การศึกษาขนาดของประชากรสิ่งมีชีวิตทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับชนิดและลักษณะของสิ่งมีชีวิต รวมถึงลักษณะของพื้นที่ศึกษา ในการเรียนวิชาเพิ่มเติมชีววิทยา ระดับมัธยมศึกษาปีที่ 6 ผู้เรียนจะได้ศึกษาวิธีการทำเครื่องหมาย และจับซ้ำ (mark-recapture method หรือ Lincoln-Petersen method) ซึ่งผู้สอนและผู้เรียนต้องวางแผนและจัดเตรียมอุปกรณ์ก่อนออกไปศึกษาจริง ปัจจุบันมีแหล่งเรียนรู้ออนไลน์ที่ทำการทดลองเสมือนจริง (Virtual Experiment) ซึ่งช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจหลักการประมาณขนาดของประชากรสิ่งมีชีวิตได้ดีขึ้น รวมถึงอาจทำให้ผู้เรียนมองเห็นภาพก่อนการออกไปศึกษาจริง บทความนี้จะนำเสนอการใช้แหล่งเรียนรู้การทดลองเสมือนจริงออนไลน์ เรื่องการทำเครื่องหมายและจับช้ำ จาก Virtual Biology Lab

Virtual Biology Lab พัฒนาขึ้นโดยได้รับการสนับสนุนจาก East Tennessee State University และ National Science Foundation ประเทศสหรัฐอเมริกา มีจุดประสงค์เพื่อเป็นแหล่งเรียนรู้ด้านการทดลองเสมือนจริงเกี่ยวกับชีววิทยาหลายแขนง เช่น นิเวศวิทยา วิวัฒนาการ วิทยาเซลล์ ซึ่งผู้จัดทำเปิดให้บริการฟรี โดยเข้าถึงได้ที่ https://virtualbiologylab.org/ และยกตัวอย่างเรื่องการทำเครื่องหมายและจับซ้ำ ดังนี้

เมื่อเข้ามาที่เว็บไซต์ Virtual Biology Lab แล้ว เลือก Ecology Models และ Population Ecology ตามลำดับ ดังภาพ 1

ภาพ 1 การทดลองเสมือนจริงหัวข้อ Population Ecology (นิเวศวิทยาประชากร)

เลื่อนลงมาจนพบกับหัวข้อ Model 3 – Mark/Recapture จากนั้นคลิกที่ Launch Model เพื่อเข้าใช้การทดลองเสมือนจริง ดังภาพ 2

ภาพ 2 การเข้าสู่การทดลองเสมือนจริง เรื่องการทำเครื่องหมายและจับซ้ำ

จะพบหน้าต่างการทดลองเสมือนจริง ซึ่งใช้สถานการณ์การประมาณขนาดของประชากรตัว Vole หรือ โวล (สัตว์ฟันแทะ ขนาดเล็กคล้ายหนูชนิดหนึ่ง) ที่อาศัยอยู่ในทุ่งหญ้า (Meadow) แห่งหนึ่ง ดังภาพ 3

ภาพ 3 หน้าต่างการทดลองเสมือนจริงของ Model 3 - Mark/Recapture

โดยหน้าต่างการทดลองเสมือนจริงจะปรากฎส่วนการรายงานข้อมูล (Reporters) แสดงด้วยกรอบสีเหลืองที่อยู่ด้านใต้หน้าต่าง ดังตาราง

นอกจากนี้ ยังมีส่วนการตั้งค่า (Controls) ซึ่งอยู่ทางด้านขวาของหน้าต่าง ดังตาราง

ในกรณีนี้จะยกตัวอย่างการประมาณขนาดของประชากรตัวโวลจากการทดลองเสมือนจริง โดยตั้งค่าการใช้งานดังนี้

1. มีขนาดประชากรจริง (Pop_size) ขนาดใหญ่ (Large)

2. มีรูปแบบการกระจายตัวของสมาชิกในประชากร (Distribution) เป็นแบบสุ่ม (Random)

3. มี Trap_Experience เป็นแบบ Neutral

4. ใช้กับดัก (Num_Traps) จำนวน 4 กับดัก

5. ใช้เวลาเปิด-ปิดกับดัก (Trap_Time) 4 ชม.

ปรับความเร็ว (Speed) การเคลื่อนที่ของตัวโวลและการวางตำแหน่งของกับดัก ดังภาพ 4

ภาพ 4 แสดงการตั้งค่าและตำแหน่งการวางกับดัก

เมื่อตั้งค่าเสร็จแล้วเริ่มการทดลองดักจับตัวโวลครั้งที่ 1 เพื่อทำเครื่องหมาย (Mark) โดยกดที่ปุ่ม Open/Close 1 ครั้ง เพื่อเปิดกับดักจับตัวโวลและกับดักทั้งหมดจะปิดอัตโนมัติ     เมื่อ Timer (hrs) ผ่านไป 4 ชม. โดยจะมีตัว โวลจำนวนรวม 40 ตัว เข้ามาอยู่ในกับดักทั้ง 4 กับดัก (Total In Traps) จากนั้นกดปุ่ม Mark Voles เพื่อทำเครื่องหมายตัวโวลที่จับได้ ดังภาพ 5

ภาพ 5 แสดงการทดลองการดักจับตัวโวลเพื่อทำเครื่องหมาย

กดปุ่ม Release Voles เพื่อปล่อยตัวโวลที่ทำเครื่องหมายแล้วออกจากกับดัก จากนั้นทิ้งไว้สักครู่ประมาณ 20 - 30 วินาที เพื่อให้ตัวโวลที่ทำเครื่องหมายจำนวน 40 ตัว (Total Marked) เข้าไปรวมกลุ่มกับประชากรทั้งหมด ดังภาพ 6

