ชีววิทยา ม.5 โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต: การเจริญเติบโตหลังระยะเอ็มบริโอของสัตว์

การเจริญเติบโตหลังระยะเอ็มบริโอของสัตว์

5.2 การเจริญเติบโต

กระบวนการที่มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต

เซลล์เมื่อแบ่งตัวแล้วก็จะเปลี่ยนสภาพไป เพื่อทำหน้าที่เฉพาะอย่าง การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส ทำให้ได้จำนวนเซลล์เพิ่มมากขึ้นและเป็นผลทำให้เกิดการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตนั้น ซึ่งตามปกติแล้วจะเกิดกระบวนการต่างๆ หลายประการ คือ

1. การแบ่งเซลล์ หรือ การเพิ่มจำนวนเซลล์ (cell multiplication)

สิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์เดียว เมื่อมีการแบ่งเซลล์เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ก็จะทำให้เกิดการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศขึ้น

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เมื่อเกิดปฏิสนธิแล้ว เซลล์ที่ได้ก็คือ ไซโกต ซึ่งจะมีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ให้มากขึ้น

2. การเจริญเติบโต (growth) ในสิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์เดียว การเพิ่มของไซโทพลาซึมก็จัดว่าเป็นการเจริญเติบโต เมื่อเซลล์ของสิ่งมีชีวิตแบ่งเซลล์ในตอนแรกเซลล์ใหม่ที่ได้จะมีขนาดเล็กกว่าเซลล์เดิม ในเวลาต่อมาเซลล์ใหม่ที่ได้จะสร้างสารต่างๆ เพิ่มมากขึ้น ทำให้ขนาดของเซลล์ใหม่นั้นขยายขนาดขึ้น ซึ่งจัดเป็นการเจริญเติบโตขึ้น ซึ่งจัดเป็นการเจริญเติบโตด้วยเช่นกัน

3. การเปลี่ยนแปลงของเซลล์เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ (cell differention)

สิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์เดียวก็มีการเปลี่ยนแปลงของเซลล์เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ เหมือนกัน เช่น มีการสร้างเซลล์ที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้ดี เช่น การสร้าง เอนโดสปอร์ ของแบคทีเรียในพวกสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินก็มี เช่น การสร้างเซลล์พิเศษซึ่งเรียกว่า เฮเทอโรซิสต์ (heterocyst) มีผนังหนาและสามารถจับแก๊สไนโตรเจนในอากาศเปลี่ยนเป็นสารประกอบไนโตรเจนที่มีประโยชน์ต่อเซลล์ของสาหร่ายชนิดนั้นๆ ได้

สิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์ทางเพศ เมื่อไข่และอสุจิผสมกันก็จะได้เซลล์ใหม่ คือ ไซโกต ซึ่งมีเพียงเซลล์เดียว ต่อมาไซโกตจะแบ่งตัวเพิ่มจำนวนเซลล์ให้มากขึ้น เซลล์ใหม่ๆ ที่ได้จะเปลี่ยนแปลงเพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ กัน เช่น

- เซลล์กล้ามเนื้อทำหน้าที่ในการหดตัวทำให้เกิดการเคลื่อนที่หรือเคลื่อนไหว

- เซลล์เม็ดเลือดแดงทำหน้าที่ลำเลียงแก๊สออกซิเจน

- เซลล์ประสาททำหน้าที่ในการนำกระแสประสาทเกี่ยวกับความรู้สึกและคำสั่ง

- เซลล์ต่อมไร้ท่อทำหน้าที่สร้างฮอร์โมน เป็นต้น

จะเห็นได้ว่า เซลล์ภายในร่างกายของเราจะเริ่มต้นมากจากเซลล์เดียวกัน แต่มีการเปลี่ยนแปลงไปเพื่อทำหน้าที่ต่างๆ กันไป เพื่อให้สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นๆ สามารถดำรงชีวิตอยู่ในสภาพแวดล้อมต่างๆ กันได้

การเกิดรูปร่างที่แน่นอน (morphogenesis) เ ป็นผลจากการเพิ่มจำนวนเซลล์ การเจริญเติบโต การเปลี่ยนแปลงของเซลล์เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ กระบวนการเหล่านี้จะเกิดขึ้น ในระยะเอ็มบริโออยู่ตลอดเวลา มีการสร้างอวัยวะต่างๆ ขึ้น อัตราเร็วของการสร้างในแต่ละแห่ง บนร่างกาย จะไม่เท่ากัน ทำให้เกิดรูปร่างของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดขึ้นโดยที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีแบบแผนและลักษณะทางพันธุกรรม ซึ่งถูกควบคุมโดยจีนบนโครโมโซมของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ

การวัดการเติบโต (measurement of growth)

