บทที่ 20 ความหลากหลายทางชีวภาพ 20.2

 

 การศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพ

         ความหลากหลายทางชีวภาพที่พบอยู่ในปัจจุบันนี้เป็นผลมาจากการเกิดวิวัฒนาการสิ่งมีชีวิตในช่วงระยะเวลากว่า3,000 ล้านปี โดยในแต่ละยุคจะมีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นใหม่บ้างหรือสูญพันธุ์ไปบ้างบางส่วนก็ทิ้งร่องรอยแสดงให้เห็นถึงความรุ้งโรจน์ของสปีชีส์นั้นแต่ส่วนใหญ่มักสูญหายไปโดยไม่ปรากฏร่องรอยเหลือไว้เลยอย่างไรก็ตามนักธรณีวิทยาและนักบรรพชีวินได้พยายามสร้างตารางเวลา เพื่บันทึกลำดับเหตุการณ์กำเนิดของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ ในช่วงเวลาที่ผ่านมา โดยใช้หลักฐานของซากดึกดำบรรพ์ ที่สามารถคำนวณอายุได้ ดังแสดงใน ตารางธรณี (The geologic scale) ดังนี้

 

คำถามนำ

จะศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพได้อย่างไร

 

 

 



ตารางที่20.1 ตารางธรณี แสดงเหตุการณ์สำคัญของสิ่งมีชีวิตที่กำเนิดขึ้นบนโลก


- เริ่มพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตเมื่อใด
- สิ่งมีชีวิตพวกแรกที่เกิดขึ้นบนโลกนี้คือสิ่งมีชีวิตใด
- เริ่มมีพืชเกิดขึ้นในยุคใด
- จากตารางธรณีกาล การสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตจำนวนมากเกิดขึ้นมาประมาณกี่ครั้งและเกิดในยุคใดบ้าง

         นอกจากข้อมูลของซากดึกดำบรรพ์แล้วนักวิทยาศาสตร์ยังได้ศึกษาเพิ่มเติมจากข้อมูลการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุลโดยการเปรียบเทียบลำดับเบส การเปรียบเทียบลักษณะทางกายวิภาค ลักษณะทางสัณฐานวิทยาตลอดจนลักษณะทางนิเวศวิทยาและพฤติกรรมเพื่อหาร่องรอยของ สายวิวัฒนาการ(phylogeny) และสายวิวัฒนาการนี้เป็นหลักเกณฑ์สำคัญใน ระบบการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต (systematic) ที่ใกล้เคียงกับธรรมชาติมากที่สุด เพื่อศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพนั่นเอง
         ดังนั้นระบบการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต จึงต้องอาศัยความรู้ที่บูรณาการแล้วจึงสร้างกฏเกณฑ์การจัดหมวดหมู่ขึ้นมาที่เรียกว่า อนุกรมวิธาน (taxonomy) การศึกษาอุนกรมวิธานเป็นอย่างไรและนำมาใช้ในระบบการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตอย่างไรนักเรียนจะได้ศึกษาในหัวข้อต่อไป

 

          20.2.1 การจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต
                                เมื่อนักเรียนเข้าไปในพิพิธภัณฑ์ที่มีการเก็บสะสมผีเสื้อนักเรียนจะเห็นว่ามีการจัดกลุ่มของผีเสื้อที่มีลักษณะเหมือนกันไว้ด้วยกันเป็นหมวดหมู่ เพื่อให้ง่ายต่อการศึกษา ดังตัวอย่างการจัดหมวดหมู่ของผีเสื้อในภาพที่20-4

 


ภาพที่20-4 การจัดหมวดหมู่ของผีเสื้อ

      นักเรียนคิดว่านักวิทยาศาสตร์มีวิธีการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตอย่างไร  นักเรียนจะได้ศึกษาวิธีการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตได้จากกิจกรรมที่ 20.1

