การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต เริ่มมาจากเซลล์เพียงเซลล์เดียวที่ได้หลังจากการปฏิสนธิที่เรียกว่า ไซโกต (zygote) แล้วจึงเกิดการแบ่งนิวเคลียสแบบไมโทซิสอย่างต่อเนื่อง จนพัฒนาเป็น เอ็มบริโอแล้วกําเนิดเป็นเนื้อเยื่อ และโครงสร้างของอวัยวะต่างๆ ตามชนิดของสิ่งมีชีวิต เกิดเป็นร่างกาย โดยการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตจะมีรูปแบบการเปลี่ยนแปลงเป็นแบบแผนที่ตายตัว ซึ่งการเปลี่ยนไปสู่สภาพใหม่จะไม่สามารถเปลี่ยนกลับสู่สภาพเดิมได้ ดังนั้น สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจึง เริ่มด้วยการเกิด และสิ้นด้วยการตายตามวัฎรจักรของชีวิต

กระบวนการที่สําคัญของการเจริญเติบโต

สามารถอธิบายได้ดังนี้

1. การเพิ่มจำนวนเซลล์ (cell multiplication)

สิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์เดียว เมื่อมีการแบ่งเซลล์เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ก็จะทำให้เกิดการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศขึ้น สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เมื่อเกิดปฏิสนธิแล้ว เซลล์ที่ได้ก็คือ ไซโกต ซึ่งจะมีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ให้มากขึ้น

2. การเจริญเติบโต (growth)

ในสิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์เดียว การเพิ่มของไซโทพลาซึมก็จัดว่าเป็นการเจริญเติบโต เมื่อเซลล์ของสิ่งมีชีวิตแบ่งเซลล์ในตอนแรก เซลล์ใหม่ที่ได้จะมีขนาดเล็กกว่าเซลล์เดิม ในเวลาต่อมาเซลล์ใหม่ที่ได้จะสร้างสารต่างๆ เพิ่มมากขึ้น ทำให้ขนาดของเซลล์ใหม่นั้นขยายขนาดขึ้น ซึ่งจัดเป็นการเจริญเติบโตด้วยเช่นกัน

3. การเปลี่ยนแปลงของเซลล์เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ (cell differentiation)

สิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์เดียวก็มีการเปลี่ยนแปลงของเซลล์เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ เหมือนกัน เช่น มีการสร้างเซลล์ที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้ดี เช่น การสร้างเอนโดสปอร์ของแบคทีเรียในพวกสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินก็มี เช่น การสร้างเซลล์พิเศษซึ่งเรียกว่า เฮเทอโรซิสต์ (heterocyst) มีผนังหนา และสามารถจับแก๊สไนโตรเจนในอากาศ เปลี่ยนเป็นสารประกอบไนโตรเจนที่มีประโยชน์ต่อเซลล์ของสาหร่ายชนิดนั้นๆ ได้สิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์ทางเพศ เมื่อไข่และอสุจิผสมกันก็จะได้เซลล์ใหม่ คือ ไซโกต ซึ่งมีเพียงเซลล์เดียว ต่อมาไซโกตจะแบ่งตัวเพิ่มจำนวนเซลล์ให้มากขึ้น เซลล์ใหม่ๆ ที่ได้จะเปลี่ยนแปลงเพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ กัน เช่น เซลล์ที่ทําหน้านํากระแสประสาทที่เรียกว่า เซลล์ประสาท เป็นต้น 

4. การเกิดรูปร่างที่แน่นอน (morphogenesis)

เป็นผลจากการเพิ่มจำนวนเซลล์ การเจริญเติบโต การเปลี่ยนแปลงของเซลล์เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ กระบวนการเหล่านี้จะเกิดขึ้นในระยะเอ็มบริโออยู่ตลอดเวลา มีการสร้างอวัยวะต่างๆ ขึ้น อัตราเร็วของการสร้างในแต่ละแห่งบนร่างกายจะไม่เท่ากัน ทำให้เกิดรูปร่างของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดขึ้น โดยที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีแบบแผนและลักษณะทางพันธุกรรม ซึ่งถูกควบคุมโดยยีนบนโครโมโซมของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ

การวัดการเติบโต (measurement of growth)

เป็นการวัดขนาดที่เพิ่มมากขึ้น ทำได้หลายวิธี คือ

1. การวัดน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น หรือการหามวลของมีชีวิตที่เพิ่มขึ้น การวัดน้ำหนักเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่ใช้ในการวัดการเติบโต เพราะการที่น้ำหนักเพิ่มขึ้นได้ เนื่องมากจากเซลล์ของร่างกายเพิ่มมากขึ้น หรือมีการสร้างและสะสมของสารต่างๆ ภายในเซลล์และร่างกายมากขึ้น การเพิ่มของน้ำหนักจะมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอัตราการเติบโต จึงเหมาะสมที่จะนำมาใช้ในการวัดการเติบโตมากกว่าเกณฑ์อื่นๆ

2. การวัดความสูงที่เพิ่มขึ้น ความสูงที่เพิ่มขึ้นอาจไม่เป็นอัตราส่วนกับมวล หรือน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น การวัดความสูงจึงเป็นการคาดคะเนการเติบโตเท่านั้น

3. การวัดปริมาตรที่เพิ่มขึ้น ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นมักจะสัมพันธ์กับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น แต่การหาปริมาตรจะมีความยุ่งยากและลำบากกว่าการหาน้ำหนัก จึงไม่ค่อยนิยมใช้กันมากนัก

4. การนับจำนวนเซลล์ที่เพิ่มขึ้น การนับจำนวนเซลล์จะใช้กับสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กๆ ได้ เช่น การเพิ่มจำนวนเซลล์ของสาหร่าย ไม่นิยมใช้กับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ๆ

กราฟการเจริญเติบโตของสัตว์ (growth curve)

เส้นโค้งที่แสดงการเติบโต อาจจะวัดออกมาเป็นหน่วยน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยเวลาที่เปลี่ยนไป หรือหน่วยความสูงที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยเวลาที่เปลี่ยนไป สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะมีเส้นโค้งการเจริญเติบโตเป็นรูปตัว S หรือ sigmoid curve หรือ S-shape growth curve เสมอ

เส้นโค้งการเติบโตแบ่งออกได้เป็น 4 ระยะ คือ

1. ระยะเริ่มต้น เป็นระยะที่สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นเริ่มการเติบโต ในระยะนี้จะเป็นไปอย่างช้าๆ เส้นโค้งการเติบโตจึงมีความชันน้อย

2. ระยะเติบโตอย่างรวดเร็ว เป็นระยะที่ต่อจากระยะแรก โดยที่สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นจะมีการเพิ่มจำนวนเซลล์มีการสร้างสารต่างๆ สะสมในเซลล์มากขึ้น ทำให้น้ำหนักหรือความสูงหรือจำนวนเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่วนโค้งการเติบโตจึงชันมากกว่าระยะอื่นๆ

3. ระยะคงที่ เป็นระยะที่มีการเติบโตสิ้นสุดแล้ว ทำให้น้ำหนัก ความสูง หรือขนาดของสิ่งมีชีวิต ไม่เพิ่มขึ้น และค่อนข้างจะคงที่อยู่อย่างนั้นตลอดไป

4. ระยะสิ้นสุด เมื่อสิ่งมีชีวิตเติบโตถึงที่สุดแล้ว และถ้าปล่อยเวลาต่อไปอีกก็จะถึงระยะเวลาที่ร่วงโรยเสื่อมโทรมในที่สุดก็จะตายไป

ในสัตว์พวกที่มีโครงร่างแข็งนอกตัว (exoskeleton) จะมีแบบแผนของการเติบโตแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตทั่วไป เช่น มวนน้ำชนิดหนึ่งจะมีแบบแผนแบบขั้นบันได (intermittent growth curve )

ขั้นตอนการเจริญเติบโตของสัตว์

แบ่งเป็น 2 ขั้นตอน ดังนี้

1. การเจริญเติบโตในระยะเอ็มบริโอ เริ่มจาก sperm รวมตัวกับไข่ เกิดเป็นไซโกต แล้วเจริญต่อไปเป็นเอ็มบริโอ (embryo) แบ่งออกเป็น 4 ระยะย่อย ดังนี้

1.1) คลีเวจ (cleavage) เป็นกระบวนการที่ไซโกตมีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสอย่างรวดเร็ว ทำให้ได้เอ็มบริโอที่มีจำนวนเซลล์เพิ่มมากขึ้น แต่ขนาดของเซลล์ของเอ็ทบริโอก็เล็กลงตามลำดับ เมื่อสิ้นสุดระยะคลีเวจจะได้เอ็มบริโอที่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากมาย

1.2) บลาสทูเลชัน (blastulation) เป็นกระบวนการที่เซลล์เอ็มบริโอจัดเรียงตัวอยู่ชั้นรอบนอก ตรงกลางเป็นช่องว่างที่มีของเหลวบรรจุอยู่เต็มเรียกว่า บลาสโทซีล (blastocoel) เรียกเอ็มบริโอระยะนี้ว่า บลาสทูลา(blastula)

1.3) แกสทรูเลชัน (gastrulation) เป็นกระบวนการที่เซลล์มีการเคลื่อนที่ และจัดเรียงตัวเป็นเนื้อเยื่อชั้นต่างๆ โดยมีการเคลื่อนที่ของเซลล์ในลักษณะต่างๆ กัน เช่น กลุ่มเซลล์ชั้นนอกปุ๋มตัวเข้าไปข้างใน หรือมีการม้วนตัวเข้าไปในช่องว่างภายในเอ็มบริโอ เป็นต้น เอ็มบริโอที่ผ่านกระบวนการนี้จะมีรูปร่างต่างไปจากเดิม ประกอบด้วยเนื้อเยื่อ 3 ชั้น คือ เอกโทเดิร์ม (ectoderm) เมโซเดิร์ม (mesoderm) และ เอนโดเดิร์ม(endoderm) เรียกเอ็มบริโอระยะนี้ว่า แกสทรูลา (gastrula)

1.4) ออร์แกโนเจเนซิส (organogenesis) เป็นกระบวนการที่เนื้อเยื่อทั้ง 3 ชั้นของเอ็มบริโอพัฒนาไปเป็นอวัยวะต่างๆ ดังนี้

- ectoderm พัฒนาไปเป็นระบบประสาท ระบบห่อหุ้มร่างกาย และอวัยวะรับสัมผัสต่างๆ
- mesoderm เปลี่ยนแปลงไปเป็นระบบกล้ามเนื้อ ระบบหมุนเวียนเลือด ระบบสืบพันธุ์ ระบบขับถ่าย กระดูก
- endoderm เปลี่ยนแปลงไปเป็นระบบย่อยอาหาร ระบบหายใจ และอวัยวะภายในต่างๆ

2. การเจริญเติบโตในระยะหลังเอ็มบริโอ แบ่งเป็น

2.1) ไม่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างระยะหลังเอ็มบริโอ (ametamorphosis) คือ ไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่าง จากไข่กลายเป็นตัวเต็มวัย เช่น สัตว์ใหญ่ และแมลงไม่มีปีก ได้แก่ ตัวสองง่าม แมลงหางดีด ไส้เดือน ไฮดรา พยาธิตัวตืด ปลา สัตว์เลื้อยคลาน เป็นต้น

2.2) มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างระยะหลังเอ็มบริโอ (metamorphosis) คือ เปลี่ยนแปลงรูปร่างต่างจากพ่อแม่เป็นขั้นๆ จนเป็นตัวเต็มวัย มีการเกิดอวัยวะใหม่หรือบางส่วนหายไป ได้แก่ สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ไส้เดือน ไฮดรา พยาธิตัวตืด กุ้ง กั้ง ปู เป็นต้น

