จุลินทรีย์

           จุลินทรีย์, จุลชีพ, จุลชีวัน หรือ จุลชีวิน (อังกฤษ: microorganism) เป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจึงจำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ ได้แก่ แบคทีเรีย อาร์เคีย รา และ ยีสต์ เป็นต้น เราสามารถพบจุลินทรีย์ได้ทุกสภาวะแวดล้อม แม้แต่ในสภาวะแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตอื่นอยู่ไม่ได้ แต่จุลินทรีย์บางชนิดสามารถปรับตัวอาศัยอยู่ได้ เช่น ในน้ำพุร้อนบริเวณภูเขาไฟใต้ทะเลลึก หรือภูเขาไฟธรรมดา ใต้มหาสมุทรที่มีความกดดันของน้ำสูงๆ ในน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิเย็นจัด บริเวณที่มีสภาพความเป็นกรดด่างสูง หรือแม้กระทั่งในบริเวณที่ไม่มีออกซิเจนส่วนใหญ่หมายถึงสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว หรือหลายๆเซลล์ โดยแต่ละเซลล์เป็นอิสระจากกัน มันคือ ไวรัสชนิดหนึ่ง ที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้

จุลินทรีย์ (micro-organism) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กมาก ส่วนใหญ่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น สามารถเห็นได้ด้วยอุปกรณ์ขยาย 
เช่น กล้องจุลทรรศน์ ได้แก่ 

แบคทีเรีย / bacteria

แบคทีเรีย หรือ บัคเตรี เป็นประเภทของสิ่งมีชีวิตประเภทใหญ่ประเภทหนึ่ง มีขนาดเล็ก มองด้วยตาเปล่าไม่

เห็น ส่วนใหญ่มีเซลล์เดียว และมีโครงสร้างเซลล์ที่ไม่ซับซ้อนมาก และโดยทั่วไปแบคทีเรียแบ่งได้หลายรูป

แบบ

• แบ่งตามรูปร่าง แบ่งได้หลายแบบทั้งกลม (cocci) ,แบบท่อน (bacilli,rod) ,แบบเกลียว (spiral) ซึ่งแต่ละแบบก็จะมีการจัดเรียงเซลล์ต่างกัน
• แบ่งตามการย้อมติดสีแกรม (Gram's stain) มีได้สองลักษณะคือพวกที่ติดสีแกรมบวก (Gram positive) และที่ติดสีแกรมลบ (Gram negative) แต่บางชนิดสามารถติดสีทั้งสองเรียกว่า Gram variable ซึ่งเกี่ยวข้องกับผนังเซลล์ของแบคทีเรีย
• แบ่งตามความต้องการใช้อ๊อกซิเจน ซึ่งมีหลายแบบคือ aerobic bacteria, anaerobic bacteria, facultativeaerobic bacteria, microaerofilic bacteria เป็นต้น
• แบ่งกลุ่มแบคทีเรียตามแหล่งอาหารและพลังงานได้เป็น
  • ออโตโทรป (autothroph) แหล่งคาร์บอนสำหรับสร้างสารอินทรีย์มาจาก CO2 ได้แก่แบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้
  • เฮเทอโรโทรป (heterothroph) แหล่งคาร์บอนมาจากการย่อยสลายสารอินทรีย์ ได้แก่แบคทีเรียที่ดูดซับสารอาหารเป็นแหล่งพลังงานทั่วไป
  • โฟโตโทรป (photothroph) ได้พลังงานเริ่มต้นจากแสง
  • คีโมโทรป (chemothroph) ได้พลังงานเริ่มต้นจากสารเคมี

      แบคทีเรียบางชนิดอยู่รอดในสภาพที่เลวร้ายหรือไม่เหมาะสมต่อการเจริญได้โดยการสร้างเอ็นโดสปอร์ (endospore) เมื่อสภาวะแวดล้อมเหมาะสม เอ็นโดสปอร์จะดูดซับน้ำและเจริญเป็นแบคทีเรียใหม่ เอ็นโดสปอร์ทำลายยาก บางชนิดอยู่ได้ถึง 100 ปี

แบคทีเรียทุกชนิดมีโครงสร้างที่เป็นองค์ประกอบเซลล์ ได้แก่

• ผนังเซลล์ (cell wall)
• เซลล์เมมเบรน (cell membrane)
• ไซโทพลาสซึม (cytoplasm)
• โครโมโซมเดี่ยว (single chromosome)
• ไรโบโซม (ribosomes)

ในแบคทีเรียบางชนิดจะมี

• แคปซูล (capsules)
• ไกโคแคลิกซ์ (glycocalyx)
• พิลไล (pili) หรือฟิมเบรีย (fimbriae)
• มีโซโซม (mesosome)
• แฟลกเจลลา (flagella)
• อินคลูชันแกรนูล (inclusion granule)
• สปอร์ (bacterial spore)

แบคทีเรีย คือ จุลินทรีย์ที่เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ที่เป็นเซลล์แบบโปรแคริโอต (prokariotic cell) พบทั่วไปในธรรมชาติ
 ดิน น้ำ อากาศ แบคทีเรียมีบทบาทสำคัญต่ออาหาร และการผลิตอาหาร เพราะแบคทีเรียเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้อาหาร
เน่าเสีย (microbial spoilage) และทำให้เกิดโรคอาหารเป็นพิษ (food poisoning)    ที่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค ดังนั้น
 การถนอมอาหาร (food preservation) ทุกวิธีเป็นเทคนิคที่ใช้เพื่อทำลาย หรือควบคุมสภาวะแวดล้อม เพื่อยับยั้งการ
เพิ่มจำนวนของแบคทีเรีย

ถึงแม้มีโทษกับอาหาร แต่แบคทีเรียบางชนิด เช่น lactic acid bacteria นำมาใช้ประโยชน์อย่างมากในการหมักอาหาร

 (fermentation) และการบำบัดของเสีย เช่น การกำจัดน้ำเสีย (waste water treatment)

รูปร่างของแบคทีเรีย

แบคทีเรียมีขนาด 0.5-10 ไมครอน (micron) มีรูปร่างต่างๆกัน

แบคทีเรียมีรูปร่างหลายแบบ ดังนี้

• บาซิลลัส (bacillus) มีรูปร่าง เป็นท่อน หรือเป็นแท่ง
• 
  
• 
  
• เช่น Bacillus, Clostridium, Pseudomonas , Salmonella
  • สเตรปโทบาซิลลัส (Streptobacillus) เมื่อแบ่งเซลล์แล้วเรียงตัวต่อเป็นสายยาว
  • ท่อนโค้ง (curverod) เช่น Vibrio
• ทรงกลมหรือค็อกคัส (cocus) เช่น
  • ไมโครค็อกคัส (Micrococcus) เป็นแบคทีเรีย เซลล์เดี่ยวขนาดเล็ก
  • ดิโพค็อกคัส (Diplococcus) เมื่อแบ่งเซลล์แล้วติดกันเป็นคู่
  • สเตรปโทค็อกคัส (Streptococcus) แบ่งตัว เรียงตัวเป็นสายยาว เหมือนโซ่
  • สเตรฟิโลค็อกคัส (Staphylococcus) เป็นลักษณะของ เซลทรงกลมแบ่งตัวหลายระนาบอยู่ติดกันเป็นกลุ่ม
  • คล้ายพวงองุ่น เช่น Staphylococcus aureus

