การถ่ายทอดสารอาหารจากโซ่อาหารหนึ่งไปยังอีกโซ่อาหารหนึ่ง เรียกว่าอะไร

ระบบนิเวศ เป็นหัวข้อสำคัญเมื่อติว GED Science นะครับออกข้อสอบอยู่บ่อยๆ ซึ่งระบบนิเวศนี้เต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายสายพันธุ์ต่างอยู่ร่วมกัน การที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดอยู่ร่วมกันได้นั้น ขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น อุณหภูมิ แสง ภูมิประเทศ รวมไปถึงสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการดำรงชีพ สภาพแวดล้อมดังกล่าว หมายถึงถิ่นที่อยู่ที่สิ่งมีชีวิตสามารถหาอาหารได้อย่างสะดวก ดังนั้นจุดร่วมกันอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิตแต่ละสายพันธุ์ คือ ความต้องการสารอาหารในการสร้างพลังงานเพื่อใช้ในการดำรงชีพ ซึ่งสามารถอธิบายด้วยหลักการของห่วงโซ่อาหาร (Food chain) ในข้อสอบ GED Science มีเรื่องนี้ทุกรอบเลยก็ว่าได้นะครับ

            เมื่อติว GED Science หัวข้อนี้ ที่พลาดไม่ได้ก็จะมีอีกเรื่องคือ ห่วงโซ่อาหาร (Food chain) ที่เป็นกระบวนการถ่ายทอดพลังงานในรูปของอาหารเป็นลำดับขั้นจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังสิ่งมีชีวิตอีกหนึ่งโดยการกินกันเป็นทอดๆ ทำให้สารอาหารและพลังงานถ่ายทอดไปในหมู่สิ่งมีชีวิตและตกลงสู่สิ่งแวดล้อม โดยห่วงโซ่อาหารถูกอธิบายด้วยแผนภาพพีระมิดแสดงลำดับขั้นของสิ่งมีชีวิต โดยฐานของพีระมิดบ่งบอกถึงลำดับขั้นต่ำสุด ในขณะที่ยอดพีระมิดบ่งบอกถึงลำกับขั้นสูงสุด ห่วงโซ่ถูกจำแนกตามลักษณะของสิ่งมีชีวิต ได้แก่

1. Producer (ผู้ผลิต) คือ สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้ เช่น พืชทุกชนิด และแบคทีเรียจำพวกสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เพราะพืชสร้างอาหารได้เองด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสง ผลผลิตที่ได้จากการสังเคราะห์แสงคือ น้ำตาลซึ่งนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานให้แก่ตัวเองได้ โดยไม่จำเป็นต้องบริโภคสิ่งมีชีวิต ในทางชีววิทยาจากภาพแสดงให้เห็นว่า ต้นหญ้าเป็นผู้ผลิต
2. Primary consumer (ผู้บริโภคลำดับที่ 1)คือ สิ่งมีชีวิตที่บริโภคพืช ส่วนใหญ่เป็นสัตว์กินพืช (Herbivore) จากภาพแสดงให้เห็นว่า กระต่ายเป็นผู้บริโภคลำดับที่ 1 นอกจากนี้ม้าลาย, กวาง, ตั๊กแตน, ผีเสื้อ ก็เป็นผู้บริโภคลำดับที่ 1 เช่นกัน
3. Secondary consumer (ผู้บริโภคลำดับที่ 2) คือ สิ่งมีชีวิตที่บริโภคสัตว์กินพืช ส่วนใหญ่เป็นสัตว์กินเนื้อ (Carnivore) จากภาพแสดงให้เห็นว่า งูเป็นผู้บริโภคลำดับที่ 2 นอกจากนี้นก, แมงมุม, ปลา ก็เป็นผู้บริโภคลำดับที่ 2 เช่นกัน
4. Tertiary consumer (ผู้บริโภคลำดับที่ 3) คือ สิ่งมีชีวิตที่อยู่ขั้นสูงสุดของห่วงโซ่อาหาร เป็นผู้บริโภคลำดับสุดท้าย ส่วนใหญ่เป็นสัตว์ที่มีสถานะเป็นนักล่ากินเนื้อ (Carnivore) หรือ สัตว์ที่กินได้ทั้งพืชและสัตว์ (Omnivore) ในบางครั้งผู้บริโภคลำดับนี้สามารถบริโภคสัตว์ที่อยู่ลำดับต่ำกว่าได้ จากภาพแสดงให้เห็นว่า เหยี่ยวเป็นผู้บริโภคลำดับที่ 3 นอกจากนี้มนุษย์, เสือ, สิงโต, ฉลาม ก็เป็นผู้บริโภคลำดับที่ 3 ซึ่งล้วนแล้วเป็นสัตว์ที่มีความสามารถในการเป็นผู้ล่าทั้งสิ้น

ในข้อสอบ GED Science นิยมออกหัวข้อเรื่องห่วงโซ่อาหาร เพราะเป็นเนื้อหาที่เข้าใจง่ายและวัดความรู้ผู้เข้าสอบได้อย่างชัดเจน โดยข้อสอบมักแสดงภาพประกอบแล้วถามสิ่งมีชีวิตในแผนภาพว่าถูกจัดอยู่ในกลุ่มใด ซึ่งถือเป็นข้อสอบที่ง่ายและประหยัดเวลา ดังนั้นหากน้องๆกำลังเรียน GED Science หรือ ติวๆกันอยู่ก็อย่าลืมเรื่องนี้กันนะครับ

ในธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดต่างมีบทบาทที่แตกต่างกันเพื่อก่อให้เกิด การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ

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

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

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)

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)