ผลกระทบของ “แสง” ต่อการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต

แหล่งที่มาของแสงในธรรมชาติ ได้แก่ แสงจากดวงอาทิตย์ (sunlight) แสงจากดวงจันทร์ (moonlight) แสงจากดวงดาว (starlight) และแสงจากสิ่งมีชีวิตที่เรืองแสงได้ (luminescent organism) โดยในระบบนิเวศบนบกความเข้มแสงจะแตกต่างกันตามลักษณะภูมิประเทศ เนื่องจากโลกเป็นทรงกลม แสงจากดวงอาทิตย์จึงตกกระทบพื้นผิวโลกในมุมที่แตกต่างกัน ก่อให้เกิดการแบ่งเขตของอุณหภูมิโลก เกิดการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน เช่น สัตว์ที่อยู่ในเขตร้อน จะได้รับแสงในปริมาณมากตลอดทั้งปี ดังนั้นสัตว์จำพวกนี้ต้องปรับตัวให้สามารถอยู่บริเวณที่มีแสงแดดนาน ๆ ได้ ในขณะที่สัตว์ที่อยู่เขตขั้วโลก จะได้รับแสงเพียงแค่ครึ่งปีเท่านั้น สัตว์จำพวนนี้ต้องปรับพฤติกรรมการออกหากินและการดำรงชีวิตเพื่อให้สามารถอยู่บริเวณที่แสงน้อยได้ เป็นต้น

ส่วนระบบนิเวศในน้ำ แสงที่ส่องลงมายังผิวน้ำจะมีความเข้มแสงลดลงเพื่อความลึกเพิ่มขึ้น ซึ่งในแต่ละพื้นที่ก็จะมีอัตราการลดลงของความเข้มแสง (extinction coefficient, k) ไม่เท่ากัน โดยความเข้มแสงในแต่ละระดับความลึกของน้ำสามารถคำนวณได้จากสมการที่ 1

 

I/I0 = e-kL

 

 

 

โดย I หมายถึง ความเข้มแสงที่ระดับความลึกนั้น ๆ I0 หมายถึง ความเข้มแสงเริ่มต้น และ L หมายถึง ระดับความลึกของน้ำ (เมตร) (Clarke, 1954) จากการคำนวณข้างต้นทำให้สามารถแบ่งบริเวณการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตในน้ำตามปริมาณที่แสงส่องถึงออกเป็น 2 บริเวณ ได้แก่ photic zone และ aphotic zone ดังแสดงในภาพที่ 1 photic zone เป็นบริเวณที่แสงส่องถึง โดยมีความลึกจากผิวน้ำประมาณ 200 เมตร สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในบริเวณนี้ส่วนใหญ่จะเป็นแพลงก์ตอนพืช สาหร่ายทะเล ซึ่งจำเป็นต้องใช้แสงในกระบวนการสังเคราะห์แสง แพลงก์ตอนสัตว์ที่กินแพลงก์ตอนพืชเป็นอาหาร ปะการังที่กินแพลงก์ตอนสัตว์เป็นอาหารและอาศัยอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัย (muatalism) กับ Zoozanthalea ซึ่งเป็นแพลงก์ตอนพืช นอกจากนี้ยังมีปลา ฉลาม และเต่าทะเล ที่อาศัยอยู่ในบริเวณนี้ aphotic zone เป็นบริเวณที่แสงส่องไม่ถึง เป็นบริเวณที่ลึกมากกว่า 200 เมตร จากผิวน้ำ สัตว์ที่อาศัยอยู่ในบริเวณนี้จะมีการปรับตัวให้สามารถว่ายน้ำและดำรงชีวิตอยู่ใดในสภาวะที่ไม่มีแสง สัตว์ที่อาศัยในบริเวณนี้บางชนิดมีการสร้างสารเรืองแสง (bioluminescence) ซึ่งเกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างสาร luciferin และเอนไซม์ luciferase การสร้างสารเรืองแสงจะช่วยในการหลอกล่อเหยื่อ หรือเป็นการอำพรางตัวเองให้ดูเหมือนว่าเป็นสัตว์ขนาดใหญ่ สัตว์น้ำที่สามารถสร้างสารเรืองแสงได้ เช่น กุ้ง หมึก และปลาบางชนิด โดยเฉพาะปลาที่อาศัยอยู่ในทะเลลึกซึ่งแสงส่องไม่ถึง (Sverdrup et al., 2005)