• สไปโรคีท (Spirochete) รูปร่างบิดเป็นเกลียว ผนังเซลล์ยืดหยุ่นได้ เช่น Campylobacter jejun

การเพิ่มจำนวนของแบคทีเรีย

แบคทีเรียขยายพันธุ์โดยการแบ่งตัวแบบทวิภาค (binary fission) คือแบ่งจากหนึ่งเป็นสองเซลเท่าๆกัน ระยะเวลแบ่ง

เซลเรียกว่าgeneration time ซึ่งแบคทีเรียแต่ละชนิดจะใช้เวลาไม่เท่ากันขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรียและ สภาพแวด

ล้อม

Yeast / ยีสต์

ยีสต์เป็นจุลินทรีย์ ชนิดหนึ่งอยู่ในอาณาจักรฟังไจ (fungi) ซึ่งเป็นอาณาจักรเดียวกันรา (mold)

ยีสต์ มีเซลล์ชนิดยูคาริโอต (Eukariote) เป็นเซลล์เดี่ยวรูปร่างกลม รูปไข่ หรือเหมือนผลเลมอน มีขนาดใหญ่กว่าแบคทีเรีย

(bacteria) มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยประมาณ 5 ไมครอน

การขยายพันธ์ุของยีสต์

ยีสต์ส่วนมากขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศด้วยการแตกหน่อ (budding) แต่ยีสต์บางชนิดอาจขยายพันธ์แบบอาศัยเพศ
ด้วยการสร้างสปอร์ ซึ่งมีชื่อเรียกว่า แอสโคสปอร์ (ascospore) หรือ เบสิดิโอสปอร์ ( basidiospore)

ชนิดของยีสต์

ยีสต์ที่ขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศอย่างเดียวเรียกว่า ดิวเทอโรไมซีส หรือ ยีสต์เทียม ยีสต์ที่ขยายพันธุ์ได้ทั้งแบบ
ไม่อาศัยเพศก็ได้ และอาศัยเพศโดยการสร้างแอสโคสปอร์ เป็นยีสต์แท้ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่ม แอสโคไมซีส (ascomycete)
ได้แก่ Saccharomyces

ยีสต์เจริญได้ทั้งในสภาวะที่มีออกซิเจน และไม่มีออกซิเจน ยีสต์ที่เจริญได้ในภาวะที่มีออกซิเจนเรียกว่า ออกซิเดทีฟยีสต์
(oxidative yeast) โดยเกิดเป็นฟิมส์ที่ผิวหน้าของอาหารเหลว ส่วนยีสต์ที่เจริญได้ทั้งภาวะที่มีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจน
เจริญได้ทุกส่วนของอาหารจัดเป็นพวกยีสต์เฟอร์เมนเตทีฟ (fermentative yeast)

ความสำคัญของยีสต์ต่ออาหาร

ยีสต์สายพันธุ์ที่ใช้มากในอาหาร คือ Saccharomyces cerevisae โดยยีสต์ใช้สารอินทรีย์เป็นแหล่งพลังงานและแหล่งคาร์บอน
เจริญได้ดีในอาหารที่มีน้ำตาลมาก เช่น ผลไม้ ที่มีรสหวาน น้ำผี้ง แยม (jam) สามารถเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็น คาร์บอนไดออกไซด์
และเอทิลแอลกอฮอล์ในกระบวนการหมัก (fermentation)

• ใช้ในอุตสาหกรรมเบเกอรี่ (bakery) เรียกว่า baker yeast โดยใช้ เป็นสารที่ทำให้ขึ้นฟู (leavening agent) ในขนมปัง
  (bread) โดนัท (doughnut) ใช้ในรูป ยีสต์สด หรือ ยีสต์แห้ง (active dried yeast)
• ใช้เพื่อการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ (alcoholic beverage) เช่น เบียร์ (beer) ไวน์ (wine) วิสกี้ (wiski) สาโท กระแช่
• เซลล์ยีสต์มาผลิตเป็น ยีสต์สกัด (yeast extract หรือ yeast autolysate)

การเสื่อมเสียของอาหารเนื่องจากยีสต์

ยีสต์มีเอนไซม์ที่ย่อยสลายกรดอินทรีย์ต่างๆ ที่ใช้ในการถนอมอาหาร เช่น กรดแล็กทิก (lacatic acid) กรดแอซีติก (acetic acid)

ได้ ทำอาหารหมักที่ต้องการให้เกิดกรดดังกล่าวมีความเป็นกรดลดลง ทำให้อาหารมีสภาวะเหมาะสมต่อการเจริญของแบคทีเรีย

และเน่าเสียได้ อาหารที่เกิดการเน่าเสียจากยีสต์มักเกิดกลิ่นหมัก เป็นเมือก หรือฝ้าบริเวณผิวหน้า รวมทั้งเกิดความขุ่นและเกิด

ฟองแก๊สได้

 Mold / รา

ลักษณะทั่วไปของรา

ราหรือเชื้อรา (mold หรือ mould) คือ จุลินทรีย์ในกลุ่มฟังไจ (fungi) ราเจริญได้ในภาวะที่มีอากาศเท่านั้น (obligate arobe) จึงพบเจริญของราบริเวณผิวหน้าของอาหาร ราเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้อาหารเสื่อมเสีย (microbial spoilage) แต่ในอุตสาหกรรมอาหารก็นำรามาใช้ประโยชน์เพื่อการหมัก (fermentation) เช่น ซีอิ้ว (fermented soy sauce) เต้าเจี้ยว มิโซะ เนยแข็ง เป็นต้น

ลักษณะพื้นฐานของราโดยทั่วไป

1. เซลล์เป็นแบบยูแคริโอต (eukaryotic cell) (มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส) ในหนึ่งเซลล์อาจมีมากกว่าหนึ่งนิวเคลียส

2. ราสร้างอาหารเองไม่ได้ (heterotrop) ไม่มีคลอโรฟิลล์ ต้องได้รับพลังงานและสารอาหารจากแหล่งอาหารอื่นด้วยการออกซิไดส์สารอินทรีย์ ดูดซับสารจากสิ่งแวดล้อม หรือ
เป็นผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ หรือเป็นปรสิต หรือ symbionts

3. ผนังเซลประกอบด้วย เซลลูโลส (cellulose) (พบเฉพาะใน zygomycota) หรือ เฮมิเซลลูโลส (hemicellulose) หรือ ไคทิน (chitin)

4. รามีลักษณะเป็นเส้นใย หรือไฮฟา (hypha) เส้นใยของรา มีหน้าที่ยึดติดกับอาหาร และสืบพันธุ์ รวมทั้งสร้างอวัยวะสืบพันธุ์ คือสปอร์ (spore) เส้นใยของเชื้อราแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

• เส้นใยแบบไม่มีผนังกั้น (non septate hypha) ซึ่งมีลักษณะเป็นท่อ ภายในมีนิวเคลียส และไซโตปพลาสซึมกระจายอยู่ทั่วไป
• เส้นใยแบบมีผนังกั้น (septate hyphae) ภายในเส้นใยมีผนังกั้น

การขยายพันธุ์ของรา

ราขยายพันธุ์ได้ทั้งแบบอาศัยเพศและไม่อาศัยเพศ แต่ส่วนใหญ่จะขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ด้วยการสร้างสปอร์ที่ไม่อาศัยเพศ

ราขยายพันธุ์โดยการสร้างสปอร์ สปอร์ของรามีสีต่างๆ เช่น สีเทา เหลือง เขียว น้ำเงิน แดง สปอร์ของราแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ

1. สปอร์ที่อาศัยเพศ (sexual spore) ได้แก่

• ไซโกสปอร์ (zygospore)
• แอสโคสปอร์ (ascospore)
• เบสิดิโอสปอร์ (basidiospore)

2 สปอร์ที่ไม่อาศัยเพศ (asexual spore) ได้แก่

• คอร์ดิเนีย (codinia)
• สปอร์แรนจิโอสปอร์ (sporangiospore)

ปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญของรา

ปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญของราในอาหารหรือในสภาวะแวดล้อมใดๆ ได้แก่

1. ปริมาณน้ำ น้ำเป็นปัจจัยสำคัญต่อการเจริญของรา ปริมาณน้ำในอาหาร วัดได้ด้วยปริมาณความชื้น (moisture content) และค่าวอเตอร์แอคทิวิตี้ (water activity) ราต้องการ
น้ำเพื่อการเจริญน้อยกว่ายีสต์ (yeast) และแบคทีเรีย (bacteria) จึงสามารถเจริญได้ในอาหารที่มีความชื้นและมีค่าวอเตอร์แอคทิวิตี้ต้ำ

ค่าวอเตอร์แอคทิวิตีที่เหมาะสมกับการเจริญของเชื้อราอยู่ระหว่าง 0.98-0.99 แต่ค่าวอเตอร์แอคทิวิตี้ต่ำสุด (minimum aw) ที่เชื้อราเจริญได้คือ 0.62 ดังนั้นในการถนอมอาหาร (food preservation) ด้วยการทำแห้ง (dehydration) จึงลดปริมาณวอเตอร์แอคทิวิตี้ในอาหารให้ต่ำกว่าค่าดังกล่าว เพื่อป้องกันการเจริญของเชื้อรา

2. อุณหภูมิ ราส่วนใหญ่เจริญได้ที่อุณหภูมิในช่วง 25-30 องศาเซลเซียส

3. ความต้องการออกซิเจน ราส่วนใหญ่ต้องการออกซิเจนเพื่อการเจริญ จึงพบราที่บริเวณผิวหน้าของอาหาร

การเก็บรักษาอาหารในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน หรือสภาวะสุญญากาศ (vacuum) เช่น การบรรจุในสุญญากาศ (vacuum packaging) จะช่วยป้องกันการเจริญของเชื้อราได้

4. สารอาหาร ราใช้อาหารได้หลายชนิด ทั้งโปรตีน (protein) คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) ลิพิด (lipid) ทั้งที่มีโครงสร้างอย่างง่าย และที่มีโครงสร้างซับซ้อน เพราะราสามารถสังเคราะห์เอนไซม์ (enzyme) ได้หลายชนิด เช่น อะไมเลส (amylase) โปรตีเอส (protease) ลิเพส (lipase) ราจึงเป็นจุลินทรีย์ที่เป็นสาเหตุของการเสื่อมเสียของอาหาร (food spoilage) แทบทุกชนิด

บทบาทของราในอาหาร

รา เป็นจุลินทรีย์ ที่มีบทบาทสำคัญในอาหาร

1. รา เป็นสาเหตุทำให้อาหารเสื่อมเสีย (food spoilage)

2. ราสร้าง สารพิษจากรา (mycotoxin) ซึ่งเป็นอันตายในอาหาร ราบางชนิดสร้างสารพิษ เช่น อะฟลาทอกซิน ( aflatoxin) เป็นสารก่อมะเร็ง

3. ราบางชนิดใช้ประโยชน์ในการหมัก (fermentation) อาหาร ซึ่งเป็นการถนอมอาหาร (food preservation) อาหารหมัก (fermented food) จากเชื้อรา ได้แก่

• ซีอิ๊วแบบหมัก (fermented soy sauce)
• เต้าเจี้ยว มิโซะ (miso)
• เนยแข็ง (cheese)

Virus / ไวรัส

ไวรัส คือ จุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กมาก มีขนาดเล็กกว่าแบคทีเรีย (bacteria) ยีสต์ (yeast) รา (mold) และสปอร์ของแบคทีเรีย
(bacterial spore)

ไวรัสที่สำคัญต่ออาหาร ได้แก่
ไวรัส เป็นศัพท์จากภาษาลาตินแปลว่า พิษ ในตำราชีววิทยาเก่าของไทยอาจเรียกว่า วิสา อันเป็นการทับศัพท์ในยุคแรกจากภาษาสันสกฤตที่แปลว่า พิษ เช่นเดียวกัน ปัจจุบันคำว่า ไวรัส หมายถึงจุลินทรีย์ที่สามารถก่อให้เกิดการติดเชื้อได้ (infectious agents) ทั้งในมนุษย์, สัตว์, พืช และ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่เป็นสิ่งมีชีวิตมีเซลล์ (cellular life) ทำให้เกิดโรคที่ส่งผลกระทบกว้างขวาง จึงมีความสำคัญที่จะต้องศึกษาทั้งในทางการแพทย์และทางเศรษฐกิจ ไวรัสเป็นปรสิตอยู่ในร่างของสิ่งมีชีวิตอื่น (obligate intracellular parasite) ไม่สามารถเติบโตหรือแพร่พันธุ์นอกเซลล์อื่นได้ ไวรัสอาจถือได้ว่าเป็นจุลินทรีย์ที่มีลักษณะของการเป็นสิ่งมีชีวิตเพียงประการเดียวคือสามารถแพร่พันธุ์ หรือการถ่ายทอดสารพันธุกรรมของตนเองจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง อย่างไรก็ตามไวรัสไม่ใช่จุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กที่สุด ยังมีจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กกว่าไวรัสคือ ไวรอยด์ (viroid) และ พริออน (prion) ไวรัสชนิดแรกที่ค้นพบคือไวรัสใบยาสูบด่าง(TMV หรือ Tobacco Mosaic Virus) ซึ่งค้นพบโดยมาร์ตินัส ไบเยอรินิค ใน ค.ศ. 1899 ในปัจจุบันมีไวรัสกว่า 5,000 ชนิดที่ได้รับการบันทึกไว้ ^[3] วิชาที่ศึกษาไวรัสเรียกว่าวิทยาไวรัส (virology) อันเป็นสาขาหนึ่งของจุลชีววิทยา (microbiology)