การเจริญเติบโตของไก่

เซลล์ของไก่เป็นเซลล์ที่มีขนาดใหญ่ เนื่องจากมีปริมาณใข่แดงซึ่งเป็นอาหารสะสมอยู่ภายในเซลล์เป็นจำนวนมาก และมีเพียงบริเวณเล็กๆ ใกล้ผิวเซลล์ด้านบนของเซลล์ใข่ที่มีนิวเคลียสและไซโทพลาซึม เป็นบริเวณที่เกิดการปฏิสนธิกับอสุจิได้ไซโกต ซึ่งเจริญไปเป็นเอ็มบริโอต่อไป

ไก่เป็นสัตว์ที่วางไข่บนบก เอ็มบริโอของไก่มีการปรับโครงสร้างหลายประการที่แตกต่างไปจากเอ็มบริโอที่เจริญในน้ำ ได้แก่ การมีเปลือกไข่เพื่อป้องกันอันตราย และแก้ปัญหาการสูญเสียน้ำของเซลล์ไข่

นอกจากนี้เอ็มบริโอยังห่อหุ้มด้วยถุง 2 ชั้น ถุงชั้นใน คือ ถุงน้ำคร่ำ (amnion) มีของเหลวบรรจุอยู่ เพื่อทำหน้าที่ป้องกันการกระทบกระเทือน และป้องกันไม่ให้เอ็มบริโอแห้ง ถุงชั้นนอก เรียกว่า คอเรียน (chorion) อยู่ใกล้เปลือกไข่ ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊ส

ในระยะที่มีการเจริญของอวัยวะต่างๆ เอ็มบริโอจะมีการสร้างถุง เรียกว่า แอลแลนทอยส์ (allantois) จากตัวเอ็มบริโอแทรกไปชิดกับเปลือกไข่ พร้อมกับมีหลอดเลือดฝอยอยู่โดยรอบ ถุงนี้ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊สกับภายนอก และเก็บของเสียประเภทกรดยูริกสะสมไว้จนกระทั่งเอ็มบริโอออกจากไข่ เมื่อเอ็มบริโอนี้เจริญเติบโตเต็มที่ก็จะฟักออกจากไข่ แล้วเจริญเติบโตเป็นตัวเต็มวัยโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบเมตามอร์โฟซิส

การเจริญเติบโตของมนุษย์

การเจริญเติบโตของคนในระยะเอ็มบริโอ เกิดขึ้นหลังจากเซลล์ไข่ปฏิสนธิ แล้วแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสหลายๆ ครั้ง โดยเริ่มจาก 1 เซลล์ เป็น 2 เซลล์ 4 เซลล์ 8 เซลล์ แล้วกลายเป็นเซลล์รวมตัวกันเป็นก้อนกลมภายในตัวเรียกว่า มอรูลา (morula) แล้วจัดการเรียงตัวของเซลล์ใหม่ เกิดเป็นกลุ่มเซลล์ที่มีช่องว่างภายใน (blastocoel) เรียกกลุ่มเซลล์ระยะนี้ว่า บลาสโทซิสต์ (blastocyst) เมื่ออายุได้ประมาณ 7 วัน และฝังตัวติดในผนังมดลูกเมื่ออายุได้ 9 วัน ก่อนจะถึงระยะนี้ โดยเริ่มตั้งแต่เซลล์ไข่ยังไม่ถูกผสมเป็นต้นมา จะมีการเคลื่อนที่อยู่ภายในท่อนำไข่

เอ็มบริโอของคนในระยะที่สร้างเนื้อเยื่อสามชั้น เริ่มจากส่วนที่เรียกว่า อินเนอร์เซลล์แมส (Inner cell mass) เกิดการเปลี่ยนแปลง ถึงแม้จะเป็นสัตว์ที่เจริญอยู่ในมดลูกแม่ ก็ยังจำเป็นต้องมีถุงน้ำคร่ำ (amnion) หุ้ม ซึ่งสันนิษฐานว่าน่าจะมาจากบรรพบุรุษซึ่งออกลูกเป็นไข่มาก่อน คือ พวกตุ่นปากเป็ด

