ความหลากหลายและการจำแนกชีวิต

ความหลากหลายของชีวิต

• Phylogeny และต้นไม้แห่งชีวิต: สายสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตอธิบายในรูปแบบแผนที่เรียกว่า cladogram หรือ phylogenetic tree
• Phylogeny: แผนภาพแสดงความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

ไวรัสและอนุภาคที่เกี่ยวข้อง

• ไวรัส: อนุภาคชีวภาพที่ประกอบด้วยนิวคลีโอแฟรีน (nucleoprotein) ซึ่งมีหน้าที่หลอมรวมด้วยโปรตีนห่อหุ้มสารพันธุกรรม (genetic material)
• ลูกเล่น: โดยทั่วไปไวรัสมีขนาดเล็กมากและมองเห็นได้เฉพาะด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนเท่านั้น
• ที่มาของไวรัส: สันนิษฐานว่าไวรัสอาจมีต้นกำเนิดจากชิ้นส่วน DNA หรือ RNA ที่แยกออกจาก genome ของแบคทีเรียหรือ eukaryotes
• จุดแยกประสิทธิภาพในการดำรงชีวิต:
  • ไม่ได้ทำขึ้นจากเซลล์
  • ไม่สามารถสืบพันธุ์โดยปราศจากโฮสต์
  • ไม่มีกระบวนการเมตาบอลิซึม
  • มี DNA หรือ RNA

โครงสร้างของไวรัส

• อนุภาคไวรัสประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก
  1. สารพันธุกรรมไวรัส (Viral genome): อาจเป็น DNA หรือ RNA
  2. Capsids & envelope: ส่วนที่เป็นโปรตีนห่อหุ้ม (coat protein) ไวรัสบางชนิดอาจมี envelope ซึ่งเป็นสารประกอบพวกไขมันและโปรตีน

การจำแนกประเภทของไวรัส

• แบ่งตามชนิดของเซลล์เจ้าบ้านเป็น 3 กลุ่มใหญ่:
  1. Bacteriophages: หรือเรียกสั้นว่า phages เป็นไวรัสที่เป็นปรสิตของแบคทีเรีย
  2. Plant viruses: ไวรัสที่มีพืชเป็นเจ้าบ้าน เช่น Tobacco mosaic virus
  3. Animal viruses: ไวรัสที่มีสัตว์รวมทั้งคนเป็นเจ้าบ้าน เช่น Polio virus
• แบ่งตามชนิดของสารพันธุกรรมเป็น 2 กลุ่ม:
  1. RNA viruses
  2. DNA viruses

วงจรการเจริญเติบโตของ Phages

• Phages เป็นไวรัสที่ได้รับการเข้าใจมากที่สุดถึงแม้ว่าบางตัวจะซับซ้อนมาก
• การวิจัยเกี่ยวกับ phages นำไปสู่การค้นพบว่าไวรัส DNA แบบสองสายสามารถทำซ้ำได้สองกลไกที่เป็นทางเลือก เช่น Lytic cycle และ Lysogenic cycle

Lytic Cycle

• DNA ของ phage เชื่อมเป็นวง
• เซลล์เจ้าบ้านถูกทำลายและปลดปล่อย phage ออกมา
• เซลล์เจ้าบ้านทำการเพิ่มจำนวนนิวเคลียสปกติ

Lysogenic Cycle

• DNA ของ phage เชื่อมต่อกับโครโมโซมของเซลล์เจ้าบ้านผ่านกลไก crossing over
• กลายเป็น prophage และมีการจำลอง DNA

วงจรชีวิตของโควิด-19 (SARS-CoV-2)

ขั้นตอนที่ 1: การเข้าสู่เซลล์

• โปรตีน spike ของไวรัสจะจับกับตัวรับ (receptor) ในเซลล์โฮสต์ที่เรียกว่า ACE2
• โมเลกุลโฮสต์ TMPRSS2 จะตัดโปรตีน spike, เปิดเผยส่วนที่เรือดเข้ากับเยื่อหุ้มไวรัสและเซลล์โฮสต์

ขั้นตอนที่ 2: ภายในเซลล์

• RNA ของไวรัสจะถูกแปลเป็นโปรตีนไม่โครงสร้าง (NSPs) ที่ทำให้การแปลภาษาของ mRNAs ของโฮสต์ลดลง

ขั้นตอนที่ 3: การปรับโครงสร้างเซลล์

• ไวรัสปรับเปลี่ยน ER ของเซลล์ให้เป็นโครงสร้างขนาดฟองที่เรียกว่า double-membrane vesicles (DMVS)

ขั้นตอนที่ 4: การออกจากเซลล์

• โมเลกุลใหม่จะรวมตัวกันเป็นอนุภาคไวรัสที่สมบูรณ์แล้วออกจากเซลล์ผ่านโอโกเลมที่เรียกว่า Golgi apparatus

