เวศ<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
(ECOSYSTEM)
1. ความหมายของระบบนิเวศ (Ecosystem)
ระบบนิเวศเป็นหน่วยที่สำคัญที่สุดในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม เพราะประกอบไปด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด มีการแลกเปลี่ยนสสาร แร่ธาตุ และพลังงานกับสิ่งแวดล้อม โดยผ่านห่วงโซ่อาหาร (food chain) มีลำดับของการกินเป็นทอด ๆ ทำให้สสารและแร่ธาตุมีการหมุนเวียนไปใช้ในระบบจนเกิดเป็นวัฏจักร ทำให้มีการถ่ายทอดพลังงานไปตามลำดับขั้นเป็นช่วง ๆในห่วงโซ่อาหารได้ การจำแนกองค์ประกอบของระบบนิเวศ ส่วนใหญ่จะจำแนกได้เป็นสององค์ประกอบใหญ่ ๆ คือ องค์ประกอบที่มีชีวิตและองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต
<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />
ภาพที่ 9. 1 แบบจำลองระบบนิเวศขนาดเล็กแสดงให้เห็นถึงกระบวนการสำคัญ: การไหลของพลังงาน (energy) และ การหมุนเวียนสารเคมี (chemical cycling)
ที่มา : (http://wps.aw.com/bc_campbell_ essentials _2/ 0,7641,708230-,00.html)
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
· ต้นหม้อข้าวหม้อแกงลิง (pitcher plant) จะจัดไว้ใน พวกใด ระหว่าง producer, consumer หรือว่า decompose? เพราะเหตุใด? · ตอบ ................................................................
ภาพที่ 9.2 แผนผังการหมุนเวียนของสารเคมีธรณีชีวภาพ (biogeochemical)
ที่มา : (http://wps.aw.com/bc_campbell_ essentials _2/ 0,7641,708230-,00.html)
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
ที่มา:http://www.phschool.com/atschool/science_activity_library/images/photosynthesis.jpg
· จากภาพข้างบนลองเขียนสมการการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis)ของพืชสีเขียวโดยใช้ภาษาของตนเอง (ภาษาไทย) ........................................................................
3. ระดับการกินอาหาร (trophic levels)
ความสัมพันธ์ของการกินอาหารเป็นตัวกำหนดเส้นทางของการไหลของพลังงานและวัฏจักรเคมีของระบบนิเวศ จากการวิเคราะห์การกินอาหารในระบบนิเวศทำให้นักนิเวศวิทยาสามารถ แบ่งชนิดของระบบนิเวศออกได้ตามแหล่งอาหารหลักของระดับการกิน(trophic level)
ภาพที่ 9.3 ตัวอย่างห่วงโซ่อาหาร (food chain) หัวลูกศรแสดงเส้นทางการลำเลียงอาหารจากพืชผู้ผลิตผ่านไปสู่ผู้บริโภคแรกเริ่มที่กินพืช (herbivore) ผู้บริโภคลำดับสอง ผู้บริโภคลำดับสามไปจนถึงผู้บริโภคลำดับสี่ที่กินเนื้อ (carnivore)
ที่มา : (http://wps.aw.com/bc_campbell_ essentials _2/ 0,7641,708230-,00.html)
3.1 ระดับการกินอาหาร และห่วงโซ่อาหาร (trophic level and food web) ลำดับการถ่ายทอดอาหารจากระดับหนึ่งไปสู่อีกระดับเรียกว่า ห่วงโซ่อาหาร (food chain) (ภาพที่ 9.3) สัตว์พวก herbivore เป็นสัตว์กินพืช สาหร่ายและแบคทีเรีย จัดเป็นผู้บริโภคแรกเริ่ม (primary consumers) (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
ภาพที่ 9.4 ฟังไจ (fungi) กำลังย่อยสลายซากขอนไม้
ที่มา : (http://wps.aw.com/bc_campbell_ essentials _2/ 0,7641,708230-,00.html)
3.2 สายใยอาหาร (food web) ระบบนิเวศจำนวนน้อยที่ประกอบไปด้วยห่วงโซ่อาหารเดี่ยวๆโดยไม่มีสาขาย่อยๆ ผู้บริโภคแรกเริ่มหลายรูปแบบมักจะกินพืชชนิดเดียวกันและผู้บริโภคแรกเริ่มชนิดเดียวอาจกินพืชหลายชนิดดังนั้นสาขาย่อยของห่วงโซ่อาหารจึงเกิดขึ้นในระดับการกินอื่นๆด้วย ตัวอย่างเช่น กบตัวเต็มวัยซึ่งเป็นผู้บริโภคลำดับสองกินแมลงหลายชนิดซึ่งอาจถูกกินโดยนกหลายชนิด นอกจากนี้แล้ว ผู้บริโภคบางชนิดยังกินอาหารในระดับการกินที่แตกต่างกัน นกฮูกกินหนูซึ่งเป็นผู้บริโภคแรกเริ่มที่กินสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด แต่นกฮูกอาจกินงูซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่กินเนื้ออีกด้วย สิ่งมีชีวิตที่กินทั้งพืชและสัตว์ รวมทั้งมนุษย์ด้วย(omnivore) จะกินทั้งผู้ผลิตและผู้บริโภคในระดับการกินต่างๆ ดังนั้นความสัมพันธ์เชิงการกินอาหารในระบบนิเวศจึงถูกถักทอให้มีความละเอียดซับซ้อนมากยิ่งขึ้นจนกลายเป็นสายใยอาหาร (food web) (ภาพที่ 9.5)
ภาพที่ 9.5 สายใยอาหารแบบไม่ซับซ้อน ทิศทางหัวลูกศรหมายถึง ใครบริโภคใคร
(ผู้ที่อยู่ตำแหน่งต้นของลูกศรจะถูกกินโดยผู้ที่อยู่ตำแหน่งปลายลูกศร)และ
ทิศทางการ เคลื่อนย้ายของสารอาหารจะถูกส่งผ่านไปตามทิศทางของลูกศร
ที่มา : (http://wps.aw.com/bc_campbell_ essentials _2/ 0,7641,708230-,00.html)
{ นักเรียนบอกชื่อของสิ่งมีชีวิตในภาพข้างล่าง ได้ครบหรือไม่ ให้เขียนชื่อไว้ใกล้ๆภาพสิ่งมีชีวิตชนิดนั้นๆ {แล้วอย่าลืมวงเล็บไว้ด้วยว่ามีสถานะ ใดในระดับ ของการกิน (trophic level) ในห่วงโซ่อาหาร
ที่มา: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/71/FoodChain.svg/424px-FoodChain.svg.png
ที่มา:http://www.cals.ncsu.edu/course/ent425/images/tutorials/ecology/trophic_levels/foodweb.gif