นอกจากถุงน้ำคร่ำแล้ว ยังมีแอลแลนทอยส์ถุงไข่แดงหลงเหลืออยู่ เพราะเอ็มบริโอได้อาหารจากแม่ทางสายสะดือ (umbilical cord) ซึ่งรวมเอาถุงแอลแลนทอยส์ไว้ด้วย สายสะดือนี้จะต่อกับรกของแม่ซึ่งเป็นผนังมดลูกนั่นเอง สำหรับถุงไข่แดงมิได้มีหน้าที่อย่างใดกับเอ็มบริโอเช่นเดียวกับแอลแลนทอยส์

โดยทั่วไป เอ็มบริโอของคนเจริญในครรภ์ราว 9 เดือน หรือ 270-296 วันหลังจากปฏิสนธิ เมื่อเอ็มบริโออายุได้ 2 สัปดาห์ จะมีความยาวราว 1.5 มิลลิเมตร และมีการเจริญของเนื้อเยื่อ 3 ชั้น  ในสัปดาห์ที่ 3 เริ่มมีระบบประสาทและอวัยวะ เช่น หัวใจลักษณะเป็นท่อ หัวใจเริ่มเต้นเป็นจังหวะ ระยะนี้เอ็มบริโอมีความยาวราว 2-3 มิลลิเมตร ระยะ 4 สัปดาห์ เริ่มปรากฏอวัยวะต่างๆ เจริญอย่างชัดเจน เช่น แขน ขา และเมื่อเอ็มบริโออายุ 8 สัปดาห์ หรือราว 60 วัน จะมีอวัยวะต่างๆ เจริญครบถ้วน ซึ่งเป็นระยะสิ้นสุดของเอ็มบริโอ หลังจากนี้ จะเรียกว่าฟีตัส (fetus) แทน เมื่อฟีตัสอายุมากขึ้น ขนาดและส่วนต่างๆ ของฟีตัสจะค่อยๆ ใหญ่ขึ้น ฟีตัสจะเริ่มแยกเพศให้เห็นได้ชัดเจนเมื่อมีอายุได้ 3 เดือน พร้อมกับเห็นนิ้วมือ นิ้วเท้า ต่อมาในเดือนที่ 4-6 ฟีตัสจะมีขนาดใหญ่โตเพิ่มขึ้น พร้อมกับมีการเคลื่อนไหวเพิ่มมากขึ้น ด้านนอกจะเริ่มมีขนมีผม ส่วนกระดูกภายในเจริญมากขึ้นในช่วงเดือนที่ 6 นั้น จะมีน้ำหนักตัวประมาณ 680 กรัม ช่วง 3 เดือนสุดท้ายก่อนคลอด ฟีตัสยิ่งเพิ่มขนาดมากขึ้น และเป็นช่วงที่ระบบประสาทเจริญมากขึ้น หลังจากคลอดออกมาแล้ว ส่วนใหญ่ของการเจริญเติบโตจะเป็นการเพิ่มน้ำหนัก และความสูง อีกทั้งส่วนต่างๆ ของร่างกายมีการเจริญเติบโตไม่เท่ากัน

สำหรับการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อสมองของเด็ก พบว่าในช่วง 2-3 เดือนของเด็กก่อนคลอด และในช่วง 6 เดือนหลังคลอด หากขาดสารอาหารที่จำเป็นจะทำให้การเจริญเติบโตและการพัฒนาของสมองช้า และมีจำนวนเซลล์ของสมองน้อย เพราะเซลล์สมองแบ่งตัวช้า อันมีผลต่อสติปัญญาของเด็ก การแก้ไขทำได้โดยการเพิ่มอาหารเพื่อให้สมองเด็กเหล่านี้เจริญเติบโต แต่จะแก้ไขได้เฉพาะช่วงที่สมองยังมีการเจริญเติบโต แต่ถ้าแก้ไขหลังจากช่วงนั้นจะไม่ได้ผล