 กิจกรรมที่ 20.1 การจัดหมวดหมู่ของเมล็ดพืช
วัสดุอุปกรณ์
1. เมล็ดพืชชนิดต่างๆ
2. แว่นขยาย
3. ไม้บรรทัด
วิธีการทดลอง
1. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มเลือกลักษณะที่จะใช้แบ่งเมล็ดออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ เช่น สี ขนาด หรือรูปร่างซึ่งเป็นลักษณะที่สามารถสังเกตเห็นได้ง่าย
2. บันทึกเกณฑ์ที่ใช้ในการจัดกลุ่มจากข้อที่ 1
3. ภายในกลุ่มเมล็ดที่แบ่งแล้ว ให้เลือกลักษณะของเมล็ดภายในกลุ่มที่สามารถแบ่งเมล็ดออกเป็น 2 กลุ่มย่อย บันทึกเกณฑ์ที่ใช้ และทำซ้ำเช่นนี้จนกระทั่งเหลือเมล็ดเพียงเมล็ดเดียวในแต่ละกลุ่ม
- นักเรียนใช้ลักษณะใดบ้างในการแบ่งกลุ่มเมล็ด และลักษณะที่ใช้เป็นเกณฑ์เหมือนหรือแตกต่างจากนักเรียนกลุ่มอื่นอย่างไร
- เมื่อมีการรวมกลุ่มของเมล็ดหลายๆกลุ่มเข้าด้วยกัน ลักษณะที่คล้ายคลึงกันของกลุ่มมีมากหรือน้อยลักษณะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น

         ในการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตนั้น สิ่งมีชีวิตที่จัดอยู่ในกลุ่มเดียวกันจะต้องมีลักษณะบางอย่างร่วมกัน ทั้งนี้เพราะต่างมีวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษในสายวิวัฒนาการเดียวกัน

         ในการจัดจำแนก (classification) ของสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอนุกรมวิธานนั้นมีการจัดเป็นลำดับขั้นโดยพิจารณาจากความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันทางสายวิวัฒนาการและความคล้ายคลึงกันของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นโดยมีลำดับขั้นการจัดหมวดหมู่ใหญ่แล้วแบ่งเป็นหมวดหมู่ย่อยๆ อีกหลายระดับ หมวดหมู่ใหญ่สุดของสิ่งมีชีวิตคือ อาณาจักร (Kingdom)และหมวดหมู่ย่อยรองลงมาเรียกว่า ไฟลัม (Phylum) ในไฟลัมหนึ่งๆแยกออกเป็นคลาส(Class) หลายคลาส ในแต่ละคลาสแยกออกเป็นหลายอันดับ (Order)แต่ละอันดับแยกออกเป็นหลายวงศ์ (Family) ในแต่ละวงศ์ยังแยกเป็นหลาย สกุล (Genus) แต่ละสกุลแบ่งย่อยเป็นหลายสปีชีส์ (Species)ดังตัวอย่างลำดับขั้นการจัดหมวดหมู่ในภาพที่ 20-5

               


ภาพที่20-5 ระดับการจัดหมวดหมู่สิ่งมีชีวิต

                     ในแต่ละลำดับขั้นอาจมีการแบ่งขั้นย่อยที่แทรกอยู่ โดยใช้คำว่า ซับ  (Sub) เติมหน้าชื่อขั้นเช่น ซับคลาส  (Subclass) เป็นขั้นที่มีระดับต่ำกว่าคลาส แต่สูงกว่าออร์เดอร์หรือคำว่า ซูเปอร์ (Super) เติมหน้าชื่อขั้นเช่น ซูเปอร์เดอร์ (Superorder) จะมีระดับสูงกว่าออร์เดอร์แต่ต่ำกว่าซับคลาส

ตัวอย่างการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตในตารางที่ 20.2
ตารางที่ 20.2 แสดงการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต 5 ชนิด 

สิ่งมีชีวิต    

หมวดหมู่            

ข้าว

คางคกบ้าน

เต่าเดือย

สุนัข

คน

อาณาจักร

Plantac

Animalia

Animalia

Animalia

Animalia

ไฟลัม/ดิวิชัน

Anthophyta

Chordata

Chordata

Chordata

Chordata

คลาส

Liliopsida

Amphibia

Reptilia

Mammalia

Mammalia

อันดับ

Graminales

Anura

Chelonia

Carnivora

Primates

วงศ์

Graminales

Bufonidae

Teatudinidae

Canidae

Hominidae

สกุล

Oryza

Bufo

Manouria

Canis

Homo

สปีชีส์

O.sativa

B.melanostictus

M.impressa

C.familianis

H.sapiens

 - จากตาราง สิ่งมีชีวิตลำดับขั้นใดมีความคล้ายคลึงกันมากที่สุดและลำดับขั้นใดมีความคล้ายคลึงกันน้อยที่สุด- สิ่งมีชีวิตใดมีความคล้ายคลึงกันมากที่สุด
         การจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตเป็นกิจกรรมแรกสุดในการศึกษาทางด้านอนุกรมวิธาน จากนั้นจะกำหนดชื่อให้กับสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นเพื่อใช้อ้างอิงในการศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์ต่อไป

