เรียนชีววิทยา กับครูกศนต์ ภารยาท: 1. ความหลากหลายทางชีวภาพ (Biodiversity)

1. ความหมายความหลากหลายทางชีวภาพ (Biodiversity)

จุดประสงค์การเรียนรู้ เพื่อให้นักเรียนสามารถ

            1. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายองค์ประกอบของความหลากหลายทางชีวภาพ
            2. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายความหลากหลายทางพันธุกรรม ความหลากหลายทางสปีชีส์และความหลากหลายของระบบนิเวศ
            3. ตระหนักถึงคุณค่าของความหลากหลายทางชีวภาพ

โลกของเรามีความหลากหลายทางชีวภาพ ทั้งจุลินทรีย์ พืชและสัตว์นับล้าน ๆ ชนิด แต่ละชนิดมีจำนวนมากที่ผ่านการเกิดวิวัฒนาการมานานพันล้านปี จวบจนปัจจุบันเราพบว่าโลกของเรามีสิ่งมีชีวิตมากมาย สำหรับประเทศไทยเป็นประเทศที่ตั้งอยู่ในเขตร้อนชื้น สภาพภูมิอากาศ ตลอดจนปัจจัยของสภาพแวดล้อมเอื้ออำนวยการต่อการเกิด การดำรงชีวิต และการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต ก่อให้เกิดความหลากหลายทางชีวภาพ (Biodiversity) เนื่องด้วยความหลากหลายทางชีวภาพมีความสำคัญต่อดำรงชีวิตของคนอย่างมากมาย จึงมีความจำเป็นต้องมีการศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพ การจัดจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต ความสำคัญของความหลากหลายทางชีวภาพต่อระบบนิเวศ ตลอดจนความหลายทางชีวภาพในประเทศไทย เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษา การอนุรักษ์ความหลากหลายเพื่อดำรงไว้ซึ่งความสมดุลของระบบนิเวศที่นับแต่จะเปลี่ยนแปลง

ภาพที่ 20-1 ความหลากหลายของดอกไม้ (ที่มา : http://qian-seattle.blogspot.com/2006_09_01_archive.html)

จากภาพที่ 20-1 เป็นพรรณไม้ชนิดเดียวกัน แต่มีสีของดอกหลากหลาย เช่นเดียวกันกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ก็มีความหลากหลายเช่นเดียวกัน จากความหลากหลายดังกล่าวมนุษย์นำมาใช้ประโยชน์เพื่อพัฒนาคุณภาพชีวิตให้ดีขึ้น ได้ เช่น ความหลากหลายของสีดอกไม้นำมาใช้ตกแต่งจัดสวนให้สวยงาม แสดงว่าความหลากหลายนั้นมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์เป็นอย่างยิ่ง

ในบทเรียนนี้ นักเรียนจะได้ศึกษาความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตว่ามีอะไรบ้าง มีการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่อย่างหลากหลายอย่างไร และใช้หลักเกณฑ์ใดในการจัดหหมวดหมู่ ตลอดจนความสำคัญต่อระบบนิเวศและมนุษย์อย่างไร

ภาพที่ 20 - 2 ความหลากหลายทางพันธุกรรมของหอยทับทิม (Common Button Top์ : Umbonium vestiarum ไฟลั่ม : MOLLUSCA )

จากภาพที่ 21-2 หอยทับทิมในภาพควรเป็นหอยสปีชีส์เดียวกันเพราะมีรูปร่างลักษณะเหมือนกัน แต่แตกต่างกันที่สีของเปลือก ลวดลายของเปลือก ลักษณะที่แตกต่างกันของสปีชีส์เดียวกันเนื่องจากความแปรผันทางพันธุกรรม

