Bacteria's Evolution
• The Prokaryotes พบ fossil ของ Prokaryotes มีอายุประมาณ 3.5 พันล้านปีมาแล้ว
• ลักษณะสำคัญ
– ไม่มีผนัง Nucleus (nuclear envelope)
– ไม่มี Chloroplasts, Mitochondria, และ Endoplasmic Reticulum
– DNA มีลักษณะไม่ต่อเนื่องกันอยู่ใน Cytoplasm ในส่วนที่เรียกว่า Nucleus
– มี Ribosome ซึ่งมีขนาดเล็กมากกว่าในพวก Eukaryotes
– มี cell wall ซึ่งต่างไปจาก cell wall ของ Eukaryotes ของ White Blood Cell
• The Eukaryotes พวก Eukaryotes ต่างกับ Prokaryotes ตรงที่ Eukaryotes มี
Cytoplasmic organelles
- Endosymbiosis Theory คือ ทฤษฎีที่กล่าวว่า prokaryotes ใน
สมัยโบราณได้กลายมาเป็น organelles ของ Eukaryotes ใน
ปัจจุบัน
- โดยหลังจากที่สิ่งมีชีวิตทั้งสองมาอยู่ร่วมกับแบบ Symbiosis ที่
เรียกว่า Mutualism แล้วทำให้
Aerobic prokaryote ---------------Mitochondria
Photosynthetic prokaryote --------Chloroplast
หลักฐานที่กล่าวว่า prokaryote ได้กลายมาเป็นส่วนหนึ่งของ eukaryote
• 1) Mitochondria และ chloroplast มีรูปร่างใกล้เคียงกับ bacteria และ blue - green algae
• 2) Organelles ทั้งสองชนิดมี membrane 2 ชั้น ชั้นนอกน่าจะมาจาก phagocytic vesicle ส่วนชั้นในคือ membrane ของแบคทีเรีย
• 3) ทั้ง Mitochondria และ Chloroplast มี DNA คล้ายกับของ
prokaryotes
Algae's Evolution
เซลล์แรก (The First Cell)
ลักษณะที่ใช้แยกสิ่งมีชีวิตออกจากโมเลกุลที่รวมกัยอยู่เฉยๆ
- สารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นในระยะแรก รวมตัวทับถมกันอยู่ใน มหาสมุทรเป็นเวลานาน จนในที่สุดสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ หรือพอลิเมอร์จะเกิดขึ้นโดยอาศัยการรวมตัวกัน ของสารอินทรีย์โมเลกุลเล็กๆ จำนวนมากหรือมอโนเมอร์
เมื่อเกิดสิ่งมีชีวิตขึ้นเป็นจำนวนมาก สารอินทรีย์ที่สะสมในทะเลมหาสมุทรยุคเริ่มแรกก็ลด จำนวนลง ในที่สุดจะเกิดการแข่งขันในหมู่สิ่งมีชีวิตทั้งหลาย สิ่งมีชีวิตจึงต้องมีการปรับตัว เพื่อการอยู่รอด โดยมีวิวัฒนาการเปลี่ยนแนวทางในการดำเนินชีวิตแบบ Heterotrophic เป็นแบบ Autotrophic คือใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์โดยตรงแทนการใช้สารอินทรีย์ที่มีอยู่ ในสิ่งแวดล้อม โดยอาศัยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสร้างสารประกอบคาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) จากแก๊ส CO2 และน้ำเป็นผลทำให้เกิดแก๊สออกซิเจนอิสระขึ้นในบรรยากาศ ของโลก
• ความสามารถในการ replication ตัวเอง
สมมติฐานเกี่ยวกับการค้นพบกำเนิดของสิ่งมีชีวิต
- ปฏิกิริยาดังกล่าวจึงไม่น่าเกิดขึ้นในมหาสมุทร จึงสันนิษฐานว่าการรวมตัวของสาร อินทรีย์น่าจะเกิดขึ้นบนชั้นผิวของหินหรือดินเหนียว ซึ่งมีสังกะสี/เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
• มี enzyme ซึ่งช่วยในปฏิกิริยาเคมีของร่างกาย
- การคนพบของ A. I. Oparin นักชีวเคมีชาวรัสเซีย ใน ค.ศ. 1922 ได้เสนอว่าสิ่งมีชีวิตชนิดแรกเกิดจาดการรวมตัวกันของก๊าซต่างๆ เกิดเป็น โมเลกุลที่ซับซ้อน ชบวนการนี้ถูกเรียกว่า วิวัฒนาการทางเคมี (Chemical Evolution)
• มี membrane ซึ่งแยกแต่ละเซลล์ออกจากกัน และสิ่งแวดล้อม
- ซิดนีย์ ฟ็อกซ์ได้ทำการทดลองเพื่อสนับสนุนสมมติฐานดังดล่าว โดยทำให้กรดอะมิโน หลายชนิดรวมตัวกันโดยอาศัยความร้อน เพียงอย่างเดียวได้เป็นสารประกอบพอลิเพป ไทด์ ซึ่งเขาตั้งชื่อว่า โพรทีนอยด์ (Proteinoid)
ในที่สุดแก๊สออกซิเจนที่มีมากในบรรยากาศจะรวมตัวกันเป็นชั้นโอโซน ป้องกันรังสีอัลตรา ไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดบรรยากาศของโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่