20.2.2 ชื่อของสิ่งมีชีวิต                    
                           สิ่งมีชีวิตมีการกระจายพันธุเป็นบริเวณกว้าง ดังนั้นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันจึงมีชื่อเรียกแตกต่างกันไปในแต่ละท้องถิ่น โดยชื่อท้องถิ่นมักจะตั้งตามลักษณะของสิ่งมีชีวิต เช่น ว่านหางจระเข้ ตั๊กแตนกิ่งไม้ หรือตั้งตามถิ่นกำเนิด เช่น ผักตบชวา ต้นยางอินเดีย มันฝรั่ง หรือตั้งตามประโยชน์ใช้สอย เช่น หอยมุก โคนม เป็นต้น
                           นักเรียนจะเห็นว่า ชื่อท้องถิ่นมีประโยชน์ในการเรียกชื่อของสิ่งมีชีวิตนั้นในชีวิตประจำวัน เมื่อใช้สื่อสารกับคนต่างท้องถิ่นอาจมีความหมายไม่ตรงกัน เช่นมีชื่อเรียกเหมือนกันแต่อาจเป็นสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันก็ได้ ดังนั้นจึงได้มีการกำหนดเกณฑ์ในการตั้งชื่อสิ่งมีชีวิตเพื่อใช้ในการอ้างอิงเป็นระบบเดียวกัน โดยสิ่งมีชีวิตแต่ละสปีชีส์จะมี ชื่อวิทยาศาสตร์ (scientific name )เพียงชื่อเดียว

                           คาโรลัส ลินเนียส (Carolus Linnaeus) ผู้ได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาแห่งอนุกรมวิธาน เป็นคนที่กำหนดชื่อวิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต แบบทวินาม (binomial nomenclature) คือส่วนแรกเป็นชื่อสกุล(generic name) ส่วนที่สองเป็น ชื่อที่ระบุสปีชีส์ (specific epithet) ทั้งส่วนแรกและส่วนที่สองต้องทำให้เป็นคำในภาษาลาตินเสมอ

 ภาพที่ 20-6 คาโรลัส ลินเนียส

- นักเรียกคิดว่าเพราะเหตุใดจึงใช้ภาษาลาตินในการตั้งชื่อวิทยาศาสตร์

          การเขียนชื่อวิทยาศาสตร์ คำแรกเริ่มต้นด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ส่วนคำหลังใช้ตัวพิมพ์เล็ก มักพิมพ์ให้แตกต่างจากตัวอื่นโดยใช้ตัวเอนหรือขีดเส้นใต้และอาจมีชื่อของผู้ตั้งชื่อวิทยาศาสตร์กำกับไว้ด้วยเสมอเมื่อกล่าวถึงครั้งแรกในบทความ เช่น ข้าวมีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Oryza sativa Linn. คำว่า Linn. เป็นชื่อย่อของ Carolus Linnaeus ซึ่งเป็นผู้ตั้งชื่อ การกำหนดชื่อวิทยาศาสตร์มักใช้ลักษณะของสิ่งมีชีวิตหรือสถานที่ค้นพบ เช่น ไดโนเสาร์ที่พบในประเทศไทยเป็นชนิดใหม่ของโลก มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Phuwiangosaurus sirindhornae ชื่อสกุล Phuwiangosaurus หมายถึงไดโนเสาร์พันธุ์นี้พบที่อำเภอภูเวียงจังหวัดขอนแก่น ชื่อที่ระบุสปีชีส์ sirindhornae ตั้งเพื่อถวายพระเกียรติแด่สมเด้จพระเทพรัตนราชสุดา สยามบรมราชกุมารี

          ในบางกรณีจะระบุปี ค.ศ.ที่ตีพิมพ์ชื่อนั้น เช่น จำปีสิรินธรมีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Magnolia sirindhorniae Noot& Chalermglin,2000 ซึ่งตั้งขึ้นเพื่อถวายพระเกียรติแด่สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ(คือsirindhorniae)Noot คือชื่อสกุลของ Nootiboom Chalermglin คือชื่อสกุลของ ดร. ปิยะ เฉลิมกลิ่น ซึ่งเป็นผู้ตั้งชื่อวิทยาศาสตร์นี้เมื่อปี ค.ศ.2000เป็นต้น

 

 