ภาพ 6 แสดงการปล่อยตัวโวลที่ทำเครื่องหมายออกจากกับดัก

จับซ้ำ (recapture) ตัวโวลโดยกดปุ่ม Open/Close 1 ครั้ง เพื่อเปิดกับดักจับตัวโวลและกับดักทั้งหมดจะปิด     อัตโนมัติ เมื่อ Timer (hrs) ผ่านไป 4 ชม. จากนั้นสังเกตการประมาณขนาดของประชากร (L-P Est) และเปรียบเทียบกับขนาดของประชากรจริง (Actual N) ดังภาพ 7

ภาพ 7 แสดงการประมาณขนาดประชากรตัวโวล

จากภาพ 7 แสดง L-P Est ซึ่งคำนวณจากสูตร โดยการนำค่า Total Marked จากการจับครั้งที่ 1 เพื่อทำเครื่องหมาย และค่า Marked In Traps และ Total In Traps จากการจับครั้งที่ 2 เพื่อจับซ้ำ ดังนี้

\[
\frac{\text{Total Marked}}{\text{L-P Est}} = \frac{\text{Marked In Traps}}{\text{Total In Traps}}
\]

\[
\frac{40}{\text{L-P Est}} = \frac{15}{33}
\]

\[
\text{L-P Est} = \frac{33 \times 40}{15}
\]

\[
\text{L-P Est} = 88 \text{ ตัว}
\]

 ดังนั้น ขนาดของประชากรตัวโวลที่ประมาณได้ (L-P Est) มีค่าเท่ากับ 88 ตัว ซึ่งต่ำกว่าขนาดของประชากรจริงอยู่ 12 ตัว ทั้งนี้ สามารถชมวีดิทัศน์แสดงตัวอย่างการใช้     การทดลองเสมือนจริง โดยการสแกน QR-Code ที่ปรากฎ

ผู้สอนที่สนใจนำ Virtual Biology Lob เรื่องการทำเครื่องหมายและจับช้ำไปใช้ในการจัดการเรียนการสอน นอกจากจะตั้งค่าการใช้งานดังตัวอย่างแล้ว สามารถกำหนดการตั้งค่าด้วยตนเอง โดยปรับเปลี่ยนรูปแบบการตั้งค่าต่างๆ ของประชากรตัวโวล รวมถึงการตั้งค่าจำนวนกับดัก ตำแหน่งการวางกับดัก และระยะเวลาการเปิดกับดักว่าส่งผลต่อการประมาณขนาดของประชากร (L-P Est) ได้ใกล้เคียงกับขนาดของประชากรจริง (Actual N) หรือไม่อย่างไร รวมถึงการตั้งค่าในแบบต่างๆ เข้ากันได้กับข้อตกลงเบื้องต้น ของการประมาณขนาดของประชากรด้วยวิธีการทำเครื่องหมายและจับซ้ำเพื่อให้การประมาณค่ามีความเที่ยงตรงและแม่นยำหรือไม่ เช่น

1. ประชากรต้องเป็นประชากรแบบปิด (Close Population) ไม่มีการเกิด ไม่มีการตาย ไม่มีการอพยพเข้า และไม่มี     การอพยพออก หรือไม่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรในระหว่างที่จับสิ่งมีชีวิตมาทำเครื่องหมายและจับซ้ำอย่างมีนัยสำคัญ

2. สิ่งมีชีวิตทุกตัวในประชากรมีโอกาสที่จะถูกจับเท่าๆ กัน

3. การทำเครื่องหมายต้องไม่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีพฤติกรรมเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ไม่ทำอันตรายแก่สิ่งมีชีวิตรวมถึง เครื่องหมายบนตัวสิ่งมีชีวิตต้องไม่ทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นเสี่ยงที่จะถูกล่าโดยผู้ล่ามากขึ้น

4. สิ่งที่นำมาใช้ทำเครื่องหมายบนสิ่งมีชีวิตต้องติดทนทานเพียงพอจนถึงการจับช้ำ (Recapture)
5. หลังจากทำเครื่องหมายแล้ว ต้องให้เวลาเพียงพอที่จะให้สิ่งมีชีวิตที่มีเครื่องหมายเข้าไปรวมกับประชากรทั้งหมดและ กระจายตัวอย่างทั่วถึงก่อนการจับซ้ำ นอกจากนี้ ผู้สอนและผู้เรียนสามารถร่วมอภิปรายและขยายความรู้เกี่ยวกับการประมาณขนาดของประชากรสิ่งมีชีวิต เพื่อให้เกิดความเข้าใจมากขึ้นและสามารถนำความรู้ไปประยุกต์ใช้เมื่อศึกษาประชากรของสิ่งมีชีวิตจริงในธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 51 ฉบับที่ 240 มกราคม – กุมภาพันธ์ 2566

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/240/10/

บรรณานุกรม

 Jones, T. C. (2016). Virtual Biology Lab: Inquiry-Based Learning Environment. Retried December 20, 2022. from https://virtualbiologylab.org/

William, G. (1987). Techniques and Fieldwork in Ecology. London: Collins Educational Publishers.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2563). หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชีววิทยา เล่ม 6 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ตามผลการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ.2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพมหานคร: โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว.