Archive for the ‘วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี’ Category

คุณสมบัติของเซลล์

เซลล์ของหนูในจานเพาะเชื้อ เซลล์เหล่านี้กำลังขยายขนาดใหญ่ขึ้น แต่ละเซลล์มีขนาดประมาณ 10 โมโครเมตร

แต่ละเซลล์มีองค์ประกอบและดำรงชีวิตได้ด้วยตัวของมันเอง โดยการนำสารอาหารเข้าไปในเซลล์และเปลี่ยนสารอาหารให้กลายเป็นพลังงานเพื่อการดำรงชีวิตและการสืบพันธุ์ เซลล์มีความสามารถหลายอย่างดังนี้:

• เพิ่มจำนวนโดยการแบ่งเซลล์
• เมแทบอลิซึมของเซลล์ (cell metabolism) ประกอบด้วย การลำเลียงวัตถุดิบเข้าเซลล์, การสร้างส่วนประกอบของเซลล์, การสร้างพลังงานและโมเลกุล และปล่อยผลิตภัณฑ์ออกมา การทำงานของเซลล์ขึ้นกับความสามารถในการสกัดและใช้พลังงานเคมีที่สะสมในโมเลกุลของสารอินทรีย์ พลังงานเหล่านี้จะได้จากวิถีเมแทบอลิซึม (metabolic pathway)
• การสังเคราะห์โปรตีนเพื่อใช้ในระบบการทำงานของเซลล์ เช่น เอนไซม์ โดยเฉพาะเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะมีโปรตีนต่าง ๆ ถึง 10,000 ชนิด
• ตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นทั้งภายนอกและภายใน เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ pH หรือระดับอาหาร.

ประเภทของเซลล์

ภาพเปรียบเทียบเซลล์ยูแคริโอต (eukaryotes) และเซลล์โพรแคริโอต (prokaryotes) – รูปนี้แสดงเซลล์มนุษย์ (ยูแคริตโอต) และ เซลล์แบคทีเรีย (โพรแคริโอต) ด้านซ้ายแสดงโครงสร้างภายในของเซลล์ยูแคริโอต ซึ่งประกอบด้วย นิวเคลียส (สีฟ้า) , นิวคลีโอลัส (สีน้ำเงิน) , ไมโทคอนเดรีย (สีส้ม) , และไรโบโซม (สีน้ำเงินเข้ม) รูปทางขวาแสดงดีเอ็นเอของแบคทีเรีย ที่อยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่า นิวคลิออยด์ (สีฟ้าอ่อน) และโครงสร้างอื่นๆ ที่พบในเซลล์โพรแคริโอต ซึ่งประกอบด้วย เยื่อหุ้มเซลล์ (สีดำ) , ผนังเซลล์ (สีน้ำเงิน) , แคปซูล (สีส้ม) , ไรโบโซม (สีน้ำเงินเข้ม) , แฟลกเจลลัม (สีดำ)

วิธีการจัดกลุ่มเซลล์ไม่ว่าเซลล์นั้นจะอยู่ตามลำพังหรืออยู่เป็นกลุ่ม ได้แก่ สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular) ซึ่งดำรงชีวิตเพื่อความอยู่รอด จนไปถึงการอยู่รวมกันเป็นกลุ่มที่เรียกว่า โคโลนี (colonial forms) หรือ สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular) ซึ่งเซลล์เหล่านี้จะกลายเป็นเซลล์เฉพาะทางที่แตกต่างกันหลายรูปแบบ เช่น เซลล์ต่างๆ ในร่างกายมนุษย์

โดยสรุป เซลล์สามารถแบ่งได้เป็น 2 รูปแบบคือ

• โพรแคริโอต (prokaryote) เป็นเซลล์ที่มีโครงสร้างอย่างง่าย อาจอยู่เป็นเซลล์เดี่ยวๆ หรือรวมกลุ่มเป็นโคโลนี (Colony) ในการจำแนกชั้นทางวิทยาศาสตร์แบบระบบสามโดเมน (three-domain system) ได้จัดโพรแคริโอตอยู่ในโดเมนอาร์เคีย (Archaea) และแบคทีเรีย (Eubacteria)

• ยูแคริโอต (eukaryote) เป็นเซลล์ที่มีออร์แกเนลล์ (organelle) และผนังของออร์แกเนลล์ มีตั้งแต่เซลล์เดียวเช่น อะมีบา (amoeba) และเห็ดรา (fungi) หรือเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เช่นพืชและสัตว์รวมทั้งสาหร่ายสีน้ำตาล

[แก้] ส่วนประกอบย่อยของเซลล์

ภาพเซลล์โดยสัตว์ทั่วไป ประกอบด้วยออร์แกเนลล์ต่าง ๆ ดังนี้ (1) นิวคลีโอลัส, (2) นิวเคลียส, (3) ไรโบโซม, (4) เวสิเคิล, (5) เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบผิวขรุขระ, (6) กอลจิแอปพาราตัส, (7) ระบบเส้นใยของเซลล์, (8) เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบผิวเรียบ, (9) ไมโทคอนเดรีย, (10) แวคิวโอล, (11) ไซโทพลาซึม, (12) ไลโซโซม, (13) เซนทริโอล

ภาพเซลล์พืชทั่วไป แสดงส่วนประกอบย่อยของเซลล์ (ดูตาราง 2 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างเซลล์พืชและสัตว์)

เซลล์ทุกชนิดไม่ว่าจะเป็นโพรแคริโอตหรือยูแคริโอตจะต้องมีเยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) ทำหน้าที่ห่อหุ้มเซลล์เสมอ เพื่อแยกส่วนประกอบภายในเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อม เป็นการควบคุมการขนส่งสารเข้าออกเซลล์ และเพื่อรักษาความต่างศักย์ทางไฟฟ้าของเซลล์ (cell potential) ภายในเยื่อหุ้มเซลล์จะประกอบไปด้วย ไซโทพลาซึมที่มีสภาพเป็นเกลือ และเป็นเนื้อที่ส่วนใหญ่ของเซลล์ ภายในเซลล์จะมี ดีเอ็นเอ หน่วยพันธุกรรมของเซลล์หรือยีน และ อาร์เอ็นเอชึ่งจะมีข้อมูลที่จำเป็นในการถ่ายทอดพันธุกรรม รวมทั้งโปรตีนต่างๆ เช่น เอนไซม์ นอกจากนี้ภายในเซลล์ก็ยังมีสารชีวโมเลกุล (biomolecule) ชนิดต่างๆ อีกมากมาย

[แก้] เยื่อหุ้มเซลล์ – ส่วนหุ้มและปกป้องเซลล์

ไซโทพลาซึมของเซลล์ประเภทยูแคริโอตจะถูกห้อมล้อมด้วยส่วนที่เรียกว่า เยื่อหุ้มเซลล์ หรือ พลาสมา เมมเบรน (cell membrane หรือ plasma membrane) พลาสมาเมมเบรนจะพบในเซลล์ประเภทโพรแคริโอตด้วย เยื่อนี้จะทำหน้าที่แยกและปกป้องเซลล์จากสิ่งแวดล้อมรอบข้าง ส่วนใหญ่แล้วถูกสร้างขึ้นจากชั้นของลิพิดสองชั้น หรือ ลิพิด ไบเลเยอร์ (lipid bilayer) และโปรตีน ภายในเยื่อจะมีโมเลกุลหลากชนิดที่ทำหน้าที่เป็นทั้งช่องทางผ่านของสารและ ปั๊ม (channels and pumps) เพื่อทำหน้าที่เฉพาะในการขนส่งโมเลกุลเข้าหรือออกจากเซลล์

[แก้] ไซโทสเกเลตอน (cytoskeleton) – ส่วนที่เป็นโครงสร้างของเซลล์

ไซโทสเกเลตอนเป็นโครงสร้างที่สำคัญ ซับซ้อน และเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา มีบทบาทในการจัดรูปแบบและจัดเรียงตำแหน่งของออร์แกเนลล์ให้อยู่ในที่ที่เหมาะสม, ช่วยให้เกิดกระบวนการเอนโดไซโทซิส (endocytosis) หรือการนำสารจากภายนอกเซลล์เข้ามาในเซลล์เพื่อใช้ในกระบวนการเจริญเติบโตและการเคลื่อนไหว, บทบาทในการทำงานของกล้ามเนื้อ, และมีโปรตีนจำนวนมากมายในไซโทสเกลเลตอนที่ควบคุมโครงสร้างของเซลล์