คุณสมบัติที่สำคัญ

คุณสมบัติที่สำคัญของไวรัสมีดังนี้

1. ไวรัสมีกรดนิวคลีอิกเพียงชนิดเดียวเป็น DNA หรือ RNA (ยกเว้นบางชนิด)
2. ไวรัสมีขนาดเล็กมาก (20-300 nanometers) จนสามารถหลุดรอดผ่านเครื่องกรองที่ใช้กรองแบคทีเรียได้ ในสมัยก่อนเรียกไวรัสว่าเป็น filterable agents การดูรูปร่างของไวรัสต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะใช้กล้องจุลทรรศน์ธรรมดาไม่ได้
3. ไวรัสมีการเพิ่มจำนวนเฉพาะในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิตเท่านั้นจึงจัดไวรัสเป็น obligate intracellular parasite และ กลไกของไวรัสในการเพิ่มจำนวนที่เรียกว่า replication ก็แตกต่างจากการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ชนิดอื่นอย่างชัดเจน ทั้งนี้เพราะไวรัสมีโครงสร้างและส่วนประกอบแบบง่ายๆ ไม่มีเมตาโบลิซึมและ organells ต่างๆ เช่นไรโบโซมหรือไมโทคอนเดรีย ของตัวเอง จำเป็นต้องอาศัยการทำงานจากเซลล์โฮสต์ทั้งสิ้น
4. ไวรัสไม่ถูกทำลายโดยยาปฏิชีวนะที่ใช้รักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรีย แต่มีสารอินเตอร์เฟียรอน (Interferon, IFN) และยาหรือสารเคมีที่ยับยั้งการเพิ่มจำนวนของไวรัสได้
5. การติดเชื้อไวรัสสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆ บนเซลล์โฮสต์ เช่น ทำให้เซลล์ตาย, มีการรวมตัวของเซลล์, หรือทำให้เซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ (transformation) กลายเป็นเซลล์มะเร็งได้

โครงสร้าง

ไวรัสจัดเป็นจุลินทรีย์ที่มีโครงสร้างแบบง่ายๆ ไม่ซับซ้อน ไวรัสที่มีส่วนประกอบครบสมบูรณ์เรียกว่าวิริออน (virion) ซึ่งจะประกอบด้วยแกนกลาง (core) ของกรดนิวคลิอิกซึ่งเป็น RNA หรือ DNA และมีโปรตีนหุ้มล้อมรอบเพื่อป้องกันกรดนิวคลิอิก โปรตีนที่หุ้มนี้เรียกว่าแคพซิด (capsid) ซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยเรียกว่าแคพโซเมอร์ (capsomer) กรดนิวคลิอิกและโปรตีนที่หุ้มนี้เรียกว่า นิวคลีโอแคพซิด (nucleocapsid)

ในไวรัสบางชนิดจะมีชั้นไขมันหุ้มล้อมรอบนิวคลีโอแคพซิด (nucleocapsid) อีกชั้นหนึ่งเรียกไวรัสพวกนี้ว่า enveloped virus ไวรัสบางชนิดมีเฉพาะนิวคลีโอแคพซิดเท่านั้นเรียกว่าไวรัสเปลือย (non-enveloped virus หรือ naked virus)

ไวรัสที่มี envelope บางชนิดมีปุ่มยื่นออกมาจากชั้น envelope เรียกว่า spike หรือ peplomer ซึ่งมีความสำคัญในการใช้เกาะกับ receptor บนผิวเซลล์และบางชนิดเป็นตัวกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันที่ดี spikeของไวรัสอาจมีคุณสมบัติเป็นสารบางอย่างเช่น เป็นฮีแมกกลูตินิน (hemagglutinin) หรือเป็นเอนไซม์นิวรามินิเดส (neuraminidase)

โดยทั่วไป naked virus มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมได้ดีกว่า enveloped virus และจะไม่ถูกทำลายด้วยสารละลายไขมัน เช่น ether, alcohol หรือ bile

คุณสมบัติทางชีววิทยา

คุณสมบัติสำคัญทางชีววิทยาของไวรัส คือ

1. ไวรัสไม่จัดว่าเป็น "เซลล์" เนื่องจากไม่มีเยื่อหุ้มเซลล์ อันเป็นพื้นฐานที่ทุกเซลล์ต้องมี
2. ไวรัสมีกรดนิวคลีอิค ซึ่งการสลับการเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ คือ รหัสพันธุกรรมอยู่ในสภาพของยีน ที่ควบคุมลักษณะทางกรรมพันธุ์
3. ไวรัสเพิ่มจำนวนได้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น อาหารที่ใช้เพาะเลี้ยงแบคทีเรีย ใช้เพาะเลี้ยงไวรัสไม่ได้ นอกจากจะเพาะเลี้ยงในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
4. รหัสพันธุกรรมของไวรัสเมื่อผันแปร ไวรัสก็ผันแปรด้วยไวรัสที่ผันแปรแตกต่างไปจากไวรัสปกติอาจตรวจสอบได้โดยเลี้ยงกับเซลล์ต่างๆ และเปรียบเทียบไวรัสดูตรวจสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น
1. คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของไวรัส เช่น ความทนของไวรัสต่อรังสี ความทนของไวรัสต่ออุณหภูมิระดับต่างๆ
2. คุณสมบัติทางเคมีของไวรัส เช่นความทนของไวรัสต่อสารเคมี
3. คุณสมบัติทางชีววิทยาของไวรัส เช่น ความสามารถในการสังเคราะห์ไวรัส ความสามารถของไวรัสในการทำลายเซลล์รุนแรงมากน้อยเพียงใด ความสามารถในการสังเคราะห์เอ็นไซม์ สังเคราะห์แอนติเจนที่เฉพาะของไวรัส ยีนที่ควบคุมชนิดของเซลล์ที่ไวรัสจะเจริญ ยีนที่ทำให้เกิดการสลายเซลล์ที่ผันแปรจากเซลล์ปกติ โดยเปรียบเทียบความสามารถของไวรัสที่จะแพร่พันธุ์ โดยตรวจสอบดูคุณสมบัติทางฟิสิกส์ ทางเคมีและทางชีววิทยาของไวรัสตามแบบดังกล่าวข้างต้น ความรู้เรื่องไวรัสกับเซลล์นั้น ส่วนใหญ่จะได้จากการศึกษาไวรัสแบคทีเรีย กับแบคทีเรียชนิด อี.โคไล (E. coli) การที่มีการศึกษาไวรัสแบคทีเรียกับแบคทีเรีย อี.โคไล มาก เพราะแบคทีเรียชนิดนี้เป็นแบคทีเรียที่เราทราบคุณสมบัติทางชีววิทยาอย่างดี

การเพิ่มจำนวนของไวรัส

ไวรัสทั่วไปตามธรรมชาติจำเป็นต้องเข้าไปเจริญและทวีแพร่พันธุ์ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น โดยยีนของไวรัสและยีนของเซลล์ที่เพาะเลี้ยงไวรัสต้องมีกลไกสอดคล้องต้องกัน ไวรัสจะสามารถเจริญแพร่พันธุ์ไวรัสใหม่ได้หรือไม่ ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และชนิดของไวรัส ดังนั้น แต่ละชนิดของไวรัสจึงทำให้เกิดโรคเฉพาะมนุษย์ สัตว์ แมลง พืช สาหร่ายสีน้ำเงิน รา หรือบัคเตรี ต่างๆ กัน

ไวรัสไข้หวัดใหญ่ เมื่อฉีดเพาะเลี้ยงลงในถุงน้ำคร่ำลูกไก่ ไวรัสไข้หวัดใหญ่จะทวีจำนวนได้มากมาย แต่ถ้าฉีดเลี้ยงบนเยื่อคอริโออลันตอยส์ของลูกไก่ จะไม่เกิดการสังเคราะห์ไวรัสไข้หวัดใหญ่เลย แสดงว่าสภาพแตกต่างกันโดยรูปร่าง และหน้าที่ (differentiation) ของเซลล์ถุงน้ำคร่ำกับของเซลล์เยื่อคอริโออลันตอยส์ อำนวยให้มีความสามารถในการสังเคราะห์ไวรัสได้ต่างกัน

ขั้นตอนการเพิ่มจำนวนไวรัส

ไวรัสหูดของโชพ เมื่อฉีดเข้าผิวหนังกระต่ายบ้าน จะเกิดเป็นหูดที่ผิวหนัง ภายในเซลล์ที่เป็นหูดจะมีการสร้างสารของไวรัสหูดของโชพ แต่จะไม่สร้างไวรัสหูดที่สมบูรณ์เลย แต่ถ้าทดลองกับกระต่ายป่าหางปุยฝ้าย จะพบว่าสร้างไวรัสที่หูดที่สมบูรณ์ได้มากมาย ในการทวีแพร่พันธุ์ของไวรัสนั้นไวรัสจะสังเคราะห์ไวรัสที่สมบูรณ์ได้โดย

1. เข้าไปอยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เพราะไวรัสไม่มีเอนไซม์ ต้องอาศัยเอนไซม์ของเซลล์

2. สังเคราะห์สร้างกรดนิวคลีอิคเพิ่มขึ้น

3. สังเคราะห์โปรตีนที่ห่อหุ้มกรดนิวคลีอิคของไวรัส

4. สังเคราะห์อินทรียสาร ที่กำหนดโดยแต่ละยีนของไวรัสเฉพาะ

สำหรับไวรัสที่ทำให้เกิดโรคพืชสาหร่ายสีน้ำเงิน รา บัคเตรี ไวรัสจะต้องผ่านผนังเซลล์ก่อนที่จะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปข้างใน โปรตีนที่พอกห่อหุ้มกรดนิวคลีอิคของไวรัสจะทำปฏิกิริยากับผนังเซลล์ (อาจจะเป็นไลโพโพลิแซกคาไรด์ หรือ โพลิแซกคาไรด์) กระตุ้นกลไกให้กรดนิวคลีอิคของไวรัสหรือไวรัสเปลือยอย่างเดียวผ่านผนังเซลล์ แต่มักผ่านผนังเซลล์พืชไม่ได้ ทำให้ทราบว่าโปรตีนที่ห่อหุ้มกรดนิวคลีอิคของไวรัส มีความสำคัญในการช่วยให้ไวรัสเข้าไปเจริญแพร่พันธุ์ในเซลล์ได้ อย่างไรก็ดี ในระยะหลังนี้ได้พบว่ากรดนิวคลีอิคของไวรัส หรือไวรัสเปลือยของโรคไวรัสใบยาสูบด่าง ก็สามารถผ่านผนังเซลล์ใบยาสูบ และสังเคราะห์ไวรัสใบยาสูบด่างที่สมบูรณ์ได้ด้วยกลไกพิเศษ สภาวะดังกล่าวนี้ปัจจุบันเรียกว่า "ทรานสเฟคชัน" (transfection)

สำหรับไวรัสที่ทำให้เกิดโรคในคนและสัตว์ ไวรัสที่มีเยื่อหุ้มมักเข้าไปในเซลล์ทั้งอนุภาคไวรัส เยื่อมักค้างติดอยู่ที่ผิวเซลล์ โปรตีนที่หุ้มห่อกรดนิวคลีอิคของไวรัสจะถูกย่อยสลายภายในเซลล์ ทำให้กรดนิวคลีอิคของไวรัสหรือไวรัสเปลือยอยู่ภายในเซลล์ เมื่อกรดนิวคลีอิคของไวรัสเปลือยเข้าไปในเซลล์แล้ว ไวรัสเปลือยอาจจะ

1. เปลี่ยนสภาพเป็นโปรไวรัส แฝงตัวร่วมกับกรดนิวคลีอิคของเซลล์ในลักษณะของชีพเภทนะ (lysogency)

2. ไวรัสเปลือยหากเป็นอิสระ หรือโปรไวรัสหากเปลี่ยนสภาพเป็นไวรัสเปลือย ย่อมทวีจำนวนแพร่พันธุ์ สังเคราะห์ไวรัสที่สมบูรณ์ในลักษณะวงชีพเภทนะ

3. โปรไวรัสที่ผันแปร หรือไวรัสที่ผันแปร หากทวีจำนวนแพร่พันธุ์ย่อมสังเคราะห์ไวรัสไม่สมบูรณ์ อาจจะอยู่ทั้งในลักษณะเซลล์สลายหรือไม่สลายก็ได้

ไวรัสตามธรรมชาติจำเป็นจะต้องเข้าไปเจริญและทวีแพร่พันธุ์ในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิตเท่านั้น ไวรัสจะสามารถเจริญและทวีแพร่พันธุ์ในเซลล์ชนิดใดนั้นแล้วแต่ชนิดของไวรัส ในการเจริญทวีแพร่พันธุ์ของไวรัสมีขั้นตอนดังนี้

1. ไวรัสจะต้องเข้าไปภายในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิต

2. ไวรัสจะต้องสร้างกรดนิวคลีอิคขึ้นใหม่ในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิตนั้นได้ (replicating nucleic acid)

3. ไวรัสจะต้องสร้างโปรตีนหุ้ม (coat protein) ห่อหุ้มกรดนิวคลีอิคเพื่อให้เกิดไวรัสที่สมบูรณ์ ส่วนที่เป็นกรดนิวคลีอิคเท่านั้นจะทวีจำนวนมากมายในเซลล์ กรดนิวคลีอิคของไวรัสบางชนิดอาจจะเป็น ดีเอ็นเอ สายเดียว (+) บางชนิดอาจจะเป็น ดีเอ็นเอ สองสาย (+ และ -) บางชนิดอาจจะเป็น อาร์เอ็นเอ สายเดียว (+) บางชนิดอาจจะเป็น อาร์เอ็นเอ สองสาย (+ และ -)

ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ คือกลุ่มอินทรีย์ (พืช สัตว์และจุลินทรีย์) ร่วมกับองค์ประกอบอชีวนะของสิ่งแวดล้อมของพวกมัน (เช่น อากาศ น้ำและดินอนินทรีย์) ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันเป็นระบบถือว่า ส่วนประกอบชีวนะและอชีวนะเชื่อมกันผ่านวัฏจักรสารอาหารและการถ่ายทอดพลังงาน ระบบนิเวศนิยามเป็นเครือข่ายปฏิสัมพันธ์ระหว่างอินทรีย์ด้วยกันและระหว่างอินทรีย์กับสิ่งแวดล้อม ระบบนิเวศมีขนาดเท่าใดก็ได้ แต่ปกติครอบคลุมพื้นที่เฉพาะจำกัดแม้นักวิทยาศาสตร์บางส่วนกล่าวว่า ทั้งโลกก็เป็นระบบนิเวศหนึ่งด้วย

พลังงาน น้ำ ไนโตรเจนและดินอนินทรีย์เป็นอีกส่วนประกอบอชีวนะของระบบนิเวศ พลังงานซึ่งถ่ายทอดผ่านระบบนิเวศได้มาจากดวงอาทิตย์เป็นหลัก โดยทั่วไปเข้าสู่ระบบผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งกระบวนการนี้ยังจับคาร์บอนจากบรรยากาศด้วย สัตว์มีบทบาทสำคัญในการเคลื่อนของสสารและพลังงานผ่านระบบนิเวศ โดยการกินพืชและสัตว์อื่น นอกจากนี้ สัตว์ยังมีอิทธิพลต่อปริมาณพืชและชีวมวลจุลินทรีย์ที่มีอยู่ ตัวสลายสารอินทรีย์ปลดปล่อยคาร์บอนกลับสู่บรรยากาศและเอื้อการเกิดวัฏจักรสารอาหารโดยการแปลงสารอาหารที่สะสมอยู่ในชีวมวลตายกลับสู่รูปที่พร้อมถูกพืชและจุลินทรีย์อื่นใช้ โดยการย่อยสลายสารอินทรีย์ตายในธรรมชาติแล้วมีสาร 60 ชนิด ในจำนวน 96 ชนิด หมุนเวียนผ่านเข้าไปในอินทรีย์

ระบบนิเวศมีทั้งปัจจัยภายนอกและภายในควบคุม ปัจจัยภายนอก เช่น ภูมิอากาศ วัสดุกำเนิด (parent material) ซึ่งสร้างดินและภูมิลักษณ์ ควบคุมโครงสร้างโดยรวมของระบบนิเวศและวิธีที่สิ่งต่าง ๆ เกิดในนั้น แต่ปัจจัยดังกล่าวไม่ได้รับอิทธิพลจากระบบนิเวศ ปัจจัยภายนอกอื่นรวมเวลาและชีวชาติศักยะ (potential biota) ระบบนิเวศเป็นสิ่งพลวัต คือ อยู่ภายใต้การรบกวนเป็นระยะและอยู่ในกระบวนการฟื้นตัวจากการรบกวนในอดีตบางอย่าง ระบบนิเวศในสิ่งแวดล้อมคล้ายกันที่ตั้งอยู่ในส่วนของโลกต่างกันสามารถมีลักษณะต่างกันมากเพราะมีชนิดต่างกัน การนำชนิดต่างถิ่นเข้ามาสามารถทำให้เกิดการเลื่อนอย่างสำคัญในการทำหน้าที่ของระบบนิเวศ ปัจจัยภายในไม่เพียงควบคุมกระบวนการของระบบนิเวศ แต่ยังถูกระบบนิเวศควบคุมและมักอยู่ภายใต้วงวนป้อนกลับ (feedback loop) เช่นกัน ขณะที่ทรัพยากรป้อนเข้าปกติถูกกระบวนการภายนอก เช่น ภูมิอากาศและวัสดุกำเนิด ควบคุม แต่การมีทรัพยากรเหล่านี้ในระบบนิเวศถูกปัจจัยภายใน เช่น การผุสลายตัว การแข่งขันรากหรือการเกิดร่ม ควบคุม ปัจจัยภายในอื่นมีการรบกวน การสืบทอด (succession) และประเภทของชนิดที่มี แม้มนุษย์อยู่ในและก่อให้เกิดผลภายในระบบนิเวศ แต่ผลลัพธ์รวมใหญ่พอมีอิทธิพลต่อปัจจัยภายนอกอย่างภูมิอากาศ

ความหลากหลายทางชีวภาพ (biodiversity) เช่นเดียวกับการรบกวนและการสืบทอด มีผลต่อการทำหน้าที่ของระบบนิเวศ ระบบนิเวศให้สินค้าและบริหารต่าง ๆ ที่มนุษย์ต้องการ หลักการการจัดการระบบนิเวศเสนอว่า แทนที่จะจัดการชนิดหนึ่งเพียงชนิดเดียว ควรจัดการทรัพยากรธรรมชาติที่ระดับระบบนิเวศด้วย การจำแนกระบบนิเวศเป็นหน่วยเอกพันธุ์ทางระบบนิเวศ (ecologically homogeneous unit) เป็นขั้นตอนสำคัญสู่การจัดการระบบนิเวศอย่างสัมฤทธิ์ผล แต่ไม่มีวิธีทำวิธีใดวิธีหนึ่งที่ตกลงกัน

กระบวนการระบบนิเวศ

การถ่ายทอดพลังงาน

คาร์บอนและพลังงานซึ่งรวมอยู่ในเนื้อเยื่อพืช (การผลิตปฐมภูมิสุทธิ) ถูกสัตว์บริโภคขณะพืชยังมีชีวิต หรือยังไม่ถูกกินเมื่อเนื้อเยื่อพืชตายและกลายเป็นซากสลาย ในระบบนิเวศบนดิน การผลิตปฐมภูมิสุทธิราว 90% ถูกตัวสลายสารอินทรีย์สลาย ส่วนที่เหลือไม่ถูกสัตว์บริโภคขณะยังมีชีวิตแล้วเข้าสู่ระบบโภชนาการที่มีพืชเป็นฐาน ก็ถูกบริโภคหลังตายแล้วแล้วเข้าระบบโภชนาการที่มีซากสลายเป็นฐาน ในระบบในน้ำ สัดส่วนชีวมวลพืชที่ถูกสัตว์กินพืชบริโภคมีสูงกว่ามาก ในระบบโภชนาการ อินทรีย์สังเคราะห์ด้วยแสงเป็นผู้ผลิตปฐมภูมิ อินทรีย์ที่บริโภคเนื้อเยื่อของผู้ผลิตปฐมภูมิ เรียก ผู้บริโภคปฐมภูมิ ผู้บริโภคลำดับที่หนึ่ง หรือผู้ผลิตทุติยภูมิ คือ สัตว์กินพืช สัตว์ที่กินผู้บริโภคปฐมภูมิ คือ สัตว์กินเนื้อ เป็นผู้บริโภคทุติยภูมิหรือผู้บริโภคลำดับที่สอง ผู้ผลิตและผู้บริโภคเหล่านี้ประกอบเป็นระดับโภชนาการ ลำดับการบริโภค ตั้งแต่พืชถึงสัตว์กินพืช ถึงสัตว์กินเนื้อ ก่อเป็นโซ่อาหาร ระบบจริงซับซ้อนกว่านี้มาก โดยทั่วไปอินทรีย์จะกินอาหารมากกว่าหนึ่งรูป และอาจกินที่ระดับโภชนาการมากกว่าหนึ่งระดับ สัตว์กินเนื้ออาจจับเหยื่อบางส่วนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบโภชนาการที่มีพืชเป็นฐาน และบางส่วนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบโภชนาการที่มีซากสลายเป็นฐาน เช่น นกกินทั้งตั๊กแตนซึ่งเป็นสัตว์กินพืช และไส้เดือนดินซึ่งบริโภคซากสลาย ระบบจริงที่มีบรรดาความซับซ้อนเหล่านี้ ก่อสายใยอาหารแทนโซ่อาหาร

