A excellent series of lectures by Richard Dawkins. มารวมไว้บนหน้าเดียวกันเพราะลิงก์ในวิดีโอที่ไปหน้าหลักของซีรีส์ที่ Richard Dawkins Foundation for Reason & Science พัง (2022-06-08)
Category Archives: evolution
วิทย์ประถม: กล้องรูเข็มและวิวัฒนาการของตา
ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมที่ศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้เห็นว่าตาของสัตว์มีหลากหลายแบบ เห็นตาของหอยงวงช้าง (หอยนอติลุส) ที่ไม่มีเลนส์แบบตาของเรา แต่เป็นรูที่น้ำเข้าได้ ทำงานแบบกล้องรูเข็มที่เรามาเล่นกันวันนี้ เด็กประถมปลายได้เริ่มรู้จักขบวนการวิวัฒนาการ
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องสะกดจิตให้แขนแข็งแรง:
กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
จากนั้นเราคุยเรื่องตากันต่อจากสัปดาหที่แล้ว (วิทย์ประถม: แบบจำลองของดวงตา, เลนส์นูนเลนส์เว้า) เด็กๆได้เห็นความหลากหลายของตาแบบต่างๆของสัตว์:
เด็กประถมปลาย ได้ดูคลิปอธิบายการวิวัฒนาการของตา จากเซลล์ที่รับแสงได้อยู่บนผิวแบนๆรู้แต่ว่ามืดและสว่าง กลายเป็นเซลล์รับแสงอยู่ในรอยบุ๋มลงไปที่รับรู้ทิศทางของแสง จนกระทั้งเป็นตาแบบกล้องรูเข็มและตาที่มีเลนส์อยู่ด้านหน้าแบบตาพวกเราที่สามารถมองเห็นภาพได้ครับ:
ภาพนี้จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_of_the_eye แสดงให้เห็นว่าตาแบบต่างๆมีความสามารถในการมองแบบต่างๆกัน:
ในภาพข้างบน สีเหลืองคือเซลล์รับแสง คือถ้ามีแสงมาตกที่เซลล์มันจะส่งสัญญาณไปตามเส้นประสาทไปที่สมองว่ามีแสงมาตกตรงนี้ ในภาพ a ตาแบบนี้มีเซลล์เรียงอยู่เป็นแผ่นแบนๆดังนั้นจะรับแสงได้ว่าสว่างหรือมืด แต่จะไม่เห็นภาพอะไรชัดเจน ภาพ b เซลล์รับแสงอยู่ในแอ่งลงไป จะดีกว่าแบบ a ตรงที่เริ่มจับทิศทางว่าแสงหรือเงาอยู่ทิศทางไหน ตัวอย่างตาแบบนี้คือหนอนแบนตัวเล็กที่เรียกว่าพลานาเรียน (Planarian ถ้ามากกว่าหนึ่งตัวเรียกว่าพลานาเรีย Planaria)
ภาพ c และ d แอ่งลึกลงไปและรูรับแสงมีขนาดเล็กเหมือนกล้องรูเข็ม ตาแบบนี้จะเริ่มเห็นภาพแต่ภาพจะมืดๆเพราะแสงเข้าไปได้น้อย ภาพ c จะไม่มีอะไรปิดรูรับแสง หอยงวงช้าง (Nautilus) จะมีตาแบบนี้ ภาพ d จะมีเยื่อใสๆปิดกันน้ำกันฝุ่นและมีของเหลวอยู่ภายในตา
งูบางชนิดจะมีรูรับแสงอินฟราเรด (คลื่นความร้อน) ทำหน้าที่เหมือนตาแบบรูเข็มสำหรับล่าเหยื่อเลือดอุ่นในที่มืดด้วยครับ
รูรับแสงอินฟราเรดของงูเหลือมและงูหางกระดิ่งครับ (ภาพจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_sensing_in_snakes):
ภาพ e และ f คือตาที่มีเลนส์รวมแสงแทนที่จะเป็นรูเล็กๆ จะเห็นภาพได้ชัดและสว่างกว่า แบบ f มีม่านตาคอยขยายหรือหุบเพื่อปรับปริมาณแสงที่เข้าไปในตาด้วยครับ ตาของคนและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นแบบ f
พวกเราเล่นกล้องรูเข็มซึ่งทำงานเหมือนกับตาของหอยงวงช้าง ผมให้เด็กๆดูรูปนี้:
