การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ เกิดขึ้นได้อย่างไร และสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีบทบาทอย่างไร

การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy Flow)

ในธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดต่างมีบทบาทที่แตกต่างกันเพื่อก่อให้เกิด การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ

ในระบบนิเวศ (Ecosystem) การอาศัยอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ก่อให้เกิดความสัมพันธ์ที่แสนสลับซับซ้อน เกิดเป็นโครงสร้างสายใยอาหาร (Food Web) ขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชีวิตเข้ากับสิ่งแวดล้อม ผ่านลำดับขั้นของการบริโภคในห่วงโซ่อาหาร (Food Chain) ซึ่งทำให้เกิด การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy Flows) และการหมุนเวียนของสสารต่าง ๆ (Nutrient Cycles)

การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ, ผู้ผลิต, ผู้บริโภค

ลำดับขั้นของการบริโภค (Tropic Levels) ในระบบนิเวศ

  1. ผู้ผลิต (Producer) คือ สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้ (Autotroph) เช่น พืช และสาหร่ายต่าง ๆ
  2. ผู้บริโภค (Consumer) คือ สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ (Heterotroph) เช่น ผู้บริโภคพืช (Herbivore) ผู้บริโภคสัตว์ (Carnivore) ผู้บริโภคทั้งพืชทั้งสัตว์ (Omnivore) และผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์ (Detritivore)
    • ผู้บริโภคลำดับที่ 1 (Primary Consumers) เช่น ตั๊กแตน ผึ้ง และหนอน
    • ผู้บริโภคลำดับที่ 2 (Secondary Consumers) เช่น กบ หนู
    • ผู้บริโภคลำดับที่ 3 (Tertiary Consumers) เช่น งู เสือ และจระเข้
    • ผู้บริโภคลำดับที่ 4 (Quaternary Consumers) เช่น นกฮูก เหยี่ยว และมนุษย์
  3. ผู้ย่อยสลาย (Decomposer) มีหน้าที่ย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตกลับคืนสู่ธรรมชาติ แปรเปลี่ยนอินทรียสารกลับไปเป็นแร่ธาตุ เพื่อให้ผู้ผลิตสามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้อีกครั้ง เช่น รา แบคทีเรีย และจุลินทรีย์

การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ, ผู้ผลิต, ผู้บริโภค

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

การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ, ผู้ผลิต, ผู้บริโภค

  • พีระมิดพลังงาน (Pyramid of Energy)

คือ การแสดงปริมาณพลังงานของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภคภายในห่วงโซ่อาหาร ซึ่งสามารถแสดงผลของการถ่ายทอดพลังงานภายในห่วงโซ่อาหารได้ชัดเจนที่สุด โดยพีระมิดปริมาณพลังงานจะมีลักษณะเป็นพีระมิดฐานกว้างเสมอ ตามปริมาณพลังงานของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภค ซึ่งจะมีค่าลดลงตามลำดับขั้นที่สูงขึ้นตาม “กฎ 10 เปอร์เซ็นต์” (Ten Percent Law)

การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ, ผู้ผลิต, ผู้บริโภค

การถ่ายทอดพลังงานของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ จากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคลำดับต่าง ๆ จนกระทั่งถึงผู้บริโภคลำดับสุดท้ายหรือผู้ย่อยสลายภายในห่วงโซ่อาหาร จะมีพลังงานสะสมที่ถูกเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพเพียงร้อยละ 10 ถูกส่งผ่านจากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภค ซึ่งจะลดลงในแต่ละลำดับขั้นการกินที่สูงขึ้น ตาม “กฎ 10 เปอร์เซ็นต์” (Ten Percent Law) ซึ่งราวร้อยละ 90 ของพลังงานนั้น สูญเสียไปในรูปของพลังงานความร้อนจากกระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism) ของสิ่งมีชีวิต

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

National Geographic Society – https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/food-web/

โรงเรียนนวมินทราชินูทิศ สตรีวิทยา พุทธมณฑล – http://www.satriwit3.ac.th/files/1211201313292364/files/ecosystem.pdf

Pmfias.com – https://www.pmfias.com/ecological-pyramids-pyramid-numbers-biomass-energy/

BBC – https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zy6rng8/revision/3


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: หน้าที่ของระบบนิเวศ (Ecosystem Function)