ขั้นตอนที่ 5: การตัดสุดท้าย

• เอนไซม์โฮสต์ชื่อ furin ทำการตัดสำคัญที่จุดตัดของ 5 อะมิโนแอซิดที่โปรตีน spike เพื่อเตรียมไวรัสให้พร้อมสำหรับการโจมตีเซลล์อื่นๆ

ความหลากหลายและการจำแนกชีวิตในโดเมนต่างๆ

สามโดเมนของชีวิต

• Domain Eukarya
• Domain Archaea
• Domain Bacteria

ความแตกต่างของแบคทีเรีย

• แบคทีเรียมีขนาดประมาณ 0.5 nm; ยาว 2-5 nm
• แบคทีเรียเป็นเซลล์โปรคาริโอต
• การแบ่งเซลล์เกิดขึ้นผ่าน binary fission ไม่พบการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

รูปร่างและโครงสร้างของแบคทีเรีย

• รูปร่างทั่วไปของโปรคาริโอต: สี่เหลี่ยม (cocci), ทรงกระบอก (bacilli), เกลียว (spiral)
• มีองค์ประกอบของผนังเซลล์ที่เรียกว่า peptidoglycan
• สัณฐานของเซลล์: flagellum, Pilus (fimbria), Ribosomes, Chromosome, Plasmid และอื่นๆ

การจำแนกประเภทของแบคทีเรีย

1. Proteobacteria: แบคทีเรียแกรมลบมีความหลากหลายสูง
2. Chlamydias: เป็นแบคทีเรียแกรมลบที่เป็นปรสิตในเซลล์สัตว์
3. Spirochetes: เป็นแบคทีเรียแกรมลบที่มีร่างเกลียว
4. Gram-positive bacteria: แบคทีเรียที่ย้อมติดสี crystal violet
5. Cyanobacteria: แบคทีเรียที่มีการดำน้ำแบบ photoautotroph

Archaea

• มีลักษณะคล้ายแบคทีเรีย เช่น เซลล์โปรคาริโอต
• ขนาด 0.1-15 μm เส้นผ่าศูนย์กลาง
• ไม่มี peptidoglycan ใน cell wall
• พบในสภาพแวดล้อมรุนแรง เช่น Methanogen, Extreme halophiles, Extreme thermophiles

บทบาทและประโยชน์ของแบคทีเรีย

1. รักษาสมดุลในระบบทางเดินอาหารของคนและสัตว์
2. ใช้ในการผลิตอาหาร เช่น Yogurt
3. ประโยชน์ทางเกษตร เช่น Anabaenaspp. ในแหนแดง
4. การใช้แบคทีเรีย E.coli ในการผลิตอินซูลิน
5. บางชนิดก่อโรค

Eukarya

• Eukaryotic cells มีความหลากหลายทางชีวภาพภายในสี่กลุ่มใหญ่ ได้แก่ “Protista”, Kingdom Plantae, Kingdom Fungi, Kingdom Animalia
• Protists: ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถจัดอยู่ในอาณาจักรพืช สัตว์ หรือเห็ดรา มีทั้ง unicellular และ multicellular

Supergroup Excavata

• ประกอบด้วย Diplomonads และ Parabasalids
• Mitochondria ถูกลดรูป
• อาศัยอยู่ในระบบ anaerobic ได้

Supergroup SAR

• ประกอบด้วย 3 clades หลัก ได้แก่ Stramenopiles, Alveolates, และ Rhizarians
• เป็นกลุ่มที่มีความหลากหลายสูง ตั้งแต่เซลล์เดี่ยวไปจนถึงหลายเซลล์

Supergroup Archaeplastida

• เป็น photoautotroph ทั่วไป
• Chloroplast มีต้นกำเนิดจาก primary endosymbiosis ของ cyanobacteria

Supergroup Unikonta

• ประกอบด้วย amoebozoans ซึ่งเป็น amoebas กับ pseudopodia ลักษณะยื่นออกมา

Fungi

• มีโครงสร้างของเซลล์ที่ประกอบด้วย chitin และมีรูปร่างเป็นเส้นใยเรียกว่า mold

• การจำแนกตามการสืบพันธุ์และอาศัย:

  1. Decomposers/Saprobes: ย่อยซากพืชและสัตว์
  2. Parasite: อาศัยดูดอาหารจากสิ่งมีชีวิต

• ชีวิตของเชื้อรา กลับมีการเกิดแบบ Haplontic life cycle สามารถสร้างสปอร์ และมีการเปลี่ยนแปลงในส่วนต่างๆ เช่น Plasmogamy และ Karyogamy

ไลเคนส์

• ระบบนิเวศที่เกิดจากความร่วมมือระหว่างรา (mycobiont) และสาหร่าย (phytobiont)
• สร้างความสามารถในการปรับตัวและอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก