บทที่ 5 บทความสารคดีที่นำมาใช้สำหรับการเขียนโครงงาน

 Evolution 

ความหมายของการเกิดสปีชีส์
        สปีชีส์ (Species)  หมายถึง กลุ่มหรือประชากรของสิ่งมีชีวิตที่มีกลุ่มยีน (gene pool) ร่วมกัน โดยที่ สมาชิกของประชากรนั้น สามารถถ่ายทอดยีนหรือทำให้เกิดยีนโฟล์วระหว่างกันและกันได้ (หมายถึง ผสมพันธุ์กันได้และมีลูกไม่เป็นหมัน) สปีชีส์ในความหมายนี้เรียกว่า biological species
        กระบวนการเกิดสปีชีส์ (Speciation) หมายถึงการเกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ จากการเปลี่ยนแปลงที่สะสมทีละเล็กทีละน้อยของสปีชีส์ดั้งเดิมตามกาลเวลา

https://toknowthyself.files.wordpress.com/2012/11/human-evolution.jpg

แบ่งเป็น 2ประเภท

     1.สปีชีส์ทางด้านสัณฐานวิทยา  หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันในลักษณะทางสัณฐานและโครงสร้างทางกายวิภาคของสิ่งมีชีวิต ใช้เป็นแนวคิด ในการศึกษาอนุกรมวิธาน

     

     2.สปีชีส์ทางด้านชีววิทยา   หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สามารถผสมพันธุ์กันได้ในธรรมชาติ ให้กำเนิดลูกที่ไม่เป็นหมันแต่ถ้าเป็นสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กัน ก็อาจให้กำเนิดลูกได้เช่นกันแต่เป็นหมัน
    แนวคิดของสปีชีส์ทางด้านชีววิทยาโดยพิจารณาความสามารถในการผสมพันธุ์และให้กำเนิดลูกหลานที่ไม่เป็นหมัน ในธรรมชาติมีสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันอยู่ด้วยกันจำนวนมาก กลไกที่แบ่งแยกการสืบพันธุ์มีผลยับยั้งมิให้เกิดการผสมาจแบ่งได้เป็น 2 ระดับ คือพันธุ์ข้ามสปีชีส์

2.1. กลไกแบ่งแยกระดับก่อนไซโกต (prezygotic isolating mechanism) เป็นกลไกป้องกันไม่ให้เกิดการปฏิสนธิ อันประกอบด้วยความแตกต่างในเรื่องต่อไปนี้

        - ระยะเวลาผสมพันธุ์ หรือ ฤดูกาลผสมพันธุ์ที่ต่างกัน (temporal isolation) อาจเป็น วันฤดูกาลหรือช่วงเวลาของการผสมพันธุ์ ตัวอย่างเช่นแมลงหวี่ Drosophila pseudoobscura มีช่วงเวลาที่เหมาะสมในการผสมพันธุ์ในตอนบ่ายแต่Drosophila pseudoobscura จะมีช่วงเวลาที่เหมาะสมในตอนเช้า ทำให้ไมมีโอกาสผสมพันธุ์กันได้
        

        - สภาพนิเวศวิทยาที่แตกต่างกัน (ecological isolation) สิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันที่อาศัยในถิ่นที่อยู่ต่างกัน เช่น กบป่า อาศัยอยู่ในแอ่งน้ำซึ่งเป็นแหล่งน้ำจืดขนาดเล็ก ส่วนกบบูลฟรอกอาศัยในหนองน้ำหรือบึงขนาดใหญ่ที่มีน้ำตลอดปีกบทั้ง 2 สปีชีส์นี้มีลักษณะรูปร่างใกล้เยงกันมาก แต่อาศัยและผสมพันธุ์ในแหล่งน้ำที่แตกต่างกันทำให้ไม่มีโอกาสได้จับคู่ผสมพันธุ์กัน

http://www.vcharkarn.com/userfiles/238080/1%20(134).jpg

        - พฤติกรรมการผสมพันธุ์ที่แตกต่างกัน (behavioral isolation) เช่น พฤติกรรมในการเกี้ยวพาราสีของนกยูงเพศผู้ ลักษณะการสร้างรังที่แตกต่างกันของนกและการใช้ฟีโรโมนของแมลงเป็นต้น พฤติกรรมต่างๆนี้จะมีผลต่อสัตว์เพศตรงข้ามในสปีชีส์เดียวกันเท่านั้นที่จะจับคู่ผสมพันธุ์กัน

http://topicstock.pantip.com/wahkor/topicstock/2012/04/X11974543/X11974543-19.jpg

