ระบบนิเวศขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่กว้างขวางและมีกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เป็นลักษณะเฉพาะของระบบนิเวศนั้น เรียกว่าอะไร *

ความหมายและขอบเขตของนิเวศวิทยา 

Ernst Haeckel นักสัตววิทยาชาวเยอรมันได้ให้ชื่อศาสตร์แขนงนี้ว่า “Ecology” คำนี้มีรากศัพท์มาจากภาษากรีก คือ oikos แปลว่า home และ logos แปลว่า study ถ้าแปรตรงคำก็จะได้ความว่า “The study of home” ซึ่งตามนิยามที่ Haeckel ให้ไว้นั้น หมายถึง

“the body of knowledge concerning the economy of nature – the investigation of the total relationships of the animal both to its inorganic and its organic environments.”

หรือ “การศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างส่วนประกอบและการทำงานของระบบนิเวศ (The study of structure and function of the ecosystem)”

(ที่มา : หลักชีววิทยา 1. (2548), ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์)

นิเวศวิทยา (Ecology) เป็นวิชาที่ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง สิ่งมีชีวิต (organism) กับสิ่งแวดล้อม (environment) หรือแหล่งที่อยู่ (Habitat) ตามธรรมชาติ ความสัมพันธ์ต่างๆ จะแสดงถึงการมีระบบ จึงเรียก ระบบนิเวศ ซึ่งระบบความสัมพันธ์ส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับวิถีการดำรงชีวิต เช่น การหาอาหาร การกินอาหาร การแข่งขันเพื่อการอยู่รอด การปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม การพึ่งพากันเพื่อให้สังคมเป็นปกติและที่สำคัญที่สุด คือ ระบบการรักษาสมดุลระหว่างสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศในแง่ของการถ่ายทอดพลังงานการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ

การศึกษานิเวศวิทยา สามารถศึกษาได้ตั้งแต่ในระดับสิ่งมีชีวิต (Organisms) ถัดไปเป็นระดับประชากร (Population) ระดับกลุ่มสิ่งมีชีวิต (Community) ระดับระบบนิเวศ (Ecosystem) ระดับชีวนิเวศ (Biomes) และระดับโลกของสิ่งมีชีวิตหรือชีวภาค (Biosphere)

ประชากร (Population) คือ สมาชิกทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตชนิดพันธุ์ (Species) เดียวกัน ที่อาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกันและในช่วงเวลาเดียวกัน

ชุมชนสิ่งมีชีวิต (Ecological community) หมายถึง ประชากรของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดที่อยู่ในบริเวณเดียวกัน และในช่วงเวลาเดียวกัน

ระบบนิเวศ หมายถึง ผลรวมของปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในบริเวณที่กำหนดได้เขตหนึ่งกับปัจจัยสิ่งแวดล้อมทั้งหลาย หรือระบบของความสัมพันธ์ระหว่างชุมชนของสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ

ชีวนิเวศ (Biomes) หมายถึง ระบบนิเวศใดก็ตามที่มีองค์ประกอบของปัจจัยทางกายภาพ (Physical factor) อุณหภูมิ ความชื้น และปัจจัยทางชีวภาพ (Biological factor) เช่น พืชและสัตว์ที่คล้ายคลึงกัน กระจายตัวอยู่ในเขตภูมิศาสตร์ต่างๆ กัน เช่น ไบโอมทะเลทราย ไบโอมทุนดรา และสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในไบโอมต่างๆ นี้ จะต้องมีการปรับตัวให้เข้ากับปัจจัยทางกายภาพในแต่ละเขตภูมิศาสตร์นั้นๆ ด้วย

ไบโอมบนบก (Terrestrial biomes) ใช้เกณฑ์ปริมาณน้ำฝนและอุณหภูมิเป็นตัวกำหนด แบ่งเป็น

-ไบโอมป่าดิบชื้น (Tropical rain forest biomes) พบได้ในเขตศูนย์สูตร มีความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตสูง ภูมิอากาศร้อนชื้น ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 200-400 ซม.ต่อปี

-ไบโอมป่าผลัดใบเขตอบอุ่น (Temperate deciduous forest biomes) กระจายทั่วไปในเขตละติจูดกลาง ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 100 ซม.ต่อปี อากาศเย็น ป่าผลัดใบก่อนถึงฤดูหนาว

-ไบโอมป่าสน (Conoferous forest biomes) ป่าไทกา ป่าบอเรียล ต้นไม้เขียวชอุ่มตลอดปี ภูมิอากาศหนาวค่อนข้างนาน อากาศเย็นและแห้งแล้ง พบได้ทางตอนใต้ของแคนนาดา ทางตอนเหนือของอเมริกาเหนือ ทวีปเอเชีย และยุโรป

-ไบโอมทุ่งหญ้าเขตอบอุ่น (Temperate grassland biomes) เช่น ทุ่งหญ้าแพรี่ ทางตอนกลางของอเมริกาเหนือ ทุ่งหญ้าสเตปส์ ในประเทศรัสเซีย ทุ่งหญ้าเวลด์ ในทวีปอเมริกาใต้ ทุ่งหญ้าแพมพาส ในอาร์เจนตินา ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 25-50 ซม.ต่อปี

