生命系统及其与环境关系的基本原理课件

1、生态学的十大范式 道，可道我思故我在原理，principle思维范式，paradigm虽然生态学研究是多方面的，但可以用几个中心思考方法统一起来下面的十个基本范式贯穿全书在学习时反复使用每个单元结束和开始时都要复习范式（Paradigm）1 生态学的五大认识论原则 整体观综合观层次观系统观进化观一般系统和生命系统系统由若干相互作用、相互依存的组成部分结合成的体系开放系统 系统不断与外界进行能量、物质和信息的交换封闭系统有少量的能量和信息交换，但无物质交换孤立系统没有任何的联系自组织系统 开放系统宏观和复杂 过程非线性 自适应的演化（不断出新）突变与选择生命系统是自组织系统 讨论找一个例子分析特

2、征等级层次结构层次性多层次尺度自相似多样性、复杂性和同一性极其多样根本同一讨论最多的层次有多少？范式2 生态因子对生命系统作用的基本特点 综合性非等价性可补偿性和不可代替性阶段性直接性和间接性范式3 生命系统的三个基本属性结构物理结构占有空间，有三个维度过程过程占用时间，只有一个维度功能三者关系相互决定遍历生命系统的结构同一性与多样性有序灵活硬件与软件组分的构成方式组分的相互关系结构一个系统区别于其它系统的质系统中组分的构成方式和关系系统组分（子系统）的多样性组分在系统中的相对位置组分之间的网络关联外貌是结构的外部表征，也属于广义的结构范畴形状、质地和颜色生物系统过程三要素 过程强度 反应速率

3、 时间动态 强度和速率的波动：收敛：围绕平衡点发散： 过程演进 热力学系统：具有方向性生命系统的主要过程类型1能量流动物质循环信息传递类型2生长发育新陈代谢生产和繁殖（再生产）类型3自我调节应激、修复和调控系统的功能 系统的功能对外作用 子系统对大系统服务 生命系统对环境的反作用生态服务范式4生态因子与生物系统之间的三种基本关系生态作用生态适应响应调整进化生态反作用相互作用调控生态因子新环境老环境生物系统生物系统生物系统环境因子的基本概念和类型构成环境的各种因素称环境因子按因子有否生命划分非生物因子、生物因子按理化性质分，气候因子，土壤因子，生物因子，地形因子按因子变动情况分稳定因子，变动因子

4、按尺度分大、中、小概念辩识：响应和适应响应：系统的结构和过程对于外界环境的变化而发生的变化。适应：系统的结构和过程在变化的环境中发生改变以利于在新环境下生存适应造成性状积累达尔文式进化范式5 生态作用有三种形式质量持续时间范式6生命系统对环境响应有三基点概念辨识：生态幅和生态位生态位生态位包含生态幅生态位可重叠基础生态位和实际生态位耐受性及其调整驯化范式7多因子作用时有三类因子限制因子：接近或超过耐受极限的因子最小因子定律耐受定律：因子的高强度区强调了两个极端主导因子：有关键作用的单个因子或集驱动因子：系统结构建成和生态过程的驱动力量前沿点人类已经成为最强大的生态驱动力量一种作用因子：从普通到

5、主导组织者新系统自组织：从分工-合作到系统升级范式8 非生物因子和生物因子生态作用方式不同非生物因子气候、土壤、地形等因子对每个生物系统的作用无差异生物因子同尺度间的作用及更大更小尺度系统间的作用等级层次相互作用生物因子作用具有差异性（如捕食和传染）生物环境-生物系统关系的特殊性横向关系竞争、合作、寄生。纵向关系亲缘关系遗传等级层次系统间组织与被组织关系组织者在系统之外系统间向下包含, 向上整合系统内自组织范式9 多样性与同一性是表象与本质的对立统一多样性是表象，是利用资源的策略是科学家研究的对象同一性是内涵，是生命的本质是科学研究的终极目的万物皆种也，以不同形相禅庄子：杂篇寓言同一性生命作为

6、自组织系统的本质特征极其复杂的宏观系统有序与灵活的结构自我调节生长、发育、代谢、繁殖、遗传、适应、死亡改造环境目的性生命系统的结构特征生物多样性遗传信息多样性物种多样性生态系统多样性人类自身的多样性文化多样性在一个兔子种群内的遗传变异在一个草原生态系统中的生物多样性整个区域景观内的生态系统多样性热点前沿1995年重开生物多样性-生态系统稳定性研究，后来扩展至生态系统功能每年仅Science和Nature两大著名刊物就发表相关论文几十篇Diversity-ComplexityLoreau, M. et al., Science 2001 294: 804-808概念：生态复杂性复杂性与多样性复杂

7、性定义Measures of “Complexity” that Capture a Property Distinct from Randomness Structure or pattern is maximized for neither high nor low randomness.复杂性与多样性生物之间极其复杂的联系横向关系竞争、合作、共生、寄生、附生。纵向关系等级层次、亲缘关系多种多样的功能和行为生态系统中有复杂的网络关系，食物网是主要体现生命系统复杂性人类基因组研究已经意识到多样性不能说明复杂性问题原来预期人类有50,000个基因，现在发现只有35,000个进化链上“高级”与“

8、低级”的生物，动物与植物，基因数与预期并不一致：线虫 Caenorhabditis, 18,424; 果蝇D. melanogaster, 13,601; 拟南芥 Arabidopsis, 25,498微观研究已经强调突出基因网络的研究，并希望与生态学研究类比（Loreau, M. et al., Science 2001 294: 804-808）寻找同一性谁创造着万紫千红的世界？生物形态结构与非线性理论概述常杰, 葛滢, 陈刚, 周昌乐科学中国人, 1996.10，封面文章香山科学会议与新华文摘，钱学森与宋健等突生（Emergence）高层次自生的特征人类自组织排队例子鱼类自组织一群鱼中总有一条雄鱼白蚁自组织筑巢细胞自组织粘菌大分子自组织自复制范式10 生命系统的生长遵循S型曲线积累起（起飞）加速期（）平稳期（）自组织系统的进化自组织升级现有系统组成大系统