พีระมิดแห่งชีวิต: โครงสร้างลำดับชั้นของชีวิต

พีระมิดแห่งชีวิตเป็นตัวแทนของระดับลำดับชั้นต่างๆ ซึ่งชีวิตถูกจัดระเบียบอย่างที่เราทราบกันดี จากมุมมองของชีววิทยาบนบก สิ่งมีชีวิตถูกจัดระเบียบในลักษณะที่ระดับที่กว้างที่สุดและครอบคลุมมากที่สุดอยู่ที่ฐาน และเมื่อคุณปีนขึ้นไปบนพีระมิด ระดับต่างๆ จะแคบลงและมีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้นเรื่อยๆ หากมุมมองของการวิเคราะห์เป็นวิทยาศาสตร์กายภาพ ส่วนประกอบของอนุภาคย่อยของอะตอมจะอยู่ที่ปลายพีระมิด และถ้าเปอร์สเปคทีฟเป็นดาราศาสตร์ ฐานก็จะเกิดขึ้นจากเอกภพโดยรวม

มาดูโครงสร้างลำดับชั้นนี้สำหรับการจัดระเบียบของชีวิต โดยเริ่มจากชีวมณฑลที่อยู่ด้านล่างและปิดท้ายด้วยอะตอมที่อยู่ด้านบนสุด

โครงสร้างลำดับชั้นของชีวิต

จากบนลงล่าง พีระมิดแห่งชีวิตแบ่งออกเป็น 12 ระดับ ได้แก่

• อะตอม
• โมเลกุล
• ออร์แกเนลล์
• เซลล์
• เนื้อเยื่อ
• อวัยวะ
• ระบบอวัยวะ
• สิ่งมีชีวิต
• ประชากร
• ชุมชน
• ระบบนิเวศ
• ไบโอม
• ชีวมณฑล

แต่ละระดับของปิรามิดประกอบด้วยการรวมตัวกันของหน่วยต่าง ๆ ที่เป็นของระดับที่อยู่ด้านบนทันที ด้วยวิธีนี้ ระดับพื้นฐานหรือชีวมณฑลรวมถึงสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่เรารู้จักบนโลก ในขณะที่ระดับบนสุดประกอบด้วยหน่วยพื้นฐานของสสาร ซึ่งก็คืออะตอม มาดูแต่ละระดับเหล่านี้ตามลำดับจากมากไปหาน้อย:

อะตอม

อะตอมเป็นตัวแทนหน่วยพื้นฐานของสสาร นั่นคือ ทุกสิ่งที่มีมวลและอยู่ในอวกาศ มีอะตอมหลายประเภทที่ประกอบกันเป็นองค์ประกอบต่างๆ ของตารางธาตุ ซึ่งรวมถึงธาตุต่างๆ เช่น คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นส่วนสำคัญของชีวิต อะตอมไม่ได้มีอยู่เฉพาะในสารอินทรีย์ (จากสิ่งมีชีวิต) แต่ยังอยู่ในสารอนินทรีย์ทั้งหมด ตั้งแต่หินไปจนถึงดวงดาว

แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมสามารถแบ่งออกเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมอื่นๆ ที่มีขนาดเล็กกว่า เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน หรือนิวตรอน และสิ่งเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็นควาร์กและอนุภาคที่แปลกใหม่อื่นๆ จากมุมมองทางชีววิทยา นั่นคืออนุภาคหนึ่ง เราใช้ อะตอมเป็นตัวแทนของหน่วยที่เล็กที่สุดและเฉพาะเจาะจงที่สุดของโครงสร้างลำดับชั้นนี้

ตัวอย่างของอะตอม ได้แก่ อะตอมของออกซิเจน (O) ไฮโดรเจน (H) คาร์บอน (C) และไนโตรเจน (N)

โมเลกุล

อะตอมมารวมตัวกันและสร้างพันธะซึ่งกันและกันเพื่อสร้างโมเลกุล สิ่งเหล่านี้สามารถมีอยู่ได้ในขนาดและองค์ประกอบที่หลากหลาย ตั้งแต่โมเลกุลไฮโดรเจนที่เล็กที่สุดและง่ายที่สุด (H ₂ ) ไปจนถึงโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาที่มีอะตอมนับแสนและบางครั้งก็นับล้านที่เชื่อมต่อกัน

สามารถพบได้ทั้งโมเลกุลอนินทรีย์และอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต สารชีวโมเลกุลอย่างหลัง ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ซึ่งทั้งหมดนี้ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดโดยนักชีวเคมี โมเลกุลแต่ละโมเลกุลสามารถจัดเป็นโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อสร้างโครโมโซม มัลติโปรตีนคอมเพล็กซ์ และอื่นๆ ดังที่จะเห็นในภายหลัง โมเลกุลทางชีวภาพขนาดใหญ่เหล่านี้บางส่วนสามารถรวมตัวกันเป็นออร์แกเนลล์ที่ประกอบกันเป็นเซลล์

ตัวอย่างเฉพาะของโมเลกุล ได้แก่ โมเลกุลน้ำ (H ₂ O) กลูโคส (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) เฮโมโกลบิน และ DNA

ออร์แกเนลล์

การรวมตัวกันของโมเลกุลทางชีววิทยาบางชนิด เช่น ลิพิด โปรตีน และกรดนิวคลีอิก สามารถก่อให้เกิดโครงสร้างขนาดเล็กที่มีหน้าที่เฉพาะภายในเซลล์ เรียกว่า ออร์แกเนลล์ โครงสร้างเหล่านี้มีหน้าที่รับผิดชอบในทุกรูปแบบ ตั้งแต่การสร้างที่อยู่อาศัย การถ่ายทอดและคัดลอกข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ไปจนถึงการผลิตพลังงาน

ในบางกรณี ออร์แกเนลล์สามารถลอยได้อย่างอิสระในไซโทพลาซึมของเซลล์ (เช่น ในกรณีของเซลล์โปรคาริโอต) ในขณะที่ออร์แกเนลล์อื่นๆ มักจะถูกหุ้มด้วยเมมเบรน (เช่น ในกรณีของเซลล์ยูคาริโอต)

ตัวอย่างของออร์แกเนลล์ ได้แก่ นิวเคลียส ไมโทคอนเดรีย ไรโบโซม และคลอโรพลาสต์

เซลล์

เซลล์เป็นหน่วยที่ง่ายที่สุดของสิ่งมีชีวิต กระบวนการที่เกิดขึ้นภายในร่างกายของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเกิดขึ้นภายในเซลล์ ตัวอย่างเช่น เมื่อขาเคลื่อนไหว เซลล์ประสาทมีหน้าที่ส่งสัญญาณจากสมองไปยังเซลล์กล้ามเนื้อที่ขา และในทางกลับกัน สิ่งเหล่านี้จะแปลกระแสประสาทเป็นชุดของปฏิกิริยาเคมีที่ก่อให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อบางส่วนและ การพักผ่อนของผู้อื่น

เซลล์มีหลายประเภท ได้แก่ เซลล์พืช เซลล์สัตว์ และเซลล์แบคทีเรีย นอกจากนี้ระหว่างเซลล์สัตว์หรือพืชไม่เหมือนกันทั้งหมด ตัวอย่างเช่น มีเซลล์หลายประเภทในร่างกาย รวมถึงเซลล์เม็ดเลือด เซลล์ไขมัน และเซลล์ต้นกำเนิด เป็นต้น

เนื้อเยื่อ

การเชื่อมโยงกันของเซลล์หลายเซลล์ที่มีโครงสร้างและหน้าที่ร่วมกันก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าเนื้อเยื่อ ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เท่านั้น เช่น พืชและสัตว์จึงสร้างเนื้อเยื่อได้ เนื้อเยื่อสามารถมีความหลากหลายมากและทำหน้าที่เฉพาะอย่างหลากหลาย

ในกรณีของเนื้อเยื่อสัตว์ การทำงานที่หลากหลายนี้นำไปสู่การมีอยู่ของเนื้อเยื่อสี่ประเภทที่แตกต่างกัน:

• เนื้อเยื่อเยื่อบุผิว
• เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน
• เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ
• เนื้อเยื่อประสาท

ตัวอย่างของเนื้อเยื่อ ได้แก่ กล้ามเนื้อโครงร่าง ผิวหนัง และที่น่าแปลกก็คือ เลือด ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันชนิดหนึ่ง

ทำให้ อวัยวะต่างๆ

เนื้อเยื่อประเภทต่าง ๆ ที่มีฟังก์ชั่นเสริมสามารถเชื่อมโยงซึ่งกันและกันเพื่อก่อให้เกิดหน่วยที่ทำหน้าที่ที่ซับซ้อนที่เฉพาะเจาะจงมาก ๆ หน่วยเหล่านี้เรียกว่าอวัยวะ กล่าวอีกนัยหนึ่ง อวัยวะประกอบด้วยเนื้อเยื่อประเภทต่างๆ

ตัวอย่างของอวัยวะในร่างกายมนุษย์ ได้แก่ หัวใจ ปอด ไต ผิวหนัง และหู

ระบบอวัยวะ

ระบบอวัยวะเป็นกลุ่มอวัยวะที่เชื่อมต่อกันภายในสิ่งมีชีวิตซึ่งมีหน้าที่เกี่ยวข้องกันและโดยทั่วไปจะควบคุมร่วมกัน ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ ระบบไหลเวียนโลหิต ระบบย่อยอาหาร ระบบประสาท ระบบโครงร่าง และระบบสืบพันธุ์