ความแปรผันทางพันธุกรรมเกิดขึ้นได้อย่างไร

ความแปรผันทางพันธุกรรม เกิดจากกระบวนการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและมิวเทชันทำให้ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตมีลักษณะแตกต่างกันถ้าเปรียบเทียบสิ่งมีชีวิตสองชนิด โดยสิ่งมีชีวิตชนิดแรกมีความแปรผันทางพันธุกรรมมากสิ่งมีชีวิตอีกชนิดมีความแปรผันทางพันธุกรรมน้อย สิ่งมีชีวิตชนิดใดจะมีโอกาสสืบทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปยังรุ่นต่อไปได้ดีกว่ากัน

สิ่งมีชีวิตที่พบในปัจจุบันเป็นผลมาจากการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตให้มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ดำรงชีวิตอยู่ซึ่งมีองค์ประกอบที่แตกต่างกันจนเกิดเป็น ความหลากหลายทางชีวภาพ (Biodiversity) ขึ้น ซึ่งความหลากหลายทางชีวภาพประกอบด้วย

1. ความหลากหลายทางพันธุกรรม (genetic diversity) ความหลากหลายขององค์ประกอบทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิต ซึ่งแสดงออกด้วยลักษณะ ทางพันธุกรรมต่าง ๆ ที่ปรากฏให้เห็นโดยทั่วไปทั้งภายในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันและระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน ระดับความแตกต่างนี่เองที่ใช้กำหนดความใกล้ชิดหรือความห่างของสิ่งมีชีวิตในสายวิวัฒนาการ สิ่งมีชีวิตที่สืบทอดลูกหลานด้วยการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศหรือ สิ่งมีชีวิตที่เป็นฝาแฝดเหมือน ย่อมมีองค์ประกอบพันธุกรรมเหมือนกันเกือบทั้งหมด เนื่องจากเปรียบเหมือนภาพพิมพ์ของกันและกันสิ่งมีชีวิตที่สืบทอดมาจากต้นตระกูลเดียวกัน ย่อมมีความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรม มากกว่าสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่ญาติกัน ยิ่งห่างก็ยิ่งต่างกันมากยิ่งขึ้น จนกลายเป็นสิ่งมีชีวิตต่างชนิดต่างกลุ่มหรือต่างอาณาจักรกัน ตามลำดับ นักชีววิทยามีเทคนิคการวัดความหลากหลายทางพันธุกรรมหลายวิธี แต่ทุกวิธีอาศัยความแตกต่างขององค์ประกอบทางพันธุกรรมเป็นดัชนีในการวัด หากสิ่งมีชีวิตชนิดใดมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเป็นแบบเดียวกันทั้งหมด ย่อมแสดงว่าสิ่งมีชีวิตชนิดนั้นไม่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม

สิ่งมีชีวิตชนิดที่มีความแปรผันทางพันธุกรรมมาก จะทำให้สิ่งมีชีวิตมีลักษณะหลากหลายแตกต่างกัน ลักษณะใดที่มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมจะได้รับการคัดเลือกให้มีโอกาสอยู่รอดและ มีโอกาสสืบทอดไปยังรุ่นต่อไปได้ดีกว่า ความแปรผันทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต

ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ ค้นหาคำตอบจากปัญหาต่อไปนี้

- ความแปรผันทางพันธุกรรมเกิดขึ้นได้อย่างไร ?

คำตอบ ความแปรผันทางพันธุกรรม เกิดจากกระบวนการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและมิวเทชันทำให้ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตมีลักษณะแตกต่างกัน

- ถ้าเปรียบเทียบสิ่งมีชีวิตสองชนิด โดยสิ่งมีชีวิตชนิดแรกมีความแปรผันทางพันธุกรรมมากสิ่งมีชีวิตอีกชนิดมีความแปรผันทางพันธุกรรมน้อย สิ่งมีชีวิตชนิดใดจะมีโอกาสสืบทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปยังรุ่นต่อไปได้ดีกว่ากัน ?