เรื่องแนะนำ

เซลล์พืช และส่วนประกอบภายในเซลล์

โครงสร้างเซลล์พืช มีรูปร่างคงที่ มีความแข็งแรง และมีออร์แกเนลล์พิเศษที่สำคัญต่อกระบวนการสังเคราะห์แสง สำหรับพืชก็ประกอบขึ้นด้วยเซลล์เช่นกัน แต่ส่วนประกอบภายใน เซลล์พืช จะแตกต่างออกไปจากเซลล์สัตว์ ทำให้เซลล์พืชและเซลล์สัตว์มีลักษณะและสมบัติบางอย่างที่แตกต่างกัน โดย โครงสร้างเซลล์พืช ประกอบไปด้วย 1. ผนังเซลล์ (Cell wall) เป็นส่วนที่อยู่ชั้นนอกสุดของเซลล์ จะพบใน เซลล์พืช แต่ไม่พบในเซลล์สัตว์ เป็นโครงสร้างที่กำหนดขอบเขต และรูปร่างของสิ่งมีชีวิต มีหน้าที่เพิ่มความแข็งแรง ค้ำจุนโครงสร้างของเซลล์ ทำให้เซลล์คงรูป และป้องกันการสูญเสียน้ำของเซลล์พืช ในผนังเซลล์ประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) และเพกติน (Pectin) 2. เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell membrane) ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด (Phospholipid bilayer) และโปรตีนเป็นส่วนมาก ทำหน้าที่ห่อหุ้มส่วนที่เป็นของเหลวและออร์แกเนลล์ภายใน ทั้งยังเป็นเยื่อเลือกผ่าน ควบคุมการเข้าออกของสารต่าง ๆ จากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่เซลล์ 3. นิวเคลียส (Nucleus) มีลักษณะค่อนข้างกลม ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ และการถ่ายทอดพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูกหลาน 4. ไซโทพลาซึม (Cytoplasm) เป็นของเหลวที่อยู่ภายในเซลล์ ประกอบด้วยออร์แกเนลล์ และสารประกอบต่าง ๆ […]

ซากดึกดำบรรพ์ หรือฟอสซิล (Fossil)

จากการค้นพบ ซากดึกดำบรรพ์ ล่าสุดในประเทศไทย กลายเป็นกระแสไปทั่วโลกออนไลน์ ปลุกกระแสวงการบรรพชีวินในประเทศไทยขึ้นอีกครั้ง ซากดึกดำบรรพ์ หรือ “ฟอสซิล” (Fossil) คือ หินที่เก็บรักษาซากสิ่งมีชีวิตโบราณหรือร่องรอยของการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้เป็นอย่างดี ไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ แบคทีเรีย ส่วนของละอองเกสร หรือแม้แต่รอยเท้าต่าง ๆ ซึ่งถูกแปรสภาพและเก็บรักษาไว้ด้วยกระบวนการทางธรรมชาติในชั้นหินใต้เปลือกโลก ก่อนจะกลายมาเป็นหลักฐานทางธรณีวิทยาที่สำคัญให้เราได้ทำการศึกษาและทำความเข้าใจต่อโลกและสิ่งมีชีวิตในอดีต ซากสิ่งมีชีวิตจะกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ เมื่อมีอายุตั้งแต่ 1 หมื่นปีขึ้นไป ดังนั้น ซากดึกดำบรรพ์ที่ถูกขุดพบสามารถแสดงร่องรอยของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่บรมยุคอาร์เคียน (Archean Eon) เมื่อเกือบ 4 พันล้านปีก่อนเรื่อยมาจนถึงยุคสมัยโฮโลซีน (Holocene Epoch) ซึ่งเป็นยุคสมัยของเรา ซากดึกดำบรรพ์ที่มีอายุเก่าแก่ที่สุดที่เคยถูกขุดพบ คือ ซากของสาหร่ายโบราณที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรเมื่อราว 3 พันล้านปีก่อน สำหรับประเทศไทย กรมทรัพยากรธรณีเป็นหน่วยงานหลักที่ศึกษาและรับผิดชอบเรื่องซากดึกดำบรรพ์ ที่ผ่านมาค้นพบซากฟอสซิลที่เป็นประโยชน์ต่อการศึกษาประวัติศาสตร์ทางบรรพชีวินวิทยา ทั้งซากดึกดำบรรพ์ของพืชและสัตว์ จากข่าวล่าสุดในพื้นที่จังหวัดสระแก้ว เมื่อวันที่ 1 ธันวาคม 2562 ที่ผ่านมา รายงานพบซากดึกดำบรรพ์ของ “ไครนอยด์” (Crinoid) หรือพลับพลึงทะเล สัตว์ทะเลโบราณในมหายุคพาลีโอโซอิก (Paleozoic […]