ภายในร่างกาย ระบบอวัยวะต่าง ๆ ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาการทำงานปกติของร่างกาย ตัวอย่างเช่น สารอาหารที่ได้รับจากระบบย่อยอาหารจะถูกกระจายไปทั่วร่างกายโดยระบบไหลเวียนโลหิต ในทำนองเดียวกัน ระบบไหลเวียนโลหิตจะกระจายออกซิเจนที่ระบบทางเดินหายใจกลืนเข้าไป

สิ่งมีชีวิต

สิ่งมีชีวิตหมายถึงบุคคลเดียวในสปีชีส์ที่แสดงลักษณะพื้นฐานของชีวิต ซึ่งหมายความว่าพวกมันเป็นหน่วยชีวิตที่สามารถเติบโต พัฒนา และแพร่พันธุ์ได้ เราแต่ละคนเป็นตัวแทนของสิ่งมีชีวิตเดียว สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนรวมทั้งมนุษย์ประกอบด้วยระบบอวัยวะต่างๆ ซึ่งทั้งหมดทำงานร่วมกันและทำงานร่วมกันเพื่อทำหน้าที่ของชีวิต

ประชากร

ประชากรคือกลุ่มของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่อาศัยและสืบพันธุ์ในชุมชนเฉพาะ ประชากรสามารถเพิ่มขนาดหรือหดตัวได้ขึ้นอยู่กับปัจจัยแวดล้อมหลายประการ ประชากรถูกจำกัดไว้เฉพาะชนิดพันธุ์ ประชากรสามารถเป็นสปีชีส์พืช สปีชีส์สัตว์ หรือกลุ่มแบคทีเรีย

ชุมชน

เมื่อประชากรที่แตกต่างกัน (กลุ่มของสิ่งมีชีวิตในสปีชีส์เดียวกัน) มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กำหนด ชุมชนจะก่อตัวขึ้น ตั้งแต่คนและพืชไปจนถึงแบคทีเรียและเชื้อรา ชุมชนรวมถึงสิ่งมีชีวิตในสิ่งแวดล้อม ประชากรที่แตกต่างกันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันและมีอิทธิพลต่อชุมชนของตน

ระบบนิเวศ

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างชุมชนต่าง ๆ ของสายพันธุ์ต่าง ๆ และสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่พวกมันอาศัยอยู่ก่อให้เกิดระบบนิเวศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบนิเวศเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม รวมทั้งสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต ระบบนิเวศประกอบด้วยชุมชนประเภทต่างๆ มากมาย ซึ่งทั้งหมดเชื่อมโยงผ่านห่วงโซ่อาหารและพลังงานที่ซับซ้อน

ตัวอย่างของระบบนิเวศ เช่น ทุ่งหญ้าสะวันนา ระบบนิเวศขั้วโลก ป่าเขตร้อน เป็นต้น

ไบโอม

ชีวนิเวศประกอบด้วยการรวมตัวกันของระบบนิเวศหลายแห่งที่แบ่งปันพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กว้างขวาง ตลอดจนลักษณะเฉพาะของภูมิอากาศและความหลากหลายทางชีวภาพ สิ่งมีชีวิตในชีวนิเวศแต่ละแห่งได้รับการดัดแปลงเป็นพิเศษเพื่ออาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมเฉพาะของพวกมัน ตามการจัดประเภทของ Heinrich Walter ชีวนิเวศ 9 ชนิดต่อไปนี้สามารถจำแนกได้บนดาวเคราะห์โลก:

• เส้นศูนย์สูตร
• เขตร้อน
• กึ่งเขตร้อน
• เมดิเตอร์เรเนียน
• อารมณ์ร้อน
• นีโมรัล
• คอนติเนนตัล
• เหนือ
• ขั้วโลก

ชีวมณฑล

ในที่สุดเราก็มาถึงจุดต่ำสุดของพีระมิดแห่งชีวิต ชีวมณฑล ชีวมณฑลประกอบด้วยชีวนิเวศทั้งหมดบนโลก ดังนั้น สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่อยู่ในนั้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ชีวมณฑลสอดคล้องกับระบบที่เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก รวมถึงความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและความสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมที่พวกมันอาศัยอยู่ ซึ่งรวมถึงพื้นที่ทั้งหมดบนพื้นผิวโลก ใต้พื้นผิวโลก ในน้ำ และในชั้นบรรยากาศ