ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ คืออะไร

ระบบนิเวศ หรือ ecosystem คือ การอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตในหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งก่อให้เกิดความสัมพันธ์ต่อสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและปฏิสัมพันธ์ต่อสิ่งแวดล้อม เกิดการถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนของสสารจากธรรมชาติสู่สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ

 

องค์ประกอบของระบบนิเวศ มีอะไรบ้าง

ระบบนิเวศมีองค์ประกอบ 2 ส่วน ได้แก่

1. องค์ประกอบทางชีวภาพ (biological component) คือ สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ เช่น พืช สัตว์ มนุษย์ เห็ด รา จุลินทรีย์ เป็นต้น โดยโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศแบ่งออกเป็น 3 ระดับ ดังนี้

• ผู้ผลิต (producer) ได้แก่พืช สาหร่าย โปรโตซัว เช่น ยูกลีน่า หรือเเบคทีเรียบางชนิด โดยมีบทบาทในการนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มากระตุ้นสารอนินทรีย์บางชนิดให้อยู่ในรูปของสารอาหาร
• ผู้บริโภค (consumer) ได้แก่ สัตว์ที่ดำรงชีวิตอยู่ได้ด้วยการกินสิ่งมีชีวิตอื่น ได้แก่
  • ผู้บริโภคพืช (herbivore หรือ primary consumer) เช่น ช้าง ม้า โค กระบือ กระต่าย เป็นต้น
  • ผู้บริโภคสัตว์ (carnivore หรือ secondary consumer) เช่น เสือ สิงโต เหยี่ยว งู เป็นต้น
  • ผู้บริโภคทั้งสัตว์ทั้งพืช (omnivore) เช่น คน ไก่ ลิง เป็นต้น
• ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ (decomposer) ได้แก่ เห็ด รา แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ต่างๆ ที่สามารถย่อยสลายซากพืช ซากสัตว์ หรือสารอินทรีย์ ให้เป็นสารอนินทรีย์พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

2. องค์ประกอบทางกายภาพ (physical component) คือ สิ่งไม่มีชีวิตในระบบนิเวศ เช่น ดิน น้ำ แสง อุณหภูมิ เป็นต้น

 

ห่วงโซ่อาหารและสายใยอาหาร

ห่วงโซ่อาหาร หรือ Food Chain คือ ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในเรื่องของการกินต่อกันเป็นทอด ๆ จาก ผู้ผลิตสู่ผู้บริโภค ทำให้มีการถ่ายทอดพลังงานในอาหารต่อเนื่องเป็นลำดับจากการกินต่อ โดยห่วงโซ่อาหารนั้นมีทั้งหมด 4 แบบ ได้แก่

1. ห่วงโซ่อาหารแบบผู้ล่า (Predator chain or Grazing food chain) เริ่มจากผู้ผลิตคือพืช ตามด้วยผู้บริโภคอันดับต่างๆ การถ่ายทอดพลังงานจึงประกอบด้วย ผู้ล่า (Predator) และเหยื่อ (Prey)
2. ห่วงโซ่อาหารแบบปรสิต (Parasitic chain) เริ่มจากผู้ถูกอาศัย (Host) ถ่ายทอดพลังงานไปยังปรสิต (Parasite) และต่อไปยังปรสิตอันดับสูงกว่า (Hyperparasite) โดยภายในห่วงโซ่นี้จะใช้การเกาะกินซึ่งกันและกัน
3. ห่วงโซ่อาหารแบบเศษอินทรีย์ (Detritus chain) เริ่มจากซากพืชหรือซากสัตว์ (Detritus) หรือสิ่งที่ไม่มีชีวิตถูกผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์กัดกิน และผู้บริโภคซากอาจถูกกินต่อโดยผู้บริโภคสัตว์ อีกทอด
4. ห่วงโซ่อาหารแบบผสม (Mixed chain) เป็นการถ่ายทอดพลังงานระหว่างสิ่งมีชีวิตหลายๆ ประเภท อาจมีทั้งแบบผู้ล่า และปรสิต เช่น จากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคพืช และไปยังปรสิตเป็นต้น

 

สายใยอาหาร (food web)

พลังงานทั้งหลายในระบบนิเวศนี้เกิดจากแสงอาทิตย์ พลังงานแสงถูกถ่ายทอดโดยเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานศักย์สะสมไว้ในสารอาหาร ซึ่งเกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง แล้วถูกถ่ายทอดไปสู่ผู้บริโภคลำดับต่างๆ ในระบบนิเวศ ซึ่งมีความสัมพันธ์กันอย่างซับซ้อนในรูปแบบที่เรียกว่า สายใยอาหาร (food web) โดยสายใยอาหารของกลุ่มสิ่งมีชีวิตใดที่มีความซับซ้อนมาก แสดงว่าผู้บริโภคลำดับที่ 2 และลำดับที่ 3 มีทางเลือกในการกินอาหารได้หลายทาง มีผลทำให้กลุ่มสิ่งมีชีวิตนั้นมีความมั่นคงในการดำรงชีวิตมากตามไปด้วย

 

การถ่ายทอดพลังงานในห่วงโซ่อาหาร

สามารถแสดงผ่านสามเหลี่ยมพีระมิดทางนิเวศวิทยา (Ecological Pyramid) ได้ 3 ลักษณะ ดังนี้

• พีระมิดจำนวนของสิ่งมีชีวิต (Pyramid of Numbers) คือ การแสดงจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิตตามลำดับขั้นของการบริโภคในหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งพีระมิดจำนวนของสิ่งมีชีวิตมักมีรูปลักษณ์ต่างจากพีระมิดฐานกว้างทั่วไป เนื่องจากจำนวนประชากรในระบบนิเวศ ไม่ได้คำนึงถึงมวลชีวภาพของสิ่งมีชีวิต ทำให้เกิดพีระมิดกลับด้านในระบบนิเวศที่มีจำนวนของผู้ผลิตน้อย แต่มีชีวมวลขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถรองรับผู้บริโภคจำนวนมาก

• พีระมิดมวลชีวภาพ (Pyramid of Biomass) คือ การแสดงปริมาณมวลรวมชีวภาพหรือเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภค ในรูปของน้ำหนักแห้ง (Dry Weight) ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งพีระมิดมวลของสิ่งมีชีวิต สามารถแสดงผลของการถ่ายทอดพลังงานภายในห่วงโซ่อาหารได้แม่นยำขึ้น ถึงแม้จำนวนหรือมวลของสิ่งมีชีวิตจะมีการเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาหรือฤดูกาลต่าง ๆ รวมไปถึงอัตราการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่ไม่คงที่

• พีระมิดพลังงาน (Pyramid of Energy) คือ การแสดงปริมาณพลังงานของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภคภายในห่วงโซ่อาหาร ซึ่งสามารถแสดงผลของการถ่ายทอดพลังงานภายในห่วงโซ่อาหารได้ชัดเจนที่สุด โดยพีระมิดปริมาณพลังงานจะมีลักษณะเป็นพีระมิดฐานกว้างเสมอ ตามปริมาณพลังงานของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภค ซึ่งจะมีค่าลดลงตามลำดับขั้นที่สูงขึ้นตาม “กฎ 10 เปอร์เซ็นต์” (Ten Percent Law) กล่าวคือ พลังงานที่สิ่งมีชีวิตแต่ละลำดับขั้นในระบบนิเวศได้รับนั้นจะไม่เท่ากันตามหลักของลินด์แมนกล่าวไว้ว่า พลังงานที่ได้รับจากผู้ผลิตทุกๆ 100 ส่วน จะมีเพียง 10 ส่วนเท่านั้นที่ผู้บริโภคนำไปใช้ในการดำรงชีวิตและการเจริญเติบโต และพลังงานในผู้บริโภคแต่ละลำดับทุกๆ 100 ส่วนก็จะถูกนำไปใช้แค่ 10 ส่วนนั่นเอง

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะคือ

1. ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน
2. ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศแบ่งได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

 

1. การได้รับประโยชน์ร่วมกัน (mutualism) เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิดที่ได้ประโยชน์ด้วยกันทั้งสองชนิด ใช้สัญลักษณ์ (+, +) เช่น แมลงกับดอกไม้ แมลงดูดน้ำหวานจากดอกไม้เป็นอาหาร และดอกไม้ก็มีแมลงช่วยผสมเกสร

