ไมคอร์ไรซากับการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิบนภูเขาฟูจิ
ไมคอร์ไรซากับการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิบนภูเขาฟูจิ
ดร.สุนัดดา โยมญาติ นักวิชาการสาขาชีววิทยา
ภาพที่ 1 ภูเขาฟูจิในฤดูใบไม้ผลิ
ที่มาภาพ : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lake_Kawaguchiko_Sakura_Mount_Fuji_3.JPG
ภูเขาสีเข้มที่มีหิมะสีขาวปกคลุมยอดในภาพนี้ หลายคนอาจจะเคยเห็นมาก่อนและคงบอกได้ว่า ภูเขาในภาพคือ ภูเขาฟูจิ แต่อาจจะไม่ทราบว่า ฟูจิเป็นภูเขาไฟที่ยังไม่ดับและสามารถเกิดการระเบิดขึ้นได้ และการที่ภูเขาฟูจิมีรูปร่างลักษณะเป็นรูปกรวย (cone) ดังภาพที่ 1 เกิดจากการทับถมกันของลาวาที่หนืดมาก ในปัจจุบันภูเขาฟูจิมิความสูง 3,776 เมตร พืชเด่นที่พบเป็นพืชจำพวกสน เช่น เฟอ (fir) เฮมลอค (hemlock) ไพน์ (pine) นอกจากนี้ยังพบโอ๊ค (oak) และบีช (beech) อีกด้วย
ภูเขาฟูจิเกิดขึ้นได้อย่างไร
ภูเขาฟูจิที่เห็นในปัจจุบัน (new Fuji) เกิดจากการระเบิดของภูเขาฟูจิเก่า (old fuji) และภูเขาโคะมิตาเกะ (Komitake) ดังนั้นภายในภูเขาฟูจิจึงยังมีส่วนที่เป็นภูเขาฟูจิเก่าและภูเขาโคะมิตาเกะ
ภาพที่ 2 ภูเขาฟูจิ
ที่มาภาพ : http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/VRC/vrc/others/fuji/sect.JPEG
การเกิดภูเขาฟูจิ มีลำดับการเกิดดังภาพที่ 3
ภาพที่ 3 ลำดับการเกิดภูเขาฟูจิ
ที่มาภาพ : http://legacy.earlham.edu/~steelem/mtfuji.htm
ภูเขาฟูจิเกิดการระเบิดขึ้นครั้งล่าสุดเมื่อประมาณ 300 ปีมาแล้ว คือ เมื่อวันที่ 16 ธันวาคม พ.ศ. 2250 จนถึง 1 มกราคม พ.ศ. 2251 โดยมีช่องเปิดให้หินหนืด (magma)ภายใต้ผิวโลกทะลักออกมาเกิดเป็นปล่องภูเขาไฟ (Hoei crater) ในบริเวณทิศตะวันออกเฉียงใต้ของภูเขาฟูจิ และลาวาที่ไหลออกมานั้นได้ทำลายสิ่งมีชีวิตบริเวณนั้นทั้งหมดทั้งพืช สัตว์และจุลินทรีย์ เมื่อลาวาเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วกลายเป็นหินสคอเรีย (scoria) ปกคลุมบริเวณนั้น (วงสีส้มในภาพที่ 4ก)
ในขณะที่บริเวณด้านอื่นของภูเขาฟูจิที่ไม่ถูกลาวาทำลายนั้น สามารถพบต้นไม้ได้ถึงบริเวณที่มีความสูง 2,500 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล แต่บริเวณทิศตะวันออกเฉียงใต้ของภูเขาฟูจินี้พบต้นไม้ได้ถึงแค่ที่ความสูง 1,300 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล ส่วนในบริเวณที่สูงขึ้นไปจากนั้นต้นไม้ถูกทำลายทั้งหมดและมีหินสคอเรียปกคลุมทั่วพื้นที่ (ภาพที่ 4 ข และ ค)
ภาพที่ 4 ภูเขาฟูจิ ก. ภาพถ่ายจากดาวเทียม ข. ภาพวาดแผ่นที่แสดงความสูง ค. ภาพโมเดล 3 มิติ
ที่มาภาพ ก : https://www.google.com/maps/@35.3541412,138.7618644,26281m/data=!3m1!1e3?hl=en
ข : New Phytologist (2003) 158: 195.
