河南大学生命科学学院普通生物学9—生态与环境动物行为

1、第七编 生态学与动物行为 生物与环境 动物的行为 生物分布和多样性环境特征 决 定 影 响 32 32 生物与环境 生态学（EcologyEcology）： 研究生物与环境相互依赖、制约和协调 关系的科学。 18691869年， 德国进化论者海克尔创立 1950s1950s后，数学的引入发展成定量科学 32.1 32.1 生态学的层次和生态因子 32.1.132.1.1生态学研究的层次 生命科学研究的对象和范围，由小到大， 由微观到宏观，可以区分为若干层次。 分子水平分子水平 亚细胞水平亚细胞水平 细胞水平细胞水平 种群水平种群水平 群落水平群落水平 整体水平整体水平 生态系统生态系统 生物圈

2、生物圈 32.1.232.1.2环境与生态因子 生物 （生长、繁殖、 代谢、分布） 环境变化 制约、影响 引 起 生态因子：环境中对生物的生长、发育、生 殖行为和分布有着直接影响的环境因素。 v生态因子的概念及类型 n 气候因子：温度、湿度、光、降雨、风等； n 土壤因子：土壤结构、土壤有机和无机成分的理 化性质，土壤生物； n 地形因子：地面的起伏、山脉的坡度、阴坡阳坡 等； n 生物因子：生物之间的各种相互关系，如捕食、 寄生、竞争和共生等； n 人为因子 v生物对生态因子的耐受性 每种生物对环境因子的耐受范围， 称生态幅（ecological amplitudeecological am

3、plitude） 生态幅 对环境的适应能力 32.32. 种群生态 32.2.1 32.2.1 种群的概念和特征 v概念： 同一物种在一定空间和一定时间 的个体的集合体。 是具有潜在互配能力的个 体. . v种群的基本特征： 种群的出生率和死亡率：决定种群动态 变化 环境因素 出生率 死亡率 年龄组配 种群增长率 或下降率 、人：出生时死亡率低，一定年龄后死亡率增加 、松鼠：终身死亡率恒定 、蠔：出生时死亡率特高，然后死亡率剧减 种群的年龄结构：种群增长趋势 性比：多数生物的自然种群内个体比率常为1:11:1。 种群的密度：与生物的大小及所处的 营养级有关。 通过样方调查法和标记再捕捉方法统计

4、种群密度 种群的分布型 ：全部个体在种群界定范 围内的空间分布类型。 v 指数增长模式 J J曲线 dN/dt = rN 种群增长的种群增长的“J J”型曲线型曲线 时间 种群数量 理想条件下种群数量增长的形式 dN/dt = rN dN/dt = rN 种群爆炸 v 逻辑斯蒂增长模型 S 曲线 0.5mL培养液 5个草履虫 24h 统计一次 种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线 rN(K-N ) / K A 特点：种群数量达 到环境所允许的最 大值（K值）后， 将停止增长并在K 值左右保持相对稳 定。 种群数量的变化种群数量的变化 A B 时间 种群数量 图中阴影部分表示环境阻力，也就是

5、通过生存斗争被淘汰的个体数量。 K（环境所允许的最大值） 1 1、有利于野生生物资源的合理利用及保护。 2 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适 时捕捞、采伐等提供理论指导。 3 3、通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及 防治提供科学依据。 v 研究种群数量变化的意义 环境承载力 营养、食物、天敌、竞争者 种群增长的速度 种群密度高低 1650 5 x 108 人 1650-1850 1 x 109 人 1850-1930 2 x 109 人 1930-1975 4 x 109 人 1975-1999 6 x 109 人 人口增长一直很慢，直到工业革命(18世纪) 后剧烈增长。 1

6、990 1990 年时两个不同国家的人口 年龄/ /性别 结构 占有一定空间和时间的多种生物种群的集 合体和功能单位。 一个群落总是包含很多 生物，其中有植物、动物和微生物 通过等指标 来反映生物的多样性 群落的优势现象：对群落性质起这决定性作用 群落的稳定性：经受干扰的内在潜力。 植物生长性和 群落层次性：体现 了群落中各物种对 太阳能和垂直空间 的最大程度利用。 麻雀 煤山雀、黄腰 柳莺和橙红翁 血雉和棕尾虹 营养结构：群落中各种生物之间的取食关系和 各自所处位置，这种取食关系决定着物质和能量的流 动方向：植物 植食动物 肉食动物 顶位肉食 动物 全球陆地，主要在气候和水分供应影响下， 形

7、成 7 715 15 种典型群落特征，称之谓“生 境”（biomesbiomes） 七种主要生境：七种主要生境： 冻土带：冻土带：即苔原，带状环北冰洋严即苔原，带状环北冰洋严 寒区。我国没有。寒区。我国没有。 针叶林带：针叶林带：又称泰加林，冻土带以又称泰加林，冻土带以 南，温带北缘以及高山。我国东北。南，温带北缘以及高山。我国东北。 落叶阔叶林带：落叶阔叶林带：温带多雨地区，我温带多雨地区，我 国东北南部，西南，东南沿海。国东北南部，西南，东南沿海。 草原：草原：温带少雨地区。温带少雨地区。 我国东北南我国东北南 部，西南，东南沿海。部，西南，东南沿海。 稀树草原：稀树草原：又称萨瓦纳，高原

8、少雨又称萨瓦纳，高原少雨 地区。我国未定。地区。我国未定。 沙漠：沙漠：又称荒漠，温带、热带干旱又称荒漠，温带、热带干旱 地区。我国西北。地区。我国西北。 热带雨林：热带雨林：热带，少数温带，沿海热带，少数温带，沿海 或多雨潮湿区。我国海南、台湾、西双或多雨潮湿区。我国海南、台湾、西双 版纳。版纳。 冻土带的短暂夏天 冻土带夏天也有色彩 极地冰原 林海雪原中的针叶林 四季分明的落叶阔叶林 肥美的澳州大草原 非洲稀树草原 仙人掌是沙漠的特征 热带雨林是地球的宝贵资源 置身热带雨林中间 方式 种群 1 1 种群 2 2 竞争 有害 有害 捕食/ /被捕食 有益 有害 寄生 有益 有害 互利共生 有

9、益 有益 偏利共生 有益 无益、害 合作 有益 有益 植化相克 有益 有害 竞争：竞争：各个种群生活在各个种群生活在同一个空间，同一个空间， 分享分享同样资源，在同样资源，在资源不足资源不足的情况下，的情况下， 表现出表现出竞争关系。竞争关系。 生长在同一生长在同一空间空间的种群，在长期共同的种群，在长期共同 进化中，对进化中，对资源资源加以适当分配，加以适当分配，避免竞避免竞 争。争。 生态位（生态位（nicheniche）描述各种生物种群描述各种生物种群 在在空间和时间空间和时间上的特定地位，包含生活上的特定地位，包含生活 方式：方式：食物、气候、需求食物、气候、需求等等。等等。 五种北美

10、莺同以云杉为生，分处不同 的位置，达到避开竞争的效果。 两种两种藤壶藤壶分处海岸不同高度分处海岸不同高度 捕食捕食/ / 被捕食被捕食（包括食草动物）最（包括食草动物）最 为常见。为常见。 加拿大一家出产皮毛公司的销售记加拿大一家出产皮毛公司的销售记 录反映了录反映了捕食者捕食者/ /被捕食者被捕食者 数量消长数量消长的的 相互关系。相互关系。 拟拟 态态 变变 色色 冬天白色夏天黑色 西番莲是热带藤本植物，展足蛾产卵于叶面， 西番莲的蜜腺象卵，起到保护叶子的作用 不同种群的个体之间，存在着长时间不同种群的个体之间，存在着长时间 的紧密的相互关系，称为的紧密的相互关系，称为共生。共生。 共生又

11、可按对双方的利害区分为：共生又可按对双方的利害区分为： 寄生：寄生：一方的生长带来对另一方的一方的生长带来对另一方的 损害。损害。 没有一种生物身上不长没有一种生物身上不长寄生生物寄生生物。 食用未煮透的带虫卵的猪肉，可感染 。轻则恶心、呕吐，重则致死。 一只鸟里里外外寄生物约2020多种 互利共生：互利共生：则是双方都从共同栖居则是双方都从共同栖居 中得益。中得益。 豆科植物和菌瘤根 白蚁消化道中蚜虫帮助白蚁消化木屑 这是一种互利共生。 牛尾鸟帮助犀牛清除寄生小虫 介于共生和互利共生之间介于共生和互利共生之间: : 偏利共生偏利共生，对一方有利，另一方无，对一方有利，另一方无 利、害。利、害

12、。 植化相剋植化相剋，一方（通常是植物）释，一方（通常是植物）释 放出化学物质，抑制、驱赶、乃至杀死放出化学物质，抑制、驱赶、乃至杀死 对方。对方。 引来各种分享者。 海边一种软虫打洞捕获食物， 一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成 为不毛之地。 群落特征的描述是群落生态学的重群落特征的描述是群落生态学的重 要内容。要内容。 除了除了种群种群 种群间相互关系种群间相互关系影响影响 群落状况，群落状况，外界因素外界因素也可能给群落面目也可能给群落面目 带来巨大改变。带来巨大改变。 洪水、大火、冰河期、火山爆发，洪水、大火、冰河期、火山爆发， 在一阵突变消除某一地区几乎所有生物在一阵突变消除某一地区几

13、乎所有生物 种群之后，我们可以观察到群落组成的种群之后，我们可以观察到群落组成的 变化变化 生态更替生态更替。 地衣 先锋植物 灌木植物 乔木植物 苔藓植物 草本植物 32.4 32.4 生态系统生态系统 32.4.1 32.4.1 概念概念: : 一定地区内的所有生物和环境物理因素 的总和称生态系统。 研究生态系统着重于宏观方面。 能流、物质循环、生态系统的稳定性等等。 32.4.2 生态系统的基本特征 生物群落是生态系统的组成核心； 生态系统具有一定的地区特点和空间结构； 生态系统是一个动态系统，必须经历一个从 简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程，每 一的阶段都有不同的特性。 生态系统的

14、代谢活动是通过物流与能流过程 实现的； 生态系统在结构和功能方面具有复杂的动态 平衡特征； 生态系统具有不同程度的开放性，不断地与 外界进行物质和能量交换及信息传递，从而维持系 统的有序状态。 生态系统内部具有自我调节能力。 32.4.3 32.4.3 生态系统的组成成份： v 无机物质: : 氧、氮、二氧化碳、水和各种无机 盐类。 v 有机物质: : 蛋白质、醣类、脂类和腐植质等。 v 气候因素: : 温度、湿度、风和雨雪等。 v 生产者: : 自营性生物（绿色植物、蓝绿藻和光合 作用细菌） v 消费者: : 异营性生物，包括植食性、肉食性、杂 食性和寄生性生物。 v 分解者: : 异营性生

15、物，细菌、真菌和腐食性动物。 生态系统中的能源和能流生态系统中的能源和能流（energy flow） 32.4.4 32.4.4 生态系统中能量流动和物质循环生态系统中能量流动和物质循环 能流和营养水平（trophic levels） 地球上依赖于绿色植物和各种藻类利用日光 进行光合作用，每年生产约1 700亿吨有机物。 各类生物以地球生态系统初级生产者的总生产 量/年为起点，能量按食物链顺序的流动，即能 流 能流过程中，各类生物所处的地位称为营养水 平。营养水平和食物链的环节是有限的（通常 4 5个） 能量转化效率和生态金字塔能量转化效率和生态金字塔 能量转化效率：能量转化效率：指某一营养级

16、所固定的能量与指某一营养级所固定的能量与 上一营养级所携有的能量之比。上一营养级所携有的能量之比。 十分之一定律：十分之一定律：营养水平每上升一级所得能量营养水平每上升一级所得能量 只有原来营养水平的只有原来营养水平的10%。 生态金字塔生态金字塔（ecological pyramid） 生态系统中，当能量传递其营养级由低向高推生态系统中，当能量传递其营养级由低向高推 进时，每级的个体数目、生物量或所含能量呈进时，每级的个体数目、生物量或所含能量呈 递减式塔型分布，称递减式塔型分布，称生态金字塔生态金字塔。 从10106 6 千卡太阳光照开始, ,生态系统中 能量传递的效率大约为10%10%。

17、 素食者比肉食者节约能源 生态系统中的物质循环生态系统中的物质循环 生物地球化学循环生物地球化学循环（biogeochemical cycle） 在生态系统乃至生物圈内，各种化学元素沿特在生态系统乃至生物圈内，各种化学元素沿特 定途径，从环境到生物体，又从生物体再回归定途径，从环境到生物体，又从生物体再回归 到环境，这种不断流动和循环过程。到环境，这种不断流动和循环过程。 水循环、气体循环（碳、氧、氮的循环）、沉水循环、气体循环（碳、氧、氮的循环）、沉 淀循环（钙、钾、纳、镁、磷等盐类的循环）淀循环（钙、钾、纳、镁、磷等盐类的循环） 生物富集作用生物富集作用（biological enrich

18、ment） 生态系统中同一营养级上众多种群或个体，生态系统中同一营养级上众多种群或个体， 从环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物，从环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物， 致使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度致使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度 的现象。例：的现象。例：DDT的富集的富集 地球表面，海洋面积占7070，淡水面 积占3 34 4。但是人类正面临淡水缺乏的威 胁。 光合作用和呼吸作用在二氧化碳循环中 起重要作用。 细菌在氮气循环中起重要作用 岩石分化和水土流失是沉淀物循环中重要因素 生态平衡 （ecological equilibrium） n概念： 一个生态系统在长时间内

19、，其结构和功能 相对稳定，物质与能量的输入、输出接近平衡，在 外来干扰下，通过自然调节（或人为调控）能恢复 原初的稳定状态。 n生态平衡是动态的平衡过程。自然界生态系统的发 展过程与各类群落的演替过程是一致的，因此生态 平衡是长期生态适应的结果。 n生态平衡失调 当外来干扰超过生态系统自我调节 能力，而不能恢复到原初的稳定状态。 课外科普读物课外科普读物 夏勒：夏勒：最后的熊猫最后的熊猫 蕾切尔蕾切尔卡逊：卡逊：寂静的春天寂静的春天 第第3636章章 动物的行为动物的行为 一、行为概念行为概念 1、行为概念：是动物感受外来信息之后，通过行为概念：是动物感受外来信息之后，通过 神经中枢及内分泌系

20、统的调节后而表现出来的有神经中枢及内分泌系统的调节后而表现出来的有 规律的适应性活动。规律的适应性活动。 2、行为特点：行为特点： a、规律性，灵活性、规律性，灵活性 b、每一活动有着其适应性意义：有利于保护个、每一活动有着其适应性意义：有利于保护个 体或有益于保存种族。体或有益于保存种族。 生态环境生态环境是动物行为发生的舞台；是动物行为发生的舞台；进化进化是一种是一种 过程；在进化中选择保留下来的行为，将为动物体过程；在进化中选择保留下来的行为，将为动物体 在生存竞争中得到最大的成功。因此，在生存竞争中得到最大的成功。因此，行为、进化行为、进化 和生态环境三者之间是一辩证的关系。和生态环境

21、三者之间是一辩证的关系。 达尔文达尔文自然选择自然选择学说认为，动物的行为是经学说认为，动物的行为是经 过长期的自然选择而得到的进化产物，凡是被选过长期的自然选择而得到的进化产物，凡是被选 择的而生存下来的个体，都具有了觅食、配偶和择的而生存下来的个体，都具有了觅食、配偶和 逃避捕食者的逃避捕食者的最佳行为最佳行为，都能很好的适应当时的，都能很好的适应当时的 环境，并留下最多的后代。有着一定的遗传基础。环境，并留下最多的后代。有着一定的遗传基础。 3、行为是进化的产物行为是进化的产物 4、行为的分类行为的分类 根据适应性意义，动物行为分为：根据适应性意义，动物行为分为： 1、求生行为：保存个体

22、，包括各种防御与逃避、求生行为：保存个体，包括各种防御与逃避 敌害的行为敌害的行为 2、索食行为：、索食行为： 3、传种行为：筑巢、求偶、婚配、抚育幼仔、传种行为：筑巢、求偶、婚配、抚育幼仔 4、反应性行为：、反应性行为： 5、生物钟行为：、生物钟行为： 织布鸟织布鸟 编织鸟编织鸟 二、动物二、动物行为的来源行为的来源 动物行为的发生背景：动物行为的发生背景： 遗传背景：遗传素质不同，行为能力高低相遗传背景：遗传素质不同，行为能力高低相 差很大，行为表现不同差很大，行为表现不同 生理背景：同种生物的幼体、成体之间，雄生理背景：同种生物的幼体、成体之间，雄 性个体、雌性个体之间，行为特征的差别性个体、雌性个体之间，行为特征的差别 节律行为 印随学习印随学习 模仿学习模仿学习 判断与推理判断与推理 后天性行为 印随学习印随学习 印随学习是动物出生后早期的学习方式，具特定印随学习是动物出生后早期的学习方式，具特定 的敏感期的敏感期 洞察学习 动物的行为 动物后天性行为发展的最高级动物后天性行为发展的最高级 形式，是大脑皮层的功能活动形式，是大脑皮层的功能活动 1、环境的定义是什么？何谓生态因子？生态因环境的定义是什么？