ประวัติของเทคโนโลยีชีวภาพ (History of biotechnology)

          เทคโนโลยีการหมัก (Fermentation Technology)  เป็นเทคโนโลยีทางชีวภาพ ที่เก่าแก่ที่สุดในประวัติศาสตร์ เพราะเป็นการหมักเพื่ออาหารและการเพาะปลูกของมนุษย์ เมื่อก่อนก็ไม่มีหลักการหรือทฤษฎีที่ตีแผ่อย่างเช่นทุกวันนี้ แต่เมื่อมีระบบการจัดการศึกษาจึงได้นำหลักการเหล่านี้มาเป็นทฤษฎีหนึ่งที่เรียกว่า เทคโนโลยีทางชีวภาพ

พันธุวิศวกรรม คือ ส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพ

         การค้นพบโครงสร้างของสารพันธุกรรม หรือ DNA โดยเจมส์ วัตสัน และฟรานซิส คริก ในปี พ.ศ. 2496 ต่อมาได้มีการค้นพบสารบางชนิดที่เรียกว่า เอนไซม์ตัดจำเพาะ ในแบคทีเรีย โดยเวอร์เนอร์ อาร์เบอร์ ในช่วงปี พ.ศ. 2500-2510 และในปี พ.ศ. 2516 เอนไซม์ตัดจำเพาะนี้ถูกนำไปทดลองใช้ในการทดลองตัดยีนจากแบคทีเรียเซลล์หนึ่ง แล้วนำไปใส่ให้แบคทีเรียอีกเซลล์หนึ่งเป็นผลสำเร็จ โดยแสตนลีย์ โคเฮน และเฮอร์เบิร์ด โบเยอร์ ต่อมาในปี พ.ศ. 2520 มีการนำยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่น (ที่ไม่ใช่ของแบคทีเรีย) ไปใส่ในแบคทีเรียเป็นผลสำเร็จ ซึ่งนำไปสู่การศึกษาค้นคว้าด้านนี้อย่างกว้างขวางจนถึงปัจจุบัน ที่สำคัญมีการตัดต่อยีนของมนุษย์ที่ควบคุมการสร้างฮอร์โมนใส่ลงในเซลล์ แบคทีเรียที่ชื่อ E. coli ซึ่งทำให้แบคทีเรียสร้างฮอร์โมนของมนุษย์ออกมาได้เป็นผลสำเร็จ

         จากสิ่งที่ค้นพบเหล่านี้ทำให้เกิด เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ คือ เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอ (DNA Recombinant Technology) หรือ พันธุวิศวกรรม ( Genetic engineering ) นั่นเอง

          นี้ก็คือการริเริ่มของเทคโนโลยีทางชีวภาพ ด้านการปรับปรุงสายพันธุ์ หรือการทำ พันธุวิศวกรรม นั่นเอง 

แบบทดสอบเรื่อง เทคโนโลยีชีวภาพ

1. เทคโนโลยีชีวภาพคืออะไร  เทคโนโลยีที่เกี่ยวกับระบบสารสนเทศ  เทคโนโลยีที่เกี่ยวกับการดำเนินการทางวิทยาศาสตร์  เทคโนโลยีที่เกี่ยวกับการจัดการของระบบของคอมพิวเตอร์  เทคโนโลยีที่เกี่ยวกับการดำรงชีวิตและผลผลิตมาใช้ประโยชน์

2. การโคลนคืออะไร  การลดจำนวนเซลล์  การเพิ่มจำนวนเซลล์  การตัดแต่งพันธุกรรม  การควบคุมปริมาณเซลล์

3. GMO คืออะไร  การตัดแต่งพันธุกรรม  เป็นผลผลิตของเทคโนโลยีชีวภาพ  สิ่งมีชีวิตที่ได้จากการเปลี่ยนถ่ายหน่วยพันธุกรรม  ถูกทุกข้อ

4. ข้อใดต่างจากพวก  การที่แมลงต่าง ๆ บินเข้าหาแสงสว่าง  การหรี่ตาเมื่อได้รับแสงสว่างมากเกินไป  นกจะบินกลับรังเนื่องจากเป็นเวลาพลบค่ำ  สุนัขจะระบายความร้อนโดยการหอบหรือแลบลิ้น

5. ข้อใดไม่ใช่การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ  ไฮดรา สืบพันธุ์โดยวิธีการแตกหน่อ  ดาวทะเล สืบพันธุ์โดยวิธีการงอกใหม่  พลานาเรีย สืบพันธุ์โดยวิธีการงอกใหม่  ปลา สืบพันธุ์โดยเซลล์อสุจิและเซลล์ไข่

6. ในระดับจุลชีพ การแบ่งตัวของเซลล์ คืออะไร  การโคลน  การตัดแต่ง  การเพราะเลี้ยงเนื้อเยื่อ  ไม่มีข้อใดถูก

7. สัตว์ในข้อใดมีการไหลเวียนของเลือดในร่างกายเป็นระบบปิด  ปู ม้า  คน สุนัข  วัว ควาย  แมลง กุ้ง หอย

8. สัตว์ชนิดใดเป็นสัตว์เคี้ยวเอื้องกินพืชเป็นอาหาร มีโปรโตซัวและแบคทีเรียช่วยย่อยและหมักอาหาร  กวาง  ค้างคาว  กระรอก  สุนัขจิ้งจอก

9. ยีนคืออะไร  สารเคมีที่เรียกว่า DNA  สารเคมีที่เรียกว่า AND  สารเคมีที่เรียกว่า MBO  สารเคมีที่เรียกว่า GMO