ค : http://thewatchers.adorraeli.com/data/uploads/2012/05/Fuji_3D_version_1.gif
หลังเกิดภูเขาฟูจิระเบิดแล้วมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร
หลังจากการระเบิดผ่านไป 300 ปีแล้ว ได้เกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของพืชในบริเวณทิศตะวันออกเฉียงใต้ของภูเขาฟูจิที่ถูกปกคลุมด้วยหินสคอเรีย พบว่าบริเวณนั้นมีพืชหลายชนิดเจริญเติบโตขึ้นมาได้อีกครั้ง ทั้งไม้ล้มลุก ไม้พุ่ม และ ไม้ต้น ดังภาพที่ 5
ภาพที่ 5 บริเวณที่มีไม้ล้มลุก ไม้พุ่ม และไม้ต้นเจริญเติบโตอยู่ด้วยกันในบริเวณที่เป็นหินสคอเรีย
เมื่อไม่มีการรบกวนหรือถูกทำลายอีกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ดังนี้ เริ่มจากบริเวณที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตเนื่องจากโดนทำลายด้วยลาวาทั้งหมดจะมีสิ่งมีชีวิตพวกไลเคนและมอสเกิดขึ้นมาเป็นกลุ่มแรกเนื่องจากเป็นสิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ในบริเวณที่ไม่มีดินหรือสารอินทรีย์ เมื่อสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้ตายไปก็จะทับถมกลายเป็นชั้นดินบางๆ ขึ้นมา จากนั้นจะมีพืชกลุ่มใหม่เข้ามา เช่น หญ้าชนิดต่างๆ เมื่อพืชเหล่านี้ตายไปจะทับถมเป็นชั้นดินที่หนาขึ้นเรื่อยๆ และมีแร่ธาตุเพิ่มมากขึ้นจนเพียงพอที่จะทำให้พืชที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เช่น ไม้ล้มลุกและไม้พุ่มเข้ามาเจริญได้จากนั้นตามมาด้วยด้วยไม้ต้น จนในที่สุดเกิดเป็นสังคมพืชที่ประกอบด้วยพืชกลุ่มต่างๆ เกิดขึ้นเป็นลำดับ การเปลี่ยนแปลงลักษณะนี้เรียกว่า การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ (primary succession)
อย่างไรก็ตามจากการสำรวจสิ่งมีชีวิตในบริเวณพื้นที่ด้านบนที่ความสูงระหว่าง 1,500 – 1,600 เมตรเหนือระดับน้ำทะเลนั้นมีเฉพาะไม้พุ่มที่เจริญเติบโตได้ เช่น Polygonum cuspidatum P. weyrichii var. alpinum และ Salix reinii เจริญเป็นกลุ่มและพบกระจายทั่วไปคิดเป็นพื้นที่ประมาณร้อยละ 5 – 6 ของพื้นที่ทั้งหมด ดังภาพที่ 6 และ 7 ซึ่งบ่งชี้ว่าบริเวณนั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ อย่างไรก็ตามแม้ว่าไม่พบไม้ต้นขนาดใหญ่ แต่พบต้นกล้าของไม้ต้น เช่น Betula ermanii เจริญอยู่ร่วมกับกลุ่มของไม้พุ่ม ซึ่งจากการศึกษาพบว่า ดินที่อยู่ใต้กลุ่มไม้พุ่มเหล่านี้มีความอุดมสมบูรณ์ของสารอาหารที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบมากกว่าบริเวณโดยรอบรวมทั้งมีความชื้นมากกว่าด้วย และบริเวณรอบๆ และภายในพุ่มไม้พบเห็ดเอคโตไมคอร์ไรซาขึ้นอยู่ด้วย เช่น Scleroderma bovista และ Laccaria sp. ดังภาพที่ 8 (อ่านความรู้เพิ่มเติมได้จากบทความเรื่องไมคอร์ไรซา : http://biology.ipstweb.com/?p=903)
ภาพที่ 6 ไม้พุ่มและไม้ล้มลุกเจริญเติบโตเป็นกลุ่มในบริเวณที่เป็นหินสคอเรีย
ภาพที่ 7 มอสและกล้าไม้ขนาดเล็กที่พบอยู่ร่วมกับกลุ่มพืช
ภาพที่ 8 เห็ด Scleroderma bovista และ Laccaria sp.
เอคโตไมคอร์ไรซาช่วยให้พืชเจริญเติบโตได้อย่างไร
มีงานวิจัยที่ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนของดอกเห็ดเอคโตไมคอร์ไรซาที่พบและการเจริญเติบโตของพืชในบริเวณนี้พบว่า พืชที่พบเห็ดเอคโตไมคอร์ไรซาในบริเวณใกล้เคียงและพบราเอคโตไมคอร์ไรซาเจริญอยู่ร่วมกับรากพืช จะเจริญได้ดีกว่าโดยพิจารณาจากน้ำหนักแห้งของใบ ปริมาณธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในใบ และความสูงของลำต้น
นอกจากนี้ ยังมีการทดลองในต้น Salix reinii โดยการนำพืชต้นแม่ที่มีราเอคโตไมคอร์ไรซาอาศัยอยู่ร่วมกับรากพืช (ECM) ปลูกร่วมกับต้นกล้า เป็นเวลา 4 สัปดาห์ พบว่าเส้นใยราเจริญแผ่ออกจากต้นแม่แล้วไปเจริญร่วมกับรากของต้นกล้า (กล่อง A) ส่วนชุดควบคุมนำพืชต้นแม่ที่ไม่มีราเอคโตไมคอร์ไรซาอาศัยอยู่ร่วมกับรากพืชปลูกร่วมกับต้นกล้าเป็นเวลา 4 สัปดาห์เช่นกัน และไม่พบการเจริญของราเอคโตไมคอร์ไรซาเกิดขึ้นที่ราก (กล่อง B) ดังภาพที่ 9
ภาพที่ 9 แผนภาพการทดลองการใส่ราเอคโตไมคอร์ไรซาในต้นกล้า
เมื่อนำต้นกล้าที่มีราเอคโตไมคอร์ไรซาจากกล่อง A และต้นกล้าที่ไม่มีราเอคโตไมคอร์ไรซาจากกล่อง B ไปปลูกที่บริเวณทิศตะวันออกเฉียงใต้ของภูเขาฟูจิซึ่งปกคลุมหินสคอเรียที่มีปริมาณน้ำและสารอาหารต่ำ และปลูกเป็นเวลา 3 เดือน พบว่า ต้นกล้าจากกล่อง A จะเจริญเติบโตได้ดีกว่าและมีอัตราการรอดชีวิตจากการย้ายปลูกได้มากกว่าต้นกล้าจากกล่อง B เนื่องจากเส้นใยราเอคโตไมคอร์ไรซาที่รากเจริญแผ่ออกไปจะช่วยดูดน้ำและสารอาหารจากบริเวณรอบต้นกล้าแล้วส่งต่อไปให้กับต้นกล้านั้น
หลังจากการระเบิดของภูเขาไฟฟูจิครั้งล่าสุดเป็นระยะเวลาประมาณ 300 ปี และไม่ถูกรบกวนหรือถูกทำลายอีก บริเวณทิศตะวันออกเฉียงใต้ของภูเขาฟูจิเริ่มมีการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ มีพืชชนิดต่างๆ เจริญเติบโตได้ในพื้นที่ที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตมาก่อน โดยการเปลี่ยนแปลงนี้ต้องอาศัยสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ เช่น ไลเคน มอส พืชล้มลุก ไม้พุ่ม ไม้ต้นขนาดเล็ก และราเอคโตไมคอร์ไรซา ที่ช่วยเปลี่ยนสภาพแวดล้อมที่ถูกทำลายไปให้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปตามลำดับและมีการแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตใหม่ๆขึ้นมาจนกลายเป็นสังคมสมบูรณ์ (climax community) ในที่สุด
รายการอ้างอิง
ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. กระทรวงศึกษาธิการ. หนังสือเรียนรายวิชาพื้นฐาน. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ สกสค. 2554.
Reece, B. J. and et. Al. Cambell Biology. 9th Pearson Benjamin Cummings Publishing, San Francisco. 2011.
Nara, K. Ectomycorrhizal networks and seedling establishment during early primary succession. New Phytologist.169(1):6-8. 2006.
Nara, K., Nakaya, H., and Hogetsu, T. Ectomycorrhizal sporocarp succession and production during early primary succession on Mount Fuji. New Phytologist. 158(2):193 – 206. 2003.
Nara, K., Nakaya, H., Wu, B., Zhou, Z., and Hogetsu, T. Underground primary succession of ectomycorrhizal fungi in a volcanic desert on Mount Fuji. New Phytologist. 159(3):743 – 756. 2003.
17,338 total views, 1 views today