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
- ห่วงโซ่อาหารแบบผู้ล่า (Predator chain or Grazing food chain) เริ่มจากผู้ผลิตคือพืช ตามด้วยผู้บริโภคอันดับต่างๆ การถ่ายทอดพลังงานจึงประกอบด้วย ผู้ล่า (Predator) และเหยื่อ (Prey)
- ห่วงโซ่อาหารแบบปรสิต (Parasitic chain) เริ่มจากผู้ถูกอาศัย (Host) ถ่ายทอดพลังงานไปยังปรสิต (Parasite) และต่อไปยังปรสิตอันดับสูงกว่า (Hyperparasite) โดยภายในห่วงโซ่นี้จะใช้การเกาะกินซึ่งกันและกัน
- ห่วงโซ่อาหารแบบเศษอินทรีย์ (Detritus chain) เริ่มจากซากพืชหรือซากสัตว์ (Detritus) หรือสิ่งที่ไม่มีชีวิตถูกผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์กัดกิน และผู้บริโภคซากอาจถูกกินต่อโดยผู้บริโภคสัตว์ อีกทอด
- 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
- ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน
- 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
