19

ปริศนาของแพลงก์ตอนพืชที่นักวิทยาศาสตร์ยังหาคำตอบไม่ได้

สารคดีชีวิตสัตว์ชั้นนำของโลกชุด The Blue Planet ได้กล่าวเกริ่นนำภาพรวมของชีวิตบนโลกไว้อย่างน่าสนใจว่า

‘พื้นผิวโลกของเราปกคลุมด้วยผืนน้ำ 70 เปอร์เซ็นต์ ส่วนมากเป็นมหาสมุทรที่ลึกลงไปนับกิโลเมตร ดังนั้นปริมาตรที่สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้บนโลกจึงเป็นน้ำไปเสียส่วนมาก’

ถ้าเราสืบสาวไปว่าสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร ตั้งแต่ปลาฉลามจนถึงวาฬสีน้ำเงินกินอะไรเป็นอาหาร และถามเช่นนี้ไปเรื่อยๆ สุดท้ายคำตอบจะไปจบที่สิ่งมีชีวิตเล็กๆ ที่เรียกว่า แพลงก์ตอนพืช (phytoplankton)

แพลงก์ตอนพืชเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กเกินกว่าจะเห็นได้ด้วยตาเปล่าที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ แต่ถ้าพวกมันรวมตัวกันเป็นกลุ่มในปริมาณมหาศาลจะทำให้เราเห็นกลุ่มแพลงก์ตอนพืชลอยเป็นผืนแพอยู่บนผิวทะเล

การที่พวกมันอาศัยเพียงแร่ธาตุ คาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ในแหล่งน้ำที่อาศัยอยู่มาสร้างอาหารโดยใช้แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน ทำให้พวกมันเป็นเหมือนโรงงานอาหารที่สำคัญของมหาสมุทรและทะเลสาบต่างๆ

แต่ไม่น่าเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตที่ดูเรียบง่ายเหล่านี้จะกลายมาเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ปวดหัวมาจนถึงทุกวันนี้

ปัญหาดังกล่าวมีชื่อว่า ‘Paradox of the Plankton’ ถูกเปิดประเด็นขึ้นมาใน ค.ศ. 1961 โดยนักนิเวศวิทยาชาวอังกฤษนามว่า จี. เอเวอลีน ฮัตชินสัน (G. Evelyn Hutchinson) ผู้บุกเบิกองค์ความรู้ด้านนิเวศวิทยาไว้มากจนได้รับขนานนามว่า ‘บิดาแห่งนิเวศวิทยายุคใหม่’

หลักการพื้นฐานข้อหนึ่งทางชีววิทยาคือ หากบริเวณแหล่งอาหารแหล่งหนึ่งมีสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดอาศัยอยู่ พวกมันจะแก่งแย่งแหล่งอาหารกันโดยจะมีสิ่งมีชีวิตบางชนิดได้เปรียบชนิดอื่นๆ อยู่เล็กน้อยในการเข้าถึงแหล่งทรัพยากรนั้น ดังนั้นในระยะยาวสิ่งมีชีวิตที่เสียเปรียบจะค่อยๆ ล้มหายตายจากไปจนมีปริมาณน้อยมาก หรือไม่ก็วิวัฒนาการไปสู่แหล่งอาหารแหล่งใหม่เพื่อหลีกเลี่ยงการแข่งขัน

ยกตัวอย่างเช่น...

  • กระรอกสีเทาเข้ามาบุกรุกประเทศอังกฤษแล้วขยายพันธุ์จนส่งผลให้กระรอกสีแดงซึ่งเป็นสัตว์ท้องถิ่นลดจำนวนลงอย่างมาก เพราะกระรอกสีเทานั้นตัวใหญ่ แข็งแรง และร่างกายเก็บสะสมไขมันในฤดูหนาวได้ดีกว่ากระรอกสีแดง ส่งผลให้พวกมันแย่งชิงทรัพยากรอาหารจากเจ้าถิ่นได้ดี จากนั้นก็ออกลูกออกหลานมากมายจนกระรอกสีแดงลดจำนวนลงอย่างน่าเป็นห่วง
  • นกสองชนิดอาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกันมีลักษณะปากที่แตกต่างกัน หรือกินแมลงคนละชนิดกัน ในกรณีนี้ถือว่าพวกมันไม่ได้อาศัยแหล่งทรัพยากรอาหารร่วมกันทำให้สามารถกระจายพันธุ์อยู่ในบริเวณเดียวกันได้ในจำนวนพอๆ กัน

แต่แพลงก์ตอนพืชกลับเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่แปลก ทั้งที่พวกมันอาศัยแสงอาทิตย์ แร่ธาตุอาหาร และคาร์บอนไดออกไซด์เหมือนกัน แต่ในมหาสมุทรกลับมีแพลงก์ตอนพืชอาศัยอยู่หลากหลายชนิดมากราวกับว่าพวกมันไม่มีการแก่งแย่งทรัพยากรกันเลย

แม้จะเป็นบริเวณเล็กๆ ในทะเลสาบก็ยังมีแพลงก์ตอนพืชอาศัยอยู่ 10-100 ชนิดในช่วงระยะเวลาหนึ่งซึ่งนับว่าเป็นจำนวนที่มาก

ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น?

ในตอนนี้แต่ละทฤษฎีก็มีคำตอบที่หลากหลาย

แนวคิดแรกคือ แพลงก์ตอนพืชชนิดที่มีปริมาณมากอาจติดเชื้อไวรัสหรือถูกแพลงก์ตอนสัตว์จับกินจนลดปริมาณลงเท่ากับชนิดอื่นๆ

แนวคิดที่สองคือ สารอาหารอาจจะไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในมหาสมุทร ทำให้บางเวลาจำนวนแพลงก์ตอนพืชชนิดหนึ่งมีมากกว่าอีกชนิด แต่เมื่อปริมาณสารอาหารเปลี่ยนแปลง พวกมันก็ลดจำนวนลง กล่าวแบบกว้างๆ ได้ว่าแหล่งน้ำนั้นไม่ได้อยู่ในภาวะสมดุลนานพอให้แพลงก์ตอนพืชชนิดใดชนิดหนึ่งเพิ่มประชากรขึ้นจนเหนือกว่าชนิดอื่นๆ ได้

แนวคิดที่สามคือ แพลงก์ตอนพืชหลายชนิดอาจมีความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันทำให้พวกมันไม่แข่งขันกันรุนแรงอย่างที่ควรจะเป็น

แนวคิดที่สี่คือ เกิดความปั่นป่วนขึ้นเมื่อแพลงก์ตอนพืชหลายชนิดมาแก่งแย่งสารอาหารที่หลากหลาย ทำให้จำนวนแพลงก์ตอนพืชชนิดใดชนิดหนึ่งไม่นิ่ง

แนวคิดที่ห้าคือ แพลงก์ตอนพืชแต่ละชนิดมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันออกไป ส่งผลให้แต่ละชนิดเข้าถึงอาหารได้ในสัดส่วนที่แตกต่างกัน แต่ไม่ถึงกับทำให้ชนิดอื่นๆ ลดจำนวนลง ฯลฯ

ทำไมปัญหาข้อนี้ถึงสำคัญอย่างมาก? ก็เพราะการเข้าใจธรรมชาติของแพลงก์ตอนพืชอย่างลึกซึ้งนั้นเป็นความรู้พื้นฐานที่สุดของห่วงโซ่อาหารในมหาสมุทรที่จะนำไปสู่ความเข้าใจเรื่องอื่นๆ ในนิเวศวิทยาตามมา ที่สำคัญคือมันทำให้เราเข้าใจการแข่งขันในรูปแบบอื่นๆ ได้ด้วยโดยเฉพาะในแง่เศรษฐกิจ

แต่ดูเหมือนว่าปัญหาข้อนี้จะยากกว่าที่คิด เพราะไม่ใช่แค่ธรรมชาติของแพลงก์ตอนพืชตัวใดตัวหนึ่ง แต่เป็นเรื่องของประชากรแพลงก์ตอนพืชและปฏิสัมพันธ์ที่พวกมันมีต่อสิ่งแวดล้อม จึงไม่น่าแปลกใจที่แม้เวลาจะผ่านมานานราว 60 ปีแล้ว ก็ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจน คำตอบที่เป็นไปได้อาจเกิดจากหลายๆ ปัจจัยที่กล่าวมานี้ประกอบกัน หรือไม่ก็เกิดจากปัจจัยอื่นก็ได้

คำถามที่ตามมาตอนนี้คือ ขนาดแพลงก์ตอนพืชที่มีลักษณะเรียบง่าย พอมารวมกันมากๆเข้ายังซับซ้อนซ่อนเงื่อนขนาดนี้ แล้วมนุษย์เราที่คนๆ เดียวยังแสนจะสลับซับซ้อน พอมารวมกันมากๆ แล้วจะซับซ้อนขนาดไหน?

อ้างอิง

https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/paradox-of-the-plankton

https://phys.org/news/2018-04-mathematical-paradox-plankton.html

https://arxiv.org/pdf/1711.00755.pdf

ภาพประกอบ ปัญญวัฒน์ พิทักษวรรณ

อาจวรงค์ จันทมาศ

เจ้าหน้าที่สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ผู้ใช้เวลาว่างในการสื่อสารวิทยาศาสตร์ด้วยการบรรยายและเขียนอยู่เสมอ โด่งดังจากการเป็นแฟนพันธุ์แท้นักวิทยาศาสตร์เอกของโลก มีผลงานพ็อกเก็ตบุ๊ก จริงตนาการ และ ดอกไม้ไฟในเอกภพ เขายังเป็นพิธีกรรายการแนววิทยาศาสตร์ จัดรายการวิทยุออนไลน์ Witcast เล่าเรื่องวิทยาศาสตร์แนวตลกโปกฮาร่วมกับ แทนไท ประเสริฐกุล และอัพเดทเรื่องสนุกๆ ในสายตาเด็กวิทย์เป็นประจำ

related post