ในระบบนิเวศ (ecosystem) การอาศัยอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ก่อให้เกิดความสัมพันธ์ที่แสนสลับซับซ้อน เกิดเป็นโครงสร้างสายใยอาหาร (food web) ขนาดใหญ่ ที่เชื่อมต่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชีวิตเข้ากับสิ่งแวดล้อม ผ่านลำดับขั้นของการบริโภคในห่วงโซ่อาหาร (food chain) ซึ่งทำให้เกิดการถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (energy flows) และการหมุนเวียนของสสารต่างๆ (nutrient cycles) ขึ้น

ลำดับขั้นของการบริโภค (tropic levels) ในระบบนิเวศ

1. ผู้ผลิต (producer) คือ สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้ (autotroph) เช่น พืช และสาหร่ายต่างๆ

2. ผู้บริโภค (consumer) คือ สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ (heterotroph) เช่น ผู้บริโภคพืช (herbivore) ผู้บริโภคสัตว์ (carnivore) ผู้บริโภคทั้งพืชทั้งสัตว์ (omnivore) และผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์ (detritivore) แบ่งลำดับได้ดังนี้

ผู้บริโภคลำดับที่ 1 (primary consumers) เช่น ตั๊กแตน ผึ้ง และหนอน

ผู้บริโภคลำดับที่ 2 (secondary consumers) เช่น กบ หนู

ผู้บริโภคลำดับที่ 3 (tertiary consumers) เช่น งู เสือ และจระเข้

ผู้บริโภคลำดับที่ 4 (quaternary consumers) เช่น นกฮูก เหยี่ยว และมนุษย์

3. ผู้ย่อยสลาย (decomposer) มีหน้าที่ย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตกลับคืนสู่ธรรมชาติ แปรเปลี่ยนอินทรียสารกลับไปเป็นแร่ธาตุ เพื่อให้ผู้ผลิตสามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้อีกครั้ง เช่น รา แบคทีเรีย และจุลินทรีย์

ห่วงโซ่อาหาร (food chain) คือ การกินต่อกันเป็นทอดๆ ของสิ่งมีชีวิต โดยการเขียน chain จะหันหัวลูกศรไปทางผู้ที่กิน เช่น

สายใยอาหาร (food web) คือ ความสัมพันธ์ของหลายๆ โซ่อาหาร โดยผู้ที่กินอาจจะมีอาหารหลายชนิดให้กิน ระบบนิเวศใดก็ตามที่มีความซับซ้อนของสายใยอาหาร จะเป็นเครื่องบ่งชี้ว่า ระบบนิเวศนั้นมีความอุดมสมบูรณ์ มีความหลากหลายของชนิดของสิ่งมีชีวิต ทำให้เสียสมดุลได้ยาก

กฎ 10 เปอร์เซ็นต์  (ten percent law)

Raymond Lindeman อธิบายว่า ในการถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิต จะมีพลังงานเพียง 10% เท่านั้น ที่เก็บสะสมไว้ในผู้ที่กินและถูกนำมาใช้เพื่อการเจริญเติบโตของร่างกาย ส่วนพลังงานอีก 90% จะสูญเสียไปในรูปของพลังงานความร้อน 

การถ่ายทอดพลังงานในห่วงโซ่อาหาร สามารถแสดงผ่านสามเหลี่ยมพีระมิดทางนิเวศวิทยา (ecological pyramid) ได้ 3 ลักษณะ ดังนี้

1. พีระมิดจำนวนของสิ่งมีชีวิต (pyramid of numbers) คือ การแสดงจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิตตามลำดับขั้นของการบริโภคในหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งพีระมิดจำนวนของสิ่งมีชีวิตมักมีรูปลักษณ์ต่างจากพีระมิดฐานกว้างทั่วไป เนื่องจากจำนวนประชากรในระบบนิเวศ ไม่ได้คำนึงถึงมวลชีวภาพของสิ่งมีชีวิต ทำให้เกิดพีระมิดกลับด้านในระบบนิเวศที่มีจำนวนของผู้ผลิตน้อย แต่มีชีวมวลขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถรองรับผู้บริโภคจำนวนมาก

2. พีระมิดมวลชีวภาพ (pyramid of biomass) คือ การแสดงปริมาณมวลรวมชีวภาพ หรือเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภค ในรูปของน้ำหนักแห้ง (dry weight) ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งพีระมิดมวลของสิ่งมีชีวิตสามารถแสดงผลของการถ่ายทอดพลังงานภายในห่วงโซ่อาหารได้แม่นยำขึ้น ถึงแม้จำนวนหรือมวลของสิ่งมีชีวิตจะมีการเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาหรือฤดูกาลต่างๆ รวมไปถึงอัตราการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่ไม่คงที่

3. พีระมิดพลังงาน (pyramid of energy) คือ การแสดงปริมาณพลังงานของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภคภายในห่วงโซ่อาหาร ซึ่งสามารถแสดงผลของการถ่ายทอดพลังงานภายในห่วงโซ่อาหารได้ชัดเจนที่สุด โดยพีระมิดปริมาณพลังงานจะมีลักษณะเป็นพีระมิดฐานกว้างเสมอ ตามปริมาณพลังงานของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการบริโภค ซึ่งจะมีค่าลดลงตามลำดับขั้นที่สูงขึ้นตาม กฎ 10 เปอร์เซ็นต์ (ten percent law)

พัดชา วิจิตรวงศ์