แล้วบอกว่าสมมุติว่ากล่องสี่เหลี่ยมนั้นคือตาของหอยงวงช้าง มีรูเล็กๆอยู่ข้างหนึ่ง และมีแผงเซลล์รับแสงอยู่ด้านตรงข้าม แสงที่ตกกระทบวัตถุ(รูปต้นไม้หัวตั้ง)จะสะท้อนจากวัตถุและแสงส่วนหนึ่งก็วิ่งผ่านรูเล็กๆแล้วไปตกที่เซลล์รับแสง แล้วเซลล์รับแสงก็จะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปให้สมองแปลผล รูยิ่งเล็กเท่าไรแสงก็เข้าได้น้อยเท่านั้น แต่แสงที่วิ่งผ่านในแต่ละทิศทางจะไม่ปนกับแสงจากทิศทางอื่นๆ ทำให้แสงที่ตกบนแผงเซลล์รับแสง(รูปต้นไม้กลับหัว-กลับซ้ายขวา)มีความคมชัด ไม่เบลอจากการผสมของแสงจากหลายๆทิศทาง ข้อเสียก็คือตาที่เป็นรูเล็กๆต้องการแสงสว่างมากๆ ถ้าแสงภายนอกน้อย แสงก็ผ่านรูน้อย ตาก็มองไม่เห็น ถ้าจะให้ตาไวแสง รูก็ต้องใหญ่ขึ้นให้แสงผ่านมากขึ้น แต่แสงที่วิ่งเข้ามาก็ปนกับแสงจากทิศทางใกล้ๆกันมากขึ้น ทำให้ภาพที่ตกที่แผงเซลล์รับแสงไม่คมชัด
จากนั้นผมก็เอากล้องรูเข็มสองแบบมาให้เด็กๆเล่นกัน วิธีทำดังในคลิปนี้ครับ:
วิทย์ม.ต้น: COSMOS EP. 11 ข้อมูลที่คงอยู่นับพันล้านปี
วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 11: The Immortals ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับการส่งผ่านข้อมูลด้วยการเขียน ข้อมูลในพันธุกรรมของเรา ไอเดียเกี่ยวกับการกำเนิดสิ่งมีชีวิต ไอเดียเกี่ยวกับการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตระหว่างดาวเคราะห์ และระหว่างระบบสุริยะ และความหวังที่ว่ามนุษยชาติจะสามารถใช้ปัญญาแก้ปัญหาต่างๆในอนาคตและแพร่กระจายไปตามดวงดาวต่างๆครับ
คลิปประวัติการเริ่มต้นภาษาเขียนของมนุษย์ โดยชาวซูเมอร์ (Sumerian) มีซับอังกฤษนะครับ การเริ่มเขียนมีขึ้นมาเพื่อใช้บันทึกบัญชีต่างๆและค่อยๆพัฒนาจนสามารถใช้เขียนเรื่องราว บทกวี และไอเดียต่างๆครับ ถ้าเด็กๆอยากรู้เรื่องกวีคนแรกที่เรารู้ชื่อลองอ่านเพิ่มเติมได้ที่ Enheduanna นะครับ
ดูเรื่อง มหากาพย์กิลกาเมช (Epic of Gilgamesh) ซึ่งเป็นงานวรรณกรรมเก่าแก่ที่สุดที่เหลืออยู่เพราะเขียนไว้บนแผ่นดินเผาอายุกว่าสี่พันปีครับ เรื่องราวต่างๆในมหากาพย์นี้ถูกเอาไปเขียนไปเล่าอีกในอารยธรรมสมัยต่อๆมาเช่นเรื่องน้ำท่วมโลกและเรือโนอาห์ เรื่องฮีโร่เฮอร์คิวลีสผจญภัย ฯลฯ
ข้อมูลในพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตต่างๆและไวรัส(ซึ่งกึ่งๆมีชีวิต)นั้น เก็บอยู่ในรูป DNA หรือ RNA (สำหรับพวกมนุษย์จะเป็นโมเลกุล DNA)
สารพันธุกรรม (DNA) ของเรา ที่เป็นโมเลกุลยาวๆ หน้าตาเหมือนบันไดลิงที่บิดตัว ขั้นบันไดแต่ละอันเป็นสารเคมีที่บันทึกรูปแบบข้อมูลไว้ สารพันธุกรรมของเรามีขั้นบันไดประมาณสามพันล้านขั้น
ข้อมูลที่บันทึกไว้ใน DNA ของเรานั้นสืบเนื่องกลับไปได้ประมาณสี่พันล้านปีตั้งแต่ยุคที่บรรพบุรุษของเราคือโมเลกุลที่มีคุณสมบัติทำสำเนาตัวเองได้
บรรพบุรุษทุกตนของเราย้อนกลับไปสี่พันล้านปีต่างก็สามารถรอดตายนานพอที่จะแพร่พันธุ์ทั้งสิ้น
ความรู้เกี่ยวกับการวิวัฒนาการผมเคยบันทึกไว้บ้างที่นี่ครับ
ขบวนการวิวัฒนาการจะเกิดได้ด้วยสี่ข้อนี้ครับ:
- ลูกๆคล้ายๆพ่อแม่ (คือมีการสืบทอดพันธุกรรม)
- ลูกๆไม่เหมือนกันหมดทุกตัว (คือมีความหลากหลายทางพันธุกรรม)
- โอกาสรอดชีวิตและแพร่พันธุ์ของลูกแต่ละตัวไม่เท่ากัน ลูกที่สามารถสืบพันธุ์ได้ก็จะเป็นพ่อแม่ในรุ่นต่อไป (คือมีการคัดเลือกพันธุ์)
- วนข้อ 1-3 หลายๆรอบ เป็นร้อยเป็นพัน…เป็นล้านรอบ
ดูคลิปการส่งต่อข้อมูลในพันธุกรรมนับพันล้านปีที่นี่:
สำหรับเด็กๆที่ต้องการทบทวนเกี่ยวกับวิวัฒนาการ แนะนำให้เด็กๆเข้าไปดูส่วนที่ผมเคยเขียนเรื่องวิวัฒนาการที่นี่, ที่นี่, และที่นี่ครับ
ในมุมมองหนึ่ง (Selfish gene หรือ Gene-centered view of evolution) สิ่งมีชีวิตต่างๆเป็นเครื่องจักรกล (survival machines) ที่ทำสำเนาและแพร่จำนวนชิ้นของข้อมูลที่ถูกเข้ารหัสไว้ในสารพันธุกรรม มุมมองนี้อธิบายเรื่องต่างๆเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตได้มากมาย ถ้าเด็กๆสนใจลองศึกษาเพิ่มเติมดูครับ เช่นคลิปเหล่านี้:
เราไม่รู้ว่าสิ่งมีชีวิตแรกเกิดขึ้นอย่างไรในรายละเอียด มีคนเสนอไอเดียหลากหลาย ถ้าสนใจเข้าไปอ่านที่ Origin of life และคลิปข้างล่างนะครับ
เรื่องเกี่ยวกับ DNA ที่เหมือนหนังสือที่เขียนด้วยตัวหนังสือที่เป็นสารเคมี 4 แบบ (A, C, G, T) ตัวหนังสือสามตัวเป็นคำ แต่ละคำจะถูก RNA อ่านแล้วหากรดอมิโนมาต่อๆกันจนเป็นโปรตีน โปรตีนเหมือนหุ่นยนต์หรือเครื่องจักรเล็กๆที่ทำงานนู่นนี่ในเซลล์ครับ
ความหวังว่าเราจะสามารถเปลี่ยนแปลง DNA เพื่อปรับปรุงชีวิตมนุษย์ครับ:
ไอเดียที่ว่าชีวิตสามารถกระจายระหว่างดาวเคราะห์โดยไปกับอุกกาบาตหรือดาวหาง:
TED talk ที่ชี้ให้เห็นว่าเผ่าพันธุ์เราสามารถใช้ปัญญาแก้ปัญหาเพื่อจะไม่ต้องสูญพันธุ์ครับ อันนี้เป็น TED talk ที่ผมชอบที่สุดอันหนึ่ง อยากให้ทุกคนได้ดู:
คำถามจากนักเรียน: ทำไมเราไม่ส่งสิ่งมีชีวิตไปกับก้อนหินไปยังดาวต่างๆ ตอบคือการส่งของจากโลกออกไปต้องใช้ความเร็วมหาศาล ต้องใช้พลังงานมาก ถ้าจะให้หนีวงโคจรของโลกได้ ความเร็วหลุดพ้น (escape velocity) ต้องมากประมาณ 11 กิโลเมตรต่อวินาที หรือประมาณ 40,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ถ้าจะหนีแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์โดยปล่อยก้อนหินออกจากโลกต้องใช้ความเร็วประมาณ 42 กิโลเมตรต่อวินาที หรือถ้าจะปล่อยก้อนหินจากผิวดวงอาทิตย์ให้หนีแรงดึงดูดไปได้ต้องมีความเร็วประมาณ 620 กิโลเมตรต่อวินาที
คำถามจากนักเรียน: อะไรสร้างหมอกควันในบรรยากาศทำให้อากาศเปลี่ยนแปลง ตอบคือมีหลายอย่างมาก เช่นภูเขาไฟระเบิดในอดีตสามารถเปลี่ยนแปลงแสงที่ตกที่ผิวโลกจนอุณหภูมิเปลี่ยนไปมาก บางครั้งนำไปสู่การสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด (เช่นการระเบิดของภูเขาไฟ Toba เมื่อ 75,000 ปีที่แล้ว) การรบกันด้วยอาวุธนิวเคลียร์ก็สามารถสร้างฝุ่นและเขม่าในชั้นบรรยากาศได้มากมายเกิดเหมันต์นิวเคลียร์ (nuclear winter) การที่มีอุกกาบาตใหญ่ๆตกลงมาก็สามารถทำให้มีฝุ่นและเขม่าในบรรยากาศได้
คำถามจากนักเรียน: เรามีวิธียืดอายุไหม ตอบคือมีงานวิจัยที่กำลังทำอยู่มากมาย มีหนึ่งอย่างที่ได้ผลกับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่เราทดลองด้วยคือ calorie restriction (ทดลองกับยีสต์, หนอน, หนู, ลิง, ฯลฯ) ลองอ่านสรุปและแหล่งอ้างอิงที่ Life extension ดูครับ