ภาพที่ 20-7 ก. ข้าว ข. จำปีสิริธร

          รู้หรือเปล่า
          ในการจัดหมวดหมู่ 2 กลุ่มใหญ่จะมีลักษณะแตกต่างกันมากที่สุด และระดับความแตกต่างจะเริ่มน้อยลงเมื่อจัดเป็นกลุ่มย่อยมากขึ้น และลักษณะที่ใช้เป็นเกณฑ์ในการแบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่และจากกลุ่มใหญ่จะแบ่งเป็น 2 กลุ่มย่อยตามลักษณะที่แตกต่างกันไป ลักษณะเช่นนี้เรียกว่าไดโคโตมัสคีย์(dichotomouskey)

          20.2.3 การระบุชนิด
         การศึกษาความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์ จะต้องระบุชนิดของสิ่งมีชีวิตนั้นโดยการสร้างเครื่องมือสำหรับตรวจหาและระบุชนิดหรือกลุ่มของสิ่งมีชีวิตว่าเคยจัดหมวดหมู่หรือตั้งชื่อไว้แล้วหรือยัง หากพบว่าเป็นสิ่งมีชีวิตที่ไม่เคยถูกจัดหมวดหมู่หรือตั้งชื่อมาก่อน ก็จะศึกษาเพื่อจัดจำแนกและตั้งชื่อต่อไปเครื่องมือหนึ่งที่ใช้ในการระบุชนิดหรือกลุ่มของสิ่งมีชีวิต คือ ไดโคโตมัสคีย์ (dichotomous key) ตัวอย่างเช่นไดโคมัสคีย์ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในกิจกรรมที่ 20.2

 กิจกรรมที่ 20.2 การใช้ไดโคโตมัสคีย์
วัสดุอุปกรณ์
                1. ภาพของสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดต่างๆ
                2. ไดโคโตมัสคีย์ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง
วิธีการทดลอง
                1. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำภาพสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดต่างๆ เช่น ฉลาม ปลาการ์ตูน กบ กิ่งกา เป็ดและแพะ มาจำแนกกลุ่มโดยใช้ไดโคโตมัสคีย์ 


ไดโคโตมัสคีย์ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง
1 ก มีขน...............................................................ดูข้อ2
1 ข ไม่มีขน.......................................................... ดูข้อ3
2 ก ขนเป็นเส้น(hair)………………………………… สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม
2 ข ขนเป็นแผงแบบขนนก(feather)   ..................... สัตว์ปีก

กิจกรรมที่ 20.2 การใช้ไดโคโตมัสคีย์ (ต่อ) 
3 ก มีครีบคู่และช่องเหงือก...................................................... ดูข้อ4
3 ข ไม่มีทั้งครีบคู่และช่องเหงือก............................................ ดูข้อ5
4 ก มีแผ่นกระดูกปิดช่องเหงือก มีช่องเหงือก 1 ช่อง.............. ปลากระดูกแข็ง
4 ข ไม่มีแผ่นกระดูกปิดช่องเหงือก มีช่องเหงือก 5-7ช่อง....... ปลากระดูกอ่อน
5 ก ผิวหนังมีเกล็ด................................................................... สัตว์เลื้อยคลาน
5 ข ผิวหนังไม่มีเกล็ด.............................................................. สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก

       2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มบันทึกการจัดจำแนกกลุ่มของภาพสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด แล้วนำมาเปรียบเทียบกับเพื่อนกลุ่มอื่นที่ใช้ภาพสัตว์มีกระดูกสันหลังคนละชนิดกัน

        - จากไดโคโตมัสคีย์ข้างต้นนี้มีลักษณะใดบ้างที่ใช้เป็นเกณฑ์ร่วมกันและลักษณะใดบ้างที่ใช้ในการจำแนกสัตว์มีกระดูกสันหลังออกเป็นกลุ่ม
        - นักเรียนจะเริ่มจำแนกกลุ่มของสัตว์จากข้อ 2 หรือข้อ 3 ได้หรือไม่ เพราะเหตุใด

        จากกิจกรรมที่ 20.2 นักเรียนจะเห็นว่าไดโคโตมัสคีย์เป็นเพียงเครื่องมือที่ใช้เพื่อระบุหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้นและไม่อาจใช้ระบุความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันทางวิวัฒนาการได้ ไดโคโตมัสคีย์สร้างขึ้นมาได้อย่างไร นักเรียนจะได้ศึกษาต่อไปในกิจกรรมที่ 20.3