Category Archives: evolution

วิทย์ม.ต้น: COSMOS EP. 10 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:

  1. ลูกๆคล้ายๆพ่อแม่ (คือมีการสืบทอดพันธุกรรม)
  2. ลูกๆไม่เหมือนกันหมดทุกตัว (คือมีความหลากหลายทางพันธุกรรม)
  3. โอกาสรอดชีวิตและแพร่พันธุ์ของลูกแต่ละตัวไม่เท่ากัน ลูกที่สามารถสืบพันธุ์ได้ก็จะเป็นพ่อแม่ในรุ่นต่อไป (คือมีการคัดเลือกพันธุ์)
  4. วนข้อ 1-3 หลายๆรอบ เป็นร้อยเป็นพัน…เป็นล้านรอบ

ดูคลิปการส่งต่อข้อมูลในพันธุกรรมนับพันล้านปีที่นี่:

สำหรับเด็กๆที่ต้องการทบทวนเกี่ยวกับวิวัฒนาการ แนะนำให้เด็กๆเข้าไปดูส่วนที่ผมเคยเขียนเรื่องวิวัฒนาการที่นี่ที่นี่, 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

วิทย์ม.ต้น: ขนาดอะตอม, ข้อมูลต่อเนื่องสี่พันล้านปีใน DNA, การคัดเลือกพันธ์ vs. ความน่าจะเป็น

วิทย์ม.ต้นวันนี้เราคุยกันหลายเรื่องครับ

1. เรื่องแรกคือเรื่องอะตอม ดูคลิปข้างล่างกัน ให้เข้าใจโดยประมาณว่าอะตอมเล็กแค่ไหน เช่นความหนาเส้นผมเท่ากับอะตอมคาร์บอนเรียงกัน 500,000 อะตอม หรือถ้าดูอะตอมในกำปั้นแล้วขยายให้อะตอมมีขนาดเท่ากับลูกหิน กำปั้นจะขยายใหญ่เท่าโลก มีการเปรียบเทียบขนาดปลายนิ้ว vs. เซลล์ vs. โปรตีน vs. อะตอมกัน

รู้จักโปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน, โปรตอนกับนิวตรอนจับกันด้วยแรงนิวเคลียร์เข้ม (strong interaction)

รู้จักแรงพื้นฐานทั้งสี่ในธรรมชาติที่มีแรงโน้มถ่วง (gravity), แรงทางไฟฟ้าแม่เหล็ก (electromagnetism), แรงนิวเคลียร์เข้ม (strong interaction), แรงนิวเคลียร์อ่อน (weak interaction)

ในชีวิตประจำวันเราจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วง (เช่นน้ำหนักของเรา ของตกลงพื้นโลก ดวงจันทร์โคจรรอบโลก โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์โคจรกับดาวอื่นๆในทางช้างเผือก กาแล็กซีหลายๆอันโคจรใกล้กันและตกเข้าหากัน) รู้สึกแรงทางไฟฟ้าแม่เหล็ก (ทำไมเราถึงเดินทะลุกำแพงไม่ได้ ทำไมเราถึงนั่งอยู่บนพื้นได้ไม่ตกทะลุลงไป ทำไมเราผลักจับดันดึงของต่างๆได้ ทำไมของต่างๆมีแรงเสียดทาน ทำไมโปรตีนถึงพับเป็นรูปทรงเฉพาะเจาะจง ทำไมสมองถึงสั่งงานส่วนต่างๆของร่างกายได้ ฯลฯ)

แรงนิวเคลียร์ทั้งสองจะเกี่ยวกับการเปลี่ยนชนิดธาตุจากธาตุหนึ่งไปอีกธาตุหนึ่ง จะเกี่ยวกับการส่องสว่างของดาวที่รวมธาตุเบาๆเป็นธาตุหนักๆแล้วร้อนจนเปล่งแสง หรือสารกัมมันตภาพรังสีสลายตัวเป็นธาตุอื่นๆ ฯลฯ

ได้รู้จักว่าโปรตอนและนิวตรอนก็มีส่วนประกอบภายในเรียกว่าควาร์กที่จับตัวกันด้วยกลูออน ตามความเข้าใจปัจจุบัน เราเข้าใจว่าอนุภาคตระกูลควาร์กและตระกูลอิเล็คตรอนเป็นของที่แบ่งแยกต่อไปไม่ได้แล้ว เราเรียกพวกนี้ว่า Elementary particles

ได้รู้ว่าขนาดของนิวเคลียสเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดอะตอม รู้จักดาวนิวตรอนเมื่ออะตอมยุบตัวไปรวมกับนิวเคลียสเพราะน้ำหนักที่สูงมาก

2. ดูคลิปและคุยกันเรื่องสารพันธุกรรม (DNA) ของเรา ที่เป็นโมเลกุลยาวๆ หน้าตาเหมือนบันไดลิงที่บิดตัว ขั้นบันไดแต่ละอันเป็นสารเคมีที่บันทึกรูปแบบข้อมูลไว้ สารพันธุกรรมของเรามีขั้นบันไดประมาณสามพันล้านขั้น

ข้อมูลที่บันทึกไว้ใน DNA ของเรานั้นสืบเนื่องกลับไปได้สี่พันล้านปีตั้งแต่ยุคที่บรรพบุรุษของเราคือโมเลกุลที่มีคุณสมบัติทำสำเนาตัวเองได้

บรรพบุรุษทุกตนของเราย้อนกลับไปสี่พันล้านปีต่างก็สามารถรอดตายนานพอที่จะแพร่พันธุ์ทั้งสิ้น

ความรู้เกี่ยวกับการวิวัฒนาการผมเคยบันทึกไว้บ้างที่นี่ครับ

ขบวนการวิวัฒนาการจะเกิดได้ด้วยสี่ข้อนี้ครับ:

  1. ลูกๆคล้ายๆพ่อแม่ (คือมีการสืบทอดพันธุกรรม)
  2. ลูกๆไม่เหมือนกันหมดทุกตัว (คือมีความหลากหลายทางพันธุกรรม)
  3. โอกาสรอดชีวิตและแพร่พันธุ์ของลูกแต่ละตัวไม่เท่ากัน ลูกที่สามารถสืบพันธุ์ได้ก็จะเป็นพ่อแม่ในรุ่นต่อไป (คือมีการคัดเลือกพันธุ์)
  4. วนข้อ 1-3 หลายๆรอบ เป็นร้อยเป็นพัน…เป็นล้านรอบ

3. เราดูคลิปว่าตาวิวัฒนาการอย่างไรครับ สัตว์ต่างๆมีตาหลากหลายแบบที่เกิดจากการวิวัฒนาการขึ้นมาหลายๆครั้งในประวัติศาสตร์ เราดูคลิปอธิบายการวิวัฒนาการของตา จากเซลล์ที่รับแสงได้อยู่บนผิวแบนๆรู้แต่ว่ามืดและสว่าง กลายเป็นเซลล์รับแสงอยู่ในรอยบุ๋มลงไปที่รับรู้ทิศทางของแสง จนกระทั้งเป็นตาแบบกล้องรูเข็มและตาที่มีเลนส์อยู่ด้านหน้าแบบตาพวกเราที่สามารถมองเห็นภาพได้ครับ:

วิวัฒนาการของตา
โดย By Matticus78 at the English language Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2748615

4. เราเล่นทอยลูกเต๋า โดยอยากตัวเลขสูงๆเช่น 6 หมดเลยทั้ง 4 ลูก แต่เปรียบเทียบสองวิธี วิธีแรกคือทอยลูกเต๋า 4 ลูกพร้อมๆกันทุกครั้ง แบบที่สองคือถ้าลูกเต๋าอันไหนออก 6 แล้วเราก็เก็บไว้ (เหมือนมีการคัดเลือกข้อมูลในพันธุกรรมที่ได้คะแนนสูงๆในการเอาตัวรอดและแพร่พันธุ์เก่ง) และทอดลูกที่เหลือไปเรื่อยๆ จะพบว่าแบบที่สองที่จำลองการคัดเลือกข้อมูลในพันธุกรรมจะเร็วกว่ามากๆ ยิ่งจำนวนลูกเต๋ามากเท่าไรแบบที่สองก็จะยิ่งเร็วกว่าแบบที่หนึ่ง เด็กๆทดลองกับลูกเต๋า 10 ลูก (ใน DNA ของเรา เราอาจประมาณหยาบๆว่ามีลูกเต๋าหลักหมื่นหรือแสนลูก)

5. เวลาที่เหลือผมให้เด็กๆรู้จักปลา Anglerfish ที่ตัวผู้จะหลอมตัวไปกับตัวเมียเมื่อเจอกันครับ เป็นวิธีแพร่พันธุ์ในน้ำลึกมืดๆที่ตัวผู้กับตัวเมียไม่ค่อยจะได้เจอกันบ่อยๆ

วิทย์ม.ต้น: Contagion Bias, ระยะทางในอวกาศ, กำเนิดสิ่งมีชีวิต

วันพุธสัปดาห์นี้เด็กๆมัธยมต้นเรียนเรื่อง contagion bias จากหนังสือ The Art of Thinking Clearly โดยคุณ Rolf Dobelli  ที่คนเรามักให้ความสำคัญกับสิ่งของที่เกี่ยวข้องกับบุคคลที่เราชอบหรือเกลียดทั้งๆที่ไม่ควรจะให้ความสำคัญ

จากนั้นเด็กได้ดูเว็บ If the Moon is Only One Pixel: A Tediously Accurate Scale Model of the Solar System เพื่อให้ซาบซึ้งระยะทางระหว่างดาวเคราะห์ในระบบสุริยะและความกว้างใหญ่ไพศาลของอวกาศ

เด็กๆได้ดูคลิปเปรียบเทียบความเร็วแสงเมื่อต้องเดินทางระหว่างดวงดาวดังนี้ครับ:

ผมเล่าเรื่องเกี่ยวกับการเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิตและขบวนการวิวัฒนาการนิดหน่อยเป็นส่วนหนึ่งของ threshold 5 ของ Big History Project ครับ

คลิปเกี่ยวกับการเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิตที่เข้าใจง่ายครับ:

ถ้ามีเวลาเด็กๆควรลองอ่าน overview เรื่องการเกิดสิ่งมีชีวิตดูที่นี่ และลองรีวิวเรื่องการวิวัฒนาการที่เคยบันทึกไว้ครับ