การผุสลายตัว

คาร์บอนและสารอาหารที่อยู่ในสารอินทรีย์ที่ตายแล้วจะโดนแบ่งกลุ่มด้วยกระบวนการที่เรียกว่าการสลายตัว สารอาหารที่ได้จากการสลายตัวนั้นสามารถนำกลับมาใช้ได้สำหรับพืชและจุลินทรีย์และอีกส่วนหนึ่งจะกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่ชั้นบรรยากาศเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสง หากไม่มีการสลายตัวจะมีสารอินทรีย์ที่ตายแล้วและสารอาหารการสะสมอยู่ในระบบและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศก็จะหมดไป ประมาณ 90 % ของอัตราการผลิตปฐมภูมิสุทธิ(Net Primary Productivity : NPP)จะมาจากผู้ย่อยสลายโดยตรง

กระบวนการย่อยสลายสามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท

• การกระจายตัวและการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของวัตถุที่ตายแล้วเมื่อมีน้ำไหลผ่านสารอินทรีย์ที่ตายแล้ว มันจะละลายและกลายเป็นองค์ประกอบของน้ำซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในดิน หรือสิ่งที่อยู่นอกเหนือจากสิ่งที่มีในระบบนิเวศ ใบไม้ที่เพิ่งผลัดใบและสัตว์ที่เพิ่งตายเป็นส่วนที่ทำให้ความเข้มข้นของน้ำเพิ่มมากขึ้นและรวมถึงน้ำตาล กรดอะมิโน และแร่ธาตุ การชะล้างที่สำคัญจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เปียกและความสำคัญจะลดลงเมื่อชะล้างที่แห้งแล้ง

• กระบวนการการแยกชิ้นส่วนโดยการทำให้อินทรีย์วัตถุแตกแล้วกลายเป็นชิ้นส่วนเล็กๆซึ่งทำให้เห็นบริเวณที่จุลินทรีย์กระจายตัว แต่สำหรับใบไม้สดจุลินทรีย์ไม่สามารถเข้าถึงได้เนื่องจากผิวหรือเปลือกไม้และองค์ประกอบเซลล์จะถูกปกป้องไว้ด้วยผนังเซลล์ สำหรับสัตว์ที่เพิ่งตายจะโดนครอบคลุมด้วยโครงกระดูกแข็ง โดยกระบวนการแยกนี้หากชิ้นส่วนที่แตกสามารถผ่านชั้นที่มีการปกป้องนี้ได้ก็จะสามารถช่วยเร่งการย่อยสลายของจุลินทรีย์ได้ดีขึ้น การล่าซากชิ้นส่วนของสัตว์ก็เพื่อนำไปเป็นอาหารเพื่อการดำรงชีพ ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นวงจรที่ใช้ทดสอบความคงตัวและวงจรของชิ้นส่วนวัตถุที่ตายแล้วในสภาพแวดล้อมที่เปียกและแห้ง

• การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารอินทรีย์ที่ตายส่วนใหญ่จะได้จากแบคทีเรียและการกระทำของเชื้อราเป็นหลัก โดยเส้นใยราจะสร้างเอนไซม์เพื่อสามารถแทรกผ่านโครงสร้างภายนอกของวัตถุอินทรีย์ของพืชที่ตายแล้วได้ อีกทั้งผลิตเอนไซม์เพื่อสลายลิกนินซึ่งช่วยให้มันสามารถผ่านไปยังทั้งสองเซลล์และไปยังไนโตรเจนที่อยู่ในลิกนิน เชื้อราสามารถแลกเปลี่ยนคาร์บอนและไนโตรเจนผ่านเส้นใยที่มีโครงสร้างเป็นร่างแหดังนั้นจึงแตกต่างจากแบคทีเรียและไม่ขึ้นอยู่กับทรัพยากรที่มีอยู่ในบริเวณดังกล่าว

การจัดการระบบนิเวศ

การจัดการระบบนิเวศ จะเกิดขึ้นเมื่อมีการจัดการทรัพยากรธรรมชาติ ที่มีในระยยนิเวศมากกว่า 1 ชนิด F. Stuart Chapin ได้นิยามไว้ว่า “การประยุกต์ใช้ศาสตร์ทางนิเวศวิทยาในการจัดการทรัพยากรเพื่อส่งเสริมความยั่งยืนของระบบนิเวศในระยะยาวและ การส่งมอบสินค้าและบริการของระบบนิเวศที่สำคัญ”  Norman Christensen และ coauthors นิยามว่า “การจัดการเป้าหมายอย่างชัดเจน ดำเนินการตามนโยบาย ระเบียบการ การปฏิบัติและสามารถปรับตัวได้จากการตรวจสอบและกระบวนการที่จำเป็นเพื่อรักษาโครงสร้างของระบบนิเวศและการวิจัยบนพื้นฐานความเข้าใจที่ดีที่สุดของเรามีปฏิสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยา” และ Peter Brussard และ colleaguesนิยามว่า “การจัดการพื้นที่ที่มีความหลากหลายแบบนิเวศบริการและชีวภาพ มีเก็บทรัพยากรเพื่อที่มนุษย์ใช้อย่างเหมาะสมและการดำรงชีวิตที่ยั่งยืน”

แม้ว่าคำจำกัดความของการจัดการระบบนิเวศจะมีมากมาย ได้มีการกำหนดหลักการเพื่อรองรับคำนิยามเหล่านี้ไว้ว่า หลักการพื้นฐานคือการพัฒนาอย่างยั่งยืนในระยะยาวของการผลิตสินค้าและนิเวศบริการ “การพัฒนาอย่างยั่งยืนเป็น  สิ่งที่จำเป็นสำหรับการจัดการ ไม่ใช่ของแถม” นอกจากนี้ยังต้องมีเป้าหมายที่ชัดเจนเกี่ยวกับทางโคจรในอนาคตและพฤติกรรมของระบบการจัดการ ข้อกำหนดสำคัญอื่น ๆ รวมถึงความเข้าใจนิเวศวิทยาเสียงของระบบ,รวมถึงการเชื่อมโยง,การเปลี่ยนแปลงของระบบนิเวศและในบริบทที่เป็นระบบแบบฝังตัว หลักการที่สำคัญอื่น ๆ รวมถึงความเข้าใจเกี่ยวกับบทบาทของมนุษย์เป็นส่วนประกอบของระบบนิเวศและการจัดการที่เหมาะสม ในขณะที่การจัดการระบบนิเวศที่ สามารถนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของแผนเพื่อการอนุรักษ์ป่าก็ยังสามารถนำมาใช้ใน การจัดการระบบนิเวศ เช่น ระบบนิเวศเกษตร

ภัยคุกคามจากมนุษย์ที่มีต่อระบบนิเวศ

ขณะที่ประชากรมนุษย์เติบโตขึ้นเพื่อทำต้องการทรัพยากรที่กำหนดในระบบนิเวศและผลกระทบของรอยเท้าทางนิเวศของมนุษย์ ทรัพยากรธรรมชาติสามารถทำลายได้และใช้ได้อย่างมากมายผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการกระทำของมนุษย์ล้วนเป็นกระบวนการหรือวัสดุที่ได้มาจากการกระทำของมนุษย์ จะส่งผลให้คุณภาพของอากาศและน้ำถูกทำลายมากยิ่งขึ้น รวมถึงการทำการประมงที่มากเกินไปทำให้ศัตรูพืชและโรคระบาทจะขยายพื้นที่มากยิ่งขึ้นเกินการควบคุม และการตัดไม่ทำลายป่าจะก่อให้เกิดน้ำท่วมรุนแรง จากรายงานพบว่าประมาณ 40-50% ของโลกในส่วนที่เป็นชั้นน้ำแข็งได้เปลี่ยนแปลงไปเป็นอย่างมากซึ่งความเสื่อมโทรมนี้ล้วนเกิดจากการกระทำของมนุษย์ และอีก 66% เป็นการทำประมงมากเกินไปของมนุษย์ ในปัจจุบันปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นกว่า 30% ตั้งแต่มีการทำอุตสาหกรรมต่างๆและในช่วง 2000 ปีที่ผ่านมามีสายพันธุ์ของนกกว่า 25% ที่สูญพันธ์ไป ทำให้สังคมมีการตระหนักถึงผลกระทบมากยิ่งขึ้นจึงก่อให้เกิดนิเวศบริการที่มีไม่จำกัด อย่างไรก็ตามภัยคุกคามส่วนใหญ่มักเกิดจากการกระทำของมนุษย์จึงจำเป็นจะต้องพิจารณาถึงความยั่งยืนของระบบนิเวศในระยะยาวและเพิ่มบทบาทในการเพิ่มที่อยู่อาศัยของมนุษย์เพื่อเป็นกฎในการกระทำการทางเศรษฐกิจ เพื่อเพิ่มเหตุในการตัดสินใจในการทำธุรกิจซึ่งมักจะขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายที่มนุษย์ได้เลือกใช้ เป็นอีกหนึ่ความท้าท้ายของการกำหนดมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับธรรมชาติอย่างต่อเนื่อง เช่น ธนาคารความหลากหลายทางชีวภาพ เป็นต้น จะเป็นส่วนที่ช่วยให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการเรียนรู้อีกสาขาวิชาหนึ่งเพื่อช่วยในการจัดการสภาพแวดล้อม ความรับผิดชอบต่อสังคม โอกาศทางธุรกิจและรวมไปถึงอนาคตของเราเอง

ระบบนิเวศ (ecosystem) หมายถึง  ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่อาศัย ณ ที่ใดที่หนึ่ง  ความสัมพันธ์มี  2 ลักษณะ  คือ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งไม่มีชีวิตและระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตด้วยกันเอง โดยมีการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารในบริเวณนั้นๆ สู่สิ่งแวดล้อม              การศึกษานิเวศวิทยา (ecology) จึงเป็นศาสตร์แขนงหนึ่งว่าด้วยการศึกษาสิ่งมีชีวิตในแหล่งอาศัย รวมถึง การศึกษาด้านความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่  ความสัมพันธ์ทั้งสองลักษณะนี้ เชื่อมโยงเกี่ยวข้องกัน  และเกิดขึ้นพร้อมๆกันต้องพึ่งพาอาศัยกันและกันไม่สามารถอยู่ได้เพียงลำพังโดยไม่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต่างๆ  ความสัมพันธ์ภายในระบบนิเวศนั้น  มีความสมดุลอยู่แล้วโดยธรรมชาติ   ยกเว้นว่าจะมีสิ่งใดมารบกวนระบบทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆขึ้น  แต่ก็มีการปรับตัวมาเหมือนเดิมได้ใหม่ยกเว้นกรณีที่สิ่งที่มารบกวนนั้น ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง ระบบนั้นก็จะถูกทำลายลงได้                                                        องค์ประกอบของระบบนิเวศ

ระบบนิเวศบนโลกถึงแม้จะมีความหลากหลาย แต่ก็มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน คือ ประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ                      1. ส่วนประกอบที่ไม่มีชีวิต (abiotic component ) ประกอบด้วย                          อนินทรียสาร ได้แก่ ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ออกซิเจน น้ำ และคาร์บอน                          อินทรียสาร ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน ฯลฯ                          สภาพแวดล้อมทางกายภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ แสง ความเป็นกรด เป็นด่าง  ความเค็มและความชื้น                      2. ส่วนประกอบที่มีชีวิต  (biotic component) ได้แก่                          ผู้ผลิต (producer)                          ผู้บริโภค (consumer)                          ผู้ย่อยสลาย (decomposer)  ผู้ผลิต (producer) คือ สิ่งมีชีวิตที่สามารถนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาสังเคราะห์อาหารขึ้นได้เองด้วยแร่ธาตุและสสารที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ได้แก่ พืชสีเขียว แพลงค์ตอนพืช และแบคทีเรียบางชนิด  ผู้บริโภค (consumer) คือ สิ่งมีชีวิตที่กินสิ่งมีชีวิตอื่นๆเป็นอาหาร   แบ่งได้เป็น              - สิ่งมีชีวิตที่กินพืชเป็นอาหาร (herbivore) เช่น วัว ควาย กระต่าย                และปลาที่กินพืชเล็กๆ ฯลฯ              - สิ่งมีชีวิตที่กินสัตว์อื่นเป็นอาหาร  (carnivore) เช่น เสือ สุนัข กบ สุนัขจิ้งจอก ฯลฯ              - สิ่งมีชีวิตที่กินทั้งพืช และสัตว์ ซึ่งเป็นลำดับการกินสูงสุด  (omnivore) เช่น มนุษย์  ผู้ย่อยสลาย  (decomposer) เป็นพวกย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตให้เป็นสารอินทรีย์ได้              ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตทั้ง 3 กลุ่มในระบบนิเวศ  จะมีการถ่ายเทพลังงานเป็นทอดจากผู้ผลิตสู่ผู้บริโภค การไหลเวียน  การถ่ายทอดพลังงานเป็นทอดๆ นี้ เรียกว่า ห่วงโซ่อาหาร (food chain)