2. ภาวะอิงอาศัยหรือภาวะเกื้อกูล (commensalism) เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตโดยที่ฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ ส่วนอีกฝ่ายหนึ่งไม่ได้ประโยชน์แต่ก็ไม่เสียประโยชน์ (+,0) เช่น ปลาฉลามกับเหาฉลาม เหาฉลามอาศัยอยู่ใกล้ตัวปลาฉลามและกินเศษอาหารจากปลาฉลาม ซึ่งปลาฉลามจะไม่ได้ประโยชน์ แต่ก็ไม่เสียประโยชน์

3. ฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์และอีกฝ่ายหนึ่งเสียประโยชน์ ( +, -) ซึ่งแบ่งเป็น 2 แบบ คือ การล่าเหยื่อ (predation) เป็นความสัมพันธ์โดยมีฝ่ายหนึ่งเป็นผู้ล่า (predator) และอีกฝ่ายหนึ่งเป็นเหยื่อ (prey) หรือเป็นอาหารของอีกฝ่าย เช่น งูกับกบ และภาวะปรสิต (parasitism) เป็นความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีฝ่ายหนึ่งเป็นผู้เบียดเบียน เรียกว่า ปรสิต (parasite) และอีกฝ่ายหนึ่งเป็นเจ้าของบ้าน (host)

 

ความหลากหลายของระบบนิเวศ

โครงสร้างของระบบนิเวศในแต่ละแหล่งของโลกมีความแตกต่างกัน โดยบางแห่งเป็นภูเขา ที่ราบ ทะเลทราย ทะเลสาบ และทะเล ทำให้เกิดระบบนิเวศที่หลากหลายบนโลก โดยระบบนิเวศทั้งหมดนี้จัดเป็นระบบนิเวศขนาดใหญ่ ซึ่งเรียกว่าชีวภาคหรือโลกของสิ่งมีชีวิต (biosphere)

ตารางเเสดงประเภทของระบบนิเวศ ลักษณะ และบริเวณที่พบระบบนิเวศ

ประเภทของระบบนิเวศ	ลักษณะ	บริเวณที่พบ
1. ป่าดิบชื้น (tropical rain forest)	– อยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตร – ฝนตกตลอดปี อาจสูงกว่า 400 เซนติเมตรต่อปี – พบพืชพวกไม้ยาง ตะเคียน กันเกรา บุนนาค ปาล์ม เฟิน และมอสส์	– ประเทศไทย – มาเลเซีย – อินโดนีเซีย – ฟิลิปปินส์ – อเมริกาใต้ – แอฟริกา
2. ทะเลทราย (desert)	– อยู่บริเวณเหนือหรือใต้เส้นศูนย์สูตร บริเวณละติจูดที่ 30 องศาเหนือหรือใต้ – มีฝนตกอย่างน้อย 20 เซนติเมตรต่อปี – พบกระบองเพชร	– ทางเหนือของแม็กซิโก – ประเทศชิลี – เปรู – แอฟริกา
3. ป่าผลัดใบ (temperate deciduous forest)	– อยู่เหนือหรือใต้บริเวณที่มีทะเลทราย – อากาศอบอุ่น มีฝนตกมาก – พบพืชพวกโอ๊ก เมเปิล	– อเมริกาเหนือ – ยุโรป – ญี่ปุ่น – ออสเตรเลีย
4. ป่าสน (taiga)	– อากาศหนาวจัด มีหิมะในฤดูหนาว – พบไม้ไม่พลัดใบ เช่น สน	– ตอนใต้ของประเทศแคนาดา – ไซยีเรีย
5. ทุนดรา (tundra)	– ปกคลุมด้วยน้ำแข็ง – ไม่พบต้นไม้ใหญ่ พบหญ้ามอสส์ ไลเคน ไม่พุ่มเล็กๆ	– ทางเหนือของประเทศแคนาดา – รัฐอะแลสกาของสหรัฐอเมริกา
6. ทุ่งหญ้า (grassland)	– พบหญ้าเป็นจำนวนมาก – ฝนตกไม่มาก	– อเมริกาเหนือ – แอฟริกาใต้ – อาร์เจนตินา

