การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ

          ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับโลกของสิ่งมีชีวิต กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้ผลิตจะเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานที่สะสมไว้ในโมเลกุลของสารอาหาร โดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ได้ผลผลิตเบื้องต้น คือ กลูโคส ในกระบวนการนี้มีแก๊สออกซิเจนปล่อยออกสู่บรรยากาศ พลังงานในโมเลกุลของสารอาหารจะถ่ายทอดจากผู้ผลิตสู่ผู้บริโภคลำดับต่างๆ จนถึงผู้ย่อยสลายอินทรียสาร ซึ่งพลังงานจะมีค่าลดลงตามลำดับ เพราะส่วนหนึ่งถูกใช้ในการผลิตพลังงานให้แก่ร่างกายโดยกระบวนการหายใจ อีกส่วนหนึ่งสูญเสียไปในรูปของพลังงานความร้อน ดังนั้นลำดับการถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหารจึงมีความยาวจำกัด โดยปกติจะสิ้นสุดที่ผู้บริโภคลำดับ 4 - 5 เท่านั้น

          จากแผนภาพ ผู้ที่ได้รับพลังงานจากพืชเป็นอันดับแรก คือ กระต่าย หนู นกกินพืช ตั๊กแตน จัดเป็นผู้บริโภคอันดับ 1 ส่วน นกกินแมลง แมงมุม แมลงปีกแข็ง จะได้รับการถ่ายทอดพลังงานเป็นอันดับที่ 2 ส่วนเหยี่ยวจัดเป็นผู้บริโภคอันดับที่ 3

          เมื่อพิจารณาแบบแผนของการถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหารหนึ่งๆ สามารถเสนอได้ในรูปพิรามิดได้แก่ พิรามิดจำนวนของสิ่งมีชีวิต (pyramit of numbur) ดังแผนภาพ โดยทั่วไปสัดส่วนของจำนวนสิ่งมีชีวิตจะมีลักษณะเป็นรูปพิรามิดฐานกว้าง โดยผู้ผลิต ซึ่งมีจำนวนมากที่สุดอยู่ตรงตำแหน่งฐานพิรามิด ผู้บริโภคลำดับต่างๆ ที่อยู่ถัดขึ้นไปตามลำดับจะลดลง

          ตัวเลขที่อยู่ในพิรามิดแต่ละชั้นแสดงจำนวนสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่ จะเห็นได้ว่าพื้นที่ 1 ตารางเมตรของสระน้ำจืดมีผู้ผลิตอยู่จำนวนมากมาย ส่วนผู้บริโภคแต่ละลำดับจะมีจำนวนลดหลั่นกันไป จนถึงผู้ริโภคลำดับ 3ซึ่งเป็นผู้บริโภคลำดับสุดท้าย ในตัวอย่างพิรามิดจำนวนตามแผนภาพนี้ มี 0.01 ตัวต่อตารางเมตร การที่จำนวนของสิ่งมีชีวิตที่นับได้ ไม่เป็นจำนวนเต็มเนื่องจากเราคำนวณหาจำนวนสิ่งมีชีวิตบริเวณผิวของสระน้ำจืดในพื้นที่ 1 ตารางเมตรเท่านั้น ซึ่งตามความเป็นจริงสระน้ำจืดนี้ มีพื้นที่มากกว่า 1 ตารางเมตร เมื่อคำนวณจำนวนสิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้บริโภคอันดับ 3 บนผิวของสระน้ำจืดทุกๆ 1 ตารางเมตร ซึ่งมีจำนวนน้อย ผลลัพธ์จึงไม่เป็นเลขจำนวนเต็ม

          พิรามิดของจำนวนสิ่งมีชีวิตอาจไม่จำเป็นต้องมีลักษณะของพิรามิดฐานกว้างเพียงอย่างเดียว ระบบนิเวศสวนลำใยแห่งหนึ่งมีลำใย 200 ต้น และบริเวณต้นลำใยเป็นแหล่งที่อยู่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ได้แก่ ผึ้ง แมลงวันทอง นก นกฮูก จะเห็นได้ว่าผึ้ง และแมลงวันทองที่อาศัยกินน้ำหวานจากดอกลำใยนั้นมีจำนวนมากกว่าต้นลำใยหลายเท่า พิรามิดจำนวนสิ่งมีชีวิตของระบบนิเวศนี้

          การเสนอข้อมูลในรูปของพิรามิดจำนวน อาจทำให้เกิดความเข้าใจคลาดเคลื่อนได้ เพราะสิ่งมีชีวิตไม่ว่าจะมีขนาดเล็กเพียงเซลล์เดียว เช่น สาหร่ายเซลล์เดียว หรือสัตว์หลายเซลล์ และมีขนาดใหญ่ เช่น ไส้เดือนดินก็จะถูกนับเป็นหนึ่งเท่ากันหมด ทั้งที่ตามความเป็นจริงแล้วปริมาณอาหารที่ผู้บริโภคจะได้รับจากสิ่งมีชีวิตทั้งสองชนิดนี้แตกต่างกันมาก

          ดังนั้นนักนิเวศวิทยาจึงเสนอในรูปของพิรามิดมวลของสิ่งมีชีวิต(pyramit of mass)โดยการคาดคะเนมวลของน้ำหนักแห้งของสิ่งมีชีวิตแต่ละลำดับแทนการนับจำนวน ทั้งนี้เพื่อให้ข้อมูลมีความถูกต้องตามความเป็นจริงมากขึ้น

          จำนวนหรือมวลของสิ่งมีชีวิตก็ยังมีการเปลี่ยนแปลงไปแต่ละช่วงเวลา และอัตราการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตก็แตกต่างกัน เช่น ต้นสัก แม้ว่าจะมีมวลหรือปริมาณมากกว่าสาหร่ายเซลล์เดียวจำนวนเป็นล้านเซลล์ แต่สาหร่ายเซลล์เดียวเจริญเติบโตขยายพันธุ์ได้รวดเร็วในช่วงเวลา 1 ปี จะให้ผลผลิตที่เป็นอาหารของผู้บริโภคได้มากกว่าต้นสักเสียอีก ดังนั้นจึงมีการเสนอข้อมูลของพิรามิดพลังงาน

          การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศมีความสำคัญมากเพราะไม่เพียงแต่สารอาหารเหล่านั้นมีการถ่ายทอด

          แต่สารทุกชนิดที่ปนเปื้อนอยู่ในระบบนิเวศทั้งที่เป็นประโยชน์และเป็นโทษจะถูกถ่ายทอดไปในโซ่อาหารด้วย ตัวอย่างเช่น การใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชพวกแมลง สารเคมีกำจัดเชื้อรา ที่รู้จักกันดีคือ DDT ซึงสารเคมีชนิดนี้จะสลายตัวยาก มีความคงตัวสูง ทำลายระบบประสาทแมลงได้ดี เนื่องจากมีโลหะหนักที่เป็นพิษเจือปนอยู่ เช่น ปรอท

          ตะกั่ว หรืออาร์เซนิก สารดังกล่าวจะตกค้างในผู้ผลิตและผู้บริโภคและถ่ายทอดไปตามลำดับในโซ่อาหารซึ่งปริมาณ

          DDT จะเพิ่มความเข้มข้นข้นเรื่อยๆ ในแต่ละลำดับของชั้นอาหาร เช่น เนื้อของนกกินปลา 1 กรัม จะมี DDT สะสมมากกว่าเนื้อปลาที่มีน้ำหนักเท่ากัน

          แหล่งชุมชนที่อยู่อาศัยของแต่ละผู้คนในแต่ละแหล่งก็มีการถ่ายเทของเสียออกสู่ธรรมชาติ และกิจกรรมต่างๆของมนุษย์ เช่น ร้านอาหาร อู่ซ่อมรถ โรงแรม โรงงานอุตสาหกรรม และแหล่งเกษตรกรรม ทำให้มีของเสียปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมและสะสมอยู่ตามแหล่งน้ำ ดิน อากาศ ของเสียเหล่านี้จะถ่ายทอดไปสู่ผู้ผลิต และผู้บริโภคลำดับต่างๆ รวมถึงกลับมาสู่ตัวมนุษย์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งในโซ่อาหาร ทำให้มีผลต่อสุขภาพ ของเสียบางอย่างยังเป็นที่มีพิษรุนแรง เช่น พวกโลหะหนัก ถ้าร่างกายได้รับสารนั้นในปริมาณมากอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้

          ในบางกรณีของเสียหรือสารพิษที่สะสมอยู่ในแหล่งต่างๆ อาจไม่ถ่ายทอดถึงมนุษย์ เพราะเป็นอันตรายต่อผู้บริโภคในลำดับต้นๆเสียก่อนแล้ว ทำให้โซ่อาหารถูกทำลาย แต่มนุษย์ก็ได้รีบผลกระทบเช่นกัน ทั้งในแง่ที่ขาดแคลนอาหารและส่งผลถึงเศรษฐกิจด้วย ดังนั้นจึงควรมีการป้องกันและการจัดการเกี่ยวกับการกำจัดของเสียอย่างถูกต้อง