บทที่ 1 กระบวนการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี?

วิทยาศาสตร์ตามพจนานุกรมฉบับราชบัณทิตยสถานได้ให้ความหมายของวิทยาศาสตร์ (Science) ว่าคือ ความรู้ที่ได้จากการสังเกตและค้นคว้าจากการประจักษ์ทางธรรมชาติ และจัดเข้าเป็นระบบ หรือรายวิชาที่ค้นคว้าได้และมีเหตุผลแล้วจัดเข้าเป็นระบบระเบียบ

บทที่ 2 สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม?

บทที่ 2 สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เรื่องที่ 1 เซลล์ เรื่องที่ 2 พันธุกรรมและความหลากหลายทางชีวภาพ เรื่องที่ 3 เทคโนโลยีชีวภาพ เรื่องที่ 4 ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม
เรื่องที่ 3 เทคโนโลยีชีวภาพ

           คําว่า “เทคโนโลยีชีวภาพ” หรือ Biotechnology อาจจะฟังดูแล้วเป็นศัพท์ทางวิชาการ แต่
แท้จริงเทคโนโลยีชีวภาพไม่ใช่เรื่องใหม่แต่อย่างใด หากแต่มนุษย์เราได้นําประโยชน์จากระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพเข้ามาใช้เป็นส่วนหนึ่งในชีวิตเราเป็นเวลาหลายปีเพื่อการแปรรูปอาหารและถนอมอาหารในสมัยโบราณประมาณ 6,000 ปีก่อนคริสตกาล ชาวสุเมเรียนและบาบิโลเนียนเริ่มรู้จักการนํายีสต์มาหมักเบียร์ต่อมาชาวอียิปต์ได้ค้นพบการทําขนมปังโดยใช้เชื้อยีสต์ลงไปในแป้งสาลีในเอเชียมีการค้นพบวิธีถนอมอาหารในรูปแบบง่าย ๆ ได้แก่การหมักดองอาหาร เช่น เต้าเจี้ยว แหนม ปลาร้า ผักดอง ซีอิ๊ว การทําข้าวหมาก สุราพื้นบ้านเป็นต้น

ความหมายของเทคโนโลยีชีวภาพ
          การใช้เทคโนโลยีชีวภาพ หมายถึง การนําสิ่งมีชีวิต หรือผลิตภัณฑ์จากสิ่งมีชีวิต หรือสังเคราะห์
จากสิ่งมีชีวิต มาปรับปรุงพืช สัตว์ หรือผลิตภัณฑ์อาหาร เพื่อประโยชน์เฉพาะตามต้องการได้มีการนํา
เทคโนโลยีชีวภาพมาใช้ประโยชน์ทางด้านเกษตรกรรม เช่น เทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ
เทคโนโลยีชีวภาพเพื่อปรับปรุงพันธุ์พืช เทคโนโลยีชีวภาพเพื่อพัฒนาและปรับปรุงพันธุ์สัตว์

ประเภทของเทคโนโลยีชีวภาพ
เทคโนโลยีชีวภาพแบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ
          เทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม เป็นเทคโนโลยีชีวภาพที่มนุษย์รู้จักกันมานาน ไม่ต้องใช้เทคนิควิธีการทางวิทยาศาสตร์และวิทยาการสูงมากนักเช่น การทําเหล้า อาหารหมักดอง การผลิตปุ๋ยหมัก การใช้สิ่งมีชีวิตในการควบคุมและกําจัดศัตรูพืช เป็นต้น

เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ เป็นเทคโนโลยีชีวภาพที่ต้องใช้ความรู้และเทคนิควิธีการทาง
                วิทยาศาสตร์ชั้นสูงที่เกี่ยวข้องกับสารพันธุกรรม เพื่อก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตเช่น การโคลนนิ่ง พันธุวิศวกรรรม เป็นต้น