        -โครงสร้างอวัยวะสืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน (mechanical isolation)  สิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันจะมีขนาด  ละรูปร่างอวัยวะสืบพันธุ์แตกต่างกันทำให้ไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้ เช่น โครงสร้างของดอกไม้บางชนิดมีลักษณะสอดคล้ายกับลักษณะของแมลงหรือสัตว์บางชนิด ทำให้แมลงหรือสัตว์นั้นๆ ถ่ายละอองเรญูเฉพาะพืชในสปีชีส์เดียวกันเท่านั้น

        -สรีรวิทยาของเซลล์สืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน (genetic isolation)เมื่อเซลล์พันธุ์ของสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันมีโอกาสพบกัน แต่ไม่สามารถปฏิสนธิกันได้ อาจเป็นเพราะอสุจิไม่สามารถอยู่ภายในร่างกายเพศเมียได้หรืออสุจิไม่สามารถสลายสารเคมีที่หุ้มเซลล์ไข่ของสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์ได้

2.2.กลไกแบ่งแยกระยะหลังไซโกต (postzygotic isolating mechanism) ถ้าหากในกรณีที่กลไกแบบแรกล้มเหลวยังสามารถควบคุมได้โดย

        -ลูกที่ผสมได้ตายก่อนวัยเจริญพันธุ์  เช่นการผสมพันธุ์กบ (Rana spp.)ไม่สามารถเจริญเติบโตเป็นตัวเต็มวัยได้

         -ลูกที่ผสมได้เป็นหมัน เช่น ล่อ เกิดจากการผสมระหว่างม้ากับลา แต่ล่อเป็นหมันไม่สามารถให้กำเนิดลูกรุ่นต่อไปได้

ล่อ

http://www.vcharkarn.com/userfiles/238080/1%20(137).jpg

liger

http://galeri12.uludagsozluk.com/515/liger_916896.jpg

 การเกิดสปีชีส์ใหม่ 

1. การเกิดสปีชีส์ใหม่จากการแบ่งแยกทางภูมิศาสตร์  
        หรือการแยกแขนงสปีชีส์ตามสภาพภูมิศาสตร์ (Geographical Speciation) การเกิดสปีชีส์แบบนี้เกิดจากการที่ประชากรแยกกันอยู่ตามสภาพภูมิศาสตร์ จนขาดการติดต่อกันเป็นเวลานาน เนื่องจากมีสิ่งกีดขวางทางภูมิศาสตร์ เช่น แม่น้ำ ภูเขา ทะเลทราย หุบเหว หรือ ประชากรอพยพไปอยู่เกาะที่ห่างไกล ทำให้ประชากรย่อยไม่มีโอกาสแลกเปลี่ยนยีนซึ่งกันและกัน ประกอบกับประชากรแต่ละแห่งต่างก็ปรับเปลี่ยนองค์ประกอบทางพันธุกรรม ไปตามทิศทางการคัดเลือกโดยธรรมชาติ จนทำให้เกิดความแตกต่างทางพันธุกรรมมากขึ้น จนกระทั่งเกิดเป็นสปีชีส์ใหม่ ซึ่งเป็นกระบวนการแบบค่อยเป็นค่อยไปอาจใช้เวลาเป็นพันๆ หรือล้านๆ รุ่น

