นักวิทยาศาสตร์ค้นพบฟังก์ชันคณิตศาสตร์ที่คาดไม่ถึงในระบบนิเวศ
-------

เมื่อวันที่ 4 กันยายน 2558 ที่ผ่านมา ได้มีการเผยแพร่งานวิจัยที่น่าประหลาดใจมากสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ในวารสารวิชาการ Science นั่นคือการค้นพบความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ของผู้ล่าและเหยื่อในระบบนิเวศ

ในระบบนิเวศที่ประกอบด้วยผู้ล่าและเหยื่อ ถ้าเหยื่อมีมากขึ้น ก็จะทำให้ผู้ล่าที่กินเหยื่อมีมากขึ้นด้วย

ในการใช้ตรรกระแบบตรงไปตรงมาจะได้ว่า ถ้าเหยื่อเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ผู้ล่าก็ควรเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

จากการวิเคราะห์ข้อมูลของการศึกษามากกว่าพันชิ้นทั่วโลก นักวิจัยพบประเด็นสำคัญที่เหมือนกันในทุกระบบนิเวศทั่วโลก นั่นคือ ผู้ล่าไม่เพิ่มจำนวนประชากรในอัตราเดียวกันกับเหยื่อ อาจกล่าวได้ว่าถ้าเราเพิ่มเหยื่อเข้าไปในระบบนิเวศเร็วมาก จำนวนผู้ล่าจะเพิ่มช้ามาก

ทั้งนี้ เอียน ฮัททอน (Ian Hatton) นักชีววิทยาซึ่งเป็นหัวหน้าทีมวิจัยได้กล่าวว่า “เมื่อคุณเพิ่มเหยื่อของคุณเป็นสองเท่า จำนวนผู้ล่าของคุณจะเพิ่มขึ้นด้วย แต่ไม่ได้เป็นไปในขนาดเดียวกัน"

การเพิ่มขึ้นของผู้ล่านั้นได้เพิ่มในอัตราที่ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเหยื่อ ซึ่งเป็นจริงกับสัตว์กินเนื้อขนาดใหญ่ในทุ่งหญ้าสะวันนาของแอฟริกา ไปจนถึงแพลงตอนขนาดเล็กในมหาสมุทร

ทีมนักวิจัยยังพบสิ่งที่น่าแปลกใจมากกว่านั้น โดยพบว่าอัตราส่วนของผู้ล่าและเหยื่อในระบบนิเวศทั้งหมดที่ศึกษา  สามารถทำนายด้วยฟังก์ชันคณิตศาสตร์เดียวกัน นั่นหมายความว่า ความสัมพันธ์ระหว่างผู้ล่าและเหยื่อสัมพันธ์ที่มีต่อกันนั้นเหมือนกันหมดสำหรับทุกสปีชีส์ทั่วโลก

ฮัททอนยังได้กล่าว่า "มันน่าประหลาดใจสำหรับพวกเรามาก ที่เห็นแบบรูป(pattern)เดิมเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก" ถ้าจะถามว่าอะไรเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดแบบรูปนี้ สิ่งนี้ยังคงเป็นปริศนาที่ต้องการหาคำตอบ

สิ่งที่ทำให้หลายคนงุนงงก็คือ ฟังก์ชันคณิตศาสตร์เดียวกันนี้ สามารถใช้ทำนายการตอบสนองของระบบนิเวศอันหลากหลายได้ และที่ยิ่งแปลกเข้าไปอีก นักวิจัยได้พบว่า ฟังก์ชันคณิตศาสตร์นี้ยังสามารถใช้ในการทำนายกระบวนการทางธรรมชาติอื่นๆ อีกหลายอย่างด้วย

หนึ่งในตัวอย่างก็คือ อัตราการแพร่พันธุ์ของสปีชีส์เหยื่อ ถ้าเรานำเอาผู้ล่าทั้งหมดออกจากระบบนิเวศ จำนวนประชากรของเหยื่อจะเพิ่มขึ้นเพราะไม่มีใครกินเหยื่อ แต่เมื่อประชากรเพิ่มจำนวนมากขึ้นมันจะเพิ่มขึ้นด้วยอัตราเร็วที่ลดลงเรื่อยๆ นั่นคือ ประชากรของเหยื่อจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่จะเพิ่มขึ้นช้าลงเรื่อยๆ และอัตราการเจริญเติบโตสามารถถูกทำนายโดยฟังก์ชันคณิตศาสตร์เดียวกันที่ถูกใช้ในการทำนายวิธีที่ผู้ล่าเพิ่มขึ้นตามการตอบสนองต่อเหยื่อ

เรายังมีสิ่งที่น่าตื่นเต้นมากขึ้นไปอีก โดยพบว่าฟังก์ชันเดียวกันก็ยังถูกประยุกต์ใช้สำหรับกระบวนการเฉพาะเจาะจงในร่างกายของสิ่งมีชีวิตแต่ละตัว

ปรากฏการณ์หนึ่งที่ถูกสังเกตพบอย่างสอดคล้องกันในธรรมชาติก็คือ สัตว์ที่มีขนาดเล็กกว่า เช่น หนู มีแนวโน้มที่จะเร็วกว่า มีกระบวนการเผาผลาญอาหารที่สูงกว่า อายุขัยสั้นกว่า และมีอัตราการสืบพันธุ์ที่สูงกว่า ในขณะที่สัตว์ขนาดใหญ่ เช่น ช้าง จะต่างออกไปในทุกด้าน

ดังนั้น เมื่อขนาดร่างกายเปลี่ยน อัตราต่างๆ ที่เกิดขึ้นก็เปลี่ยนไปด้วย แล้วคุณก็อาจจะเดาได้แล้วว่า แบบรูปในการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว มันก็เป็นฟังก์ชันคณิตศาสตร์ตัวเดิมอีกเช่นเคย

ในขั้นตอนต่อไป คงต้องมีการพัฒนาทฤษฎีเพื่ออธิบายแบบรูปที่ปรากฏในหลายระดับ แต่ก่อนถึงวันนั้น การสังเกตเห็นแบบรูปอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ใช้ตัดสินใจบางอย่างในการอนุรักษ์สัตว์ป่า

ฮัททอนได้ยกตัวอย่าง "ถ้าเรารู้ว่ามีเหยื่อจำนวนมาก เราควรอธิบายได้ว่ามีจำนวนผู้ล่าเท่าไหร่" นักอนุรักษ์สามารถพยากรณ์จำนวนประชากรและตรวจสอบว่ามีสิ่งมีชีวิตใดที่มีจำนวนน้อยกว่าที่สูตรแนะนำว่าควรมี ซึ่งทำให้เห็นว่าระบบนิเวศกำลังมีปัญหา

แล้วท่านมีความเห็นอย่างไรกับการค้นพบนี้บ้างครับ

Dr.Noom MathLover

ที่มา: http://on.fb.me/1F3Eh1I

*** เอกสารอ้างอิง
- บทความในวารสาร Science http://www.sciencemag.org/content/349/6252/aac6284
- บทความในหนังสือพิมพ์ Washington Post http://wapo.st/1i407I2