ไซโทสเกเลตอน แบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดตามขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ได้แก่ ไมโครทูบูล (Microtubule) , อินเทอร์มีเดียท ฟิลาเมนท์ (Intermediate Filament) และ ไมโครฟิลาเมนท์ (Microfilament)

[แก้] สารพันธุกรรม (Genetic Material)

สารพันธุกรรมแตกต่างกันสองชนิดคือ :

• ดีเอ็นเอ (deoxyribonucleic acid-DNA)
• อาร์เอ็นเอ (ribonucleic acid-RNA)

รหัสพันธุกรรม (Genetic code) ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเป็นข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์ซึ่งเก็บอยู่ในรูปดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้ดีเอ็นเอสำหรับเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ไวรัสบางชนิด เช่น รีโทรไวรัส (retrovirus) มีอาร์เอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม อาร์เอ็นเอนอกจากจะเป็นสารพันธุกรรมแล้วยังทำหน้าที่เป็นสารที่ขนถ่ายข้อมูลด้วย ได้แก่ เมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ หรือ (mRNA) และอาจทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ได้โดยเฉพาะในเซลล์ที่มีอาร์เอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม ได้แก่ ไรโบโซมัล อาร์เอ็นเอ หรือ (rRNA)

สารพันธุกรรมของพวกโปรคาริโอต จะถูกจัดอยู่ในโมเลกุลของดีเอ็นเอรูปวงกลมง่ายๆ เช่น ดีเอ็นเอของแบคทีเรียซึ่งอยู่ในบริเวณนิวคลอยด์ (nucleoid region) ของไซโตพลาสซึม ส่วนสารพันธุกรรมของพวกยูคาริโอต จะถูกจัดแบ่งให้อยู่ในโมเลกุลที่เป็นเส้นตรงที่เรียกว่า โครโมโซม (chromosome) ภายในนิวเคลียส และยังพบว่ามีสารพันธุกรรมอื่นๆ นอกจากในโครโมโซมในออร์แกเนลล์บางชนิด เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ (ดูเพิ่มเติมที่ทฤษฎีเอ็นโดซิมไบโอติก (endosymbiotic theory)) เช่น ในเซลล์มนุษย์จะมีสารพันธุกรรมในบริเวณดังนี้

• ในนิวเคลียส เรียกว่า นิวเคลียร์ จีโนม (nuclear genome) แบ่งเป็นโมเลกุลเส้นตรง ดีเอ็นเอ 46 เส้น หรือ 23 คู่ เรียกว่า โครโมโซม
• ในไมโทคอนเดรีย เรียกว่า ไมโทคอนเดรียล จีโนม (mitochondrial genome) เป็นโมเลกุลดีเอ็นเอรูปวงกลมที่แยกจากดีเอ็นเอในนิวเคลียส ถึงแม้ไมโทคอนเดรียล จีโนมจะเล็กมากแต่ก็มีรหัสสำหรับการสร้างโปรตีนที่สำคัญ

เป็นดาวเคราะห์ลำดับที่สองถัดจากดาวพุธ และมีขนาดใหญ่เป็นลำดับที่หกของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ วงโคจรของดาวศุกร์มีลักษณะใกล้เคียงกับวงกลม มากกว่าวงโคจรของดาวเคราะห์อื่น ๆ ด้วยกัน

วงโคจร : 108,200,000 km. (0.72 AU.) จากดวงอาทิตย์ เส้นผ่าศูนย์กลาง : 12,103.6 km. มวล : 4.869×1024 kg.