 

ความขุ่นใสของน้ำ (tubidity) ที่เกิดจากการอนุภาคต่าง ๆ ที่แขวนลอยอยู่ในน้ำ ทั้งพวกที่ไม่ละลายน้ำ (suspended solids) และอนุภาคที่ละลายน้ำ (dissolved solids) เช่น ตะกอนของดินเหนียว ทรายละเอียด แคลเซียม และสารอินทรีย์อื่น ๆ ส่งผลให้ความโปร่งแสงของน้ำ (transparency) ของน้ำลดลง แสงที่ส่องลงไปในน้ำได้ลดลง ส่งผลต่ออัตราการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายและแพลงก์ตอนพืช โดยอนุภาคเหล่านี้นอกจากทำให้ปริมาณแสงในน้ำลดลง ยังอาจไปอุดตันเหงือกของปลา จับกับสารพิษในน้ำซึ่งเป็นอันตรายต่อสัตว์น้ำ และเพิ่มการสะสมสารอินทรีย์ในพื้นท้องน้ำ เกิดกระบวนการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ และส่งผลให้ปริมาณออกซิเจนลดลงในที่สุด (ศิริพรต ผลสินธุ์, 2537)

การเปลี่ยนแปลงความโปร่งแสงของน้ำ สามารถพบได้ในบริเวณที่มีการพัดพาตะกอนจากแม่น้ำ ได้แก่ บริเวณปากแม่น้ำ และในบริเวณที่เป็นแหล่งน้ำไหล โดยความโปร่งแสงของน้ำสามารถใช้เป็นเกณฑ์ในการประเมินความอุดมสมบูรณ๋ของแหล่งน้ำ ในระบบนิเวศน้ำจืดความโปร่งแสงของน้ำจะลดลงตามความลึก และที่ระดับความลึกที่มีความเข้มแสงเหลือเพียงร้อยละ 1 เรียกระดับความลึกดังกล่าวว่า compensation depth โดยเมื่อ compensation depth มากกว่า 15 เมตร จะแสดงสถานภาพความอุดมสมบูรณ์อยู่ในระดับต่ำ (oligitrophic) และหาก compensation depth มีค่าอยู่ในช่วง 10-15 เมตร 5-10 เมตร และ น้อยกว่า 5 เมตร จะแสดงสถานะภาพความสมบูรณ์อยู่ในระดับต่ำถึงปานกลาง (low-mesotrophic) ระดับปานกลางถึงสูง (higher-mesotropic) และระดับสูง (eutropic) ตามลำดับ (จารุมาศ เมฆสัมพันธ์, 2558) ทั้งนี้เนื่องความโปร่งแสงมาก แสดงว่ามีความหนาแน่นของแพลงก์ตอนพืชต่ำ เมื่อมีผู้ผลิตขึ้นต้นต่ำก็แสดงถึงความอุดมสมบูรณ์น้อย

จากที่กล่าวมาข้างต้นจะเห็นได้ว่าแสงมีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตทั้งในด้านของการเจริญเติบโต การสืบพันธุ์ การเคลื่อนที่ การเลือกถิ่นที่อยู่อาศัย และกิจกรรมการดำรงชีวิตต่าง ๆ โดยอิทธิพลของแสงต่อสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประการ ได้แก่ อิทธิพลต่อการสังเคราะห์แสง และอิทธิพลต่อกิจวัตรประจำวัน กิจกรรมต่าง ๆ

 

อิทธิพลของแสงต่อการสังเคราะห์แสง

แสงมีความสำคัญอย่างมากต่อกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช รวมถึง สาหร่าย และแพลงก์ตอนพืช โดยคลอโรฟิลล์ในพืช ซึ่งเป็นรงควัตถุสีเขียว จะดึงพลังงานจากแสงมาใช้ในการสร้างสารชีวโมเลกุลที่มีพลังงานสูง ได้แก่ ATP และ NADPH พืชจะใช้สารพลังงานสูงเหล่านี้ในการสังเคราะห์แป้งและน้ำตาล และนำไปใช้ในการดำรงชีวิตต่อไป (เชษฐพงษ์ เมฆสัมพันธ์, 2558) เมื่อพืชไม่ได้รับแสงก็จะเกิดการเหี่ยวเฉาและตายลงในที่สุดเนื่องจากไม่สามารถสร้างพลังงานและอาหารเพื่อใช้ในการดำรงชีวิตได้ ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่พืชสามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์แสงได้เรียกว่า photosynthetically active radiation (PAR) ซึ่งที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 400-700 นาโนเมตร ช่วงคลื่นดังกล่าวเรียกว่า visible light หรือช่วงคลื่นที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (Molles, 2013) ในระบบนิเวศทางน้ำทั้งน้ำจืดและน้ำเค็ม แสงที่ตกกระพบผิวน้ำจะลดลงตามความลึก ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้น ความเข้มแสงจะลดลงเมื่อความลึกของน้ำเพิ่มมากขึ้น ตะกอนและสารอินทรีย์ต่าง ๆ ที่แขวนลอยในมวลน้ำจะส่งผลให้น้ำเกิดความขุ่น ความโปร่งแสงลดลง และส่งผลให้ความเข้มแสงไม่เพียงพอต่อการสังเคราะห์แสงในที่สุด ดังนั้นในระบบนิเวศทางน้ำจะพบพืชน้ำ สาหร่าย และแพลงก์ตอนพืช มีความหนาแน่นในบริเวณผิวน้ำ หรือบริเวณที่แสงส่องถึง (photic zone) และจะมีความหนาแน่นลดลงตามระดับความลึกของน้ำจากผิวน้ำ นอกจากนี้รังสีอัลตร้าไวโอเลต (ultraviolet radiation, UV) ซึ่งเป็นช่วงแสงที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า 400 นาโนเมตร เป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์ที่อาศัยอยู่ในน้ำโดยเฉพาะบริเวณน้ำตื้น ใส และไม่มีร่มเงา ทั้งนี้เนื่องจากรังสีอัลตร้าไวโอเลตมีพลังงานสูงสามารถทำลายเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้ (Hauer and Hill, 2006)

พืชแต่ละชนิดมีความต้องการแสงไม่เท่ากัน โดยประสิทธิภาพของกระบวนการสังเคราะห์แสงขึ้นอยู่กับความเข้มแสง (light intensity) คุณภาพของแสง และระยะเวลาที่มีแสง ดังแสดงในภาพที่ 2 อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้น จนกระทั่งถึงจุด ๆ หนึ่งที่เป็นจุดอิ่มตัวซึ่งอัตราสังเคราะห์แสงจะคงที่ แต่อย่างไรก็ตามในพืชบางชนิดเมื่ออยู่ในบริเวณที่มีความเข้มแสงสูงมาก ๆ ประสิทธิภาพของการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มแสงที่เพิ่มสูงขึ้น เช่น ต้นคล้า ต้นสาวน้อยประแป้ง ต้นเข็มสามสี เฟิร์น และมอส เป็นต้น ต้นไม้เหล่านี้ชอบแสงน้อย รำไร หรือแสงแดดอ่อน ๆ ถ้านำไปปลูกบริเวณที่แสงจ้า ต้มไม้เหล่านี้จะตายหรือไม่ก็จะไม่เจริญงอกงาม

 

อิทธิพลของแสงต่อกิจวัตรประจำวัน และกิจกรรมต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

