุรุษของArchaeaอื่น (แต่บางกลุ่มคิดว่าอาจเป็นเพียงการ
mutant ของสารพันธุกรรม) สามารถพบได้ตามบ่อน้ำพุร้อนข้อมูลเกี่ยวกับกลุ่มนี้ยังมีค่อนข้างน้อย
แบคทีเรีย (Bacteria)
ในการพิจารณาrRNAเพื่อหาความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในเชิงวิวัฒนาการจะทำให้จัดกลุ่มสิ่งมีชีวิตได้แบบหนึ่งดัง แต่เมื่อเปลี่ยนปัจจัยหลักที่ใช้ในการยึดเพื่อพิจารณาการจัดกลุ่มสิ่งมีชีวิตก็จะเปลี่ยนไปอีก
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
การจัดกลุ่มแบคทีเรียเองก็มีหลายรูปแบบใน Domain Bacteria บางครั้งถูกจัดให้แบ่งเป็นกลุ่มย่อย 5 กลุ่มคือProteobacteiaChlamydiasSpirocheates
Gram positive bacteria และ Cyanobacteria Proteobacteriaสิ่งมีชีวิตในกลุ่มนี้มีจำนวนมากและมีความหลากหลายสูงเป็นพวกแกรมลบมีรูปแบบการดำรงชีวิตหลากหลายตั้งแต่
photoautotrophs chemoautotrophs และheteroautotrophsแบคทีเรียพวกนี้มีทั้งพวกที่ใช้ออกซิเจน (aerobic) และไมjใช้ออกซิเจน (anaerobic) Chlamydiasเป็นพวกปาราสิตที่อาศัยอยู่ได้เฉพาะในเซลล์ของสัตว์โดยอาศัยเซลล์ของ
host เป็นแหล่งของ ATP ผนังเซลล์ที่เป็นแกรมลบของChlamydiasจะต่างจากพวกอื่นคือไม่มี peptidoglycan ตัวอย่างที่สำคัญที่รู้จักกันดีคือChlamydias
trachomatis เป็นเชื้อโรคที่ก่อให้เกิดตาบอดและเป็นสาเหตุของโรคหนองในเทียม
(nongonococcaluretritis) ซึ่งเป็นโรคที่ติดต่อทางเพศสัมพันธ์
Spirochetes แบคทีเรียพวกนี้บางชนิดจะเป็นเกลียวที่ยาวถึง
0.25 มิลลิเมตรแต่ก็จะบางในระดับที่ต้องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์เคลื่อนที่โดยวิธีการควงสว่านหลายชนิดดำรงชีวิตแบบอิสระบางชนิดก่อให้เกิดโรคเช่นTreponemapallidumที่ก่อให้เกิดโรคซิฟิลิสGram Positive Bacteria แบคทีเรียในกลุ่มนี้จะเป็นแกรมบวกทั้งหมดแต่ก็มีบางพวกที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับพวกแกรมลบตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือactinomycesเป็นพวกที่เซลล์เรียงต่อกันเป็นสายคล้ายเชื้อราactinomycesบางชนิดก่อให้เกิดโรคเช่นเชื้อวัณโรคและโรคเรื้อนบางชนิดที่ดำรงชีวิตอย่างอิสระจะก่อให้เกิดการเน่าสลายของสารอินทรีย์ในดินก่อให้เกิดกลิ่นที่แสดงถึงความอุดมสมบูรณ์ของดินแบคทีเรียใน
Genus Streptomyces ถูกนำมาใช้ในการผลิตยาปฏิชีวนะโดยเฉพาะ
StreptomycinCyanobacteria เป็นพวก photoautotrophs สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงให้แก๊สออกซิเจนมีทั้งพวกที่เป็นเซลล์เดี่ยวและอยู่เป็น
colony Cyanobacteria จะมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในที่ๆมีความชื้นเป็นแหล่งผลิตอาหารที่สำคัญในระบบนิเวศมีหลายชนิดที่สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้เช่นNostocและ Ana
อาณาจักรโมเนอราออกเป็น 2 ดิวิชั่นคือSchizophytaและCyanophyta
Division Cyanophyta หรือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน
(Blue green algae) เป็นแบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์อาหารด้วยแสงได้จึงถูกจัดเป็นพวก
Photoautotrophs เช่นเดียวกับอาร์เคียแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นที่สามารถสังเคราะห์อาหารด้วยแสงได้
Cyanobacteria มีกระบวนการสังเคราะห์อาหารด้วยแสง
(Photosynthetic pathway) ใกล้เคียงกับสาหร่ายและพืชชั้นสูงอาจเนื่องด้วยการมีรงควัตถุเป็นแบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น