ก่อนที่จะมี CSI เรามี “นักสืบ X

คริสเตน เฟเดริก-ฟรอสต์ ภัณฑารักษ์ ค้นหาจดหมายเหตุอยู่ที่ สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (National Institute of Standards and Technology – NIST) เพื่อนำมาจัดแสดง และพบสมุดบันทึก 9 เล่มที่เป็นของนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งทำงานอยู่ที่สถาบัน NIST เมื่อตอนต้นศตวรรษที่ยี่สิบ นักวิทยาศาสต์คนนั้นคือ วิลเมอร์ ซาวเดอร์ นักฟิสิกส์ของสถาบัน NIST ชายผู้เถรตรงผู้นี้เป็นลูกชาวไร่ชาวนาจากรัฐอินดีแอนาทางใต้ จบการระดับมหาวิทยาลัยและกลายมาเป็นนักฟิสิกส์ หลังได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตในปี 1916 เขาเริ่มงานที่สถาบันมาตรฐานแห่งชาติ (National Bureau of Standards: NBS ซึ่งต่อมากลายเป็น NIST) ซึ่งทำหน้าที่วัดตวงทุกสิ่งในสหรัฐฯ  ซาวเดอร์เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านบันทึกทันตกรรมและในภายหลังยังเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการวิเคราะห์และระบุลายมือ (handwriting identification specialist) ผู้มีบทบาทสำคัญในการสืบสวนคดีของรัฐบาลกลาง รวมถึงการพิจารณาคดีในศาลของคดีลักพาตัวบุตรตระกูลลินด์เบิร์ก (บุตรชายของนักบิน ชาร์ลส์ ลินด์เบิร์ก อ่านคดีเด็กหายอันโด่งดังนีได้ที่ http://www.thairath.co.th/content/230569 หรือ https://www.fbi.gov/history/famous-cases/lindbergh-kidnapping  ) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 85 ปีก่อน […]

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการจูบ

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการจูบ “จูบ คุณคิดว่าไม่สำคัญ แต่เมื่อคุณจูบฉัน ทำไมฉันสั่นไปถึงหัวใจ” จ๊วบบบบ…แต่รอยจูบอันแสนโรแมนติกอาจทำให้คุณรู้สึกอี๋ เมื่อทราบเบื้องหลังว่าการจูบแต่ละครั้งนั้นเป็นการแลกเปลี่ยนแบคทีเรียมากถึง 80 ล้านตัว ทว่าทำไมการจูบถึงยังคงถูกใช้ในการพรรณนาความรักผ่านบทเพลง บทกวีและภาพยนตร์มาหลายยุคหลายสมัย? พ่อกับแม่น่าจะเป็นคู่แรกที่แสดงให้เห็นว่าการจูบนั้นทำอย่างไร คุณซึมซับและเรียนรู้พฤติกรรมดังกล่าวมา แต่ใช่ว่าการจูบจะเป็นการแสดงออกซึ่งความรักที่เป็นสากล เพราะในวัฒนธรรมทั่วโลกมีเพียง 46% เท่านั้นที่นิยมการจูบ เช่นบนเกาะ Perry ชาวเอสกิโมมีวิธีการแสดงความรักด้วยการเอาจมูกชนกันแทน กลับมาโฟกัสที่วัฒนธรรมซึ่งการจูบเป็นเรื่องสำคัญ ผลการศึกษาชี้ว่ารอยจูบที่ไม่ประทับใจนั้นส่งผลให้เกิดความสัมพันธ์ที่ร้างราตามมาถึงในผู้หญิง 66% และในผู้ชายอีก 59% ทีนี้คุณคงเริ่มมองเห็นภาพแล้ว่าจูบนั้นสำคัญไฉน จากประวัติศาสตร์มีบันทึกเกี่ยวกับการจูบย้อนหลังไปไกลได้ถึง 3,500 ปีก่อน ในบันทึกภาษาสันสกฤต ที่นิยามไว้ว่าเป็นการแลกเปลี่ยนจิตวิญญาณ นอกจากนั้นวัฒนธรรมการจูบยังพบได้ในไบเบิ้ล, กามาสุตรา และอื่นๆ อีกมากมาย พฤติกรรมการจูบค่อนข้างหาได้ยากในสัตว์อื่นๆ นอกจากเราแล้วก็มีชิมแปนซีและลิงโบโนโบเท่านั้น มีทฤษฎีสนับสนุนการจูบว่าเป็นพฤติกรรมดึกดำบรรพ์ที่เราใช้ในการยอมรับบุคคลนั้นๆ เพราะเมื่อจูบคุณจะได้กลิ่นของคนๆ นั้นชัดเจนจากการนำจมูกมาใกล้กันมีหลายงานวิจัยระบุไว้ว่าการจูบส่งผลดีต่อร่างกาย เมื่อจูบร่างกายจะหลั่งสารเซโรโทนินที่ช่วยปรับอารมณ์ของคุณให้ดีขึ้นโดพามีนถูกผลิตสร้างความพึงใจให้แก่สมอง หัวใจคุณจะเต้นแรงขึ้นจากอะดรีนาลีน และสุดท้ายฮอร์โมนแห่งความรักความผูกพันนั่นคือออกซิโทซินจะถูกหลั่งออกมา ฉะนั้นแล้วไม่ว่าแบคทีเรียที่ถูกส่งต่อจะเยอะแค่ไหน ในเมื่อจูบกันมันดีขนาดนี้ ก็คุ้มค่าที่จะจูบโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าได้จูบคนที่เรารักด้วยแล้ว…จ๊วบบ   อ่านเพิ่มเติม วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการตกหลุมรัก