วิดีโอ

สรุป

เข้าและออกเข้าและออก

การมีชีวิตอยู่คือการทำสิ่งต่างๆ วินาทีนี้เซลล์ของคุณกำลังเผาไหม้โมเลกุลของกลูโคสด้วยออกซิเจน

เพื่อให้มีพลังงานซึ่งจะช่วยให้คุณมีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาอันมีค่าอีกครั้ง

ในการรับออกซิเจนไปยังเซลล์ของคุณคุณกำลังหายใจ

การหายใจเป็นคำตอบสำหรับปัญหาที่ยากมาก: คุณจะได้รับทรัพยากรที่เซลล์ของคุณต้องการเพื่อความอยู่รอด

จากภายนอกสู่ภายในเซลล์ได้อย่างไร? สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องแก้ปัญหานี้

และการแก้ปัญหานั้นแตกต่างกันอย่างน่าประหลาดใจขึ้นอยู่กับตัวควบคุมที่สำคัญที่สุดของชีวิต:

ขนาด

ดังที่เราได้พูดคุยกันในวิดีโออื่น ๆ :

ในระดับที่แตกต่างกันกฎทางกายภาพของจักรวาลมีผลที่แตกต่างกันสำหรับผู้อยู่อาศัย

สิ่งง่ายๆเช่นอุณหภูมิแรงโน้มถ่วงหรือแรงตึงผิวอาจไม่สำคัญสำหรับคุณหรือเป็นอันตรายร้ายแรง

• ขึ้นอยู่กับว่าคุณตัวใหญ่แค่ไหน

สิ่งมีชีวิตต้องการวัสดุต่าง ๆ มากมายเพื่อให้ตัวเองดำเนินต่อไป

และพวกเขาจำเป็นต้องขนส่งจากภายนอกสู่ภายใน

นี่เป็นปัญหาใหญ่สำหรับสิ่งแรกที่ใกล้จะมีชีวิตเพราะการทำทุกอย่างในจักรวาลของเราต้องใช้พลังงาน

และสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกบนโลกไม่ได้มีเครื่องมือและเทคนิคมากมายเท่า

ที่ชีวิตมีอยู่ในปัจจุบันหลังจากวิวัฒนาการหลายพันล้านปี

ดังนั้นในช่วงเริ่มต้นชีวิตจำเป็นต้องหาวิธีที่จะได้รับสิ่งที่ดีภายใน

และสิ่งที่ไม่ดีภายนอกตัวเองโดยไม่ต้องใช้พลังงาน

โชคดีที่รูปแบบแรกของชีวิตมีขนาดเล็กมาก

และเนื่องจากมีขนาดเล็กมากพวกเขาจึงสามารถใช้รูปแบบการขนส่งอิสระ

ที่เป็นไปตามกฎทางกายภาพที่เรียกว่าการแพร่กระจาย

การแพร่กระจายเป็นกฎของจักรวาลที่โมเลกุลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในของเหลวหรือก๊าซ

จะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ อย่างต่อเนื่องในทุกทิศทาง

และเนื่องจากพวกมันเคลื่อนที่ไปมาและชนกันและโมเลกุลอื่น ๆ จึงมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจาย

ตัวอย่างเช่นถ้าคุณหยดน้ำตาลก้อนหนึ่งลงในน้ำแสดงว่ามีน้ำตาลจำนวนมากในที่หนึ่ง

และอีกที่หนึ่งจะไม่มีเลย

เมื่อโมเลกุลของน้ำตาลละลายในน้ำก็จะเริ่มกระแทกกับโมเลกุลของน้ำ

และโมเลกุลของน้ำตาลอื่น ๆ

โมเลกุลของน้ำตาลทั้งหมดจะค่อยๆแพร่กระจายออกไปอย่างช้าๆและก่อตัวเป็นหลายขั้นตอนที่มีความเข้มข้นต่างกัน

การเคลื่อนไหวแบบสุ่มเหล่านี้ดำเนินต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุดจนกระทั่งเมื่อถึงจุดหนึ่งน้ำตาลจะกระจาย

อย่างสม่ำเสมอในน้ำ

สิ่งที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับการแพร่กระจายคือชีวิตสามารถใช้งานได้ฟรีไม่ต้องใช้พลังงาน

และชีวิตรักของฟรี ดังนั้นทุกชีวิตบนโลกอาศัยการแพร่กระจาย

ให้เราดูสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุดบนโลกคือแบคทีเรีย พื้นผิวของมันโดยเฉพาะ

เยื่อหุ้มเซลล์อนุญาตให้มีการแพร่กระจายของโมเลกุลบางชนิด

แบคทีเรียชนิดนี้ใช้ออกซิเจนในการ ดำรง ชีวิตในขณะที่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกผลิตขึ้นภายใน

เป็นของเสีย

ดังนั้นภายในแบคทีเรียจึงไม่มีออกซิเจนมากนัก แต่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก

เนื่องจากการแพร่กระจายโมเลกุลเหล่านี้ในที่สุดจะแพร่กระจายอย่างเท่าเทียมกันดังนั้นคาร์บอนไดออกไซด์จึงกระจายออกไป

ในขณะที่ออกซิเจนจะถูกเติมเต็มจากภายนอกอย่างต่อเนื่อง

แต่การ “หายใจ” แบบนี้ใช้ได้กับโลกใบเล็ก ๆ เท่านั้น

สำหรับแบคทีเรียอะมีบาหรือเซลล์ของคุณและสัตว์ขนาดเล็กบางชนิด

ตัวอย่างเช่นแมลงมีโครงข่ายที่ละเอียดของหลอดลมอุโมงค์ที่มีการไล่ระดับความดัน

ซึ่งอากาศจะแพร่กระจายและแลกเปลี่ยนก๊าซกับเซลล์แมลงได้ช้ามาก

แต่แม้แต่แมลงก็ดูเหมือนจะสามารถหดหลอดลมได้

และอย่างน้อยบางชนิดก็มีอวัยวะช่วยหายใจแบบพิเศษเช่นสไปราเคิลและกระสอบอากาศ

ในบางระดับการแพร่กระจายช้าเกินไปที่จะทำให้เซลล์มีชีวิตอยู่ได้

ปัญหาพื้นฐานคือการแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมสามารถเกิดขึ้นได้ที่พื้นผิวเท่านั้น

และการแพร่กระจายของวัสดุสามารถดำรงอยู่ภายในได้เพียงจำนวนหนึ่งเท่านั้น

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมีเพียงเล็กน้อยภายในหรือปริมาตรและภายนอก

หรือพื้นที่ผิวมากมาย

แต่ถ้าเราต้องการสร้างแบคทีเรียขนาดเท่าวาฬสีน้ำเงิน

และมีเครื่องขยายขนาดที่สะดวกมาก ๆ ล่ะ?

เราคงต้องวุ่นวายกับกฎสี่เหลี่ยมลูกบาศก์

โดยสรุปหมายความว่าถ้าคุณสร้างบางสิ่งที่มีขนาดใหญ่ขึ้น 10 เท่า

ภายนอกหรือพื้นผิวจะเพิ่มขึ้น 100 แต่ด้านในหรือปริมาตรเพิ่มขึ้น 1,000 เท่า

ถ้าเราเปรียบเทียบแบคทีเรีย Pseudomonas aeruginosa กับปลาวาฬสีน้ำเงิน

เราจะเห็นว่าแบคทีเรียมีพื้นผิวมากกว่า 10,000,000 เท่าเมื่อเทียบกับปริมาณของมันมากกว่าวาฬ

แบคทีเรียมีจำนวนมากภายนอกในขณะที่วาฬมีอินไซด์จำนวนมาก

ถ้าเราสร้างแบคทีเรียให้มีขนาดเท่าปลาวาฬ - ตอนนี้แบคทีเรียขนาดยักษ์ของเรามีอวัยวะภายในมากเกินไป

และตอนนี้ส่วนใหญ่ของมันอยู่ไกลจากผิวของมันมาก

ออกซิเจนที่แบคทีเรียของเราต้องการจะไม่มีทางเข้าไปถึงภายในก่อนที่มันจะหมดออกซิเจน

แบคทีเรียยักษ์ของเราก็จะตาย ถึงกระนั้นการที่ใหญ่ขึ้นก็มีข้อดีหลายอย่าง

จากการกินยากขึ้นไปสู่การทำให้คนอื่นกินง่ายขึ้น

แต่ขนาดของเซลล์ถูก จำกัด ด้วยระยะห่างของออกซิเจนและสารอาหารสามารถแพร่กระจายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อให้มีทรัพยากรเพียงพอภายใน