คำตอบ สิ่งมีชีวิตชนิดที่มีความแปรผันทางพันธุกรรมมาก จะทำให้สิ่งมีชีวิตมีลักษณะหลากหลายแตกต่างกัน ลักษณะใดที่มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมจะได้รับการคัดเลือกให้มีโอกาสอยู่รอดและ มีโอกาสสืบทอดไปยังรุ่นต่อไปได้ดีกว่า

สรุป ความแปรผันทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้น

2. ความหลากหลายของชนิดหรือชนิดพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต (species diversity) ความหลากหลายแบบนี้วัดได้จากจำนวนชนิดของสิ่งมีชีวิตและจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด รวมทั้งโครงสร้างอายุและเพศของประชากรด้วย

ภาพที่ 20-3 ความหลากหลายสปีชีส์ของกล้วยไม้ (ที่มา : http://www.chanforchan.com/)

จากภาพที่ 20–3 ภาพความหลากหลายสปีชีส์ของกล้วยไม้ ดอกกล้วยไม้ต่างสปีชีส์กันมีลักษณะ รูปร่างและสีของดอกแตกต่างกัน แสดงว่าสิ่งมีชีวิตกลุ่มเดียวกันอาจมีวิวัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตหลากหลายสปีชีส์ ในช่วงเวลายาวนานหลายชั่วรุ่นหรืออาจเกิดจากการคัดเลือกพันธุ์ของมนุษย์ ทำให้เกิดความหลากหลายสปีชีส์ของสิ่งมีชีวิตนั้น เหตุที่กล้วยไม้ต่างสปีชีส์กันที่เจริญอยู่ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน จึงไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันจะมีกลไกการแยกกันทางการสืบพันธุ์เพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์สืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันสามารถมาผสมพันธุ์กันได้ เช่น มีการผสมพันธุ์ในช่วงเวลาต่างกัน มีโครงสร้างของหลอดละอองเรณูหรือรังไข่ที่แตกต่างกัน มีจำนวนโครโมโซมที่แตกต่างกันหรือไม่เป็นฮอมอโลกัสโครโมโซมกัน

สรุป สิ่งมีชีวิตกลุ่มเดียวกันอาจมีวิวัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตหลากหลายสปีชีส์ ในช่วงเวลายาวนานหลายชั่วรุ่นหรืออาจเกิดจากการคัดเลือกพันธุ์ของมนุษย์ ทำให้เกิดความหลากหลายสปีชีส์ของสิ่งมีชีวิตนั้น

ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ ค้นหาคำตอบจากปัญหาต่อไปนี้

- เพราะเหตุใดกล้วยไม้ต่างสปีชีส์กันที่เจริญอยู่ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน จึงไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้ ?

คำตอบ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันจะมีกลไกการแยกกันทางการสืบพันธุ์เพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์สืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันสามารถมาผสมพันธุ์กันได้ เช่น มีการผสมพันธุ์ในช่วงเวลาต่างกัน มีโครงสร้างของหลอดละอองเรณูหรือรังไข่ที่แตกต่างกัน มีจำนวนโครโมโซมที่แตกต่างกันหรือไม่เป็นฮอมอโลกัสโครโมโซมกัน เป็นต้น

3. ความหลากหลายของระบบนิเวศ (ecological diversity) ระบบนิเวศแต่ละระบบเป็นแหล่งของถิ่นที่อยู่อาศัย (habitat) ของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ ซึ่งมีปัจจัยทางกายภาพและชีวภาพที่เหมาะสมกับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในระบบนิเวศนั้น สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีวิวัฒนาการมาในทิศทางที่สามารถปรับตัวให้อยู่ได้ในระบบนิเวศที่หลากหลาย แต่บางชนิดก็อยู่ได้เพียงระบบนิเวศที่มีภาวะเฉพาะเจาะจงเท่านั้น ความหลากหลายของระบบนิเวศขึ้นอยู่กับชนิดและจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศนั้น ๆ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดผ่านกระบวนการวิวัฒนาการในอดีต และมีขีดจำกัดที่จะดำรงอยู่ในภาวะความแปรปรวนของสิ่งแวดล้อม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความหลากหลายทางพันธุกรรมภายในประชากรของมันเองส่วนหนึ่ง และขึ้นอยู่กับความรุนแรงของความแปรปรวนของสิ่งแวดล้อมอีกส่วนหนึ่ง หากไม่มีทั้งความหลากหลายทางพันธุกรรมและความหลากหลายของระบบนิเวศ สิ่งมีชีวิตกลุ่มนั้นย่อมไร้ทางเลือกและหมดหนทางที่จะอยู่รอดเพื่อสืบทอดลูกหลานต่อไป