Venus เป็นชื่อเทพของโรมันเป็นตัวแทนของความรักและความสวยงาม เหตุที่ได้รับการขนานนามเช่นนี้ เพราะเป็นดาวเคราะห์ที่มีความสว่างมาก เมื่ออยู่บนท้องฟ้า ซึ่งสังเกตเห็นและรู้จักมาตั้งแต่อดีต

หากจะยกเว้นดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์แล้ว ดาวศุกร์นับเป็นวัตถุที่สว่างที่สุดในท้องฟ้า เช่นเดียวกับดาวพุธ ดาวศุกร์จะปรากฏให้เห็น 2 ช่วงคือ เห็นในตอนเช้าหรือเห็นในตอนเย็น ถ้าช่วงใหนที่ปรากฏให้เห็นในตอนเช้าจะไม่สามารถสังเกตเห็นในตอนเย็น และช่วงใหนที่ปรากฏให้เห็นในตอนเย็นก็จะไม่เห็นในตอนเช้าเช่นกัน ดาวศุกร์ที่สังเกตเห็นในตอนเช้ามีชื่อเรียกอย่างไทยว่า ดาวประกายพรึก และปรากฏให้เห็นในตอนเย็นมีชื่อเรียกว่า ดาวประจำเมือง

เนื่องจากดาวศุกร์เป็นดาวเคราะห์ชั้นใน ดังนั้นเมื่อเราสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์จากโลก เราจะเห็นดาวศุกร์มีลักษณะเป็นเสี้ยว ในอดีต Galileo ได้สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ และต่อมาก็เป็นส่วนสนับสนุนแบบจำลองระบบสุริยะของ Capernicus

ขนาดของดาวศุกร์เมื่อเทียบกับโลก

ยานลำแรกที่เดินทางไปสำรวจดาวศุกร์คือ Mariner 2 ในปี ค.ศ.1962 และต่อมาก็มียานลำอื่นเดินทางไปสำรวจด้วย(มากกว่า 20 ลำ) เช่น Pioneer Venus และยานของโซเวียต Venera 7 ซึ่งเป็นยานลำแรกที่สามารถลงจอดบนดาวเคราะห์ได้ ยาน Venera 9 สามารถส่งภาพถ่ายแรกของพื้นผิวกลับมายังโลกได้ ยานที่สามารถทำแผนที่ของดาวศุกร์อย่างละเอียดคือยาน Magellan ของสหรัฐอเมริกา โดยโคจรรอบดาวศุกร์และใช้เรดาร์ในการสำรวจ

ดาวศุกร์หมุนรอบตัวเองตามเข็มนาฬิกา ซึ่งเป็นทิศทางตรงข้ามกับการหมุนรอบตัวเองของดาวเคราะห์ดวงอื่น ดาวศุกร์หมุนรอบตัวเองใช้เวลา 243 วัน ในขณะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ครบ 1 รอบใช้เวลาประมาณ 225 วัน

หากพิจารณาจะเห็นได้ว่าดาวศุกร์เป็นเหมือนกับดาวพี่น้อง ของโลก ซึ่งมีความคลายคลึงกันอยู่หลายส่วนดังนี้

• ดาวศุกร์มีขนาดที่เล็กกว่าโลกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (95% ของเส้นผ่าศูนย์กลางโลก,80% ของมวลโลก)
• หลุมอุกกาบาตที่ปรากฏบนโลกและดาวศุกร ์บ่งบอกถึงพื้นผิวของดาวที่มีอายุมาไม่นานเช่นเดียวกัน
• ความหนาแน่นและส่วนประกอบทางเคมีเหมือนกัน

จากความคล้ายคลึงกันนี้ จึงทำให้มนุษย์คิดว่า ภายใต้เมฆอันหนาทึบสภาพทุกอย่างของดาวศุกร์จะต้องเหมือนกับโลกและต้องมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ แต่เมื่อศึกษาอย่างละเอียดแล้วมีหลายสิ่งหลายอย่างที่มีความแตกต่างกันมาก

ความดันบรรยากาศที่พื้นผิวของดาวศุกร์มีค่าประมาณ 90 เท่าของโลก (เทียบได้กับความดันที่ความลึกประมาณ 1 km.ในมหาสมุทร) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบคาร์บอนไดออกไซด์ เมฆหมอกที่ปกคลุมบนดาวศุกร์มีอยู่หลายชั้น และมีความหนาแตกต่างกันและส่วนใหญ่เป็นกรดกำมะถัน (sulfuric acid) เมฆเหล่านี้มีส่วนในการปิดบังพื้นผิว เมื่อเรามองดูดาวศุกร์จากล้องโทรทรรศน์ด้วย จากชั้นบรรยากาศที่หนาทึบบนดาวศุกร์ ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกชึ้น (greenhouse effect) มีผลทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของดาวศุกร์สูงขึ้นประมาณ 400-740 K. (ความร้อนที่ใช้ในการหลอมตะกั่ว) ดาวศุกร์จึงเป็นดาวเคราะห์ที่ร้อนที่สุดในระบบสุริยะ นอกจากนี้เมฆชั้นบนยังมีความเร็วลมสูงถึง 350 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่ที่พื้นผิวความเร็วลมมีค่าไม่เกิน 1 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเท่านั้นเอง