ดังนั้นชีวิตจึงหลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยการสร้างโครงสร้างหลายเซลล์ -

สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากแทนที่จะเป็นเซลล์เดียว

เนื่องจากการแพร่กระจายจะทำงานได้ดีกว่าหากคุณมีหน่วยขนาดเล็กจำนวนมากแทนที่จะเป็นหน่วยที่ใหญ่กว่ามาก

เมื่อเวลาผ่านไปเพื่อนของเซลล์เริ่มแบ่งปันงานและเชี่ยวชาญ

เซลล์บางชนิดจดจ่ออยู่กับการรับรู้สิ่งแวดล้อมอื่น ๆ เกี่ยวกับการย่อยอาหารอื่น ๆ ในการเคลื่อนไหว

แต่นั่นก็ยังไม่เพียงพอ

ปัญหาของการแพร่กระจายและการผลิตพื้นผิวและพลังงานยังคง

จำกัด ขนาดของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์แรกเหล่านี้ที่สามารถบรรลุได้

ดังนั้นเพื่อที่จะยิ่งใหญ่ขึ้น -

สิ่งมีชีวิตได้แก้ปัญหาการแพร่กระจายโดยการมีรูและถ้ำและอุโมงค์และโดยการพับเข้าในตัวมันเอง

ดังนั้นการแพร่กระจายจึงเกิดขึ้นได้ง่ายในแต่ละเซลล์

ใช้ตัวเอง: สิ่งที่คุณพิจารณาภายนอกผิวของคุณมีพื้นที่ผิวประมาณ 2 ตารางเมตร

แต่ปอดของคุณมีพื้นที่ผิวประมาณ 70 ตารางเมตร

พวกมันไม่เหมือนลูกโป่งพวกมันเหมือนฟองน้ำที่เต็มไปด้วยลูกโป่งเล็ก ๆ จำนวนมากที่

ล้อมรอบด้วยเส้นเลือด

เมื่อคุณหายใจเข้าลูกโป่งเล็ก ๆ เหล่านี้จะเติมอากาศบริสุทธิ์

เลือดที่เต็มไปด้วย CO2 จะสูบฉีดไปรอบ ๆ ลูกโป่ง

และแล้วความมหัศจรรย์ของการแพร่กระจายก็เกิดขึ้น

ออกซิเจนจะแพร่เข้าสู่เลือดซึ่งจะถูกจับโดยเซลล์เม็ดเลือดแดง

และ CO2 จะกระจายออกจากเลือดและเข้าสู่ปอดของคุณซึ่งสามารถหายใจออกได้อีกครั้ง

จากนั้นเลือดของคุณจะพาเลือดที่อุดมด้วยออกซิเจนไปยังมุมที่ไกลที่สุดของร่างกาย

และรับของเสีย CO2

การแพร่กระจายในร่างกายมีประสิทธิภาพประมาณหนึ่งมิลลิเมตร

ดังนั้นทุกเซลล์ในร่างกายของคุณจึงอยู่ห่างจากเส้นเลือดมากที่สุดหนึ่งมิลลิเมตร

ดังนั้นสัตว์ขนาดกลางเช่นคุณจึงต้องการเส้นเลือดจำนวนมากเพื่อเข้าถึงทุกเซลล์ในร่างกาย

ร่างกายของคุณมีเส้นเลือดฝอยประมาณ 100,000 กิโลเมตรซึ่งเป็นหลอดเลือด

ที่เล็กที่สุดโดยมีพื้นที่ผิวประมาณ 1,000 ตารางเมตร

นี่เป็นเรื่องจริงสำหรับทุกส่วนของคุณที่ต้องการแลกเปลี่ยนบางสิ่งกับโลกภายนอก

ร่างกายของคุณต้องการพื้นผิวเพื่อรับสารอาหารจากอาหาร

ดังนั้นลำไส้ของคุณจึงมีพื้นที่ผิวครึ่งสนามแบดมินตันประมาณ 40 ตารางเมตร

ยิ่งคุณมีขนาดใหญ่เท่าไหร่คุณก็ยิ่งต้องการพื้นผิวที่ซ่อนอยู่มากขึ้นเท่านั้น

ถ่ายต้นไม้. วิธีที่จะมีชีวิตอยู่คือการสร้างน้ำตาลจากอากาศและแสงแดด

ดังนั้นจึงต้องการพื้นที่ผิวให้มากที่สุด

ต้นส้มที่มีใบสองพันใบมีพื้นที่ผิวใบ 200 ตารางเมตร

แต่พื้นผิวภายในใบไม้ที่เกิดการแพร่กระจายจริงมีเนื้อที่ 6,000 ตารางเมตร

เช่นเดียวกับรากที่น้ำกระจายจากดินไปเป็นขนเล็ก ๆ จำนวนนับไม่ถ้วนที่

เพิ่มพื้นที่ผิวให้สูงสุด

รากหญ้า 1 ตารางเมตรรวมพื้นผิวได้มากถึง 350 ตารางเมตร!

หากเรามองไปที่ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ดูเหมือนว่าทุกอย่างจะแตกต่างกันมาก

และมันก็เป็น.

แต่หลักการพื้นฐานบางประการก็เหมือนกันสำหรับทุกคนและไม่ได้เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญมาเป็นเวลาหลายพันล้านปี

ถ้าเรามองไปที่สิ่งเล็ก ๆ หรือสิ่งที่ใหญ่มาก: ของ

เสียออกไปและเชื้อเพลิงที่สดใหม่เข้ามาสัตว์ใหญ่ต้องการความซับซ้อน ท่อประปาเพื่อให้เป็นไปได้

เชื้อเพลิงสดเป็นสิ่งที่เราทุกคนสามารถใช้ได้เป็นครั้งคราวโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความคิดสร้างสรรค์ของเรา

สิ่งที่ต้องทำก็แค่ลองทำสิ่งใหม่ ๆ และเรามีโอกาสที่ดีในการเริ่มต้น:

เราร่วมมือกับ Skillshare ชุมชนการเรียนรู้ออนไลน์ที่เปิดสอนหลักสูตรเกี่ยวกับทักษะการสร้างสรรค์เกือบทุก

ประเภทเช่นการออกแบบภาพประกอบแอนิเมชั่นการถ่ายภาพและการทำอาหาร

พวกเขามีหลักสูตรหลายพันหลักสูตรเริ่มต้นจากทุกระดับ

ดังนั้นทุกที่ที่คุณอยู่ตอนนี้จะมีบางอย่างสำหรับคุณ

บางทีคุณอาจต้องการดูเบื้องหลังของแอนิเมชั่นของเราตัวอย่างเช่น

เราได้สร้างคลาส Skillshare สองคลาสที่จะสอนวิธีการที่เราสร้างฉากเคลื่อนไหวจากวิดีโอของเรา

ด้วยคลาสวิดีโอบทเรียนและโปรเจ็กต์ภาคปฏิบัติ

หรือถ้าคุณต้องการดูภาพประกอบก่อนเราขอแนะนำ

Adobe Illustrator: Level Up Your Colors โดย Hayden Aube

แต่สิ่งที่คุณเลือกก่อนนั้นไม่สำคัญมากนักส่วนที่สำคัญคือการเริ่มต้น

สนุกและรับแรงบันดาลใจใหม่ ๆ

เข้าถึงทุกชั้นเรียนได้ไม่ จำกัด เพียงเดือนละสิบเหรียญพร้อมสมาชิกพรีเมี่ยมรายปี

และผู้ชม 1,000 kurzgesagt แรกที่คลิกลิงก์ในคำอธิบายจะได้รับสิทธิพิเศษ:

คุณจะได้ทดลองใช้ Skillshare Premium ฟรี

หากคุณต้องการแยกตัวออกจากร่องของคุณโดยการสำรวจทักษะใหม่และสนับสนุน kurzgesagt ลองดูสิ

และเรามีสิ่งอื่นที่จะทำให้ประสบการณ์การเรียนรู้ของคุณสมบูรณ์แบบอย่างแท้จริง:

สมุดบันทึก Ocean Explorer ใหม่ของเรา!

มีตัวอักษรฟอยล์แวววาวสวยงามและหน้าอินโฟกราฟิก 4 ภาพด้านใน

พาคุณท่องไปในทะเล

คู่หูที่สมบูรณ์แบบสำหรับทุกความต้องการในการจดบันทึกของคุณ

ออกแบบและผลิตด้วยความรักโดยนกเบิร์บเคิร์ซเกสแท็กต์

ขอบคุณที่รับชม!