รูปแบบการเพิ่มของประชากร

 รูปแบบการเพิ่มของประชากร

           ประชากรของสิ่งมีชีวิตในโลกนี้มีรูปแบบการสืบพันธุ์เพื่อเพิ่มประชากรอยู่ 2 รูปแบบ คือ แบบแรก เป็นการเพิ่มประชากร  โดยที่สมาชิกของประชากรนั้นมี การสืบพันธุ์เพียงครั้งเดียวในช่วงชีวิต (single reproduction) สิ่งมีชีวิตเหล่านี้เมื่อถึงวัยเจริญพันธุ์ก็จะออกลูกออกหลาน จากนั้นก็ตาย ตัวอย่างเช่น แมลงต่างๆ เช่น แมลงชีปะขาว ผีเสื้อและตัวไหม เป็นต้น หรือไม้ล้มลุกบางชนิด เช่น คะน้า กวางตุ้ง ข้าว และถั่วเขียว เป็นต้น  แบบที่สอง เป็นการเพิ่มประชากรโดยสมาชิกของประชากรนั้นมีโอกาสใน การสืบพันธุ์ได้หลายครั้งในช่วงชีวิต (multiple reproduction) สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ได้แก่ สัตว์มีกระดูกสันหลัง เช่น สุนัข แมว มนุษย์ ไม้พุ่ม เช่น ชบา แก้ว เข็ม และไม้ยืนต้น เช่น มะม่วง ขนุน ส้ม ลำไย เป็นต้น

- รูปแบบของการเพิ่มของประชากรรูปแบบแรกที่สมาชิกมีการสืบพันธุ์เพียงครั้งเดียวในช่วงชีวิต กับรูปแบบที่สองที่มีชีวิตสามารถสืบพันธุ์ได้หลายครั้งในช่วงชีวิตนั้นมีข้อได้เปรียบและข้อเสียเปรียบอย่างไร
           นักนิเวศวิทยาได้นำแบบแผนทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายการเพิ่มของประชากรจากรูปแบบการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตทั้ง 2 แบบนั้นซึ่งแบบแผนทางคณิตศาสตร์นี้ช่วยให้สามารถทำนายแนวโน้มของการเพิ่มของประชากรได้   แบบแผนการเพิ่มของประชากรมี 2 รูปแบบ ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาดังต่อไปนี้

 22.3.1 การเพิ่มของประชากรแบบเอ็กโพเนนเชียล                        การเพิ่มจำนวนประชากรแบบเอ็กโพเนนเชียล (exponential growth) หรือแบบทวีคูณนั้น พบได้ในสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์เพียงครั้งเดียวในช่วงชีวิตในแต่ละรุ่น   ดังเช่นพวกแมลงต่างๆ เมื่อตัวเมียวางไข่แล้วก็ตาย   กราฟตัวอย่างของการเพิ่มของประชากรสิ่งมีชีวิตแบบเอ็กโพเนนเชียล ดังแสดงในภาพที่ 22-8

ภาพที่ 22-8 กราฟแสดงการเพื่มของประชากรแบบเอ็กโพเนชียล

รู้หรือเปล่า ?

ตัวต้านทานในสิ่งแวดล้อม หมายถึง ปัจจัยจำกัดทางสิ่งแวดล้อมทั้งหมาย เช่น อาหาร ของเสียจากเมแทบอลิซึม การแก่งแย่งแข่งขันของสมาชิก การเป็นผู้ล่าและเยื่อ เป็นต้น ปัจจัยเหล่านี้มีผลทำให้การเพิ่มจำนวนของประชากรลดลง

            จากกราฟจะเห็นได้ว่าการเพิ่มของประชากรแบบเอ็กโพเนนเชียลจะได้กราฟเป็น รูปตัวเจ  (J shape) ซึ่งพบว่าการเพิ่มของประชากรแบบเอ็กโพเนนเชียลมีระยะของการเปลี่ยนแปลงแบ่งออกเป็น 2 ระยะคือ           ระยะที่มีการเพิ่มของประชากรอย่างช้าๆ  (exponential growth phase) เป็นระยะที่ประชากรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากในระยะที่มีการเพิ่มประชากรอย่างรวดเร็วนี้   ดูเหมือนว่าประชากรจะเพิ่มอย่างไม่มีที่สิ้นสุด   และไม่มีปัจจัยใด ๆ มาขัดขวางการเจริญเติบโตได้ลักษณะดังกล่าวนี้เป็น ภาวะเหตุการณ์ทางอุดมคิต  (idealized  crircumstances) และไม่เป็นจริง ทั้งนี้เพราะในธรรมชาตินั้นจะมี ตัวต้านทานในสิ่งแวดล้อม (envirpnmental  resistance) ได้แก่ อาหาร ที่อยู่อาศัย และความสัมพันธ์ในรูปแบบต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตที่มายับยั้งไม่ให้การเพิ่มประชากรเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีขีดจำกัด ลักษณะดังกล่าวนี้สอดคล้องกับแนวคิดของ ทอมัส  มัลทัส  (Thomas   Malthus) ซึ่งกราฟที่เขียนจะคล้ายรูปตัวเจในระยะแรก   และเมื่อถึงระยะหนึ่งการเพิ่มของประชากรก็จะลดลงอย่างรวดเร็วและมี การเพิ่มขึ้นและลดลงสลับกัน  (irruptive  growth) ดังภาพที่ 22-9

ภาพที่ 22-9 กราฟแสดงการเพิ่มของประชากรตามแนวคิดของมัลทัส

รู้หรือเปล่า ?