เป็นการวัดขนาดที่เพิ่มมากขึ้นทำได้หลายวิธี คือ

1. การวัดน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น หรือการหามวลของมีชีวิตที่เพิ่มขึ้น การวัดน้ำหนักเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่ใช้ในการวัดการเติบโต เพราะการที่น้ำหนักเพิ่มขึ้นได้ เนื่องมากจากเซลล์ของร่างกายเพิ่มมากขึ้นหรือมีการสร้างและสะสมของสารต่างๆ ภายในเซลล์และร่างกายมากขึ้น การเพิ่มของน้ำหนักจะมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอัตราการเติบโต จึงเหมาะสมที่จะนำมาใช้ ในการวัดการเติบโตมากกว่าเกณฑ์อื่นๆ

2. การวัดความสูงที่เพิ่มขึ้น ความสูงที่เพิ่มขึ้นอาจไม่เป็นอัตราส่วนกับมวลหรือน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการวัดความสูงจึงเป็นการคาดคะเนการเติบโตเท่านั้น

3. การวัดปริมาตรที่เพิ่มขึ้น ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นมักจะสัมพันธ์กับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น แต่การหาปริมาตรจะมีความยุ่งนากและลำบากกว่าการหาน้ำหนักจึงไม่ค่อยนิยมใช้กันมากนัก

4. การนับจำนวนเซลล์ที่เพิ่มขึ้น การนับจำนวนเซลล์จะใช้กับสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กๆ ได้ เช่น การเพิ่มจำนวนเซลล์ของสาหร่าย ไม่นิยมใช้กับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ๆ

เส้นโค้งของการเจริญเติบโต (growth curve)

เส้นโค้งที่แสดงการเติบโตอาจจะวัดออกมาเป็นหน่วยน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยเวลาที่เปลี่ยนไป หรือหน่วยความสูงที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยเวลาที่เปลี่ยนไป สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะมี เส้นโค้งการเจริญเติบโตเป็นรูปตัว S หรือ sigmoid curve เสมอ

เส้นโค้งการเติบโตแบ่งออกได้เป็น 4 ระยะ คือ

1. ระยะเริ่มต้น เป็นระยะที่สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นเริ่มการเติบโต ในระยะนี้จะเป็นไปอย่างช้าๆ เส้นโค้งการเติบโตจึงมีความชันน้อย

2. ระยะเติบโตอย่างรวดเร็ว เป็นระยะที่ต่อจากระยะแรกโดยที่สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นจะมีการเพิ่มจำนวนเซลล์มีการสร้างสารต่างๆ สะสมในเซลล์มากขึ้นทำให้น้ำหนักหรือความสูงหรือจำนวนเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่วนโค้งการเติบโตจึงชันมากกว่าระยะอื่นๆ

3. ระยะคงที่ เป็นระยะที่มีการเติบโตสิ้นสุดแล้ว ทำให้น้ำหนัก ความสูงหรือขนาดของสิ่งมีชีวิต ไม่เพิ่มขึ้นและค่อนข้างจะคงที่อยู่อย่างนั้นตลอดไป

4. ระยะสิ้นสุด เมื่อสิ่งมีชีวิตเติบโตถึงที่สุดแล้ว และถ้าปล่อยเวลาต่อไปอีกก็จะถึงระยะเวลาที่ร่วงโรยเสื่อมโทรมในที่สุดก็จะตายไป

ในสัตว์พวกที่มีโครงร่างแข็งนอกตัว (exoskeleton) จะมีแบบแผนของการเติบโตแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตทั่วไป เช่น มวนน้ำชนิดหนึ่ง จะมีแบบแผนแบบขั้นบันได

การเจริญเติบโตหลังระยะเอ็มบริโอของสัตว์

สัตว์บางชนิดเช่น แมลงและกบ มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างขณะเจริญเติบโต โดยรูปร่างขณะที่เป็นตัวอ่อนและตัวเต็มวัยแตกต่างกันมาก เรียกการเปลี่ยนแปลงแบบนี้ว่า เมทามอร์โฟซิส (metamorphosis)

1. เมทามอร์โฟซิสของแมลง แบ่งออกเป็น 4 แบบคือ

1.1 ไม่มีเมทามอร์โฟซิส (without metamorphosis หรือ ametamorphosis ) ตัวอ่อนที่ฟักออกจากไข่มีรูปร่างเหมือนกับพ่อแม่ทุกอย่าง แล้วตัวอ่อนก็ค่อย ๆ เจริญเติบโตแล้วลอกคราบเจริญเป็นตัวเต็มวัยต่อไป เช่น แมลงสามง่าม แมลงหางดีด

รูปที่ 5-18 แสดงวงชีวิตของแมลงสองง่าม

1.2 มีเมทามอร์โฟซิสแบบค่อยเป็นค่อยไป (gradual metamorphosis) ตัวอ่อนที่ฟักออกมาจากไข่มีรูปร่างคล้ายพ่อแม่ แต่มีอวัยวะบางอย่างไม่ครบ เช่น ไม่มีปีก เมื่อแมลงโตขึ้นและลอกคราบปีกจะเริ่มงอกขึ้นเรียกตัวอ่อนระยะนี้ว่า นิมฟ์ (nymph) ต่อจากนั้นก็จะมีการลอกคราบหลายครั้งและเจริญเป็นตัวเต็มวัยต่อไป เช่น ตั๊กแตน แมลงสาบ ปลวก เหา ไร่ไก่ จั๊กจั่น