 

ระบบนิเวศในน้ำ

1. ระบบนิเวศน้ำจืดแบ่งออกเป็น 3 บริเวณ คือ บริเวณน้ำตื้น (littoral zone) บริเวณกลางน้ำ (limnetic zone) และบริเวณใต้น้ำ (profundal zone) ซึ่งแต่ละบริเวณมีแสงเป็นปัจจัยหลัก ที่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีความแตกต่างกัน

2. ระบบนิเวศน้ำทะเลแบ่งออกเป็น 4 บริเวณ คือ บริเวณน้ำขึ้น-น้ำลง บริเวณน้ำตื้น บริเวณขอบทวีป และบริเวณใต้มหาสมุทรซึ่งมืดมิด โดยแต่ละบริเวณมีแสง อุณหภูมิ และความเค็ม เป็นปัจจัยในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต

วัฏจักรน้ำ (water cycle)

น้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เป็นตัวกลางของกระบวนการต่าง ๆ ในสิ่งมีชีวิต อีกทั้งยังเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตมากมายเพราะโลกของเราประกอบด้วยน้ำ 3 ใน 4 ส่วน วัฏจักรของน้ำจึงนับว่ามีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตเป็นอย่างมาก การเกิดวัฎจักรของน้ำตามธรรมชาติแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน ได้แก่ การระเหย การควบแน่น การเกิดฝนตก และการรวมตัวของน้ำ

 

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักของสารอินทรีย์ทั้งหมด ดังนั้นวัฏจักรคาร์บอนจึงเกิดควบคู่กับวัฏจักรพลังงานในระบบนิเวศ การสังเคราะห์ด้วยแสงโดยพืช สาหร่าย แพลงก์ตอนพืชและแบคทีเรีย ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และให้ผลผลิตเป็นคาร์โบไฮเดรตในรูปน้ำตาลและเมื่อมีการหายใจ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกปลดปล่อยออกสู่บรรยากาศอีกครั้ง แม้ว่าในบรรยากาศจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพียง 0.03% แต่การสังเคราะห์ด้วยแสงใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศไปถึง 1 ใน 7 ในขณะเดียวกันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการหายใจก็ชดเชยส่วนที่หายไปคืนสู่บรรยากาศ ทำให้ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศคงที่ตลอดเวลา

 

วัฏจักรออกซิเจน(oxygen cycle)

วัฏจักรน้ำและวัฏจักรออกซิเจน มีความสัมพันธ์เกี่ยวโยงกัน เพราะต่างประกอบด้วยโมเลกุลออกซิเจน โดยทั่วไป O2 ได้มาจากการสังเคราะห์ด้วยแสง แล้วจึงเปลี่ยนเป็นน้ำในขั้นตอนการหายใจที่มีการใช้ O2 วัฏจักรออกซิเจนแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน ได้แก่ การสังเคราะห์ด้วยแสง และการหายใจแบบใช้ออกซิเจน

 

วัฏจักรไนโตรเจน (nitrogen cycle)

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดอะมิโนซึ่งเป็นองค์ประกอบของโปรตีนทุกชนิดในสิ่งมีชีวิต พืชใช้ไนโตรเจนได้ใน 2 รูป คือแอมโมเนียม (ammonium หรือ NH4 +) และไนเตรต (nitrate หรือ NO3 -) และแม้ว่าในบรรยากาศจะประกอบด้วยไนโตรเจนถึง 80% แต่อยู่ในรูปก๊าซไนโตรเจน (N2) ซึ่งพืชไม่สามารถนำมาใช้ได้

 

วัฎจักรฟอสเฟต (phosphorus cycle)

จะแตกต่างจากวัฎจักรอื่นๆ เช่น คาร์บอน ออกซิเจนและไนโตรเจน คือ จะไม่พบฟอสฟอรัสในบรรยากาศทั่วไปไม่เหมือนกับวัฏจักรที่กล่าวมา ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของของแข็งของสารประกอบฟอสเฟตเกือบทั้งหมด เช่น พบในชั้นหินฟอสเฟต ฟอสฟอรัสเป็นสารที่เป็นองค์ประกอบสำหรับสารพันธุกรรม เช่น DNA (deoxyribonucleic acid) และ RNA (ribonucleic acid) ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการเมตาบอลิซึมและการถ่ายทอดพันธุกรรมของเซลล์ นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับสารให้พลังงานสูงในสิ่งมีชีวิต เรียกว่า ATP รวมทั้งเป็นองค์ประกอบของฟอสโฟไลปิด (phospholipid)