ในพืชแสงส่งผลต่อการโน้มเอียงของลำต้น (plant orientation) โดยพืชจะโน้มเอียงเข้าหาแสง เพื่อให้ได้รับแสงที่เพียงพอต่อกระบวนการสังเคราะห์แสง (ภาพที่ 3) ลักษณะการโค้งเข้าหาแสงเป็นการตอบสนองต่อสิ่งเร้าอย่างหนึ่ง การเคลื่อนไหวของพืชเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าเรียกว่า tropism โดยการเคลื่อนที่หรือโค้งเข้าหาสิ่งเร้าเรียกว่า positive tropism และการเคลื่อนที่หนีหรือโค้งหนีสิ่งเร้าเรียกว่า negative tropism สิ่งเร้าต่อการเจริญเติบโตของพืชได้แก่ geotropism     (แรงโน้มถ่วงของโลก) chemotropism (สารเคมี) hydrotropism (น้ำ) thigmotropism (การสัมผัสสิ่งยึดเกาะ) และ phototropism (แสง) (Clarke, 1954)

แสงส่งผลต่อการผลิดอกของพืช โดยพืชแต่ละชนิดต้องการช่วงเวลาในการรับแสงไม่เท่ากันเพื่อกระตุ้นให้เกิดการออกดอก เรียกปรากฎการณ์นี้ว่า photoperiodism ดังแสดงในภาพที่ 4 ระยะเวลาที่มีแสงในรอบ 24 ชั่วโมง (1 วัน) พืชที่ออกดอกในฤดูร้อนมีกลางวันยาวถึง 16 ชั่วโมง เรียกพืชจำพวกนี้ว่า long-day plants และพืชบางชนิดจะออกดอกเฉพาะในฤดูหนาวที่มีกลางวันสั้นเพียง 8 ชั่วโมง เรียกพืชจำพวกนี้ว่า short-day plants ในการทำการทดลองถ้าในเวลากลางคืนมีการให้แสงเพียง 1-2 ชั่วโมง (a flash of light) จะกระตุ้นให้พืช long-day plants ออกดอก และยับยั้งการผลิดอกในพืช short-day plants ระยะเวลาในการรับแสงของพืชเปรียบเสมือนาฬิกาปลุกที่ทำให้กระบวนการทางสรีรวิทยาของพืชเริ่มทำงาน เช่น เริ่มการเจริญเติบโต และการออกดอกของพืช

นอกจากนี้สัตว์บางจำพวกก็ตอบสนองต่อ photoperiodism โดยระยะเวลาในการได้รับแสงจะไปกระตุ้นการทำงานของฮอร์โมนต่าง ๆ ส่งผลให้เกิดการลอกคราบ การสะสมไขมัน การอพยพย้ายถิ่น และการสืบพันธุ์ ยกตัวอย่างเช่น ในฤดูร้อนระยะเวลาที่มีแสงยาวนานขึ้น จะกระตุ้นให้ปลา     เทราท์เกิดการวางไข่ เป็นต้น (นิตยา เลาหะจินดา, 2546) ในขณะที่ระยะเวลาที่สัตว์ได้รับแสงจากดวงจันทร์ก็ส่งผลต่อการปล่อยเซลล์สืบพันธุ์ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า lunar periodicity ยกตัวอย่างเช่น ในเวลากลางคืนที่พระจันทร์เต็มดวง แสงจันทร์จะกระตุ้นให้ปะการัง เม่นทะเล และหอยบางชนิด ปล่อยเซลล์สืบพันธุ์ เป็นต้น

แสงส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของสัตว์ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า photokinesis ความเข้มแสงส่งผลต่อความเร็วในการเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิต และสิ่งมีชีวิตจะเคลื่อนเข้าหาแสงสว่าง นอกจากนี้ในบริเวณที่มีความเข้มแสงมาก สิ่งมีชีวิตจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วกว่าบริเวณที่มีความเข้มแสงน้อย ยกตัวอย่างเช่น ตัวอ่อนของ mussel crab (Pinnotheres maculatus) สามารถเคลื่อนที่ในระยะทาง 29 เซนติเมตร โดยใช้เวลา 39 วินาที ที่ความเข้มแสง 0.5 เมตร-แรงเทียน (meter-candle) และใช้เวลาน้อยลงเหลือเพียง 17 วินาที เมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้นเป็น 46 เมตร-แรงเทียน (Clarke, 1954)