พันธุวิศวกรรม

         พันธุวิศวกรรม หมายถึง กระบวนการตัดต่อยีนโดยวิธีการตัดเอายีนของสิ่งที่มีชีวิตหนึ่งใส่เข้าไป
ในยีนของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ทําให้ได้สิ่งมีชีวิตใหม่ที่มีคุณลักษณะตามต้องการสิ่งมีชีวิตดังกล่าวเรียกว่า
สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมหรือจีเอ็มโอนั่นเอง จีเอ็มโอหรือ GMOs ย่อมาจากคําว่า Genetically Modified Organisms
Genetic เป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับพันธุกรรมหรือกรรมพันธุ์
Modify คือการดัดแปลง ตบแต่งเสียใหม่
Organism คือสิ่งที่มีชีวิต
GMOs จึงเป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับการตบแต่งหรือดัดแปลงสารพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นพืช
หรือสัตว์
สารพันธุกรรม เป็นองค์ประกอบหนึ่งหรือส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย มีหน้าที่ที่จะกําหนด
คุณลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ หรือจะกล่าวว่าเป็นตัวควบคุมกรรมพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตก็ได้ตัวอย่างเช่น
– กรณีที่เป็นคน บางคนมีสารพันธุกรรมทําให้ผมหยิก หรือผมสีดํา หรือผมสีทอง
– กรณีที่เป็นสัตว์เช่น หมาหลังอานก็จะมีสารพันธุกรรมที่ทําให้เขาเป็นพันธุ์หลังอาน หรือหมาบางแก้ว
ที่มีสารพันธุกรรมที่ทําให้เป็นหมาที่ดุเป็นพิเศษ
– กรณีที่เป็นพืช เช่น มะม่วงบางพันธุ์ที่เปรี้ยวมาก บางพันธุ์ค่อนข้างหวาน ซึ่งมะม่วงทั้งสองประเภทก็
จะมีสารพันธุกรรมเกี่ยวกับความเปรี้ยว-หวาน ที่แตกต่างกัน
ในธรรมชาติสิ่งมีชีวิต เช่น พืช ก็จะมีการผสมพันธุ์กันเองตามธรรมชาติเกสรตัวผู้ถูกลมหรือ
แมลงพาไปผสมกับเกสรตัวเมียเกิดเป็นดอกเป็นผล เกิดลูกเกิดหลานตามมา มีการคัดเลือกพันธุ์โดย
ธรรมชาติพันธุ์ไหนอ่อนแอต่อโรค-แมลง หรือสภาพดินฟ้าอากาศก็มักจะตายหรือสูญหายไป พันธุ์ที่
แข็งแรงก็จะยังคงออกลูกออกหลานต่อไป ส่วนพันธุ์ไหนที่มีคุณสมบัติดีตามที่มนุษย์ต้องการก็มีการ
นําเอาไปขยายพันธุ์ต่อให้แพร่หลาย

โคลนนิ่ง

           โคลนนิ่ง (cloning) เป็นกระบวนการสืบพันธุ์โดยไม่อาศัยเพศชนิดหนึ่ง มนุษย์รู้จักโคลนนิ่งมา
แต่สมัยโบราณแล้ว แต่เป็นการ รู้จักโคลนนิ่งที่เกิดกับพืช นั่นคือ การขยายพันธุ์พืชโดยไม่อาศัย
กระบวนการที่เกี่ยวกับเพศของพืชเลย โคลนนิ่งที่เป็นการขยายพันธุ์พืชหรือสืบพันธุ์โดยไม่อาศัยเพศที่เป็นที่รู้จักและเรียกกันในภาษาไทยของเราว่า“การเพาะชําพืช”เช่น การตัด ปักชํา ส่วนที่ตัดเป็นชิ้น
เล็กๆจากพืช เช่น กิ่ง ใบ ราก เมื่อนําไปปักชําจะสามารถเจริญเติบโตเป็นพืชใหม่ได้และมีองค์ประกอบ
ทางพันธุกรรมเหมือนต้นเดิมทุกประการ การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ โดยการใช้เซลล์อวัยวะ เนื้อเยื่อ และ
โพรโทพลาสต์ของพืชมาเลี้ยงในสารอาหารและจัดให้อยู่ในสภาวะที่เหมาะสม ส่วนต่างๆเหล่านั้นจะ
เจริญเติบโตเป็นพืชใหม่ที่มีลักษณะตรงตามพันธุ์เดิมทุกประการ สําหรับเรื่องการโคลนนิ่งของสัตว์และมนุษย์ก็เป็นกระบวนการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ เช่นกัน คําว่าโคลน (clone) มาจากคําภาษากรีกว่า“Klone” แปลว่า แขนง กิ่ง ก้าน ซึ่งใช้อธิบายการแบ่งตัวแบบไม่มีเพศ (asexual) ในพืชและสัตว์การ

โคลนนิ่งสัตว์  คือการผลิตสัตว์ให้มีลักษณะทาง กายภาพ (phenotype) และทางพันธุกรรม
(genotype) เหมือนกัน (identical twin) โดยไม่ใช้เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศเมียมาผสมกัน ใน
ภาษาอังกฤษเรียกว่า “genetic duplication”
ดังนั้นการโคลนนิ่งจึงเป็นการทําสิ่งมีชีวิตให้เป็นแฝดเหมือนกัน คือ มีเพศเหมือนกัน สีผิว
เหมือนกัน หมู่เลือดเหมือนกัน ตําหนิเหมือนกัน เป็นต้นซึ่งในทางธรรมชาติโดยเฉพาะในสัตว์เกิด
ปรากฏการณ์การเกิดแฝดขึ้นได้น้อยมาก การโคลนนิ่งที่ทําได้ยากที่สุดคือการโคลนนิ่งสัตว์
นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามโคลนนิ่งสัตว์มาเป็นเวลานานแล้ว ซึ่งการโคลนนิ่งสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิดทําได้ง่ายมาก เช่น ถ้าเราตัดปลาดาวออกเป็นสองส่วน แต่ละส่วนจะสามารถงอกเป็นปลาดาวตัวใหม่ทั้งตัวได้แต่การโคลนนิ่งสัตว์มีกระดูกสันหลังทําได้ยากกว่ามาก

การโคลนพืช
        1. การตัด ปักชํา ส่วนที่ตัดเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ จากพืช เช่น กิ่ง ใบ ราก เมื่อนําไปปักชํา จะสามารถ
เจริญเติบโตเป็นพืชใหม่ได้และมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเหมือนต้นเดิมทุกประการ ตัวอย่างส่วน
ของพืชที่ใช้ในการตัด ปักชํา ได้แก่
       2. กิ่ง เช่น พู่ระหง ฤาษีผสม ชบา พลูด่าง โกสน มะลิ

ประโยชน์ของการโคลนนิ่ง
       1. มีประโยชน์ในการอนุรักษ์พันธุ์พืชหรือสัตว์ที่หายากและใกล้สูญพันธุ์ให้แพร่ขยายจํานวน
ขึ้นได้อย่างรวดเร็วกว่าการผสมพันธุ์กันตามธรรมชาติ
      2. สามารถช่วยลดจํานวนสัตว์ที่ใช้ในการทดลองให้น้อยลง เนื่องจากสัตว์มีลักษณะทาง
พันธุกรรม เหมือนกันทําให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการทดลองในทางการแพทย์
      3. เป็นการผลิตสัตว์ที่เปลี่ยนแปลงพันธุกรรมเพื่อใช้เป็นรูปแบบการทดลองเพื่อรักษาโรคของ
มนุษย์การผลิตเภสัชภัณฑ์และสารต่างๆ
     4. ช่วยให้คู่สมรสที่ไม่มีโอกาสให้กําเนิดบุตรด้วยวิธีอื่น อาจมีโอกาสมากขึ้นในการให้กําเนิด
บุตร
     5. เป็นแนวทางในการพัฒนาการปลูกถ่ายเปลี่ยนอวัยวะ ร่างกายยอมรับอวัยวะใหม่สามารถ
ลดความเสี่ยงต่อการใช้ยากดภูมิคุ้มกัน
ข้อเสียของการโคลนนิ่ง
     1. การทําโคลนนิ่งทําให้เกิดการคัดเลือกสายพันธุ์ที่ดีในการทําต้นแบบในทางกลับกัน
อาจจะทําให้เกิดสายพันธุ์ที่ไม่ดีเกิดขึ้นได้
     2. การที่ได้สิ่งมีชีวิตที่มีความเหมือนกันทําให้เกิดการสูญเสียความมีเอกลักษณ์และความ
หลากหลายอันเป็นสิ่งที่ถือว่าเป็นต้นกําเนิดของวิวัฒนาการ ถ้าสิ่งมีชีวิตมีสิ่งที่ดี
เหมือนกันหมดก็จะไม่มีการพัฒนาสายพันธุ์ที่ดีขึ้น
    3. มีความพยายามที่จะผลิตเนื้อเยื่อมนุษย์เพื่อใช้ในการรักษาโรคต่าง ๆ มีความพยายาม
ที่จะโคลนนิ่งมนุษย์ทั้งคน แต่อย่างไรก็ตามการกระทําดังกล่าวยังไม่เป็นที่ยอมรับ จัด
ว่าเป็นปัญหาทางด้านจริยธรรม

เซลล์ต้นกําเนิด

     เป็นเซลล์ที่สามารถแบ่งตัวและเติบโตเป็นเซลล์ต่างๆ ได้หลายชนิด เซลล์ต้นกําเนิดหรือสเต็มเซลล์เริ่มเป็นที่สนใจและเป็นความหวังในการรักษาโรค เมื่อแพทย์ชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน ประสบความสําเร็จในการแยกสเต็มเซลล์ตัวอ่อนของมนุษย์ (HumanEmbryonic Stem Cell) มาเพาะเลี้ยงได้ในปีค.ศ.1998 จึงเกิดเป็นสมมติฐานว่าน่าจะนําเซลล์ต้นกําเนิดมาเลี้ยงในหลอดทดลอง โดยคาดหวังกันว่าเซลล์ต้นกําเนิดนี้จะเปลี่ยนเป็นเซลล์ต่างๆ ทั่วร่างกายซึ่งจะนําไปซ่อมแซมอวัยวะที่ต้องการ เพื่อช่วยต่อชีวิตผู้ป่วยโรคต่างๆ หรือชะลอความชราได้ประเภทของเซลล์ต้นกําเนิดและความสําคัญเซลล์ต้นกําเนิดมีคุณลักษณะที่สําคัญอยู่สองประการซึ่งทําให้เซลล์ต้นกําเนิดมีความแตกต่างและสามารถจําแนกออกได้จากเซลล์ทั่วไปกล่าวคือ
เซลล์ต้นกําเนิดเป็นเซลล์ที่ไม่จําเพาะคุณลักษณะพื้นฐานที่สําคัญของเซลล์ต้นกําเนิดคือ เซลล์ต้นกําเนิดไม่ได้มีโครงสร้างหรือลักษณะเป็นเนื้อเยื่อจําเพาะที่จะเอื้ออํานวยให้เซลล์ต้นกําเนิดทําหน้าที่เฉพาะเจาะจง เซลล์ต้นกําเนิดไม่สามารถทํางานร่วมกับเซลล์ข้างเคียงเพื่อสูบฉีดเลือดไปเลี้ยงร่างกาย (เช่น เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ) เซลล์ต้นกําเนิดไม่สามารถลําเลียงออกซิเจนไปเลี้ยงร่างกายโดยผ่านกระแสโลหิตได้ (เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดง)เซลล์ต้นกําเนิดไม่สามารถส่งกระแสสัญญาณเคมีไฟฟ้าไปกระตุ้นเซลล์อื่นให้ควบคุมการเคลื่อนไหวของร่างกาย (เช่น เซลล์ประสาท) อย่างไรก็ตามเซลล์ต้นกําเนิดที่ไม่จําเพาะนี้สามารถเปลี่ยนไปเป็นเซลล์จําเพาะเพื่อทําหน้าที่เฉพาะได้ดังเช่นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ เซลล์เม็ดเลือดแดง และเซลล์ประสาท

เซลล์ต้นกำเนิดสามารถแบ่งตัวเพื่อสร้างทดแทนตัวเองขนมาใหม่ ได้เปนระยะเวลานาน เซลล์ต้นกําเนิดไม่เหมือนเซลล์จําเพาะตรงที่มีความสามารถในการแบ่งตัวเพื่อสร้างตัวเองทดแทนขึ้นมาใหม่ได้หลายครั้ง ซึ่งเรียกความสามารถในการสร้างตัวเองขึ้นมาใหม่ของเซลล์ต้นกําเนิดนี้ว่า การแพร่ขยายหรือการเพิ่มจํานวนเซลล์(Proliferation) เซลล์ต้นกําเนิดสามารถเพิ่มจํานวนจากเซลล์เริ่มต้นเพียงไม่กี่เซลล์ไปเป็นหลายล้านเซลล์ในระยะเวลาเพียงไม่กี่เดือน ถ้าเซลล์ที่ถูกสร้างจากการเพิ่ม
จํานวนของเซลล์ต้นกําเนิดนี้ยังมีลักษณะเป็นเซลล์ที่ไม่จําเพาะ เซลล์ที่ถูกสร้างขึ้นมาใหม่นี้ก็สามารถ
สร้างทดแทนตัวเองขึ้นมาใหม่ได้เช่นกันเซลล์ต้นกําเนิดสามารถเปลี่ยนไปเป็นเซลล์จําเพาะชนิดอื่นได้กระบวนการที่เซลล์ต้นกําเนิดเปลี่ยนไปเป็นเซลล์ชนิดจําเพาะนี้เรียกว่า การเปลี่ยนแปลงและพัฒนาเซลล์เพื่อไปทําหน้าที่ต่างๆ หรือ ดิฟเฟอเรนทิเอชัน (Differentiation) นักวิทยาศาสตร์พยายามศึกษาถึงปัจจัยทั้งภายในและภายนอกในการทําให้เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง ปัจจัยภายในที่ควบคุมให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเซลล์คือ ยีนที่กระจายอยู่ตามสายดีเอ็นเอ ยีนนี้มีรหัสพันธุกรรมที่เป็นทําหน้าที่เป็นกลไกควบคุมการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการทําหน้าที่ของเซลล์ปัจจัยภายนอกได้แก่สารเคมีที่หลั่งมาจากเซลล์อื่นๆ เซลล์ที่อยู่ข้างเคียง รวมทั้ง โมเลกุลของสารประกอบในของเหลวที่อยู่รอบล้อมเซลล์(เช่น โมเลกุลของธาตุอาหารในสารละลายที่ใช้เพาะเลี้ยงเซลล์)