(แต่รงควัตถุของ Cyanobacteria จะกระจายไปใน
cytoplasm ไม่ได้อยู๋รวมกันใน Plastid อย่าง
Chloroplast) ซึ่งแตกต่างจากรงควัตถุของ Photosynthetic
bacteria อื่นที่มักจะเป็นBacteriochlorophyllและแตกต่างจากArchaeaที่สามารถสังเคราะห์แสงได้เนื่องจากมีรงควัตถุพวกBacteriorhodopsinดังนั้น Cyanobacteria จึงเป็น autotroph ที่สำคัญในแหล่งน้ำที่มีออกซิเจนสูง (ถ้าแหล่งน้ำมีออกซิเจนต่ำจะพบ
Photosynthetic bacteria)
รงควัตถุที่พบใน Cyanobacteria ส่วนใหญ่มีทั้ง Chlorophyll a และphycobiliproteinsโดยPhycobiliproteins (เช่นphycocyaninphycorythin)
จะจัดเรียงอยู่ในphycobilisomes (โครงสร้างแบบ
hemispherical ที่ติดอยู่กับ photosystemII) และมีบางชนิดที่มีทั้ง Chlorophyll a and b
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
สามารถพบ Cyanobacteria ได้ทั่วไปทั้งในแหล่งน้ำจืดน้ำเค็มความร้อนสูงเย็นจัดความชื้นและแห้งแล้งบางชนิดอยู่ร่วมกับเชื้อราก่อให้เกิดรูปแบบการดำรงชีวิตที่พิเศษออกไปโดยเรียกสิ่งมีชีวิตที่อาศัยร่วมกันนี้ว่า
“ไลเคนส์ (Lichens)”
ด้วยคุณสมบัติความสามารถในการตรึงไนโตรเจนได Cyanobacteria จึงถูกนำมาใช้ในงานด้านการเกษตรอย่างกว้างขวางเช่นการเลี้ยงแหนแดงในนาข้าว
(Anabaena ที่อยู่ในแหนแดงจะช่วยตรึงไนโตรเจน) นอกจากนั้นงานด้านอุตสาหกรรมอาหารได้หันมาพัฒนาการผลิตโปรตีนจากSpirulinaเพื่อใช้เป็นอาหารเสริม
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
Cyanobacteria เป็นพวกไม่มี flagella จึงไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยตนเองรูปร่างอาจเป็นเซลล์เดี่ยวเซลล์กลุ่มเช่นครูโอคอคคัส
(Chroococcus) แอนาซีสทีส (Anacystis) หรือเซลล์เป็นสายเช่นนอสตอก
(Nostoc) ออสซิลลาทอเรีย (Oscillatoria) แอนาบีนา
(Anabaena) สไปรูไลนา (Spirulina) ลักษณะอื่นๆของ
Cyanobacteria คือภายในเซลล์ไม่มีเม็ดคลอโรพลาสต์มีแต่คลอโรฟิลล์เอแคโรทีน
(Carotine) แซนโทฟิลล์ (Xanthophyll) ไฟโคอิริทริน
(Phycoerythirin) ซึ่งเป็นสารสีแดงไฟโคไซยานิน (Phycocyanin)
ซึ่งเป็นสารสีน้ำเงินจึงทำให้สาหร่ายชนิดนี้เป็นสีเขียวปนน้ำเงิน
Cyanobacteria สะสมอาหารเป็นสารพวกคาร์โบไฮเดรตในรูปไกลโคเจน
(Glycogen) ที่มีชื่อเฉพาะว่าไซยาโนไฟเซียนสตาร์ช(Cyanophysean
starch) การสืบพันธุ์มีเฉพาะการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเท่านั้นได้แก่การแบ่งตัว
(Binary fission) การหักหรือขาดเป็นสาย (fragmentation ) หรือสร้างเซลล์พิเศษที่เรียกว่าakinete
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
นอกจากมีบทบาทสำคัญในการเป็นผู้ผลิตให้กับระบบนิเวศ
Cyanobacteria ยังมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรไนโตรเจนอีกด้วยเนื่องจาก
Cyanobacteria เช่นNostoc Anabaena และOsillatoriaสามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้โครงสร้างที่ใช้ในการตรึงไนโตรเจนของแบคทีเรียกลุ่มนี้พัฒนาขึ้นมาจากเซลล์เซลล์หนึ่งให้มีผนังเซลล์ที่หนาขึ้นเพื่อสร้างสภาวะ
Anaerobic environment ภายเซลล์ขึ้น (เนื่องจากเอนไซม์Nitrogenaseถูกยับยั้งการทำงานโดยออกซิเจน) เซลล์ที่หนาเป็นพิเศษนี้เรียกว่าHeterocysts
Division Schizophyta เป็นแบคทีเรียที่พบทั่วไปทั้งในสิ่งแวดล้อมและที่ตัวสิ่งมีชีวิตต่างๆสิ่งมีชีวิตเหล่านี้มขนาดเล็กอาจมีความยาวเพียง 2-10 ไมโครเมตรและมีความกว้างเพียง