-ไบโอมสะวันนา (Savanna biomes) ทุ่งหญ้าที่พบได้ในทวีปแอฟริกา อเมริกาใต้ ออสเตรเลีย เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อากาศร้อนพืชส่วนใหญ่เป็นหญ้า

-ไบโอมทะเลทราย (Desert biomes) บริเวณที่มีความแห้งแล้ง ปริมาณน้ำฝนน้อยกว่า 25 ซม.ต่อปี อุณหภูมิเหนือผิวดินสูงถึง 60 องศาเซลเซียส ตลอดวัน

-ไบโอมทุนดรา (Tundra biomes) มีฤดูหนาวที่ยาวนาน น้ำในพื้นดินชั้นล่างเป็นน้ำแข็งตลอดปี ปริมาณน้ำฝนน้อยมาก

ไบโอมในน้ำ (Aquatic biomes)

-ไบโอมแหล่งน้ำจืด (Freshwater biomes) มีทั้งแหล่งน้ำนิ่ง (ทะเลสาบ สระ หนอง หรือบึง) และแหล่งน้ำไหล (ธารน้ำไหล และแม่น้ำ)

-ไบโอมแหล่งน้ำเค็ม (Marine biomes) ประกอบด้วย ทะเลและมหาสมุทร มีน้ำขึ้นน้ำลงเป็นปัจจัยกายภาพที่สำคัญ

สิ่งมีชีวิตในระบบแหล่งน้ำ แบ่งเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้

1. Benthos เป็นสิ่งมีชีวิตที่เกาะหรือฝังตัวอยู่บริเวณพื้นท้องน้ำ ถ้าเป็นพืชเรียกว่า Phytobenthos ถ้าเป็นสัตว์ เรียกว่า Zoobenthos
2. Periphyton เป็นสิ่งมีชีวิตที่เกาะอยู่กับวัตถุในน้ำ
3. Plankton เป็นสิ่งมีชีวิตที่ลอยตัวอยู่ในน้ำหรือลอยตามกระแสน้ำ มักจะว่ายน้ำได้ไม่ค่อยดี มีทั้ง Phytoplankton และ Zooplankton
4. Nekton เป็นสิ่งมีชีวิตที่ว่ายน้ำอิสระ
5. Pleuston เป็นสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ที่อาศัยอยู่ระหว่างรอยต่อของผิวหน้าน้ำกับอากาศ

ความหลากหลายของระบบนิเวศ

บริเวณต่างๆ ของผิวโลก มีการแบ่งเขตพื้นที่ต่างๆ ตามลักษณะทางภูมิศาสตร์ ซึ่งความแตกต่างของลักษณะทางภูมิศาสตร์ จะมีผลต่อการกำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในเขตภูมิศาสตร์นั้นด้วย โดยในระบบนิเวศหนึ่งๆ จะมีสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ อาศัยอยู่ สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศนั้นต้องมีการปรับตัว (Adaptation) ให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทางกายภาพและชีวภาพ ระบบนิเวศนั้นจะอยู่ในสภาวะสมดุลก็ต่อเมื่อมีการถ่ายทอดพลังงานในสิ่งมีชีวิต และมีการหมุนเวียนแลกเปลี่ยนสารกลับคืนสู่ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศแต่ละระบบเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตมากมาย หลายชนิด โดยมีสภาวะที่เหมาะสมกับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดโดยที่ระบบนิเวศจะมีความหลากหลายที่สามารถแยกออกได้3ลักษณะ คือ

1. ความหลากหลายของถิ่นกำเนิดตามธรรมชาติ (habitat persity)

ตัวอย่างความหลากหลายของถิ่นกำเนิดตามธรรมชาติ เช่นในผืนป่าทางตะวันตกของ

ไทยที่มีลำน้ำใหญ่ไหลผ่านจะพบถิ่นกำเนิดตามธรรมชาติมากมายคือ ลำน้ำ หาดทรายพรุซึ่งมีน้ำขังฝั่งน้ำ หน้าผาถ้ำป่าบนที่ดอนซึ่งมีหลายประเภทแต่ละถิ่นกำเนิดจะมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่แตกต่างกันไป เช่น ลำน้ำพบควายป่าหาดทรายมีนกยูงไทย หน้าผามีเลียงผา ถ้ำมีค้างคาว เป็นต้นเมื่อแม่น้ำใหญ่ถูกเปลี่ยนเป็นทะเลสาบขนาดใหญ่ภายหลังการสร้างเขื่อนความหลากหลายของถิ่นกำเนิดก็ลดน้อยลงโดยทั่วไปแล้วที่ใดที่มีถิ่นกำเนิดตามธรรมชาติหลากหลายที่นั้นจะมีชนิดสิ่งมีชีวิตหลากหลายตามไปด้วย 

2. ความหลากหลายของการทดแทน(successional persity)