นอกจากนี้แสงยังส่งผลต่อพฤติกรรมการหาอาหารของสัตว์ โดยแบ่งออกเป็นสัตว์ที่ออกหากินเวลากลางวัน (diurnal) ซึ่งเป็นแสงไปกระตุ้นให้สัตว์ตื่น และเริ่มกิจกรรมในชีวิตประจำวัน โดยสัตว์เริ่มออกหากินและพืชเริ่มสังเคราะห์แสง เมื่อถึงเวลาค่ำ พระอาทิตย์ตกดินไปแล้ว เริ่มไม่มีแสง สัตว์จำพวกนี้จะกลับเข้ารัง หรือหลบไปนอนพักผ่อน เช่น ไก่ขันในตอนเช้า เป็นต้น และสัตว์ที่ออกหากินเวลากลางคืน (nocturnal) ซึ่งเป็นสัตว์ที่เมื่อถึงเวลาพระอาทิตย์ตกดิน ท้องฟ้ามืด จะตื่นและเริ่มกิจวัตรประจำวัน และเข้านอนเมื่อเวลาใกล้รุ่ง เช่น ค้างคาว นกเค้าแมว ผีเสื้อกลางคืน กระรอกบิน เป็นต้น สัตว์จำพวกนี้จะมีการปรับสภาพของร่างกายให้สามารถมองเห็นได้ในเวลากลางคืน หรือพัฒนาประสาทสัมผัสด้านอื่นขึ้นมาแทนที่การมองเห็น เช่น ค้างคาวลดรูปของตาลงและเพิ่มประสิทธิภาพของหู โดยมันจะส่งเสียงออกไปและตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุโดยใช้เสียงสะท้อน (ecolocation) (ภาพที่ 5) เป็นต้น

 

เอกสารอ้างอิง

เชษฐพงษ์ เมฆสัมพันธ์. (2558). สรีรวิทยาและนิเวศวิทยาของแพลงก์ตอนพืชทะเล. กรุงเทพฯ: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

จารุมาศ เมฆสัมพันธ์. (2558). จากต้นน้ำถึงปากแม่น้ำ บทบาททางนิเวศอุทกวิทยาและการจัดการเชิงอนุรักษ์. กรุงเทพฯ: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

นิตยา เลาหะจินดา. (2546). นิเวศวิทยา: พื้นฐานสิ่งแวดล้อมศึกษา. กรุงเทพฯ: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

ศิริพรต ผลสินธุ์. (2537). นิเวศวิทยา. กรุงเทพฯ: สถาบันราชภัฏบ้านสมเด็จเจ้าพระยา.

Clarke, G.L. (1954). Elements of Ecology. Singapore: Toppan Printing. 

Hagen, E. (2009). Echolocation. USA: Arizona State University School of Life Sciences

Hauer, F.R., Hill W.R. (2006). Temperature, Light, and Oxygen. In F.R. Hauer & G.A. Lamberti (Eds.), Method in Stream Ecology (2nd ed.) (pp. 103 – 117) China: Elsevier.

Krogh, D. (2007). A Bried Guide to Biology. UK: Pearson Practice Hall.

Molles, M.C. (2013). Ecology: Concepts and Applications (6th ed.). Singapore: McGraw-Hill Global Education Holding.

Reece, J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., Jackson, R.B. (2011). Campbell Biology (9th ed.). Boston: Benjamin Cummings / Pearson Education.

Sverdrup, K.A., Duxbury, A.C., Duxbury, A.B. (2005). An Introduction to the World’s Oceans (8th ed.). New York: McGraw-Hill.

 

จัดทำโดย

ผศ.ดร. ชยารัตน์ ศรีสุนนท์

อาจารย์ประจำสาขาวิชาการจัดการทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏบ้านสมเด็จเจ้าพระยา

E-mail: [email protected]