การเปลี่ยนแปลงแทนที่และการรวมกลุ่มของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ

หลังจากการรบกวนหรือบนพื้นที่ที่เพิ่งเปิดใหม่ กลุ่มสิ่งมีชีวิตจะมีการเปลี่ยนแปลงไปตามลำดับมากบ้างน้อยบ้าง เมื่อสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ เข้ามาตั้งถิ่นฐาน ปรับเปลี่ยนถิ่นที่อยู่ และเข้ามาแทนที่กันและกันเมื่อเวลาผ่านไป

Definition

การเปลี่ยนแปลงแทนที่และการรวมกลุ่มของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศเป็นกระบวนการที่องค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตในกลุ่มมีการเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาหลังจากการรบกวนหรือการก่อตัวของพื้นผิว และเป็นกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ เข้ามาตั้งถิ่นฐานและจัดเรียงตัวเป็นกลุ่มที่อยู่ร่วมกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงพัฒนาการเชิงเวลาของกลุ่มสิ่งมีชีวิต: การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นปฐมภูมิบนพื้นผิวที่ว่างเปล่า และการเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นทุติยภูมิหลังจากการรบกวน กลไกของการอำนวยความสะดวก (facilitation) ความทนทาน (tolerance) และการยับยั้ง (inhibition) ที่ขับเคลื่อนการเข้ามาแทนที่ของสิ่งมีชีวิต รวมถึงแนวคิดและการวิพากษ์วิจารณ์เกี่ยวกับสังคมพืชสมบูรณ์ (climax community) นอกจากนี้ยังรวมถึงกฎการรวมกลุ่ม บทบาทของการตั้งถิ่นฐานและการแพร่กระจายในการกำหนดสมาชิก และวิธีการที่รูปแบบการรบกวนรักษาสภาพความหลากหลายไว้

Core questions

• องค์ประกอบของกลุ่มสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรหลังจากการรบกวนหรือบนพื้นผิวใหม่?
• กลไกใดที่ทำให้สิ่งมีชีวิตกลุ่มหนึ่งเข้ามาแทนที่อีกกลุ่มหนึ่งในระหว่างการเปลี่ยนแปลงแทนที่?
• มีจุดสิ้นสุดที่คาดการณ์ได้ หรือสังคมพืชสมบูรณ์ สำหรับการเปลี่ยนแปลงแทนที่หรือไม่?
• การตั้งถิ่นฐาน การรบกวน และกฎการรวมกลุ่ม กำหนดว่าสิ่งมีชีวิตชนิดใดอยู่ร่วมกันได้อย่างไร?

Key theories

การอำนวยความสะดวก ความทนทาน และการยับยั้ง

การเข้ามาแทนที่ของสิ่งมีชีวิตในระหว่างการเปลี่ยนแปลงแทนที่อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากผู้บุกเบิกในระยะแรกสร้างเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิตในระยะหลัง (การอำนวยความสะดวก) เนื่องจากสิ่งมีชีวิตในระยะหลังทนทานต่อสภาพแวดล้อมโดยไม่ขึ้นกับสิ่งมีชีวิตในระยะแรก (ความทนทาน) หรือเนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่ตั้งถิ่นฐานแล้วต่อต้านการถูกแทนที่จนกว่าจะถูกรบกวน (การยับยั้ง)

สังคมพืชสมบูรณ์และแนวคิดสิ่งมีชีวิตรวม (superorganism concept)

คลีเมนท์สเสนอว่าการเปลี่ยนแปลงแทนที่ดำเนินไปอย่างเป็นระบบสู่สังคมพืชสมบูรณ์ที่เสถียรซึ่งกำหนดโดยสภาพภูมิอากาศ ซึ่งเป็นมุมมองที่ต่อมาได้รับการปรับปรุงโดยการยอมรับว่าการรบกวน ประวัติศาสตร์ และโอกาส ทำให้เกิดจุดสิ้นสุดที่หลากหลายและเปลี่ยนแปลงไป

Mechanisms

การเปลี่ยนแปลงแทนที่เริ่มต้นขึ้นเมื่อผู้บุกเบิกเดินทางมาถึงพื้นที่โดยการแพร่กระจาย การตั้งถิ่นฐานของพวกมันจะเปลี่ยนแปลงสภาพแสง ดิน และทรัพยากรในลักษณะที่อาจช่วย เป็นกลาง หรือขัดขวางการมาถึงของสิ่งมีชีวิตในภายหลัง ด้วยกลไกการอำนวยความสะดวก ความทนทาน หรือการยับยั้ง ความสำเร็จในการแข่งขันเชิงสัมพัทธ์ของสิ่งมีชีวิตจะเปลี่ยนไปตามกาลเวลา ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ การรบกวนที่เกิดขึ้นซ้ำๆ จะปรับเปลี่ยนบางส่วนของกลุ่มสิ่งมีชีวิต และการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความรุนแรงของการรบกวนกับการตั้งถิ่นฐานสามารถรักษาสภาพโมเสกที่เปลี่ยนแปลงไปได้ แทนที่จะเป็นสังคมพืชสมบูรณ์ที่ตายตัวเพียงอย่างเดียว

Clinical relevance

ความรู้เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงแทนที่ชีวภาพเป็นแนวทางในการฟื้นฟูระบบนิเวศ การปลูกป่า การฟื้นฟูพื้นที่ทำเหมืองหรือพื้นที่ถูกไฟไหม้ และการจัดการรูปแบบการรบกวนเพื่อรักษาสังคมพืชที่ต้องการ นี่คือบริบททางการศึกษา ไม่ใช่ข้อกำหนดในการจัดการ

History

คาวล์ส (Cowles) ได้อธิบายการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของเนินทรายประมาณปี 1899 และคลีเมนท์ส (Clements) ได้พัฒนาแบบจำลองสังคมพืชสมบูรณ์แบบกำหนดตายตัวในปี 1916 ซึ่งกลีสัน (Gleason) ได้โต้แย้งด้วยมุมมองแบบปัจเจกนิยม คอนเนลล์ (Connell) และสเลเยอร์ (Slatyer) ได้เสนอแนวทางกลไกสามประการของการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในปี 1977 และงานวิจัยในภายหลังได้เน้นย้ำถึงการรบกวน ผลกระทบจากลำดับการมาถึง และสถานะที่เสถียรทางเลือก

Debates

การเปลี่ยนแปลงแทนที่เป็นแบบกำหนดตายตัวหรือขึ้นอยู่กับเหตุการณ์?

ยังคงมีการถกเถียงกันว่ากลุ่มสิ่งมีชีวิตจะบรรจบกันที่สังคมพืชสมบูรณ์ที่คาดการณ์ได้ หรือดำเนินไปตามเส้นทางที่ขึ้นอยู่กับเหตุการณ์ซึ่งถูกกำหนดโดยลำดับการมาถึงโดยบังเอิญและประวัติการรบกวน โดยมีผลกระทบจากลำดับการมาถึงและสถานะที่เสถียรทางเลือกเป็นข้อโต้แย้งที่สนับสนุนแนวคิดที่ขึ้นอยู่กับเหตุการณ์

Key figures

• Frederic Clements
• Henry Gleason
• Joseph Connell
• Ralph Slatyer

Seminal works

• begon2006
• connell1977
• clements1916

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นปฐมภูมิและขั้นทุติยภูมิคืออะไร?

การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นปฐมภูมิเริ่มต้นบนพื้นผิวที่ไม่มีดินหรือสิ่งมีชีวิตมาก่อน เช่น ลาวาไหลหรือตะกอนธารน้ำแข็ง ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นทุติยภูมิเกิดขึ้นหลังจากการรบกวนที่ทิ้งดินและสิ่งมีชีวิตบางส่วนไว้ เช่น หลังไฟไหม้หรือพื้นที่เกษตรกรรมที่ถูกทิ้งร้าง

สังคมพืชสมบูรณ์คืออะไร?

สังคมพืชสมบูรณ์คือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ค่อนข้างเสถียรและสามารถดำรงอยู่ได้ด้วยตนเอง ซึ่งทฤษฎีคลาสสิกคาดการณ์ว่าเป็นจุดสิ้นสุดของการเปลี่ยนแปลงแทนที่ แม้ว่านิเวศวิทยาในปัจจุบันจะมองว่าจุดสิ้นสุดดังกล่าวมีความแปรปรวนและขึ้นอยู่กับการรบกวนมากกว่าที่จะเป็นแบบตายตัว