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

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.