ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ

(ECOSYSTEM)

1.  ความหมายของระบบนิเวศ (Ecosystem)

                   ระบบนิเวศเป็นหน่วยที่สำคัญที่สุดในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต   และสิ่งแวดล้อม  เพราะประกอบไปด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด  มีการแลกเปลี่ยนสสาร แร่ธาตุ และพลังงานกับสิ่งแวดล้อม  โดยผ่านห่วงโซ่อาหาร (food chain)  มีลำดับของการกินเป็นทอด ๆ ทำให้สสารและแร่ธาตุมีการหมุนเวียนไปใช้ในระบบจนเกิดเป็นวัฏจักร  ทำให้มีการถ่ายทอดพลังงานไปตามลำดับขั้นเป็นช่วง ๆในห่วงโซ่อาหารได้  การจำแนกองค์ประกอบของระบบนิเวศ ส่วนใหญ่จะจำแนกได้เป็นสององค์ประกอบใหญ่ ๆ คือ องค์ประกอบที่มีชีวิตและองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต

2.  องค์ประกอบของระบบนิเวศ

                 การจำแนกองค์ประกอบของระบบนิเวศแยกตามหน้าที่ในระบบ ได้แก่พวกที่สร้างอาหารได้เอง (autotroph) และสิ่งมีชีวิตได้รับอาหารจากสิ่งมีชีวิตอื่น (heterotroph) อย่างไรก็ตามการจำแนกองค์ประกอบของระบบนิเวศโดยทั่วไปมักประกอบไปด้วยองค์ประกอบที่มีชีวิต (biotic) และองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต (abiotic)

           2.1 องค์ประกอบที่มีชีวิต (biotic component) ได้แก่

                       2.1.1 ผู้ผลิต (producer or autotrophic) ได้แก่สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้ จากสารอนินทรีย์ส่วนมากจะเป็นพืชที่มีคลอโรฟิลล์

                       2.1.2 ผู้บริโภค (consumer) ได้แก่สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ (heterotroph) ส่วนใหญ่เป็นสัตว์ที่กินสิ่งมีชีวิตอื่นเป็นอาหาร เนื่องจากสัตว์เหล่านี้มีขนาดใหญ่จึงเรียกว่า แมโครคอนซูมเมอร์ (macroconsumer)

                       2.1.3 ผู้ย่อยสลายซาก (decomposer, saprotroph,osmotroph หรือ microconsumer) ได้แก่สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สร้างอาหารเองไม่ได้ เช่น แบคทีเรีย เห็ด รา (fungi) และแอกทีโนมัยซีท (actinomycete) ทำหน้าที่ย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วในรูปของสารประกอบโมเลกุลใหญ่ให้กลายเป็นสารประกอบโมเลกุลเล็กในรูปของสารอาหาร (nutrients) เพื่อให้ผู้ผลิตนำไปใช้ได้ใหม่อีก

        2.2 องค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต (abiotic component) ได้แก่

                          2.2.1 สารอนินทรีย์ (inorganic substances) ประกอบด้วยแร่ธาตุและสารอนินทรีย์ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์สิ่งมีชีวิต เช่น คาร์บอน ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำเป็นต้น สารเหล่านี้มีการหมุนเวียนใช้ในระบบนิเวศ เรียกว่า วัฏจักรของสารเคมีธรณีชีวะ (biogeochemical cycle) 

                          2.2.2 สารอินทรีย์ (organic compound) ได้แก่สารอินทรีย์ที่จำเป็นต่อชีวิต เช่นโปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และซากสิ่งมีชีวิตเน่าเปื่อยทับถมกันในดิน (humus) เป็นต้น

                          2.2.3 สภาพภูมิอากาศ (climate regime) ได้แก่ปัจจัยทางกายภาพที่มีอิทธิพลต่อสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ แสง ความชื้น อากาศ และพื้นผิวที่อยู่อาศัย (substrate) ซึ่งรวมเรียกว่า ปัจจัยจำกัด (limiting factors)

                         กระบวนการหลักสองอย่างของระบบนิเวศคือ การไหลของพลังงานและการหมุนเวียนของสารเคมี การไหลของพลังงาน (energy flow) เป็นการส่งผ่านของพลังงานในองค์ประกอบของระบบนิเวศ ส่วนการหมุนเวียนสารเคมี (chemical cycling) เป็นการใช้ประโยชน์และนำกลับมาใช้ใหม่ของแร่ธาตุภายในระบบนิเวศ อาทิเช่น คาร์บอน และ ไนโตรเจน  

                        พลังงานที่ส่งมาถึงระบบนิเวศทั้งหลายอยู่ในรูปของแสงอาทิตย์ พืชและผู้ผลิตอื่นๆจะทำการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมีในรูปของอาหารที่ให้พลังงานเช่นแป้งหรือคาร์โบไฮเดรต พลังงานจะไหลต่อไปยังสัตว์โดยการกินพืช และผู้ผลิตอื่นๆ  ผู้ย่อยสลายสารที่สำคัญได้แก่ แบคทีเรียและฟังไจ (fungi)ในดินโดยได้รับพลังงานจากการย่อยสลายซากพืชและซากสัตว์รวมทั้งสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่ตายลงไป ในการใช้พลังงานเคมีเพื่อทำงาน สิ่งมีชีวิตจะปล่อยพลังงานความร้อนไปสู่บริเวณรอบๆตัว ดังนั้นพลังงานความร้อนนี้จึงไม่หวนกลับมาในระบบนิเวศได้อีก ในทางกลับกันการไหลของพลังงานผ่านระบบนิเวศ สารเคมีต่างๆสามารถนำกลับมาใช้ได้อีกระหว่าง สังคมของสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต  พืชและผู้ผลิตล้วนต้องการธาตุคาร์บอน  ไนโตรเจน และแร่ธาตุอื่นๆในรูปอนินทรียสารจากอากาศ และดิน

                        การสังเคราะห์ด้วยแสง(photosynthesis)ได้รวมเอาธาตุเหล่านี้เข้าไว้ในสารประกอบอินทรีย์ อาทิเช่น คาร์โบไฮเดรต และโปรตีน  สัตว์ต่างๆได้รับธาตุเหล่านี้โดยการกินสารอินทรีย์  เมแทบบอลิซึม (metabolism) ของทุกชีวิตเปลี่ยนสารเคมีบางส่วนกลับไปเป็นสารไม่มีชีวิตในสิ่งแวดล้อมในรูปของสารอนินทรีย์ การหายใจระดับเซลล์(respiration) เป็นการทำให้โมเลกุลของอินทรียสารแตกสลายออกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ การหมุนเวียนของสารสำเร็จลงได้ด้วยจุลินทรีย์ที่ย่อยอินทรียสารที่ตายลงและของเสียเช่นอุจจาระ และเศษใบไม้    ผู้ย่อยสลายเหล่านี้จะกักเก็บเอาธาตุต่างๆไว้ในดิน ในน้ำ และในอากาศ ในรูปของ สารอนินทรีย์ ซึ่งพืชและผู้ผลิตสามารถนำมาสร้างเป็นสารอินทรีย์ได้อีกครั้ง หมุนเวียนกันไปเป็นวัฏจักร

3. ระดับการกินอาหาร (trophic levels)

                ความสัมพันธ์ของการกินอาหารเป็นตัวกำหนดเส้นทางของการไหลของพลังงานและวัฏจักรเคมีของระบบนิเวศ จากการวิเคราะห์การกินอาหารในระบบนิเวศทำให้นักนิเวศวิทยาสามารถ แบ่งชนิดของระบบนิเวศออกได้ตามแหล่งอาหารหลักของระดับการกิน(trophic level)

 3.1 ระดับการกินอาหาร และห่วงโซ่อาหาร (trophic level and food web) ลำดับการถ่ายทอดอาหารจากระดับหนึ่งไปสู่อีกระดับเรียกว่า ห่วงโซ่อาหาร (food chain)   สัตว์พวก herbivore เป็นสัตว์กินพืช สาหร่ายและแบคทีเรีย จัดเป็นผู้บริโภคแรกเริ่ม (primaryconsumers)  (carnivore) ซึ่งจะกินผู้บริโภค เรียกว่าผู้บริโภคลำดับสอง (secondary consumers) ได้แก่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ขนาดเล็ก สัตว์ฟันแทะ นก กบ และ แมงมุม สิงโตและสัตว์ใหญ่ที่กินพืช(herbivores)   ในนิเวศแหล่งน้ำส่วนใหญ่เป็นปลาขนาดเล็กที่กินแพลงค์ตอนสัตว์ (zooplankton) รวมถึงสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังใต้ท้องน้ำ  ระดับการกินที่สูงขึ้นมาอีกคือผู้บริโภคลำดับสาม(tertiary consumers) ได้แก่งู ที่กินหนู บางแห่งอาจมีผู้บริโภคลำดับสี่ (quaternary consumers) ได้แก่นกฮูกและปลาวาฬ

           ห่วงโซ่อาหารจะไม่สมบูรณ์ถ้าไม่มีผู้ย่อยสลาย(detritivore หรือ decomposer) ได้แก่ จุลินทรีย์ (โพรแคริโอต และ  ฟังไจ)  ซึ่งจะเปลี่ยน อินทรียสารเป็นอนินทรียสาร ซึ่งพืชและผู้ผลิตอื่น ๆสามารถ นำกลับไปใช้ได้อีก พวก scavenger  คือสัตว์ที่กินซาก เช่น ไส้เดือนดิน สัตว์ฟันแทะและแมลงที่กินซากใบไม้ สัตว์ที่กินซากอื่นๆได้แก่ ปูเสฉวน ปลาดุก และอีแร้ง เป็นต้น

 3.2 สายใยอาหาร (food web) ระบบนิเวศจำนวนน้อยที่ประกอบไปด้วยห่วงโซ่อาหารเดี่ยวๆโดยไม่มีสาขาย่อยๆ ผู้บริโภคแรกเริ่มหลายรูปแบบมักจะกินพืชชนิดเดียวกันและผู้บริโภคแรกเริ่มชนิดเดียวอาจกินพืชหลายชนิดดังนั้นสาขาย่อยของห่วงโซ่อาหารจึงเกิดขึ้นในระดับการกินอื่นๆด้วย ตัวอย่างเช่น กบตัวเต็มวัยซึ่งเป็นผู้บริโภคลำดับสองกินแมลงหลายชนิดซึ่งอาจถูกกินโดยนกหลายชนิด นอกจากนี้แล้ว ผู้บริโภคบางชนิดยังกินอาหารในระดับการกินที่แตกต่างกัน นกฮูกกินหนูซึ่งเป็นผู้บริโภคแรกเริ่มที่กินสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด แต่นกฮูกอาจกินงูซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่กินเนื้ออีกด้วย สิ่งมีชีวิตที่กินทั้งพืชและสัตว์ รวมทั้งมนุษย์ด้วย(omnivore) จะกินทั้งผู้ผลิตและผู้บริโภคในระดับการกินต่างๆ ดังนั้นความสัมพันธ์เชิงการกินอาหารในระบบนิเวศจึงถูกถักทอให้มีความละเอียดซับซ้อนมากยิ่งขึ้นจนกลายเป็นสายใยอาหาร (food web) 

  3.3  ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประชากรต่างชนิดกัน  (Interspecific Interactions in Community)  

              สิ่งมีชีวิตทั้งหลายในสังคมต้องมีปฏิสัมพันธ์กัน อาจมีทั้งพึ่งพาและแก่งแย่งกัน ความสัมพันธ์ในรูปแบบต่างๆทำให้สิ่งมีชีวิตมีวิถีชีวิตที่แตกต่างกันซึ่งแบ่งได้เป็น 3 แบบใหญ่ๆได้แก่ การแก่งแย่ง (competition) การล่าเหยื่อ (predation) และภาวะอยู่ร่วมกัน (symbiosis) ซึ่งแต่ละแบบทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งแวดล้อมเพื่อปรับตัวด้านวิวัฒนาการ ผ่านทางการคัดเลือกธรรมชาติมา การเรียนรู้ถึงความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในรูปแบบต่างๆดังกล่าว ทำให้เข้าใจถึงการ

เปลี่ยนแปลงประชากรในสิ่งแวดล้อมได้ดีขึ้น

                      3.3.1 การแก่งแย่งระหว่าง สปีชีส์  (Competition between Species) เมื่อประชากรของสังคมมี สองสปีชีส์ หรือมากกว่าและ อาศัยแหล่งทรัพยากรจำกัดที่คล้ายกันเรียกว่ามี การแก่งแย่งระหว่างปีชีส์เกิดขึ้น

                  3.3.2  การล่าเหยื่อ (predation)  ในชีวิตประจำวัน คำว่า สังคม ดูจะมีความอ่อนโยนละมุนละม่อมเป็นการช่วยเหลือกันอย่างอบอุ่น เรียกว่าcommunity spirit ในทางกลับกัน ความเป็นจริงแบบดาร์วิน (Darwinian Realities) ของการแก่งแย่งและผู้ล่า ซึ่งสิ่งมีชีวิตหนึ่งจะกินสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน เรียกว่า ผู้ล่า(predator) และชนิดที่เป็นอาหาร เรียกว่าเหยื่อ(prey) พืชที่ถูกสัตว์กินเป็นอาหาร และการแทะเล็มหญ้าถึงแม้จะไม่ถูกทำลายทั้งต้นก็จัดเป็นเหยื่อเช่นกัน ลักษณะของผู้ล่าและเหยื่อเป็นองค์ประกอบทางวิวัฒนาการที่จำเป็นต้องอยู่รอด การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นตัวกลั่นกรองการปรับตัวทั้งของเหยื่อและผู้ล่า เช่นลักษณะการมีอุ้งเล็บ ฟันและ เขี้ยวที่แหลมคม  มีเหล็กไนที่มีสารพิษ หรือมีต่อมพิษ ที่สามารถทำให้เหยื่อสยบลงได้ บางชนิดมีการพรางตัวเพื่อใช้ล่อเหยื่อให้หลงผิดหรือตายใจ

                           การป้องกันตัวของพืชต่อสิ่งมีชีวิตกินพืช (herbivore) เพราะพืชไม่อาจจะวิ่งหนีได้ จึงต้องมีโครงสร้างที่เป็นหนามและขนแข็ง พืชบางชนิดสร้างสารนิโคตินและสารมอร์ฟีน บ้างก็ผลิตสารเคมีเลียนแบบฮอร์โมนสัตว์ ทำให้สัตว์ที่หลงมากินได้รับอันตรายและเกิดอาการผิดปกติขึ้นในพัฒนาการของร่างกาย หรืออาจถึงแก่ชีวิตได้

                              สัตว์จะใช้วิธีการหลายอย่างในการป้องกันตัวเองจากผู้ล่า อาทิ เช่น การหลบหนี การซ่อนตัว  การหนีเอาตัวรอดเป็นพฤติกรรมการตอบสนองต่อผู้ล่าอย่างปกติ  นอกจากนี้ยังมีการใช้เสียงเตือน  การเลียนแบบ การเสแสร้งเพื่อหลอกให้เหยื่อตามไป รวมทั้งการรวมกลุ่มเพื่อต่อสู้กับผู้ล่าเป็นต้นผู้ล่าจะใช้วิธีการเลียนแบบในหลายด้าน เช่น  ตะพาบน้ำบางชนิดมีลิ้นลักษณะคล้ายกับตัวหนอน ลวงให้ปลาขนาดเล็ก หรือปลาชนิดต่างๆที่ต้องการจะกินเหยื่อเข้าใจผิดและเข้ามาใกล้ปากของตะพาบน้ำ ในที่สุดก็ถูกตะพาบน้ำงับกินเป็นอาหารด้วยขากรรไกรที่แข็งแรง

                       

4. ความสัมพันธ์แบบการอยู่ร่วมกัน (symbiotic relationships) การอยู่ร่วมกันเป็น        ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสปีชีส์ ซึ่งสปีชีส์หนึ่ง เรียกว่า symbiont อาศัยอยู่บนอีกสปีชีส์หนึ่ง ซึ่งเรียกว่า โฮสต์ (host) มี 2 แบบ คือ แบบปรสิต (parasitism) และแบบ ภาวะพึ่งพา (mutualism)

                      4.1 ภาวะปรสิต (parasitism) สิ่งมีชีวิตหนึ่งได้ประโยชน์ในขณะที่อีกฝ่ายหนึ่งได้รับอันตรายโดยปกติ สิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กกว่าจะได้รับสารอาหารจากโฮสต์ ซึ่งเป็นรูปแบบพิเศษแบบหนึ่งของการล่าเหยื่อ พยาธิตัวตืด โพรโทซัวก่อโรคไข้มาเลเรีย เป็นตัวอย่างของปรสิตภายใน ส่วนปรสิตภายนอก ได้แก่ยุงดูดเลือดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และ เพลี้ยต่างๆที่ดูดน้ำเลี้ยงจากพืช การคัดเลือกโดยธรรมชาติ เป็นผู้กลั่นกรองความสัมพันธ์ระหว่างปรสิตกับโฮสต์    ปรสิตจำนวนมาก โดยเฉพาะจุลินทรีย์ได้ปรับตัวเป็นตัวเบียฬจำเพาะ 

                     4.2 ภาวะพึ่งพา (mutualism) เป็นการอยู่ร่วมกันที่ต่างฝ่ายต่างได้ประโยชน์ร่วมกัน เช่น   สาหร่าย ( algae) กับรา(fungi) ในพวกไลเคน (lichen)   ปูเสฉวนและดอกไม้ทะเล ไมคอไรซาในรากพืช  มดอาศัยบนต้นอะเคเซีย (Acacia sp.) และโพรโทซัวอาศัยอยู่ใน ลำไส้ปลวก เป็นต้น

5. ภาวะอิงอาศัยหรือภาวะเกื้อกูล (commensalism) เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด ที่ฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ส่วน อีกฝ่ายไม่ได้และไม่เสียประโยชน์ เช่น พลูด่างกับต้นไม้ใหญ่ กล้วยไม้กับต้นไม้ ปลาฉลามกับเหาฉลาม (shark sucker)