ตัวอย่างการเกิดสปีชีส์ใหม่จากการแบ่งแยกทางภูมิศาสตร์

 - กระรอก 2 สปีชีส์ ที่อาศัยอยู่บริเวณหุบเขาแกรนด์แคนยอน รัฐอริโซนา ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยกระรอกชนิด Ammospermophilus leucurus. อาศัยอยู่ทางทิศเหนือของหุบเขา ส่วนกระรอกชนิด Ammospermophilus narrisi. อาศัยอยู่ทางใต้ของหุบเขา ซึ่งกระรอกทั้ง 2 สปีชีส์ มีลักษณะคล้ายคลึงกันมาก นักชีววิทยาเชื่อกันว่ากระรอก 2 สปีชีส์นี้เคยอยู่ในสปีชีส์เดียวกันมาก่อนที่จะเกิดการแยกของแผ่นดิน

http://www.sasipin.com/images/squarrel.jpg

 - นกฟินซ์ดาร์วิน (Darwin' s Finches) ที่หมู่เกาะกาลาปากอส นกฟินซ์บนหมู่เกาะนี้ประกอบด้วย 13 สปีชีส์ กับ อีก 1 สปีชีส์ บนเกาะโคคอส (Cocos) รวมเป็น 14 สปีชีส์ ซึ่งมีขนาดและสีแตกต่างกันเล็กน้อย แต่มีลักษณะจะงอยปากที่แตกต่างกันเหมาะสำหรับการกินอาหารชนิดต่างๆ จากการศึกษาของนักปักษีวิทยาคาดว่านกฟินซ์บนแต่ละหมู่เกาะอาจถูกพัดพามากับลมพายุจากทวีปอเมริกาใต้ มาอยู่ตามหมู่เกาะต่างๆ และเกิดการแปรผันของลักษณะทางพันธุกรรมร่วมกับการคัดเลือกโดยธรรมชาติ เกิดเป็นสปีชีส์ใหม่ขึ้น การเกิดสปีชีส์ใหม่ที่วิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษเดียวกัน เรียกว่า Adaptive Radiation

http://schoolbag.info/biology/living/living.files/image419.jpg

2. การเกิดสปีชีส์ใหม่ในเขตภูมิศาสตร์เดียวกัน 

        เป็นการเกิดสปีชีส์ใหม่ในถิ่นอาศัยเดียวกับบรรพบุรุษ โดยมีกลไกมาป้องกันทำให้ไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้ แม้ว่าจะอยู่ในพื้นที่เดียวกันก็ตาม การเกิดสปีชีส์ใหม่ลักษณะนี้เห็นได้ชัดเจนในวิวัฒนาการของพืช เช่น การเกิดพอลิพลอยดีของพืชในการเพิ่มจำนวนชุดของโครโมโซม

 พอลิพลอยดี (Polyploidy) 

        

        ปกติสิ่งมีชีวิตจะมีโครโมโซม 2 ชุด หรือเรียกว่า ดิพลอยด์ (Diploid,2 n) ถ้าสิ่งมีชีวิตมีโครโมโซมมากกว่า 2 ชุดขึ้นไป เรียกว่า พอลิพลอยดี (Polyploidy) เกิดขึ้นจากความผิดปกติในกระบวนการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสขณะสร้างเซลล์สืบพันธุ์ในแม่หรือพ่อ โดยโครโมโซมไม่แยกจากกันเป็นผลให้เซลล์สืบพันธุ์มีจำนวนโครโมโซม 2 ชุด (2 n) เมื่อเซลล์สืบพันธุ์เกิดการปฎิสนธิจะได้ไซโกตที่มีจำนวนโครโมโซมมากกว่า 2 ชุด เช่น มีโครโมโซม 3 ชุด (3 n) หรือมีโครโมโซม 4 ชุด (4 n) โดยลูกที่เป็นพอลิพลอยดีมีลักษณะพันธุกรรมต่างจากพ่อแม่ ไม่สามารถกลับไปผสมกับพ่อแม่ จึงถือได้ว่าเกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ พอลิพลอยดี ในพืชเกิดได้ 2 แบบ

          1. ออโตพอลิพลอยดี (Autopolyploidy) เป็นการเพิ่มจำนวนชุดของโครโมโซมที่เกิดจากพืชสปีชีส์เดียวกัน โดยมีการแบ่งเซลล์ผิดปกติทำให้ได้ลูกที่มีโครโมโซม 3 เท่า ( 3 n ) หรือ 4 เท่า (4 n )