- บรรยากาศในอดีตไม่มีออกซิเจนอิสระ หรือมีอยู่น้อยมาก
- ออกซิเจนที่อยู่ในบรรยากาศมักอยู่ในรูปของสารประกอบ
- สารอินทรีย์ซึ่งรวมกันโดยธรรมชาติเรียกว่า โพรโทไบออนต์ (Protobiont)
• จุดสำคัญในวิวัฒนาการของเซลล์ก็คือ การสร้างตัวเองของ RNA จาก nucleotide ในช่วงวิวัฒนาการทางเคมี (chemical evolution)
- ธาตุที่สำคัญทั้งสี่ คือ H O C และ N เป็นส่วนประกอบที่สำคัญ 95% ของเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต
บรรยากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลงดังนี้
• 600-1000 ล้านปีมาแล้ว มีปริมาณออกซิเจน =1%
• 400 ล้านปีมาแล้ว มีปริมาณออกซิเจน =10%
• ปัจจุบัน มีปริมาณออกซิเจน =21%
หลักฐานปัจจุบันยืนยันว่าเซลล์ชนิดแรกไม่ใช่ heterotrophs แต่เป็น Chemosynthetic หรือ Photosynthetic autotroph มากกว่า จากหลักฐานดังนี้
แผนภาพแสดงสมมติฐานของการเกิดหน่วยพันธุกรรมขึ้นเป็นครั้งแรก คือ RNA
- พบว่ามี chemosysthesis bacteria หลายชนิดที่น่าจะเหมาะสมกับสภาวะของโลกยุคดึกดำบรรพ์ เช่น พวก methanogens เป็นพวก anaerobic bacteria อยู่ได้ในระบบที่ไม่มีออกซิเจนอิสระ หรือมีน้อยมากๆ ได้
RNA นี้มีคุณสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ เรียกไรโบโซม ซึ่งช่วยให้ RNA เปลี่ยนแปลงเป็น rRNA (ribosomal RNA) หรือ tRNA (transferRNA) หรือ mRNA หรือเมสเซนเจอร์อารเอ็นเอ (messenger RNA) ได
วิวัฒนาการของเซลล์ (The Evolution of Cells)
โพรทีนอยด์ไมโครสเฟียร์
Prokaryote พวก E.coli
- การทดลองโดยใช้แบบจำลองของบรรยากาศดึกดำบรรพ์ได้บ่งบอกบรรยากาศชนิดนี้ได้สร้างสารซึ่งเป็นสารต้นกำเนิด (precursor) ของ chlorophyll เมื่อเอาโมเลกุลเหล่านี้ผสมเข้ากับโมเลกุลของอินทรีย์สาร แบบง่ายๆ ในบรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจน และใช้แสงสว่าง เกิดปฏิกิริยาที่มีอยู่ใน photosynthetic bacteria
Photosynthetic prokaryote พวก blue-green algae
• พวกยูคาริโอตต่างกับโพรคาริโอต ตรงที่มีออร์แกเนลล์ในไซโทพลาสซึม ตัวอย่่างเช่น Mitochondria, Chloroplast,
Endoplasmic Reticulum (ER), Ribosome, Vacuole, และLysosome
• ทฤษฎีที่อธิบายวิวัฒนาการในช่วงนี้ ซึ่งเป็นที่ยอมรับในปัจจุบัน คือ
ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอซิส (Endosymbiosis Theory) ของ ลินน์ มาร์กิวลิส (Lynn Margulis)
- ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสดีเอ็นเอหรือโครโมโซมอยู่ในไซโทพลาซึม ในระยะที่เซลล์มีการ แบ่งตัวดีเอ็นเอ หรือโครโมโซมจะจับกลุ่มกันหนาแน่นทำให้มองเห็นทึบแสง เรียกว่า นิวคลีออยด์
นางสาว ณัฐนันท์ ศิริถาวรสันติ์ ม.5/5 No.16
นางสาว ธนธร ศิระพัฒน์ ม.5/5 No.17
นางสาว รมย์ชลี ภู่ผกาพันธ์พงษ์ ม.5/5 No.28
นางสาว จารุมาศ กรทองนิมิต ม.5/5 No.31
นางสาว อภิญญา ทรัพย์พิศาล ม.5/5 No.33
นางสาว ภาสินี มะโนรมย์ ม.5/5 No.37
นางสาว วีร์สุดา อัศรัสกร ม.5/5 No.40
- ปกติมีดีเอ็นเอเพียงหนึ่งโมเลกุลและไม่มีสารพวก ฮิสโทนปน การเจริญเพิ่มจำนวน จึงเป็นไปในรูปแบบจากหนึ่งเป็นสอง คล้ายๆ แบ่งครึ่งหรือแบ่งท่อน แต่จะไม่มีการ แบ่งเซลล์แบบไมโทซิส บางกรณีอาจมีการสับเปลี่ยนยีนบางส่วนได้คล้ายๆ กับการ สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ
- ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ปกติจะไม่มีสารพวกสเตียรอล
- เยื่อหุ้มของโครงสร้างต่างๆภายในไซโทรพลาซึมจะเป็นแบบง่ายๆ
- มีไรโบโซมชนิดที่มีขนาดเล็ก
- ไม่มีออล์แกเนลล์ ที่มีเยื่อหุ้มแบบง่ายๆภายในไซโทรพลาซึม