ในป่านั้นมีการทดแทนของสังคมพืชกล่าวคือ เมื่อป่าถูกทำลายจะโดยวิธีใดก็ตาม เช่น ถูกแผ้วถางพายุพัดไม้ป่าหักโค่น เกิดไฟป่า น้ำท่วม หรือแผ่นดินถล่ม เกิดเป็นที่โล่งต่อมาจะมีพืชขึ้นใหม่เรียกว่า พืชเบิกนำ เช่น มีหญ้าคา สาบเสือ กล้วยป่า และเถาวัลย์เกิดขึ้นในที่โล่งนี้ เมื่อกาลเวลาผ่านไปก็มีต้นไม้เนื้ออ่อนโตเร็วเกิดขึ้น และหากปล่อยไว้โดยไม่มีการรบกวน ป่าดั้งเดิมก็จะกลับมาอีกครั้งเราเรียกกระบวนการนี้ว่า การทดแทนทางนิเวศวิทยา(ecological succession )สิ่งมีชีวิตบางชนิดปรับตัวให้เข้ากับยุคต้น ๆ ของการทดแทน บางชนิดก็ปรับตัวให้เข้ากับยุคสุดท้ายซึ่งป่าบริสุทธิ์( virgin forest) 

3. ความหลากหลายของภูมิประเทศ(land scape persity)

ในท้องที่บางแห่งมีถิ่นกำเนิดตามธรรมชาติมากมาย เช่น ลำน้ำ บึงหาดทราย ถ้ำ หน้าผา ภูเขา ลานหิน และมีสังคมพืชในหลาย ๆ ยุคของการทดแทนมีทุ่งหญ้าป่าโปร่งและป่าทึบพื้นที่เช่นนี้จะมีสรรพสิ่งมีชีวิตมากมายผิดกับเมืองหนาวที่มีต้นไม้ชนิดเดียวขึ้นอยู่บนเนื้อที่หลายร้อยไร่มองไปก็เจอต้นไม้สนเพียงชนิดเดียว

ที่มา:http://www.tpa.or.th/writer/read_this_book_topic.php?bookID=212&pageid=4&read=true&count=true

นิเวศวิทยาของสิ่งมีชีวิต 

สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศหนึ่งๆ ย่อมมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตนั้นอาศัยอยู่

การปรับตัวของสิ่งมีชีวิต (Adaptation)

คุณลักษณะที่ช่วยในการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตในสภาวะแวดล้อมหนึ่งๆ จนสามารถสืบพันธุ์และถ่ายทอดลักษณะที่เหมาะสมนั้น ต่อไปยังรุ่นลูกหลานได้ เรียกว่า “การปรับตัว” อาจจะเป็นการปรับตัวด้านสัณฐานวิทยา ด้านสรีรวิทยา และด้านพฤติกรรม

สภาวะแวดล้อมทางกายภาพมีผลต่อการดำรงชีวิต การเจริญเติบโต และการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตซึ่งปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดไม่เท่ากัน ถ้าปัจจัยใดขาดไปแล้วทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงชีพอยู่ไม่ได้ถือว่าเป็น ปัจจัยจำกัด (Limiting factor) ของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ

ปัจจัยสิ่งแวดล้อมที่มีผลต่อการปรับตัวของสิ่งมีชีวิต

1. ตัวกลางและพื้นผิว (Medium และ Substratum)

พื้นผิวคือที่ที่สิ่งมีชีวิตอาศัยเคลื่อนที่ไปมาอยู่บนหรือฝังส่วนหนึ่งส่วนใดของร่างกายลงไป พืชหลายชนิดมีการปรับตัวเพื่อใช้พื้นผิวที่มันอาศัยอยู่ได้ดี เช่น รากค้ำจุน ของพืชในป่าชายเลน ความสามารถและขีดจำกัดในการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตต่อพื้นผิวและตัวกลางแบบต่างๆ จะเป็นปัจจัยกำหนดการกระจายและวิถีการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด เป็นเหตุหนึ่งที่ทำให้ในที่ต่างๆ มีสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันอาศัยอยู่

2. อุณหภูมิ

เป็นปัจจัยจำกัดซึ่งมีผลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตที่อยู่บนบกและในน้ำ โดยพบว่า มีผลต่อการปรับตัวด้านโครงสร้าง เช่น สัตว์ในเขตหนาวมีขนยาวปกคลุม การปรับตัวด้านพฤติกรรม เช่น การอพยพย้ายถิ่นของนกชนิดต่างๆ เมื่ออุณหภูมิไม่เหมาะสม มีผลต่อการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต มีผลต่อปริมาณการละลายของแก๊สออกซิเจนในน้ำ

สัตว์ที่ภายในร่างกายไม่มีระบบควบคุมอุณหภูมิ เรียกว่า Poikilotherms คืออุณหภูมิของร่างกายจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม ส่วนสัตว์ที่มีกลไกในร่างกายทำงานเพื่อควบคุมระดับอุณหภูมิในตัวให้คงที่อยู่เสมอ แม้อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมจะเปลี่ยน เรียกว่า Homoiotherms

3. แสง

แสงเป็นปัจจัยจำกัดของพืช มีผลต่อการสืบพันธุ์ของพืชและสัตว์บางชนิด มีผลต่อพฤติกรรมต่างๆ และมีผลต่อการปรับสีของสัตว์บางชนิดให้เข้ากับสภาพแวดล้อม เช่น จิ้งจก หมึก นอกจากนั้นแสงยังมีอิทธิพลมากต่อการมีชีวิต ตั้งแต่การสร้างอาหารของพืช ในทะเลลึกมากๆ ที่แสงส่องไม่ถึง พืชหรือสาหร่ายไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ ดังนั้นสัตว์ที่อาศัยตามก้นทะเลจึงมักจะเป็นพวกสัตว์ล่าเหยื่อหรือพวกกินซากที่ตายแล้ว ที่ตกลงไปก้นทะเล