 

ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง ระบบนิเวศ

1. ระบบนิเวศในทะเลประกอบด้วย ไดอะตอม ลูกกุ้ง ลูกปลา สาหร่ายสีน้ำตาล ปลาขนาดใหญ่ ถ้านำมาเขียนพีระมิดจำนวน สิ่งมีชีวิตชนิดใดควรอยู่ล่างสุดของพีระมิด

ก. ไดอะตอม
ข. ปลาขนาดใหญ่
ค. ลูกกุ้ง ลูกปลา
ง. สาหร่ายสีน้ำตาล

2. ในอ่างเลี้ยงปลาที่จัดให้อยู่ในสภาพสมดุลแล้วนำมาทำให้ปิดสนิท สิ่งมีชีวิตในอ่างเลี้ยงปลานั้นจะมีชีวิตอยู่ได้นานประมาณเท่าใด

ก. อยู่ได้นานไม่เกิน 2 เดือน
ข. เมื่อไนโตรเจนในน้ำถูกใช้หมด
ค. เมื่อออกซิเจนในน้ำถูกใช้จนหมด
ง. เมื่ออุณหภูมิพอเหมาะและได้รับแสงสว่างมากเพียงพอ

3. ใต้ต้นมะม่วงหลังบ้าน มีสิ่งมีชีวิตหลายชนิด เช่น มดดำ คางคก หญ้า เห็ดรา ปลวก อยู่มากมาย สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันทั้งทางตรงและทางอ้อมนอกจากนี้ สิ่งมีชีวิตยังมีความสัมพันธ์กับแหล่งที่อยู่อาศัยด้วย เราเรียกความสัมพันธ์ดังกล่าวว่าอะไร

ก. ระบบนิเวศ
ข. สายใยอาหาร
ค. ห่วงโซ่อาหาร
ง. กลุ่มสิ่งมีชีวิต

4. “สิ่งที่ได้มาจากธรรมชาติและมีประโยชน์ต่อความเป็นอยู่ของมนุษย์ เรียกว่า ทรัพยากรธรรมชาติ ดังนั้นแสงอาทิตย์จึงถือได้ว่าเป็นทรัพยากรธรรมชาติเช่นกัน” ข้อความนี้ถูกต้องหรือไม่ เพราะเหตุใด

ก. ถูกต้อง เพราะ แสงมีความจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์
ข. ถูกต้อง เพราะ เราสามารถแปลงแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานได้
ค. ไม่ถูกต้อง เพราะ แสงเป็นสิ่งที่ไม่ต้องเสาะแสวงหามาใช้ประโยชน์
ง. ไม่ถูกต้อง เพราะ แสงไม่สามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมได้

5. “ปลานิล เป็นปถากินพืชที่เจริญเติบโตเร็ว มีลูกได้ครั้งละมาก ๆ สามารถอยู่ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างหลากหลาย และทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม” จากข้อมูล ข้อใดเป็นปัจจัยที่มีโอกาลเพิ่มแครีอิงคาพาซิตี (carrying capacity) ของประชากรปลานิลในบึงน้ำจืดแห่งหนึ่งมากที่สุด

ก. การเพิ่มขึ้นของปถากินพืชต่างถิ่นที่ถูกปล่อยลงตู่บึง
ข. การขุดขยายขนาดบึงเพื่อเป็นแก้มลิงในการเก็บน้ำฝน
ค. การรั่วไหลของตารมลพิษจากโรงงานอุตสาหกรรมลงไปสู่บึง
ง. การเพิ่มขนาดของประชากรปลาชะโดซึ่งเป็นผู้บริโภคลำดับสุดท้าย,
จ. การเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของตาหร่ายจนทำให้ปริมาณออกซิเจนในน้ำลดลง

ระบบนิเวศ