10. สัตว์ในข้อใดเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังทั้งหมด  เสือ วัว ควาย ม้า  งู จระเข้ กิ้งกือ ตะขาบ  นก ผีเสื้อ กิ้งกือ ตะขาบ  ปลาดาว เสือ ไส้เดือน วัว

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ

          การนำเทคโนโลยีชีวภาพมาใช้ให้เกิดประโยชน์ในด้านเกษตรกรรม อุตสาหกรรม และโดยเฉพาะทางด้านการแพทย์ใช้ประโยชน์มากที่สุดในการผลิตยาชนิดใหม่ และวิธีการรักษาพยาบาลแบบใหม่ ดังต่อไปนี้

1. ด้านเกษตรกรรม มีดังนี้
         1.1 การผสมเทียมและการถ่ายฝากตัวอ่อน กรมปศุสัตว์ได้ปรับปรุงพันธุ์โคนมด้วยเทคโนโลยีชีวภาพการผสมเทียม และการถ่ายฝากตัวอ่อน ทำให้ลดการนำเข้าพันธุ์โคจากต่างประเทศได้ และได้ปรับปรุงพันธุ์ด้วยการผลิตโคลูกผสม โคเนื้อ และ           โคนม 3 สายเลือด ดังแผ่นผังนี้

 

ภาพที่ 23 การปรับปรุงพันธุ์ให้ได้โคนม 3 สายเลือด 
ที่มา: หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 87

  

          1.2 การปรับปรุงพันธุ์ ได้มีการสร้างสุกรสายพันธุ์ใหม่ให้มีลักษณะดี และเจริญเติบโตเร็ว ด้วยการปรับปรุงสายพันธุ์ เป็นสุกรลูกผสม เช่น สุกรสายพันธุ์ปากช่อง B เป็นลูกผสมระหว่างพันธุ์ลาร์จไวท์กับพันธุ์เปียแตรง
           1.3 การเพิ่มผลผลิตของสัตว์ ปัจจุบันได้มีการนำเทคโนโลยีชีวภาพมาช่วยเพิ่มผลผลิตของสัตว์ในการเร่งความเจริญเติบโต การเพิ่มปริมาณ และการป้องกันรักษาโรคในสัตว์ ดังต่อไปนี้
                    -  การใช้วัคซีนเร่งความสมบูรณ์และการเจริญเติบโตของกระบือ เมื่อใช้ฮอร์โมน เร่งอัตราการเจริญเติบโต ช่วยให้กระบือเพศเมีย ตกลูกตั้งแต่อายุยังน้อยและตกลูกได้มาก การเร่งการเจริญเติบโตของโคเพศผู้ช่วยเพิ่มผลผลิตของเนื้อโค
                   - การใช้ฮอร์โมน เมื่อต้องการกระตุ้นวัวพื้นเมืองเพศเมีย ให้มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อให้ได้น้ำนม จากแม่วัวเร็วกว่า การเจริญเติบโตตามปกติ

2. ด้านอุสาหกรรม มีดังนี้
         2.1 พันธุวิศวกรรม เป็นการตัดต่อสายพันธุกรรม ที่มีลักษณะดีตามที่ต้องการ และคัดเลือกมาแล้ว เพื่อการปรับปรุงสิ่งมีชีวิต สายพันธุ์ใหม่ เพื่อเพิ่มผลผลิต  ยารักษาโรค วัคซีน ยาต่อต้านเนื้องอก น้ำยาสำหรับตรวจวินิจฉัยโรค และฮอร์โมนเร่ง การเจริญเติบโตของสัตว์
         2.2 การถ่ายฝากตัวอ่อน เป็นการเพิ่มปริมาณและพัฒนาคุณภาพของ          โคเนื้อและโคนม เพื่อนำมาใช้ในอุสาหกรรม การผลิตนมโคและเนื้อโค เพื่อแปรรูปเป็นนมผง และอาหารกระป๋อง
        2.3 การผสมเทียมสัตว์น้ำและสัตว์บก การผสมเทียมปลาเพื่อเพิ่มปริมาณ และพัฒนาไปสู่อุตสาหกรรม อาหารกระป๋อง และอาหารแปรรูปต่อไป

3. ด้านอาหาร ปัจจุบันมีอาหารที่เป็นผลผลิตจากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมมาใช้ ดังนั้น จึงมีผู้เสนอให้ติดฉลาดกว่าเป็นอาหาร GMOs ให้ผู้บริโภคตัดสินใจเลือกรับประทานเอง เช่น
        - ข้าวที่มียีนต้านทานแมลง
        - มะเขือเทศซึ่งมียีนที่ทำให้ยืดอายุการเก็บได้นานขึ้น
        - ถั่วเหลืองที่มียีนต้านสารปราบวัชพืช
        - ข้าวโพดที่มียีนต้านทานแมลง
นอกจากที่ได้มีการเพิ่มผลิตภัณฑ์ที่แปรรูปจากผลผลิตจากสัตว์ เช่น เนย  นมเปรี้ยว โยเกิร์ต

4. ด้านการแพทย์ ในด้านการแพทย์จะใช้เทคโนโลยีชีวภาพด้านพันธุวิศวกรรมเป็นส่วนใหญ่ดังตัวอย่างต่อไปนี้
        - การตรวจวินิจฉัยโรคที่มียีนเป็นพาหะ เพื่อตรวจสอบโรคทาลัสซีเมีย โรคปัญญาอ่อน โรคโลหิตจาง และโรคมะเร็ง
        - การตรวจสอบความเป็นพ่อ แม่ ลูก จากลายพิมพ์ของยีน หรือที่เรียกว่าการตรวจ DNA เพื่อหาตัวผู้กระทำความคิด
        - การใช้ยีนบำบัดโรค เช่น การรักษาผู้ป่วยด้วยโรคมะเร็ง การรักษาโรคการทำงานผิดปกติของไขกระดูก
        - การค้นหายีนควบคุมการสร้างภูมิคุ้มกัน ยีนควบคุมความอ้วน และยีนควบคุมความชรา

การโคลน

     การโคลน (cloning) หมายถึง การเพิ่มเซลล์จำนวนมากโดยการแบ่งตัวแบบไมโทซิสจากเซลล์ตั้งต้นหนึ่งเซลล์ หรือการเพิ่มประชาการสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกันโดยวิธีการไม่อาศัยเพศจากสิ่งมีชีวิตตั้งต้นเพียงหนึ่งเซลล์
ดร.เอียน วิลมุต (Dr.Ian Wilmut) เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวสกอต ได้ทำการโคลนดอลลีสำเร็จด้วยวิธีการตามขั้นตอนดังนี้

 

ภาพที่ 22 ขั้นตอนการโคลนแกะดอลลี 
ที่มา: หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 85

  

ตัวอย่างการโคลนแกะดอลลีมีขั้นตอน ดังนี้
            1. นำเซลล์เต้านมมาจากแม่แกะฟินน์ดอร์เซต อายุ 6 ปี ซึ่งตั้งท้องมากกว่า              100 วัน แล้ว (แกะตั้งท้อง 150 วัน) ภายในเซลล์เต้านมทุกเซลล์จะบรรจุยีนที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตเป็นตัวแกะไว้ครบทุกยีน แต่จะมีเฉพาะยีนที่สร้างโปรตีนสำหรับ          การเจริญเป็นเซลล์เต้านมเท่านั้นที่ทำงาน ส่วนยีนอื่น ๆ  จะถูกปิสวิตช์ไว้ไม่ให้ทำงาน
            2. นำเซลล์เต้านมมาเพาะเลี้ยงในภาวะอดอาหารประมาณ 5 วัน โดยลดเซรุ่มในสารเพาะเลี้ยงเซลล์ให้เหลือเพียง 1 ใน 20 เพื่อให้เซลล์เข้าสู่ระยะพักตัว และหยุดการแบ่งตัว ณ ภาวะเช่นนี้ ยีนทุกยีนภายในเซลล์จะเริ่มปิดสวิตช์ใหม่อีกครั้ง
            3. เก็บเซลล์ไข่ที่ยังไม่ปฏิสนธิมาจากท่อนำไข่ของแม่แกะหน้าดำพันธุ์สกอต หลังจากฉีดฮอร์โมนกระตุ้นการตกไข่ไปแล้ว 28 – 33 ชั่วโมง
           4. ดูดนิวเคลียสของเซลล์ไข่ออกไป ภายในเซลล์ไข่จะว่างเปล่า เหลือแต่เพียงองค์ประกอบ ภายในไซโทพลาซึม ที่จำเป็นต่อการสร้างตัวอ่อน
            5. นำเซลล์เต้านมและเซลล์ไข่ มาหลอมรวมกันโดยใช้กระแสไฟฟ้าอ่อน ๆ กระตุ้นเมื่อกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง เซลล์ไข่เริ่มยอมรับนิวเคลียส ใหม่และเหนี่ยวนำให้ยีนทุกยีน ในนิวเคลียสเริ่มต้นทำงาน และแบ่งตัวเพื่อพัฒนาเป็นตัวอ่อนขึ้นมาใหม่
            6. ปล่อยให้เซลล์แบ่งตัวประมาณ 6 วัน เซลล์ของตัวอ่อนจะเข้าสู่ระยะ             บลาสโทซิสต์
            7. นำตัวอ่อนในระยะบลาสโทซิสต์ไผฝังในมดลูกของแม่แกะหน้าดำอีกตัวหนึ่งซึ่งรับหน้าที่อุ้มท้อง
            8. แม่แกะหน้าดำที่อุ้มท้อง ให้กำเนินลูกแกะฟินน์ดอร์เซต ซึ่งมีลักษณะทางพันธุกรรม เหมือนแม่แกะฟินน์ดอร์เซต เจ้าของเซลล์เต้านมทุกประการ

ข้อดีของการโคลน
1. เมื่อทำการโคลนพืชและสัตว์ขึ้นมาจำนวนมาก เท่ากับเป็นการเพิ่มปริมาณพืชและสัตว์ให้เพียงพอกับความต้องการทางเศรษฐกิจ
2. การโคลนทำให้ได้พืชและสัตว ์ที่มีลักษณะเหมือนต้นแบบทุกประการขึ้นมา ทำให้สามารถคัดเลือกพันธุ์พืชและสัตว์ที่ดี ๆ มาเผยแพร่ได้ โดยไม่ต้องเกรงว่าจะเกิดการกลายเหมือนการผสมเทียม
3. ใช้ในการผลิตคิดค้นตัวยาใหม่ ๆ เนื่องจากสัตว์และพืชที่เกิดจากการโคลนจะมีพันธุกรรมเหมือนกัน ดังนั้น ทำให้ผลการทดลอง ยามีความถูกต้องมากยิ่งขึ้น เพราะไม่เกิดปัญหาเรื่องตัวแปรอันเกิดจากความแตกต่างของสัตว์ทดลองในชุดเดียวกัน
4. การโคลนมนุษย์เพื่อประโยชน์ ในแง่อะไหล่อวัยวะ แต่ประโยชน์ข้อนี้เป็นที่ยอมรับได้ยาก เนื่องจากเป็นประโยชน ์เฉพาะตัวผู้โคลนเองโดยเฉพาะ
5. ช่วยให้ครอบครัวที่ไม่มีบุตรสามารถมีบุตรได้
6. ในกรณีที่สัตว์หายากสูญพันธุ์ไปแล้วก็สามารถใช้การโคลนเป็นการเพิ่มปริมาณและขยายพันธุ์สัตว์ได้
 

ข้อเสียของการโคลน 
                1. เมื่อทำการโคลนพืช และสัตว์ขึ้นมามาก จะทำให้ขาดความหลากหลายในสายพันธุ์ เมื่อมีเหตุการณ์ร้ายแรงเกิดขึ้น เช่น เกิดโรคระบาย มีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิประเทศและภูมิอากาศก็จะทำให้พืชและสัตว์ล้มตายกันหมด
                2. ในพืชและสัตว์ที่เกิดการโคลนจะต้องใช้สารเคมีและฮอร์โมนต่าง ๆ ดังนั้น สารเคมีและฮอร์โมนบางชนิดจะตกค้างอยู่ในเซลล์ เมื่อนำมาบริโภคอาจจะเกิดผลร้ายแก่ร่างกายผู้บริโภคได้
                3. ในแง่การโคลนเพื่อนำอวัยวะมาใช้ ถ้าเป็นไต ไขกระดูก สามารถทำมนุษย์โคลนขึ้นมามีชีวิตอยู่ต่อไปได้ แต่ถ้าอวัยวะสำคัญ เช่น หัวใจ ปอด เช่นนี้ก็จะเป็นโคลนขึ้นมาเพื่อฆ่า ถือว่าผิดศีลธรรมอย่างมาก
                4. เกิดปัญหาทางสังคม สภาพทางครอบครัว เพราะถ้ามีการโคลนมนุษย์ขึ้นมาเพื่อใช้ในวัตถุประสงค์ต่าง ๆ แล้ว เด็กที่เกิดมาจะถือว่ามีสถานภาพเป็นอะไร และเมื่อเด็กเหล่านี้ขาดความรักและการดูแลเอาใจใส่จากครอบครัวแล้ว ทำให้ต่อไปอาจก่อเป็นปัญหาทางสังคมขึ้นมาได้
                5. เมื่อทำการโคลนแล้ว มนุษย์จะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการไม่ว่าเลือด ดีเอ็นเอ ลายนิ้วมือ ทำให้ถ้ามีการทำผิดกฎหมายก็จะจับแยกแยะไม่ได้ว่าผู้ใดเป็นผู้กระทำ

พันธุวิศวกรรม

          ในอดีตการปรับปรุงพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต ให้มีคุณค่าทางเศรษฐกิจ ทำโดยการใช้ความรู้ด้านพันธุศาสตร์ เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งอาจเป็นการนำพันธุ์ดีจากต่างประเทศ เข้ามาเลี้ยง หรือผสมกับพันธุ์พื้นเมืองการคัดเลือกพันธุ์ เพื่อหาสายพันธุ์ใหม่ที่มีลักษณะดีตามความต้องการ หรือการสร้างพันธุ์ใหม่โดยการชักนำให้เกิดมิวเทชันขึ้นมาก็ได้ ทั้งหมดที่กล่าวมานี้อาศัยหลักพื้นฐาน ของการรวมกลุ่มและการแลกเปลี่ยน ยีนอย่างอิสระ ที่เกิดขึ้นเสมอในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของสิ่งมีชีวิตทั่ว ๆ ไป
ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ ได้ค้นพบและพัฒนาเทคนิคใหม ่ที่สามารถควบคุมการแสดงออกทางพันธุกรรม บางประการของสิ่งมีชีวิตอย่างได้ผล โดยการนำยีน ที่ควบคุมลักษณะพันธุกรรม ที่ต้องการของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งไปใส่ให้ กับสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้แสดงลักษณะทางพันธุกรรมที่ต้องการออกมาได้ เรียก กระบวนการตัดต่อยีน ในสิ่งมีชีวิตนี้ว่า พันธุวิศวกรรม (genetic engineering)

ภาพที่ 21 ขั้นตอนการตัดต่อยีน 
ที่มา: หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 46

  

           

         พันธุวิศวกรรมเป็นวิทยาการทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology)                   ที่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาทางด้านเกษตร และการแพทย์ในอนาคต เทคนิคการทำพันธุวิศวกรรม เป็นการตัดยีนที่ควบคุมลักษณะพันธุกรรม ที่ต้องการจากเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง ไปสอดใส่หรือต่อเข้ากับโมเลกุล ของดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง ทำให้ดีเอ็นเอทีเกิดในสิ่งมีชีวิตชนิดหลังนี้ ประกอบด้วยดีเอ็นเอที่ควบคุม ลักษณะพันธุกรรมที่ต้องการ ซึ่งมีรายละเอียดและขั้นตอน ที่นักเรียนจะได้ศึกษาเพิ่มเติมในขั้นสูงต่อไป

ประโยชน์ของพันธุวิศวกรรม

พันธุวิศวกรรมมีประโยชน์ในด้านต่าง ๆ ต่อไปนี้
1. ด้านอุตสาหกรรม ให้ผลิตฮอร์โมนอินซูลิน (insulin) เพื่อนำไปใช้รักษาผู้ป่วยโรคเบาหวานผลิตฮอร์โมนเพื่อการเจริญเติบโต (growth hormone) เพื่อบำบัดอาการของมนุษย์ที่เจริญเติบโตช้ากว่าปกติ ผลิตวัคซีน แอนติบอดี ยาปฏิชีวนะ เอนไซม์ วิตามิน และสารประเภทอื่น ๆ ที่ยังผลต่ออุสาหกรรมแปรรูปอาหารอีกมากมาย
2. ด้านการเกษตรกรรม ใช้ผลิตจุลินทรีย์ที่ให้สารอาหารที่จำเป็นต่อพืชและสัตว์ ผลิตอาหารเสริมสำหรับสัตว์ ผลิตสารอาหารที่ช่วยป้องกันแมลงหรือโรคต่าง ๆ ใช้การทำพันธุวิศวกรรมของพืชเพื่อสร้างพืชต้นใหม่ที่สามารถแสดงลักษณะของยีนที่ใส่เข้าไปตามความต้องการ เช่น ให้ต้านทานโรคบางชนิด ให้ผลติสารพิษทำลายหนอนของแมลงศัตรูพืช ให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่แปรปรวน เช่น ทนเค็ม ทนเปรี้ยว
3. ด้านการแพทย์ พันธุวิศวกรรมด้านนี้ ได้แก่ การบำบัดรักษาโรคบางชนิดด้วยยีนบำบัด แต่มีข้อจำกัดหลายประการยังคงต้องศึกษาวิจัยเพิ่มเติมต่อไป

ปัจจุบันประเทศไทยประสบความสำเร็จในการเพิ่มผลผลิตของพืชและผลผลิตของสัตว์ในระดับหนึ่งแล้ว โดยการใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพิ่มปริมาณและคุณภาพของผลผลิตทางการเกษตร ถ้าในอนาคตประเทศไทยสามารถพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีให้ทันสมัยมากขึ้น ก็จะทำให้ผลผลิตทางการเกษตรเพิ่มขึ้นอย่างมากมาย เพียงพอที่จะใช้อุปโภคบริโภคภายในประเทศและส่งขายยังต่างประเทศได้

การถ่ายฝากตัวอ่อน         การถ่ายฝากตัวอ่อน เป็นการพัฒนาจากการผสมเทียม เพื่อให้ได้ปริมาณสัตว์ พันธุ์ดีเพิ่มขึ้นในระยะเวลาเท่าเดิม หลักการถ่ายฝากตัวอ่อนนั้น จะต้องมีแม่พันธุ์ดีเป็นแม่ตัวให้ กับแม่ที่อุ้มท้องเป็นแม่ตัวรับ ซึ่งมีได้หลายตัวและไม่จำเป็นต้อง เป็นพันธุ์ดี แม่ตัวรับจะมีหน้าที่รับตัวอ่อนจากแม่ตัวให้มาเจริญเติบโตภายในมดลูกจนคลอด ภาพที่ 20 การถ่ายฝากตัวอ่อนในโคนม  ที่มา: หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 82          การถ่ายฝากตัวอ่อนจะทำกับสัตว์ที่ตกลูกครั้งละ 1 ตัว และมีระยะเวลาในการอุ้มท้องนาน ๆ เช่น โค กระบือ เพื่อช่วยเพิ่มจำนวนสัตว์ในขณะที่ระยะเวลาการอุ้มท้องเท่าเดิม ข้อดีของการถ่ายฝากตัวอ่อน มีดังนี้ 1. ได้พันธุ์ที่ดีและช่วยเพิ่มผลผลิตได้รวดเร็วในระยะเวลาเท่าเดิม 2. ประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายในการเพิ่มผลผลิต 3. ช่วยอนุรักษ์พันธุ์สัตว์ต่าง ๆ ที่ใกล้จะสูญพันธุ์ให้มีจำนวนเพิ่มขึ้นได้ ตารางที่ 4 แสดงข้อเปรียบเทียบของวิธีการผสมเทียมกับการถ่ายฝากตัวอ่อน การผสมเทียม การถ่ายฝากตัวอ่อน 1. ใช้แม่โคตัวเดียว 2. ใช้แม่โคพันธุ์ดีผสมกับน้ำเชื้ออสุจ ิของพ่อโคพันธุ์ดี 3. แม่โคพันธุ์ดีอุ้มท้อง ไปจนคลอดได้ลูก 1 ตัว 1. ใช้แม่โค 2 ชนิด คือ แม่โคตัวให้กับแม่โค ตัวรับซึ่งแม่โคตัวรับอาจมีหลายตัวได้ 2. ใช้แม่โคพันธุ์ดีผสมกับน้ำเชื้ออสุจิของพ่อโคพันธุ์ดี 3. นำตัวอ่อนออกจากมดลูก ของแม่โคตัวให้ไปฝากในมดลูก ของแม่ตัวรับจำนวน 5 ตัว 4. ให้แม่โคตัวรับทั้ง 5 ตัว อุ้มท้องไปจนคลอดได้ลูกโคพันธุ์ดี 5 ตัว            วิธีการถ่ายฝากตัวอ่อน ถือเป็นวิทยาการใหม่อย่างหนึ่ง ที่นำมาปรับใช้กับ                การพัฒนาปศุสัตว์ของประเทศไทย การพัฒนาการเลี้ยงโคนมช่วยให้มีการขยายพันธุ์ได้ในระยะเวลาสั้น โดยเฉพาะโคนมพันธุ์ดีที่หายาก มีราคาแพงและต้องสั่งซื้อจากต่างประเทศ เป็นการเพิ่มผลิตภัณฑ์นมภายในประเทศอันจะมีผลต่อการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม นอกจากนี้การถ่ายฝากตัวอ่อนยังสามารถแก้ปัญหาการผสมพันธุ์ที่ติดยากในสัตว์อื่น ๆ ในกรณีที่สัตว์นั้นใกล้จะสูญพันธุ์

การผสมเทียม

            การผสมเทียม (artificial insemination) การทำให้เกิดปฏิสนธิ โดยไม่ต้องมี      การร่วมเพศตามธรรมชาติ ซึ่งถือว่าเป็นการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ เนื่องจากมนุษย์เป็นผู้ฉีดตัวอสุจิของสัตว์เพศผู้เข้าไปในอวัยวะสืบพันธุ์ของสัตว์เพศเมีย ซึ่งมีขั้นตอนการตั้งแต่เริ่มต้น คือ การรีดน้ำเชื้อมาตรวจคุณภาพของน้ำเชื้อ ละลายน้ำเชื้อ เก็บรักษาน้ำเชื้อ และสุดท้ายฉีดน้ำเชื้อให้กับเพศเมียในช่วงที่เพศเมียแสดงอาการสัด ขั้นตอนเหล่านี้คือ การผสมเทียมในสัตว์

ภาพที่ 17 ขั้นตอนการผสมเทียมของโค 
ที่มา: หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 78

 

ขั้นตอนการผสมเทียม มีดังนี้
1. การรีดเก็บน้ำเชื้อ     ทำโดยใช้เครื่องมือช่วยกระตุ้นให้เพศผู้หลั่งน้ำเชื้อออกมา การรีดเก็บน้ำเชื้อต้องพิจารณา อายุ ความสมบูรณ์ของเพศผู้ ประกอบกับระยะเวลาที่เหมาะสม และวิธีการเก็บน้ำเชื้อขึ้นอยู่กับชนิดของสัตว์ เมื่อได้รับน้ำเชื้อมาแล้วต้องนำมาตรวจคุณสมบัติ ได้แก่ ความหนาแน่นรูปร่าง และการเคลื่อนไหวของตัวอสุจิ
2. การเก็บรักษาน้ำเชื้อ น้ำเชื้อที่รีดมาแล้วสามารถเก็บรักษาได้โดยเติมสารบางชนิดลงในน้ำเชื้อเพื่อหล่อเลี้ยงตัวอสุจิ เช่น โซเดียมซิเตรต ไข่แดง สารปฏิชีวนะ เมื่อผสมกันแล้วก็บรรจุหลอดหรือขวดเล็ก ๆ ใส่ไว้ในกล่องมีน้ำแข็ง เพื่อรักษาไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 5 องศาเซลเซียส
3. การฉีดน้ำเชื้อ เพศเมียที่จะได้รับการฉีดน้ำเชื้อจะต้องอยู่ในวัยที่จะผสมพันธุ์ได้ มีความสมบูรณ์ อยู่ในเวลาที่เหมาะต่อการผสม คือ ในระยะที่ไข่สุก ในระยะนี้       เพศเมียจะแสดงอาการสัด ซึ่งสังเกตได้จากอาการที่เพศเมียมีน้ำเมือกไหลออกจาก  อวัยวะสืบพันธุ์ ร้องผิดปกติ เบื่ออาหารและยอมให้เพศผู้เข้าใกล้ชิด  การฉีดน้ำเชื้อโดยสวมหลอดบรรจุน้ำเชื้อกับหลอดแก้วยาว สอดหลอดแก้วนี้เข้าไปทางช่องคลอด จนถึงปากมดลูกแล้วฉีดน้ำเชื้อเข้าไปแต่ถ้าเป็นในสุกรใช้สายยางแทนหลอดแก้ว

ภาพที่ 18 การฉีดน้ำเชื้อเข้าไปในมดลูกของโค 
ที่มา: หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 79   

 

ประโยชน์ของการผสมเทียม มีหลายประการ ดังนี้
1. ได้พันธุ์ดีตามความต้องการ ซึ่งเป็นการปรับปรุงพันธุ์
2. ประหยัดน้ำเชื้อจากพ่อพันธุ์ เพราะสามารถใช้น้ำยาละลายน้ำเชื้อเพื่อเพิ่มปริมาณได้
3. ประหยัดค่าใช้จ่ายในการเลี้ยงพ่อพันธุ์ หรือการสั่งซื้อพ่อพันธุ์จากต่างประเทศ และการขนส่งพ่อพันธุ์ไปผสมพันธุ์เป็นระยะทางไกล ๆ
4. เป็นการแก้ปัญหาการติดลูกยากและตกลูกผิดฤดูกาลได้
การผสมเทียมในประเทศไทย  เริ่มทำการผสมเทียมโดยกรมปศุสัตว์ ใน พ.ศ. 2499 ได้สั่งซื้อพ่อพันธุ์จากต่างประเทศมารีดเก็บน้ำเชื้อ แล้วส่งไปให้สถานีผสมเทียมทั่วประเทศ ปัจจุบันมีสถานีให้บริการผสมเทียมโค กระบือ สุกร ทั่วประเทศไทยจำนวน 465 หน่วย ซึ่งเจ้าหน้าที่ประจำของแต่ละหน่วยจะออกไปให้บริการต่อเกษตรกรในท้องถิ่นที่สถานีผสมเทียมนั้น ๆ ตั้งอยู่สถานีผสมเทียมแห่งแรกของไทยตั้งขึ้นที่จังหวัดเชียงใหม่
นอกจากปศุสัตว์จำพวกโค กระบือ และสุกรแล้ว ยังสามารถใช้วิธีผสมเทียมกับปลาต่าง ๆ ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีการปฏิสนธิภายนอกได้อีกด้วย เช่น การผสมเทียมปลาตะเพียนขาว ปลาสวาย ปลานิล ปลายี่สก ปลาดุก ปลาบึก จะเห็นได้ว่าสามารถทำได้ทั้งในปลาที่มีขนาดเล็กอย่างปลาดุก จนถึงปลาที่มีขนาดใหญ่ คือ ปลาบึกได้

ขั้นตอนการผสมเทียมปลา มีดังนี้
1. คัดเลือกพ่อพันธุ์และแม่พันธุ์ คัดเลือกพ่อพันธุ์และแม่พันธุ์ปลาพันธุ์เดียวกันที่สมบูรณ์ และอยู่ใน วัยเจริญพันธุ์ จะมีน้ำเชื้ออสุจิและไข่จำนวนมาก
2. ฉีดฮอร์โมนให้แม่ปลาเพื่อกระตุ้นให้ไข่สุก นำฮอร์โมนจากต่อมใต้สมอ ของปลาพันธุ์เดียวกัน เป็นเพศใดก็ได้ มาบดให้ละเอียด ผสมน้ำแล้วฉีดเข้าเส้นข้างลำตัวของแม่ปลา
3. รีดไข่และน้ำเชื้ออสุจิ หลังจากนั้นฉีดฮอร์โมนให้ปลา             5 – 12 ชั่วโมง รีดน้ำเชื้ออสุจิ จากพ่อปลาและไข่ จากแม่ปลาลงในภาชนะใบเดียวกัน
4. คนให้ตัวอสุจิกับไข่ผสมกันโดยทั่วถึง เติมน้ำลงในภาชนะพอท่วมไข่ใช้ขนไก่คนเบา ๆ ให้ตัวอสุจิเข้าผสมกับไข่ ปล่อยทิ้งไว้ 1 – 2 นาที ถ่ายน้ำทิ้ง 1 – 2 ครั้ง
5. นำไข่ที่ผสมแล้วไปพักในที่ที่มีน้ำไหล นำไข่ที่ผสมแล้วไปพักในที่ที่เตรียมไว้ ต้องเป็นที่ ที่มีน้ำไหลตลอดเวลา เพื่อป้องกันการทับถมของไข่ปลาปล่อยทิ้งไว้จนไข่ฟักออกเป็นลูกปลาการผสมเทียมปลาเป็นการขยายพันธุ์และเพิ่มผลผลิตให้ได้ปลาจำนวนมาก 

ภาพที่ 19 ขั้นตอนการผสมเทียมปลา 
ที่มา: หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์ ม.2 หน้า 80

หลักการทางเทคโนโลยีชีวภาพ

             การเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรทำได้ในหลักการใหญ่ ๆ คือ เพิ่มพื้นที่ทางการเกษตร และเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร การเพิ่มพื้นที่ทางการเกษตรเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก เนื่องจากพื้นที่ผิวโลกมีปริมาณจำกัด และน้อยลงเรื่อย ๆ เนื่องจากการปลูกสร้างที่อยู่อาศัยและการสร้างโรงงานอุสาหกรรม เพิ่มขึ้นมีผลทำให้พื้นที่ทางการเกษตรน้อยลง ดังนั้น จึงเป็นหน้าที่ของการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรที่จะเพิ่มผลผลิต พืชและผลผลิตสัตว์ เพื่อให้มีอาหารเพียงพอต่อความต้องการบริโภคของประชากร

           ปัจจุบันได้มีการนำเทคโนโลยี มาใช้เพิ่มผลผลิตทางการเลี้ยงสัตว์มากขึ้น   โดยการปรับปรุงเทคโนโลยี ด้านการถ่ายฝากตัวอ่อน และการผสมเทียมในสัตว์พวกโค กระบือ สุกร ไก่ และปลา เพื่อเพิ่มผลผลิตในด้านปริมาณและคุณภาพ

         เทคโนโลยีที่เกี่ยวกับการเลี้ยงสัตว์ ในปัจจุบันมีความก้าวหน้า และการพัฒนาอย่างมาก ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิต ทั้งด้านปริมาณ และคุณภาพการเพิ่มผลผลิตของสัตว์  มีวิธีการดังนี้

       การใช้ฮอร์โมนหรือสารเคมี ในการกระตุ้นการเจริญเติบโตของสัตว์นั้น ควรใช้เมื่อมีความจำเป็นและใช้ในปริมาณที่พอดี เพราะหากใช้มากเกินไป อาจมีการสะสมของสารนั้น ในเนื้อสัตว์ และสามารถถ่ายทอดมายังผู้บริโภค ทำให้เกิดอันตรายต่อผู้บริโภคได้

เทคโนโลยีชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพ หมายถึง การนำสิ่งมีชีวิตหรือชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตมาปรับปรุง เพื่อให้เกิดการพัฒนา การเพิ่มผลผลิตของสิ่งมีชีวิต และการแปรรูปผลลิต การปรับปรุงพันธุ์ การขยายพันธุ์ และการเพิ่มผลผลิตของสัตว์ ด้วยการใช้เทคโนโลยีชีวภาพที่หลากหลาย เช่น การผสมเทียม การถ่ายฝากตัวอ่อน  พันธุวิศวกรรม การโคลน ภาพที่ 16 เทคโนโลยีชีวภาพ  ที่มา: http://0854544578.blogspot.com/2010/08/blog-post.html

พฤติกรรมที่พบจากการแสดงออกของสัตว์

พฤติกรรมต่าง ๆ ในสัตว์จำแนกได้เป็น 2 ประเภท คือ 1. พฤติกรรมที่มีมาแต่กำเนิด เป็นพฤติกรรมง่าย ๆ ตอบสนองต่อสิ่งเร้าโดยไม่ต้องผ่านการเรียนรู้หรือประสบการณ์ มีแบบแผนที่แน่นอน และแตกต่างกันไปตามแต่ละชนิดของสัตว์ จำแนกได้ดังนี้    1.1 พฤติกรรมที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าแบบไม่มีทิศทางที่แน่นอน เป็นพฤติกรรมที่พบในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น การเคลื่อนที่หนีฟองแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ของพารามีเซียม    1.2 พฤติกรรมที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าอย่างมีทิศทางที่แน่นอน พบได้ในสิ่งมีชีวิตที่มีหน่วยรับความรู้สึก เช่น การเคลื่อนที่เข้าหาแสงของตัวพลานาเรีย                 การเคลื่อนที่ของแมลงเม่าบินเข้าหาแสง    1.3 พฤติกรรมแบบรีเฟล็กซ์ชนิดต่อเนื่อง จะประกอบด้วยพฤติกรรม ย่อย ๆ หลายพฤติกรรมซึ่งแต่เดิมเรียกว่า สัญชาตญาณ ซึ่งจะมีมาแต่กำเนิด ไม่ต้องเรียนรู้มาก่อน เป็นลักษณะเฉพาะของสัตว์แต่ละชนิด เช่น        - การสร้างรังของนก มีพฤติกรรมต่อเนื่อง เริ่มจากบินไปหาวัสดุ เลือกจิกวัสดุที่จะนำมาใช้สร้างรัง บินกลับมาสร้างรัง ทำเช่นนี้อย่างต่อเนื่องจนสร้างรังจนสำเร็จ การออกไข่ ฟักไข่ และการดูแลจนกว่าจะบินได้        - การชักใยของแมงมุม เพื่อใช้เป็นกับดักแมลงเล็กที่บินมาติดแล้วรับจับกินเป็นอาหาร        - การดูดนมของทารก มีพฤติกรรมต่อเนื่อง เริ่มจากสิ่งเร้า คือ ความหิว การสัมผัสกับหัวนมกระตุ้นให้เกิดการดูดนมและกลืน เป็นปฏิกิริยารีเฟล็กซ์ที่ต่อเนื่องกันหลาย ๆ พฤติกรรมจนกว่าทารกจะอิ่ม        - การอพยพของนกปากห่าง เพื่อหนีอากาศที่หนาวเย็น        - การจำศีลของกบ เป็นพฤติกรรมการหลีกเลี่ยงความแห้งแล้งหรือความหนาวเย็น การขาดแคลนอาหาร โดยหลบไปอยู่ในรูใต้พื้นดิน หายใจอย่าง            ช้า ๆ เพื่อลดการเผาผลาญอาหารในร่างกาย 2. พฤติกรรมที่เกิดจากการเรียนรู้ เป็นพฤติกรรมที่เกิดจากประสบการณ์และการเรียนรู้ของสัตว์ พบในสัตว์ชั้นสูงที่มีระบบประสาทเจริญดี นอกจากนี้สัตว์ที่อยู่รวมกันเป็นหมู่จะมีสังคมของตนเอง จึงมีพฤติกรรมในการสื่อสารติดต่อกัน ดังนี้    2.1 การสื่อสารด้วยท่าทาง เช่น การแยกเขี้ยวของสุนัข การหมอบของสุนัขเพื่อแสดงความนอบน้อมหรือกลัว การบินและการเต้นระบำของผึ้งเมื่อพบอาหาร    2.2 การสื่อสารด้วยเสียง เช่น การส่งเสียงร้องของกบและแมวในการเรียกหาคู่ สุนัขได้ยินเสียงกระดิ่งทุกครั้งจะได้รับอาหาร ต่อมาไม่มีอาหารมาวางมีเพียงเสียงกระดิ่ง สุนัขก็จะมีน้ำลายไหลออกมาเหมือนมีอาหารมาวาง เสียงเตือนภัยของแม่ไก่ ทำให้เกิดการรวมกลุ่มของไก่    2.3 การสื่อสารด้วยการสัมผัส เช่น สุนัขเลียปากสุนัขด้วยกันเพื่อบอกถึงความอ่อนน้อม    2.4 การสื่อสารด้วยสารเคมี เพื่อดึงดูดเพศตรงข้าม เพื่อบอกอาณาจักร หรือเพื่อการนำทาง เช่น การเดินทางไปหาอาหารของมด การฉี่ของสุนัขเพื่อครอบครองพื้นที่