4. ความชื้น

ความชื้นสัมพันธ์กับปริมาณน้ำฝนที่ตกมาบนพื้นโลก เกี่ยวข้องกับการปรับตัวของสิ่งมีชีวิต เช่น พืชในฝั่งรับลมซึ่งพัดพาความชื้นเข้าไปหาจะเจริญงอกงามดี แต่พืชด้านอับลม หรือทะเลทรายก็ต้องมีการปรับตัวเพื่อให้ต่อสภาพขาดน้ำได้ หรือแม้แต่สัตว์ที่อาศัยอยู่ในทะเลทรายก็ต้องปรับตัว เช่น สามารถดึงน้ำจากกระบวนการ Metabolism ของร่างกายมาใช้ หรือการเปลี่ยนของเสียจากระบบขับถ่ายเป็น Uric acid เพื่อรักษาน้ำ

5. แก๊ส/บรรยากาศ

ในบรรยากาศมีแก๊สที่เป็นองค์ประกอบหลัก 3 ชนิด คือ แก๊สไนโตรเจน แก๊สออกซิเจนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ โดยแก๊สออกซิเจนมีความสำคัญกับการหายใจของสิ่งมีชีวิต แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มีความสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ของสิ่งมีชีวิตหลายๆชนิด เช่น ต้นไม้ สาหร่าย ส่วนแก๊สไนโตรเจนก็เป็นองค์ประกอบเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต ที่มีองค์ประกอบหลักเป็นสารพวกโปรตีนหรือแม้แต่ในสารพันธุกรรม

6. ดิน

ดินเป็นปัจจัยจำกัดที่สิ่งมีชีวิตใช้เป็นที่อยู่อาศัย แหล่งอาหาร แหล่งหลบภัย แหล่งผสมพันธุ์ และเลี้ยงดูลูกอ่อน

7. ปริมาณแร่ธาตุ

มีความ สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทั้งบนบกและในน้ำ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทเป็นผู้ผลิตในระบบนิเวศจะใช้แร่ธาตุในการเจริญเติบโต และสร้างอาหารให้กับผู้บริโภคลำดับถัดไป และบางครั้งแร่ธาตุที่มากเกินไปก็มีผลให้เกิดปัญหาต่อระบบนิเวศได้ นั่นคือ ปรากฏการณ์ Eutrophication ส่งผลให้น้ำเน่าเสีย

8. ปัจจัยอื่นๆ เช่น

- ความเป็นกรด-ด่าง (pH) ของดินและน้ำ มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชโดยตรงเพราะพืชแต่ละชนิดเจริญในบริเวณที่ค่า pH แตกต่างกัน

- ความเค็มเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตบางชนิด ที่ทนต่อความเค็มได้ เช่น นกทะเลมีต่อขับเกลือ พืชในป่าชายเลน

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับปัจจัยชีวภาพ

ในระบบนิเวศแต่ละแห่งประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด มีการดำรงชีวิตแตกต่างกัน ทำให้เกิดความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันในหลายรูปแบบ โดยใช้สัญลักษณ์ (+) แทนการได้ประโยชน์ (-) แทนการเสียประโยชน์ และ (0) แทนการไม่ได้และไม่เสียประโยชน์ แบ่งออกได้ 4 ประเภท คือ

1. Symbiosis เป็นความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต 2 ชนิดที่อาศัยอยู่ร่วมกัน โดยฝ่ายหนึ่งหรือทั้งสองฝ่ายได้ประโยชน์ แต่ไม่มีฝ่ายใดเสียประโยชน์ แบ่งย่อยได้ดังนี้

- Mutualism/ภาวะพึ่งพากัน (+/+) อยู่รวมกันได้ประโยชน์ แยกกันเสียประโยชน์ ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งหรือทั้งสองฝ่ายอยู่ไม่ได้ เช่น ไลเคน (Lichen) แบคทีเรียในลำใส้มนุษย์ ปลวกกับโปรโตซัวในลำใส้ ไทรกับต่อไทร

- Protocooperation /การได้ประโยชน์ร่วมกัน (+/+) อยู่รวมกันได้ประโยชน์ แยกกันก็อยู่ได้ เช่น นกเอี้ยงกับควาย มดดำกับเพลี้ย ดอกไม้กับแมลง

- Commensalism/ ภาวะอิงอาศัยหรือภาวะเกื้อกูล (+/0) อยู่รวมกันฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ อีกฝ่ายไม่ได้ไม่เสีย ประโยชน์ แยกกันฝ่ายที่ได้ประโยชน์จะเสียประโยชน์ เช่น ฉลามกับเหาฉลาม พืชเกาะติดบนต้นไม้ใหญ่

ที่มา http://ngm.nationalgeographic.com/u/TvyamNb-BivtNwcoxtkc5xGBuGkIMh_nj4UJHQKuor8GfbPtMlMcv8QSbLcCw_EVtxiviXKeNoAnaw/

2. Antagonism เป็นความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่อาศัยอยู่ร่วมกัน โดยฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์อีกฝ่ายเสียประโยชน์ หรือเสียประโยชน์ทั้งสองฝ่าย แบ่งย่อยได้ดังนี้

- Predation/ การล่าเหยื่อ (+/-) ผู้ล่า (Preda) ได้ประโยชน์ เหยื่อ (Prey) เสียประโยชน์ เช่น นกกินแมลง กบกินแมลง แมวกินหนู

- Parasitism / ภาวะปรสิต (+/-) ฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ เรียกว่า ปรสิต (Parasite) อีกฝ่ายเสียประโยชน์ เรียกว่าผู้ถูกอาศัย หรือเจ้าบ้าน (Host) เช่น เห็บ หมัด พยาธิ

ที่มาhttp://www.cals.ncsu.edu/course/ent525/close/parasitism.jpg

- Competition / ภาวะแก่งแย่งแข่งขัน (-/-) เสียประโยชน์ทั้งสองฝ่าย

ที่มาhttp://besgroup.org/wp-content/uploads/2007/09/1112.jpg

- Antibiosis / ภาวะมีการหลั่งสารยับยั้ง (-/0) ฝ่ายหนึ่งเสียประโยชน์ อีกฝ่ายไม่ได้ไม่เสียประโยชน์ เช่น ราเพนนิซิเลียมสร้างสารปฏิชีวนะต้านการเจริญของแบคทีเรีย

ที่มา https://dspace.lib.uoguelph.ca/xmlui/bitstream/handle/10214/6968/Harposporium_centre_showing_antibiosis_against_Paecilomyces_varioti.jpg?sequence=1

3. Neutralism หรือ ภาวะเป็นกลางต่อกัน (0/0) เป็นสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่อยู่บริเวณเดียวกันแต่ไม่มีความสัมพันธ์กันแต่อย่างได เช่น ตั๊กแตนกับกระต่ายนทุ่งหญ้าเดียวกัน

4. Saprophytism หรือ ภาวะมีการย่อยสลาย (+/0) เป็นความสัมพันธ์ที่เกิดจากการอยู่รวมกันระหว่างสิ่งมีชีวิตอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้ว และได้ประโยชน์จากการย่อยสลายสารอาหารในซากสิ่งมีชีวิต

ที่มา http://student.mwit.ac.th/~s5205694/fngcone.jpg

การถ่ายทอดพลังงานในสิ่งมีชีวิต (Energy Flow) 

สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ มีหน้าที่แตกต่างกัน ดังนี้

1. ผู้ผลิต(producer) เป็นสิ่งมีชีวิตในกลุ่ม autotrophส่วนใหญ่เป็น พืช ส่าหร่าย แบคทีเรีย โดยมีที่มาของพลังงานแตกต่างกันคือ photoautotroph (ใช้พลังงานจากแสงในการสังเคราะห์อาหาร) chemoautotroph (ใช้พลังงานจากสาเคมีในการสังเคราะห์อาหาร)

2. ผู้บริโภค (consumer) รับการถ่ายทอดพลังงานต่อจาก producer เป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่ม heterotroph แบ่งผู้บริโภคตามการกินอาหารได้ดังนี้

- herbivore = สัตว์กินพืช จัดเป็น primary consumer ที่ได้รับการถ่ายทอดพลังงานจากพืชโดยตรง

- carnivore = สัตว์ที่กินสัตว์อื่นเป็นอาหาร โดยที่ไม่กินพืช ได้รับการถ่ายทอดพลังงานจากผู้ผลิตโดยทางอ้อม

- omnivore = สัตว์ที่กินทั้งพืชและสัตว์เป็นอาหาร ได้รับพลังงานทั้งโดยตรงและโดยอ้อม

- scavenger / detritivore = สัตว์ที่บริโภคซากพืชและสัตว์เป็นอาหาร เป็นกลไกที่ทำให้ซากอินทรีย์แปรสภาพได้เร็วขึ้น

3. ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ (decomposer) ส่วนใหญ่เป็น bacteria และ fungi ดำรงชีวิตเป็น heterotroph ย่อยอาหารแบบภายนอกเซลล์ (extracellular digestion) ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์เป็นสิ่งมีชีวิตลำดับสุดท้ายที่ได้รับการถ่ายทอดพลังงาน

ที่มา :http://www.marietta.edu/~biol/biomes/ecosystems.htm

ห่วงโซ่อาหาร (food chain) = ลำดับการกินอาหาร (trophic level) ต่อกันเป็นทอดๆ มีการถ่ายทอดพลังงาน (หัวลูกศรชี้ไปทางผู้ได้รับพลังงาน) ม 4 แบบ ดังนี้

- predator food chain / grazing food chain

ที่มา:http://freeonlinetutoring.edublogs.org/files/2013/03/Food-Chain-1pv92lt.jpg

- parasitic food chain

ที่มา :http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/organisms-environment/adaptations-animals-environment.php

- detritus food chain / saprophytic food chain

ที่มา :http://water.me.vccs.edu/courses/SCT112/lecture9_print.htm

- mix food chain

ที่มา :http://www.eng.buffalo.edu/shaw/student/m2_design/01_home/ksb/KSB_S2/Topic_2_EcosystemFoodChainandFoodWeb.htm

สายใยอาหาร (food web) --> ในระบบนิเวศผู้ผลิตอาจมีหลายชนิด ผู้บริโคอาจมีบทบาทในหลายๆ ลำดับขั้น นำไปสู่ความซับซ้อนของการถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ ในรูปแบบของ "สายใยอาหาร" การกินอาหารในรูปของสายใยอาหารที่ซับซ้อนนี้ เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ระบบนิเวศสมดุล

ที่มา :http://www.tutorvista.com/science/tiger-food-web

การถ่ายทอดพลังงานในห่วงโซ่อาหาร

พลังงานในระบบนิเวศเริ่มต้นด้วยแสงจากดวงอาทิตย์ ส่งมายังผู้ผลิตซึ่งเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมีสะสมในโมเลกุลอาหาร และพลังงานนี้จะถูกถ่ายทอดต่อไปยังผู้บริโค แต่พลังงานส่วนใหญ่สูญเสียอยู่ในสภาพแวดล้อม มีเพียงส่วนน้อยที่สิ่งมีชีวิตนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานในการดำรงชีวิต เนื่องจาก ผู้บริโภคไม่ได้กินทุกส่วนของอาหาร ที่กินไปบางส่วนย่อยไม่ได้ขับออกมาเป็นกากอาหาร และเมื่อมีการสลายพลังงานมาใช้ก็มีบางส่วนที่สูญเสียไปในสภาพแวดล้อม มีการศึกษาพบว่า

- Primary consumer รับพลังงานจากผู้ผลิตได้ 50% แต่ 25% เท่านั้นที่ถูกนำมาสร้างเป็นเนื้อเยื่อ แสดงว่าพลังงานที่ได้รับนั้นนำไปสร้างเนื้อเยื่อ 12.5% (1/8)

- secondary consumer ได้พลังงานจาก primary consumer มา 70% (1/5) นำไปสร้างเนื้อเยื่อ 30% ซึ่งเท่ากับ 21%

* ดังนั้น ถ้าคิดตั้งแต่ผู้ผลิตจนถึงผู้บริโภคลำดับที่ 2 เก็บพลังงานไว้ได้เพียง 1/8x1/5=1/40 หรือ 2.5%ของพลัังานทั้งหมดในผู้ผลิต

ที่มา :http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/ecosystem/ten-percent-law.php

หลักการของลินด์แมน กล่าวว่า " พลังงานที่ได้รับจากผู้ผลิตทุกๆ 100 ส่วน จะมีเพียง 10 ส่วนเท่านั้นที่ผู้บริโภคนำไปใช้ในการดำรงชีวิตและการเจริญเติบโต และพลีงงานในผู้บริโภคแต่ละลำดับทุกๆ 100 ส่วนก็จะถูกนำไปใช้แค่ 10 ส่วนเหมือนกัน เรียกว่า law of ten percent"

พีระมิดทางนิเวศวิทยา (Ecological pyramid) มี 3 รูปแบบ คือ

1. พีระมิดจำนวน (Pyramid of number) แสดงจำนวนสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่หรือปริมาตรแต่ละลำดับขั้นของโซ่อาหาร อาจเป็นพีระมิดฐานแคบหรือกว้างก็ได้

ที่มา :http://www.bbc.co.uk/bitesize/ks3/science/organisms_behaviour_health/food_chains/revision/6/

2. พีระมิดมวลชีวภาพ (pyramid of biomass) แสดงน้ำหนักแห้ง ต่อหน่วยพื้นที่ของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับของโซ่อาหาร

ที่มา :http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel_pre_2011/environment/populationsandpyramidsrev2.shtml

3. พีระมิดพลังงาน (Pyramid of energy) แสดงอัตราการถ่ายทอดพลังงานในแต่ละลำดับขั้นของห่วงโซ่อาหาร โดยวัดเป็นปริมาณพลังงานต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ (เป็นพีระมิดฐานกว้างกว่ายอดเสมอ)

ที่มา:http://science.kennesaw.edu/~jdirnber/oceanography/LecuturesOceanogr/LecEcosystem/LecEcosystem.html

วัฒจักรสารในระบบนิเวศ

แร่ธาตุและสารต่างๆ ในระบบนิเวศเป็นสิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ซึ่งสารต่างๆเหล่านี้เป็นองค์ประกอบของสารชีวโมเลกุล (Biomolecule) ซึ่งธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลักเหล่านี้มีการหมุนเวียนผ่านโซ่อาหารเป็นวัฏจักร เรียกว่า วัฏจักรสาร (Material cycle) แบ่งเป็น 3 กลุ่ม คือ

1. Hydrologic cycle /Water cycle (วัฏจักรของน้ำ)

น้ำเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการ Metabolism ของสิ่งมีชีวิต แบ่งได้เป็น 2 รูปแบบ คือ

1.1 วัฎจักรน้ำที่ไม่ผ่านสิ่งมีชีวิต หรือ Short Cycle เริ่มจากน้ำระเหยจากแหล่งต่างๆ แล้วกลายเป็นไอ เมฆ ฝน ตกลงมาบนพื้นดินและแหล่งน้ำต่างๆ หมุนเวียนเช่นนี้ไปเรื่อยๆ

ที่มาของภาพ :http://www.state.nj.us/drbc/library/images/hydrocycle2.jpg

1.2 วัฏจักรน้ำที่ผ่านสิ่งมีชีวิต หรือ Long Cycle โดยสิ่งมีชีวิตนำไปใช้ในกระบวนการต่างๆ เช่น กระบวนการหายใจ กระบวนการย่อยอาหาร ส่วนพืชนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจ การคายน้ำ แล้วหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศ กลายเป็นเมฆ ตกเป็นฝนลงมาบนพื้นดิน และแหล่งน้ำต่างๆ