ทอมัส  มัลทัส  เป็นนักเศรษฐศาสตร์ชาวอังกฤษ   ได้เสนอแนวความคิดของการเพิ่มประชากรมนุษย์ว่า ประชากรมนุษย์มีแนวโน้มในการเพิ่มแบบเรขาคณิต   แต่เพิ่มของอาหารสำหรับมนุษย์เป็นแบบเลขคณิตซึ่งพบว่าลักษณะดังกล่าวนี้จะทำให้มนุษย์มีกาคิดค้นหาวิธีการในการเพิ่มผลผลิตทางเกษตร   และอุตสาหกรรม  เพื่อรองรับกับปัญหาดังกล่าว

-   การเพิ่มประชากรแบบรูปตัวเจ   และตามแนวคิดของมัลทัสมีความเหมือนและแตกต่างกันอย่างไร-   เพราะเหตุใดกราฟการเพิ่มประชากรตามแนวคิดของมัลทัสในช่วงปลายจึงมีลักษณะขึ้นๆ ลงๆ

 22.3.2 การเพิ่มของประชากรแบบลอจิสติก              การเพิ่มของประชากรแบบลอจิสติก  (logistic growth) เป็นการเพิ่มจำนวนประชากรที่ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม หรือมีตัวต้านทานในสิ่งแวดล้อมเข้ามาเกี่ยวข้อง   ตัวอย่างของการเพิ่มประชากรแบบนี้ดังภาพที่ 22-10 ซึ่งเป็นการศึกษาการเพิ่มจำนวนของเซลล์ยีสต์ที่เพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ   โดยมีการจำนวนเซลล์ยีสต์ทุก ๆ 2 ชั่วโมง

ภาพที่ 22-10 กราฟแสดงการเพิ่มจำนวนของเซลล์ยีสต์แบบลอจิสติก 

             จากกราฟจะเห็นได้ว่าการเพิ่มประชากรแบบลอจิสติกสามารถเขียนกราฟได้เป็น รูปตัวเอส (S- shape) หรือ กราฟแบบซิกมอยด์ (singmoidal curve) ซึ่งแบ่งระยะต่างๆ ออกได้เป็น 4 ระยะด้วยกัน คือ           ระยะที่ 1 : ชั่วโมงที่ 2-6 พบว่าอัตราการเพิ่มประชากรเป็นไปอย่างช้าๆ เนื่องจากประชากรเริ่มต้นยังมีจำนวนน้อย
           ระยะที่ 2 : ชั่วโมงที่ 6-10 พบว่าอัตราเพิ่มประชากรเป็นไปอย่างรวดเร็ว เนื่องจากประชากรเริ่มต้น (ก่อนการแบ่งเซลล์เจริญเติบโต แพร่พันธุ์) มีจำนวนมาก           ระยะที่ 3 : ชั่วโมงที่ 10-14 พบว่าอัตราการเพิ่มประชากรช้าลง เนื่องจากมีตัวต้านทานในสิ่งแวดล้อมเข้ามามีบทบาทมากขึ้น           ระยะที่ 4 : ชั่วโมงที่ 14-18 พบว่ามีอัตราเพิ่มประชากรค่อนข้างคงที่  เนื่องจากประชากรสามารถปรับตัวต่อต้านทานในสิ่งแวดล้อมได้ จึงมีอัตราเกิดเท่ากับอัตราตาย           ในการเพิ่มประชากรแบบลอจิสติกนี้  ตัวต้านทานในสิ่งแวดล้อมมีผลมากขึ้นต่อการเพิ่มประชากรในระยะที่ 3 และ 4 จึงทำให้มีขีดจำกัดที่ทำให้สภาพแวดล้อมนั้นสามารถเลี้ยงดูประชากรได้   ระดับที่สภาพแวดล้อมสามารถเลี้ยงดูประชากรได้มากที่สุดนี้เรียกว่า แครีอิงคาพาซิตี (carrying capacty) และเมื่อนำกราฟรูปตัวเจและรูปตัวเอสมาเปรียบเทียบกันจะได้ดังภาพที่ 22-11

ภาพที่ 22-11 กราฟเปรียบเทียบการเพิ่มจำนวนประชากรแบบรูปตัวเจและรูปตัวเอส

- ในการเพิ่มของประชากรแบบรูปตัวเอสนี้ ตัวต้านทานในสิ่งแวดล้อมมีบทบาทอย่างไรต่อการเพิ่มของประชากร- ให้นักเรียนยกตัวอย่าง สิ่งมีชีวิตที่มีการเพิ่มของประชากรแบบรูปตัวเอสมาอีกสัก 1-2 ตัวอย่าง

ที่มาของเนื้อหาและรูปภาพ : http://www.vcharkarn.com/lesson/1320