รูปที่ 5-19 แสดงวงชีวิตของตั๊กแตน

1.3 มีเมทามอร์โฟซิสแบบไม่สมบูรณ์ (incomplete metamorphosis) มีลักษณะคล้ายแบบค่อยเป็นค่อยไป แต่ขณะที่เจริญเติบโตนั้น มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างมากกว่า ตัวอ่อนมักเจริญอยู่ในน้ำ หายใจด้วยเหงือกเรียกว่า ไนแอด (naiad) ต่อจากนั้นตัวอ่อนจะลอกคราบขึ้นมาอยู่บนบกและหายใจด้วยระบบท่อลม เช่น ชีปะขาว แมลงปอ

รูปที่ 5-19 แสดงวงชีวิตของแมลงปอ

1.4 มีเมทามอร์โฟซิสแบบสมบูรณ์ (complete metamorphosis) โดยมีการเจริญเปลี่ยนแปลงรูปร่างของร่างกาย เป็น 4 ขั้นตอนด้วยกัน คือ ไข่ (egg) แล้วฟักเป็นตัวอ่อนหรือตัวหนอน (larva) ซึ่งกินอาหารเก่งมากและเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ต่อจากนั้นจึงเป็นดักแด้ (pupa) หยุดกินอาหารมักใช้ใยหรือใบไม้หุ้มตัวและฟักตัวอยู่ระยะหนึ่ง ตัวเต็มวัย (adult) ออกจากเกราะและสืบพันธุ์ได้ต่อไป เช่น ด้วง ผีเสื้อ แมลงวัน ยุง ผึ้ง ไหม

รูปที่ 5-20 แสดงวงชีวิตของผีเสื้อ

เมทามอร์โฟซิสของกบ

กบมีการผสมพันธุ์และวางไข่ในน้ำ ซึ่งตามปกติแล้วฤดูผสมพันธุ์นั้นคือ ฤดูฝน ไข่ไม่มีเปลือกหุ้มแต่มีวุ้นหุ้มอยู่รอบ ๆ หลังจากปฏิสนธิ 3-12 ชั่วโมงจะมีการแบ่งเซลล์เกิดขึ้น ตัวอ่อนจะงอกหางเมื่ออายุได้ 4 วัน วันที่ 6 หลังจากปฏิสนธิตัวอ่อนจะฟักออกจากไข่เป็นลูกอ๊อด ว่ายน้ำและหายใจด้วยเหงือก ซึ่งอยู่ภายนอก มีการงอกขาหลังและขาหน้าตามลำดับ ต่อมามีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างต่อโดยหางจะหดสั้นเข้า ขึ้นมาอาศัยอยู่บนบกได้ หายใจด้วยปอดและผิวหนังแทนเหงือก พออายุได้ 3 ปี ก็จะเป็นกบที่สมบูรณ์และสืบพันธุ์ได้ต่อไป

รูปที่ 5-22 แสดงวงชีวิตของกบ

จากรูปที่ 5-22 สามารถสรุปการเปลี่ยนแปลงในระยะเอ็มบริโอของกบได้ 4 ขั้นตอนคือ

คลีเวจ (cleavage)

บลาสทูเลชัน (blastulation)

แกสทรูเลชัน (gastrulation)

ออร์แกโนเจเนซิส (organogenesis)

การเจริญเติบโตของไก่

ไก่เป็นสัตว์ที่วางไข่บนบก เอ็มบริโอของไก่มีการปรับโครงสร้างหลายประการที่แตกต่างไปจากเอ็มบริโอที่เจริญในน้ำ ได้แก่ การมีเปลือกไข่ เพื่อป้องกันอันตรายและแก้ปัญหาการสูญเสียน้ำของเซลล์ไข่ นอกจากนี้เอ็มบริโอยังห่อหุ้มด้วยถุง 2 ชั้น ถุงชั้นใน คือ ถุงน้ำคร่ำ (amnion) มีของเหลวบรรจุอยู่ เพื่อทำหน้าที่ป้องกันการกระทบกระเทือนและป้องกันไม่ให้เอ็มบริโอแห้ง ถุงชั้นนอก เรียกว่า คอเรียน (chorion) อยู่ใกล้เปลือกไข่ ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊ส ในระยะที่มีการเจริญของอวัยวะต่างๆ เอ็มบริโอจะมีการสร้างถุง เรียกว่า แอลแลนทอยส์ (allantois) จากตัวเอ็มบริโอแทรกไปชิดกับเปลือกไข่ พร้อมกับมีหลอดเลือดฝอยอยู่โดยรอบ ถุงนี้ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊สกักบภายนอกและเก็บของเสียประเภทกรดยูริกสะสมไว้จนกระทั่งเอ็มบริโอออกจากไข่ เมื่อเอ็มบริโอนี้เจริญเติบโตเต็มที่ก็จะฟักออกจากไข่ แล้วเจริญเติบโตเป็นตัวเต็มวัยโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบเมตามอร์โฟซิส