ที่มาของภาพ :http://3.bp.blogspot.com/_TYKXEPKoytc/S_O1F9UmdnI/AAAAAAAADjM/jS6DQ2ejfJE/s400/C2.jpg

2. Gaseous cycle วัฏจักของแก้ส

2.1 วัฏจักรคาร์บอน (Carbon cycle) เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ทั้งผู้ผลิต ผู้บริโภคและผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ คาร์บอนในบรรยากาศจะอยู่ในรูปของ CO2พืชได้รับแก๊สคาร์บอนได้ออกไซด์ นำไปเป็นวัตถุดิบและใช้พลังงานจากแสงสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ส่วนสัตว์จะได้รับคาร์บอนในรูปของสารอินทรีย์ในอาหารที่กินเข้าไป และสารอาหารเหล่านี้จะถูกนำไปสลายสารอาหารระดับเซลล์ และในกระบวนการหายใจออกของสัตว์ก็จะปล่อยคาร์บอนออกมาในรูปของแก๊สCO2นอกจากนั้นเมื่อสัตว์และพืชตาย ผู้ย่อยสลายสารอินทรย์จะทำหน้าที่ย่อยสลายสารอินทรีย์เหล่านั้นจนกลายเป็นสารอนินทรีย์ แล้วผู้ผลิตก็จะนำสารอนินทรีย์เหล่าน้ันไปใช้ต่อไป

ที่มาของภาพ :http://img1.meritnation.com/img/editlive_lp/64/2012_02_07_12_59_41/oxygen_cycle.png

2.2 วัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen Cycle) ไนโตรเจนเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบของโปรตีนในสิ่งมีชีวิต และไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นในพืช โดยพืชใช้ไนโตรเจนในรูปของสารประกอบเกลือ แอมโมเนีย เกลือไนไตรท์ และเกลือไนเตรท เพื่อนำไปสร้างสารประกอบต่างๆ ภายในเซลล์

ที่มาของภาพ :http://intra.burltwpsch.org/users/dharcar/Ecology/nitrogenCycle.jpg

จากภาพ ประกอบด้วยกระบวนการที่สำคัญ 4 กระบวนการ คือ

(1) การตรีงไนโตรเจน (Nitrogen fixation) เป็นกระบวนการเปลี่ยนไนโตรเจนจากอากาศให้อยู่ในรูปของ แอมโมเนีย (NH2) หรือไนเตรต (์NO3-) ที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ โดยเกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตพวก Nitrogen fixing bacteria เช่นRhizobium / Clostridium

(2) การเปลี่ยนสารประกอบไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย (Ammonification) คือการเปลี่ยนจากกรดอะมิโนหรือโปรตีนในซากสิ่งมีชีวิต หรือในของเสียจาก Metabolism เป็นแอมโมเนีย กระบวนการนี้เกิดจากการกระทำของ Ammonifying bacteria เช่นPseudomonas

(3) การเปลี่ยนเกลือแอมโมเนียเป็นไนไตร์และไนเตรท (Nitrification) โดยสิ่งขับถ่ายจากสัตว์ ซากพืชและสัตว์ ที่อยู่ในรูปของแอมโมเนียจะถูก Nitrifying bacteria เช่นNitrosomonasเปลี่ยนเกลือแอมโมเนียไปเป็นไนไตรท์ และไนไตรท์จะถูก Nitrobactor เปลี่ยนเป็นไนเตรทต่อไป

(4) การเปลี่ยนไนเตรทกลับเป็นแก๊สไนโตรเจนในบรรยากาศ (Denitrification) โดย Denitrifying bacteria เช่นThiobacillus, Micrococcus

3. Sedimentary cycle วัฏจักรของสารที่สะสมในตะกอนดินหรือหินบนผิวโลก

3.1วัฏจักรฟอสฟอรัส (Phosphorus cycle) ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดนิวคลีอิคซึ่งเป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต และเป็นองค์ประกอบของสารพลังงานสูง (ATP) ซึ่งเป็นแหล่งสะสมพลังงานของสิ่งมีชีวิต นอกจากนั้นยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของกระดูกและฟัน ตามธรรมชาติฟอสฟอรัสจะอยู่ในดินในรูปของสารประกอบ เมื่อพืชดูดฟอสฟอรัสมาใช้ประโยชน์ ก็จะถูกถ่ายทอดไปยังคนและสัตว์ เมื่อคนและสัตว์ตายลง แบคทีเรียบางประเภทจะย่อยสลายจนได้กรดฟอสฟอริก (H3PO4) ซึ่งทำปฏิกิริยากับสารในดินกลับคืนไปทับถมเป็นกองหินฟอสเฟตในน้ำต่อไป

ที่มาของภาพ :http://moodle.unitec.ac.nz/pluginfile.php/280763/mod_book/chapter/11395/

phosphorus%20cycle.png

โดยเฉพาะกรดอะมิโนจำเป็นบางชนิด กำมะถันพบในธรรมชาติในรูปของสารประกอบ ซัลเฟอไดออกไซด์ ไฮโดร

เจนซัลไฟน์ พืชสามารถดูดซึ่มกำมะถันไปใช้ประโยชน์ในรูปของสารละลายซัลเฟต เมื่อสัตว์กินพืชจะได้กำมะถันใน

ในรูปของซัลไฮดริลจากพืช เมื่อพืชและสัตว์ตายจุลินทรีย์จะย่อยสลายซากพืชและสัตว์ ได้แก๊สไฮโดรเจนซัลไฟน์

ซึ่งซัลเฟตพืชนำไปใช้เป็นธาตุอาหารได้อีก สารประกอบกำมะถันในแหล้่งน้ำต่างๆ จะถูกแบคทีเรียบางชนิดเปลี่ยน

เป็นแก๊สคืนสู่บรรยากาศ แก๊สเหล่านี้จะรวมตัวกับน้ำฝนกลายเป็นกรดซัลฟิวริก และสารประกอบกำมะถันกลับสู่ดินและ

แหล่งนี้อีก วัฏจักรกำมะถันจะหมุนเวียนผ่านสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต

ที่มาของภาพ : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Sulfur_Cycle_

(Ciclo_do_Enxofre).png

ที่มาของเนื้อหา : หนังสือชีววิทยาพื้นฐานและเพิ่มเติม โดยประพันธ์ พนธารา

การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศ (Ecological Succession)

การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศ เป็นการเปลี่ยนแปลงของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศเป็นลำดับขั้น โดยมีปัจจัยต่างๆ ทั้งทางกายภาพ และชีวภาพ จนกลายเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอีก เรียกว่า Climax community แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ (Primary succession)

เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เริ่มจากพื้นที่ว่างเปล่าไม่เคยมีส่ิงมีชีวิตมาก่อน เช่น การเปลี่ยนแปลงแทนที่บนก้อนหิน หรือบริเวณที่เคยเกิดภูเขาไฟระเบิดมาก่อน ซึ่งการเปลี่ยนแปลงแทนที่ปฐมภูมินี้ใช้เวลายาวนานมากกว่าจะถึงสภาวะสมดุล

ที่มาของภาพ :http://www.dna2life.com/sites/default/files/8677294_orig_0.jpg

2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิ (Secondary succession)

เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เริ่มในบริเวณซึ่งเคยมีสิ่งมีชีวิตมาก่อน แต่ถูกทำลายไป โดยมนุษย์ สัตว์หรือภัยธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิใช้เวลาน้อยกว่าแบบปฐมภูมิ

ที่มาของภาพ :http://greenforecast.com/wp-content/uploads/2012/12/95198-036-2619E3FA1-1540x648_c.jpg

การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศที่พบในปัจจุบันมีหลายรูปแบบ เช่น

- การเปลี่ยนแปลงแทนที่ในสภาพที่แห้งแล้ง (Xerosere) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในบริเวณแห้งแล้ง ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดอาศัยอยู่ เช่น ทะเลทราย ซึ่งอาจพบการเปลี่ยนแปลงตามลำดับดังนี้

สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน --> ไลเคน --> มอส --> เฟิน --> ไม้ล้มลุก --> ไม้พุ่ม -->ไม้ยืนต้น --> ป่า

ที่มาของภาพ :http://www.geosociety.org/gsatoday/archive/19/11/cover/i1052-5173-19-11i.jpg

- การเปลี่ยนแปลงแทนที่ในแหล่งน้ำ (Hydrosere) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของสิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำที่ตื้นเขินจนกลายเป็นระบบนิเวศบนบก มีขั้นตอนต่างๆ ดังนี้

(1) ระยะบุกเบิก (Pioneer stage) เริ่มต้นจากสระที่น้ำยังลึก สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ เป็น สาหร่ายเล็กๆ แบคทีเรีย โปรโตซัว

(2) ระยะที่มีพืชใต้น้ำ (Submerged vegetation stage) เกิดเมื่อสิ่งมีชีวิตในระยะบุกเบิกตายและเกิดการทับถมกลายเป็นสารอาหารให้กับพืชน้ำได้อย่างเพียงพอ เช่น สาหร่ายขนาดใหญ่ และพบปลา หอย ตัวอ่อนแมลง ที่กินสาหร่ายเป็นอาหาร

(3) ระยะที่มีพืชโผล่พ้นน้ำ (Emerging vegetation stage) ระยะนี้ก้นสระมีการทับถมมากขึ้น บ่อเริ่มตื้น มีพืชหลากหลายชนิดขึ้น เช่น กก หญ้า ไม้ล้มลุก และสัตว์ เช่น กุ้ง แมลง ปลา กบ ปลิง

(4) ระยะเกิดที่ลุ่ม น้ำขัง (Temporary pond and prairie stage) บ่อน้ำเริ่มแห้ง ตื้นเขิน มีน้ำขังเป็นแอ่งๆ พบไม้ล้มลุกที่เจริญในพื้นที่ชื้นแฉะ พบสัตว์เลี้อยคลานและสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก

(5) ระยะที่มีไม้ยืนต้น (Beech and maple forest stage / Climax forest stage) พื้นที่ไม่มีน้ำขัง กลายเป็นพื้นดินทั้งหมด มีพืชล้มลุก ไม้พุ่ม ไม่ยืนต้นเกิดขึ้นตามลำดับ และเปลี่ยนสภาพไปเป็นป่าซึ่งเป็น Climax community (สังคมสมบูรณ์)

ที่มาของภาพ :http://www.italeem.com/wp-content/uploads/2014/04/11361.jpg