ภาพที่ 20-4 ความหลากหลายของระบบนิเวศ (ที่มา : http://bangpakong.onep.go.th/StatusRes_DataResSea.aspx)

ให้นักเรียนได้สังเกตภาพของระบบนิเวศหลากหลายรูปแบบ เช่น ระบบนิเวศในป่าชื้น ระบบนิเวศในทะเล ระบบนิเวศป่าชายเลน ระบบนิเวศป่าพรุ เป็นต้น แล้วให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย โดยใช้ตัวอย่างคำถามดังนี้ระบบนิเวศต่างๆเหล่านี้มีปัจจัยทางกายภาพและชีวภาพเหมือนกันหรือแตกต่างกันอย่างไรสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศต่างๆเหล่านี้เหมือนหรือแตกต่างกัน อย่างไรจากการอภิปรายนักเรียนควรสรุปได้ว่าระบบนิเวศแต่ละระบบย่อมมีปัจจัยทางกายภาพและชีวภาพแตกต่างกัน จึงทำให้สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศ นั้นๆ แตกต่างกัน นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศแต่ละแห่งย่อมมีความหลากหลายสปีชีส์ แม้แต่สิ่งมีชีวิตสปีชีส์เดียวกันก็มีความแปรผันทางพันธุกรรมอันเกิดจากความหลากหลายทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน ดังนั้นความหลากหลายทางพันธุกรรม ความหลากหลายสปีชีส์และความหลากหลายของระบบนิเวศจึงทำให้เกิดความหลากหลายทางชีวภาพขึ้นและความหลากหลายทางชีวภาพที่ปรากฏอยู่ในปัจจุบันนี้มีขั้นตอนและกระบวนการเกิดขึ้นต้องใช้ระยะเวลาที่ยาวนาน นักเรียนจึงควรตระหนักถึงคุณค่าของความหลากหลายทางชีวภาพ เพื่อให้มี ทรัพยากรเหล่านี้ไว้ใช้ได้อย่างยั่งยืน

สรุป ระบบนิเวศแต่ละระบบย่อมมีปัจจัยทางกายภาพและชีวภาพแตกต่างกัน จึงทำให้สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศ นั้นๆ แตกต่างกัน นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศแต่ละแห่งย่อมมีความหลากหลายสปีชีส์ แม้แต่สิ่งมีชีวิตสปีชีส์เดียวกันก็มี

.......................................................................................

เอกสารอ้างอิงและแหล่งเรียนรู้เพิ่มเติม

ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. กระทรวงศึกษาธิการ. คู่มือครูสาระ

การเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ชีววิทยา เล่ม 5. องค์การค้าคุรุสภา. กรุงเทพฯ. 2547.

ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. กระทรวงศึกษาธิการค. หนังสือเรียนสาระ

Bauer, Penelope Hanchey, Magnoli, Micheal A., Alarez, Armand, Chang-Van Horn, Dorothy and

Gomes, Delilah Taylor. Experiences in Biology. Laidlaw Brothers Publishers. Illinois.

1977.

http://www.ba-education.demon.co.uk/dna/mitosis.jpg

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/img/bimeiosis.gif

http://www.cellsalive.com/mitosis.htm

http://www.chanforchan.com/