厦门大学进化生物学第12章生态系统的进化

1、1第十二章第十二章 生态系统的进化生态系统的进化2充满生机的动态地球充满生机的动态地球 34“鹤的故乡鹤的故乡”扎龙自然保护区扎龙自然保护区藏羚羊在可可西里可可西里大丰麋鹿保护区大丰麋鹿保护区北极熊5极端环境下的生物极端环境下的生物(1)1 格陵兰格陵兰冰冰川下沉睡川下沉睡12万年万年细细菌菌2 深海火山口深海火山口忍忍耐高温耐高温的细菌的细菌3 红海盐滩上红海盐滩上的的耐盐耐盐细菌细菌6极端环境下的生物极端环境下的生物(2)6沙沙漠漠中中最最强强悍悍细细菌菌4 美国加州金矿美国加州金矿毒液中的耐酸毒液中的耐酸细菌细菌5 地球上地球上抗辐射抗辐射能力最强的生物能力最强的生物7极端环境下的生物极

2、端环境下的生物(3)8生物圈生物圈最大的生态系统最大的生态系统进行着生命过程的地球表面外壳，地进行着生命过程的地球表面外壳，地球上有生命的那一部分；球上有生命的那一部分；生物圈的范围：水圈、岩石圈上部、生物圈的范围：水圈、岩石圈上部、大气圈下部（上下大气圈下部（上下10km）；）；地球上所有生物，包括人，及其生存地球上所有生物，包括人，及其生存环境的复合体；环境的复合体；9生态系统的构成生态系统的构成生态系统生态系统非生物环境非生物环境生物有机体生物有机体消费者消费者分解者分解者生产者生产者10生产者：生产者：能进行光合作用的各种绿色植物、能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌，又称为

3、自养生物。蓝绿藻和某些细菌，又称为自养生物。11消费者：消费者：以其他生物为食的各种动物以其他生物为食的各种动物(素食动物、肉食动物、杂食动物和寄素食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等生动物等)。这些直接或间接依赖于绿。这些直接或间接依赖于绿色植物的生物属于色植物的生物属于异养型生物。异养型生物。12分解（还原）者：分解（还原）者：分解动植物残体、粪分解动植物残体、粪便和各种有机物的细菌、真菌、原生动便和各种有机物的细菌、真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。分解者和分解者和消费者都是异养生物。消费者都是异养生物。13生产者与各级消费者生产者与各级消费者次级消费者次

4、级消费者高级消费者高级消费者第三营养级第三营养级第四营养级第四营养级生产者生产者第一营养级第一营养级初级消费者初级消费者第二营养级第二营养级141516湿地食物链湿地食物链o 水生植物是初级生水生植物是初级生产者；产者；o 各种无脊椎动物、各种无脊椎动物、鱼类、啮齿动物和鱼类、啮齿动物和鸣禽吃植物，也吃鸣禽吃植物，也吃无脊椎动物；无脊椎动物；o 苍鹭和白鹭主要是苍鹭和白鹭主要是食肉的，鸭和鹬是食肉的，鸭和鹬是杂食的。鼩主要吃杂食的。鼩主要吃无脊椎动物；无脊椎动物；o 鸮类鸮类(猫头鹰猫头鹰)和鹰和鹰类是最高消费者；类是最高消费者；17温带草原生态系统食物网温带草原生态系统食物网18北极地区食物

5、网北极地区食物网19生态金字塔示意图生态金字塔示意图20生态金字塔生态金字塔 由于能量每经过一个营养级由于能量每经过一个营养级时，被净同化的部分都要大大少时，被净同化的部分都要大大少于前一营养级（于前一营养级（大约大约1010）。当）。当营养级由低向高推进时，每一级营养级由低向高推进时，每一级的个体数目、生物量或所含能量的个体数目、生物量或所含能量就呈塔型分布，称生态金字塔。就呈塔型分布，称生态金字塔。21生态系统的组织化生态系统的组织化生态系统是一个自我调控、自我反馈、生态系统是一个自我调控、自我反馈、自我维持的组织化信息系统；自我维持的组织化信息系统；生态系统进化的总趋势是复杂性和有生态系

6、统进化的总趋势是复杂性和有序性增加：序性增加：生物多样性和结构层次增加，生物多样性和结构层次增加，能量转换环节复杂化；能量转换环节复杂化；能量与信息从组织化低的生物向组织能量与信息从组织化低的生物向组织化高的生物传递和转移；化高的生物传递和转移；22竞争与共存竞争与共存具有相同或相似需求的物种之间常因具有相同或相似需求的物种之间常因有限的资源（食物、营养物、有限的资源（食物、营养物、配偶配偶等）等）和生存空间展开激烈的竞争；和生存空间展开激烈的竞争；竞争的结局：竞争的结局：强者取代弱者；强者取代弱者；各方或一方发生进化改变，降低竞争强度各方或一方发生进化改变，降低竞争强度；23协同进化与共存协

7、同进化与共存物种进化受到生态系统内其它物种和物种进化受到生态系统内其它物种和非生物环境的双重制约；非生物环境的双重制约；相关物种的进化改变都以不造成对方相关物种的进化改变都以不造成对方繁衍中断为前提，否则双方都不能生繁衍中断为前提，否则双方都不能生存；存；24“红王后假说” 与 “逆水行舟，不进则退”25生态系统在时间尺度上的变化生态系统在时间尺度上的变化短时间尺度上的变化：小周期；短时间尺度上的变化：小周期；中等时间尺度上的变化：生态演替；中等时间尺度上的变化：生态演替；长时间尺度上的变化：生态系统的进长时间尺度上的变化：生态系统的进化；化；26中等时间尺度上的变化：中等时间尺度上的变化：生

8、态演替生态演替随着时间的延伸若干植物群落依次替随着时间的延伸若干植物群落依次替代，最后达到稳定的演替顶级状态；代，最后达到稳定的演替顶级状态；从幼期到成熟期，生态系统的结构趋从幼期到成熟期，生态系统的结构趋于复杂、生物多样性增多、生态功能于复杂、生物多样性增多、生态功能完善，稳定性增加；完善，稳定性增加；27群群落落演演替替 I 湖湖泊泊演演替替为为森森林林 28长时间尺度上的变化：长时间尺度上的变化：生态系统的进化生态系统的进化生态系统大尺度的进化不可逆，包括生态系统大尺度的进化不可逆，包括地圈变化；地圈变化；复杂性和有序性增加，内部稳定性加复杂性和有序性增加，内部稳定性加大，外界对生态系统

9、的影响达到最小；大，外界对生态系统的影响达到最小； 29生态系统进化的动力生态系统进化的动力环境变迁（灾变）：全球温度下降或环境变迁（灾变）：全球温度下降或上升，海平面变化，氧气含量升高，上升，海平面变化，氧气含量升高，小行星撞击等；小行星撞击等；新物种（类群）出现：鱼类、两栖类、新物种（类群）出现：鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类、人类；爬行类、鸟类、哺乳类、人类；30地质史上生态系统进化的主要阶段地质史上生态系统进化的主要阶段p原始生态系统：约原始生态系统：约3830亿年前。亿年前。原始大原始大气圈、原始海洋、太阳辐射、原始异养生物等；气圈、原始海洋、太阳辐射、原始异养生物等；无机小分子

10、无机小分子 有机小分子有机小分子 生物大分子生物大分子 与外界分隔的有机多聚体与外界分隔的有机多聚体 能自我复制能自我复制的有机多聚体的有机多聚体（原始细胞）（原始细胞）31地球地球太阳系中唯一的绿洲？太阳系中唯一的绿洲？321953年年米勒米勒模仿原始大气模仿原始大气以无机物合成以无机物合成小分子有机物小分子有机物33海底海底“烟囱烟囱”是有机生命体的摇篮？是有机生命体的摇篮？34“土卫二土卫二”间歇泉不断向太空喷间歇泉不断向太空喷水水 2007年3月12日美国宇航局宣布：在“土卫二”发现间歇泉不断喷射水柱和冰状颗粒，其地下可能存在液态水。从而证实， “土卫二”具备生命发生和生存的三大要素：

11、稳定的热源、有机物和液态水。35初级生态系统初级生态系统 原核单胞异养厌氧菌出现并逐渐兴盛，演原核单胞异养厌氧菌出现并逐渐兴盛，演化出光合细菌和蓝藻（菌）；化出光合细菌和蓝藻（菌）； 真核细胞出现，多细胞生物出现，动、植真核细胞出现，多细胞生物出现，动、植物分化；物分化； 氧含量增加，海水温度上升，海水无机盐氧含量增加，海水温度上升，海水无机盐浓度提高；浓度提高； 系统由生产者、消费者和分解者构成，更系统由生产者、消费者和分解者构成，更加协调与稳定；加协调与稳定；36次级生态系统次级生态系统 15亿年前以来；亿年前以来； 世界气候变暖，大气层中的氧含量接近、世界气候变暖，大气层中的氧含量接近、

12、达到现代水平，臭氧层出现；达到现代水平，臭氧层出现； 植物和动物陆续登陆，被子植物和哺乳动植物和动物陆续登陆，被子植物和哺乳动物诞生并迅速发展；物诞生并迅速发展；37人工生态系统人工生态系统600600700700万年前人类诞生；万年前人类诞生；近代人类用自己的智慧和创造的工近代人类用自己的智慧和创造的工具对自然界施加越来越大的影响，具对自然界施加越来越大的影响，乃至破坏自然界亿万年来形成的生乃至破坏自然界亿万年来形成的生态系统；态系统；农田生态系统，人工林生态系统，农田生态系统，人工林生态系统，水库生态系统，城市生态系统等；水库生态系统，城市生态系统等；38生态系统的进化趋势生态系统的进化趋

13、势 复杂程度逐步提高；复杂程度逐步提高； 物质能量利用率逐步提高；物质能量利用率逐步提高； 占据空间逐步扩展；占据空间逐步扩展； 生态系统内的空间逐步被占用；生态系统内的空间逐步被占用；39位于亚利桑那州荒漠中的位于亚利桑那州荒漠中的“生物圈生物圈2”号综合研究系统号综合研究系统40生物圈生物圈2号号人类寻找人类寻找“诺亚方舟诺亚方舟” 19931993年年1 1月，美国亚利桑那州荒漠中建起占地月，美国亚利桑那州荒漠中建起占地1.28hm1.28hm2 2与世与世隔绝的隔绝的 “生物圈生物圈2 2号号”，包括热带雨林、热带草原、海洋、，包括热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠、农业区、人类居住区，约有沼泽、沙漠、农业区、人类居住区，约有4 0004 000种生物；种生物； 在封闭的在封闭的“生物圈生物圈2 2号号”中农作物秸秆作为动物的饲料，中农作物秸秆作为动物的饲料，动物产出的肉、蛋、奶及作物产品供人类食用。死亡动植动物产出的肉、蛋、奶及作物产品供人类食用。死亡动植物和人、动物的排泄物经分解后返还农田。生活废水经处物和人、动物的排泄物经分解后返还农田。生活废水经处理后循环利用。氧气由植物提供，呼出的理后循环利用。氧气由植物提供，呼出的COCO2 2由植物吸收；由植物吸收； 住入住入4 4男男4 4女女1