0.2-2.0 ไมโครเมตรรูปร่างของแบคทีเรียสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ๆคือรูปร่างกลม (coccus) รูปรjางแบบแท่งยาว
(bacillus) และรูปร่างแบบเกลียว (spirillum) แบคทีเรียบางชนิดมีโครงสร้างช่วยในการเคลื่อนที่เรียกว่า
Flagella ซึ่งมีลักษณะเป็นเส้นใยจากโปรตีนflagellinประกอบเป็นเส้นเดียวที่ประกอบด้วย 3 ส่วนคือส่วนฐาน
(basal body) ส่วนตะขอ (hook) และส่วนแส้
(filament) ซึ่งแตกต่างจาก Flagella ของ
Eukaryote ที่ประกอบขึ้นจาก Microtubule ที่จัดเรียงตัวแบบ
(9+2)
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
จากคุณสมบติของเซลล์แบบ
Prokaryotic cell ทำให้แบคทีเรียมีเฉพาะออร์กาเนลที่ไม่มีเยื่อหุ้มอย่าง
Ribosome ที่มีน้ำหนัก 70S และมีโครโมโซมเพียงหนึ่งชุดที่มีสารพันธุกรรมแบบ
helical double strand circular DNA ซึ่งสารพันธุกรรมนี้ไม่มีโปรตีน
Histone จับอยู่และไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสห่อหุ้มเช่นกันสารพันธุกรรมที่อยู่ใน
cytoplasm นี้จะติดอยู่กับที่โดยยึดกับโครงสร้างที่เรียกว่าMesosome
(โครงสร้างที่เกิดจากการยื่นและพับทบของเยื่อหุ้มเซลล์เมื่อจะมีการแบ่งเซลล์)
ลักษณะคล้ายกับ Cristae ใน
Mitochondria นอกจาก Bacterial chromosome แล้วยังอาจพบ
Plasmid หรือExtrachromosomal DNA ที่ช่วยเพิ่มลักษณะพิเศษให้กับแบคทีเรียอีกด้วยเช่นการดื้อยาการสร้างสารพิษเป็นต้น
การสืบพันธุ์ของแบคทีเรียจะเป็นแบบ Transverse binary
fission ซึ่งเป็นการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเป็นการแบ่งเซลล์แบบ
Mitosis เซลล์ที่เกิดใหม่ทั้งสองเซลล์จึงมีลักษณะที่เหมือนกันทุกประการอย่างไรก็ตามแบคทีเรียบางชนิดมีการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยมีการส่งถ่ายสารพันธุกรรมผ่านโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่า
Sex pilli (หน้าที่ปกติของ Pilli คือการยึดเกาะกับพื้นผิวต่างๆ)
กระบวนการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศนี้เรียกว่า Conjugation นอกจากนี้แบคทีเรียยังมีการรับสารพันธุกรรมแบบ Transformation และ Transduction
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
แม้ว่าแบคทีเรียบางชนิดจะมีการสร้าง Spore ที่เรียกว่า Endospore ในภาวะที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตแต่การสร้าง
endospore ดังกล่าวก็ไม่จัดว่าเป็นการสืบพันธุ์ (จัดเป็นเพียงการรักษาสภาพเพื่อดำรงชีวิตเท่านั้นเพราะจำนวนของแบคทีเรียเหล่านั้นไม่เพิ่มขึ้น)
ลักษณะเฉพาะตัวสำหรับแบคทีเรียที่ต่างไปจากArchaeaและEukaryaคือผนังเซลล์ที่ประกอบด้วย
peptidoglycan ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาล 2 ชนิดคือ
N-actyl glucosamine และ N-acytylmuramic acid นอกจากนั้นยังมี amino acid หลายชนิดและสามารถพบ
lipoprotein lipopolysaccharide teichoic acid เป็นองค์ประกอบที่ผนังเซลล์ของแบคทีเรียบางชนิดได้ด้วยแบคทีเรียบางชนิดนอกจากจะมีผนังเซลล์ช่วยปกป้องและคงรูปร่างเซลล์แล้วยังมีส่วนของ
Capsule ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่งแบคทีเรียที่มี capsule สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมและทนต่อการทำลายของเม็ดเลือดขาวได้ดีกว่าชนิดที่ไม่มี
ที่มาภาพ http://www.google.co.th/imgres
จัดทำโดย
นางสาววิณิชฏา หนูเล็ก เลขที่ 12
นางสาวอรวรรณ บุณยะเกียรติ เลขที่ 16
นายคณากานต์ รอบการ เลขที่ 17