ภาพมุมสูงของภูเขาไฟ Sif Mons

นักดาราศาสตร์เชื่อว่า บนดาวศุกร์เคยมีน้ำอยู่เป็นจำนวนมากคล้ายกับโลกของเรา แต่น้ำทั้งหลายได้ระเหยออกไปจากชั้นบรรยากาศหมด จึงทำให้ดาวศุกร์มีสภาพที่แห้งแล้งมาก พื้นผิวส่วนใหญ่ของดาวศุกร์มีทั้งที่ราบและที่สูง พร้อมกับมีแอ่งขนาดใหญ่ คือ Altalanta Planitia,Guinevere Planitia,Lavinia Planitia พื้นที่ราบสูงมีอยู่ 2 แห่งคือ Ishtar Terra เป็นพื้นที่สูงทางขั้วเหนือ (มีขนาดใกล้เคียงกับทวีป ออสเตรเลีย) และ Aphrodite Terra ที่แผ่ยาวไปตามแนวเส้นศูนย์สูตร (ขนาดประมาณทวีปอเมริกาใต้) นอกจากนี้ภายในที่ราบสูง Ishtar ก็ยังมีที่ราบสูง Lakshmi Planum ปรากฏซ้อนอยู่ซึ่งล้อมรอบไปด้วยภูเขาสูงรวมทั้งยอดเขาที่ใหญ่มโหราฬอย่าง Maxwell Montes ด้วย

ข้อมูลภาพจากสัญญาณเรดาร์ของยานแมกเจลแลน (Magellan) ได้แสดงให้เห็นพื้นผิวของดาวศุกร์ที่ปกคลุมไปด้วยลาวา จากภูเขาไฟหลาย ๆ ลูก (คล้ายกับภูเขาไฟ Hawaii หรือ Olympus Mons.) เช่น Sif Mons จากข้อมูลที่ได้แสดงว่าภายในดาวศุกร์ยังมีภูเขาไฟที่ยังครุกรุ่นอยู่

บนพื้นผิวของดาวศุกร์ไม่พบร่องรอยหลุมอุกกาบาตขนาดเล็ก ซึ่งอาจจะเกิดจากถูกเผาใหม้ให้หมดไปในชั้นบรรยากาศ ก่อนที่จะตกกระทบพื้น แต่ร่องรอยหลุมอุกกาบาตที่ปรากฏบนดาวศุกร์ มีลักษณะเหมือนกับเกิดจากดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ ที่ถูกดึงดูดแล้วระเบิดแตกกระจายก่อนที่จะตกถึงพื้นด้วยชั้นบรรยากาศ

Maat Mons ภูเขาไฟที่ดับแล้วสูงประมาณ 8 km.

ภูมิประเทศที่เก่าแก่ที่สุดบนดาวศุกร์ นักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ว่ามีอายุประมาณ 800 ล้านปีมาแล้ว ซึ่งแผ่ขยายไปถึงแหล่งของภูเขาไฟที่เกิดใหม่ด้วย

ส่วนประกอบภายในของดาวศุกร์คล้ายโลกมาก โดยแกนกลางเป็นเหล็กที่หลอมเหลว จากแรงดันมหาศาลของดาวศุกร์เอง มีรัศมีประมาณ 3,000 km. ถัดออกมาเป็นชั้นแมนเทิลและเปลือกนอกที่มีความหนาและแข็งมาก ดาวศุกร์ไม่มีสนามแม่เหล็ก เพราะการหมุนรอบตัวเองที่ช้ามาก และดาวศุกร์ไม่มีบริวาร

นิยามเกี่ยวกับเทคโนโลยีสารสนเทศ