          2. อัลโลพอลิพลอยดี (Allopolyploidy) เป็นการเพิ่มจำนวนชุดของโครโมโซมที่มีต้นกำเนิดจากสปีชีส์ต่างกัน แต่ทั้ง 2 สปีชีส์ต่างมีความใกล้เคียงกันทางสายวิวัฒนาการ

- คาร์ปิเชงโก (Karpechenko : พ.ศ. 2471 ได้ทดลองผสมผักกาดแดง หรือ Radish (2 n = 18 ) กับกะหล่ำปลี (2 n = 18) ปรากฏว่าได้ลูกผสม F 1 เป็นหมัน เพราะมีเซลล์สืบพันธุ์ผิดปกติ แต่ในบางโอกาส F 1 จะสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่มีการลดจำนวนชุดโครโมโซม (2 n = 18) และเมื่อมาผสมกันจะได้ลูกผสมรุ่น F 2 ซึ่งมีโครโมโซม 4 n = 36 และไม่เป็นหมัน จึงจัดเป็นสปีชีส์ใหม่

       ปรากฏการณ์พอลิพลอยดี มีความสำคัญในการทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ขึ้น นักวิชาการประมาณกันว่า ครึ่งหนึ่งของพืชดอกที่ปรากฏอยู่ในโลกนี้เกิดจากการเพิ่มโครโมโซมแบบอัลโลพอลิพลอยดี และเป็นกลไกที่ทำให้เกิดสปีชีส์ใหม่ภายใน 1-2 ชั่วอายุเท่านั้น
        ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาวิธีการผสมพันธุ์พืช ให้ได้พอลิพลอยดีที่มีสมบัติและลักษณะตามต้องการ เช่น พอลิพลอยดีเลขคู่ ได้แก่ 4 n , 6 n , 8 n ซึ่งมักได้พืชที่มีผลหรือลำต้นใหญ่กว่าพืชที่เป็นดิพลอยด์ธรรมดา ซึ่งสามารถมีชีวิตและสืบพันธุ์ได้ตามปกติ พอลิพลอยดีเลขคี่ ได้แก่ 3 n , 5 n , 7 n ซึ่งเป็นหมัน เพราะมีปัญหาในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ จึงใช้ประโยชน์ในการพัฒนาพันธุ์พืชที่ไม่มีเมล็ด เช่น แตงโม องุ่น กล้วย

          ข้าวสาลีพันธุ์ผสม เกิดจากการผสมพันธุ์ข้าวสาลี 3 พันธุ์ ได้ข้าวสาลีพันธุ์ใหม่ที่ให้ผลผลิตสูงและมีลำต้นคงทนแข็งแรง

 การพัฒนากับวิวัฒนาการ 
       1. การดื้อสารฆ่าแมลง ตัวอย่างเช่นการใช้สาร DDT ปราบแมลงศัตรูที่ได้ผลดีมากในระยะแรกเมื่อประมาณ 50 ปีมาแล้ว แต่ปัจจุบันสารดังกล่าวไม่สามารถทำร้ายแมลงหลายร้อยชนิดได้ โดยที่แมลงสามารถสร้างเอนไซม์ย่อยสลายสาร DDT ได้ก่อนที่จะออกฤทธิ์มีผลให้เกิดการดื้อสารดังกล่าว
       2. การดื้อยาปฏิชีวนะ เป็นการปรับตัวของเชื้อแบคทีเรียบางชนิด เช่น แบคทีเรียที่ทำให้เกิดวัณโรค หนอง ฝี ปวดท้อง ท้องร่วง อันเนื่องมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติโดยกลไกทางพันธุกรรมของเชื้อแบคทีเรีย ที่มีต่อยาปฏิชีวนะที่มนุษย์ได้พัฒนาและสังเคราะห์ขึ้นมา อาจมาจากสาเหตุที่เชื้อโรคเหล่านี้ได้รับสารเคมีในตัวยาที่ต่ำกว่าขนาด แล้วทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพันธุ์ใหม่ที่สามารถอยู่รอดได้