生态学第一章绪论

第一章绪论第一节地球上的生命第二节生态学形成及开展一、什么是生命二、生命的起源三、生物的多样性四、生物圈第一节地球上的生命第一节地球上的生命一、什么是生命1、定义生命是高度组织化的物质结构，其分子根底是具有自我复制和具负载遗传信息功能的核酸等生物大分子，其通过生物膜实现内部及内外的分隔，形成形形色色的细胞、组织与生物体，并藉助外界能量的输入，通过一系列相互关联的生物化学过程而实现内外物质交换和自身的复制。2．生命的重要属性:1〕化学成分的同一性：生物在化学成分上存在着高度的同一性。分子：以多种无机化合物和蛋白质、核酸、脂、糖、纤维素等多种有机大分子为主。大分子的单体相同：蛋白质氨基酸，20多种。核酸核甘酸，8种〔DNA和RNA的结构单体是核甘酸〕。生物的贮能分子：高能化合物三磷酸腺苷即ATP。2〕严整有序的结构；3〕新陈代谢：一种是组成作用〔anabolism〕即从外界摄取物质和能量，将它们转化成生命本身的物质和储存在化学键中的化学能一种是分解作用〔catalolism〕、即分解生命物质将能量释放出来，供生命活动之用。4〕应激性和运动；5〕稳态〔homeosatasis〕；指尽管外界环境波动很大，生物依靠某些机制使体内环境的性质维持不变的作用，称为稳态或内稳态。6〕生长发育；

7〕繁殖和遗传；

8〕适应：①生物的结构都适合于一定的功能②生物的结构和功能适合于该生物在特定环境条件下的生存和延续。适应是生物界普遍存在的现象。二、生命的起源1.关于生命起源的几种学说：1)神创论2)从自然发生说到生源论自然发生说的代表人物：古希腊的哲学家、自然科学家亚里士多德〔Aristotle,公元前384—前322〕开口瓶内置腐肉+苍蝇——肉上生蛆；封口瓶内置腐肉〔无苍蝇〕——肉上无蛆；用实验证明腐肉不能生蛆，蛆是苍蝇在肉上产的卵。此后人们才逐渐相信较大的动物如蝇、鼠等不能自然发生F.Redi的实验意大利生物学家L.Spakkanzani〔1729—1799年〕的实验证明小生物也不是自然发生的肉汤煮沸〔容器开口〕—冷却—静置数日—密生微生物。肉汤煮沸〔容器密封〕—冷却—静置数日—无微生物。结论—肉汤中的微生物来自空气，不是自然发生的。法国微生物学家巴斯德〔LouisPasteur1822～1895〕实验才最后否认了自然发生说。巴斯德的“鹅颈瓶实验〞3)天外起源说或称宇生说(Cosmozoatheory)这一学说认为地球上的生命来自宇宙间其他星球,某些微生物孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而落入地球,从而使地球有了初始生命.4〕细胞论和机体演化论细胞学说于1838～1839年由施莱登和施旺正式确立.因此细胞学成为生物学的根底,也成为生命科学的研究热点和前沿.达尔文关于物种起源的进化论观点，概括起来就是生物的开展源于变异和选择(自然选择---即适者生存，那些对环境变化不适应者将被淘汰而死亡、性选择和人工选择)，生存斗争、机体变异、选择积累，由渐变到突变而产生新种。2、生命起源的现代理论——化学进化论生命发生的最早阶段是化学进化，即从无机小分子进化到原始生命阶段。〔化学进化的全过程又可分为4个连续的阶段。〕地球年龄和生物进化〔×10亿年〕1〕从无机分子生成有机分子

Miller模拟实验装置结论：构成蛋白质根本成分的氨基酸在缺氧的复原条件下，通过各种能源聚合而成。而早期地球原始大气是符合这些条件的。因此，地球原始缺氧环境是产生大量氨基酸的阶段，而氨基酸的普遍存在那么为化学进化最终导致生命起源创造了极为有利的条件。2〕从有机小分子生成生物大分子生命物质的最主要的两个基石是蛋白质与核酸。有机小分子如何形成蛋白质及核酸等生物大分子，人们有一些实验与推测。根据实验推测，聚合作用是通过两种方式实现的。A：溶液聚合：在黏土外表吸附作用下发生聚合。黏土的细粒带有电荷，可以使氨基酸等单体吸附其上，大量聚集，有利于聚合。B：浓缩聚合：在海岸或湖泊样的小水体中，由于长期蒸发水中氨基酸等分子含量很高，这样的溶液在较高温度条件下可以直接产生“类蛋白〔proteinoids〕〞样的多肽。类似于蛋白质和核酸的物质，在人工模拟原始地球条件下，都已能制造出来。但和现代生命的蛋白质和核酸相比还有一定距离。3〕多分子体系的形成和原始生命的出现：奥巴林的团聚体学说〔Coacervatetheory〕认为，生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分子体系，它具有一定的生命现象。奥巴林理论的困难仍然是大分子的聚合问题。理论存在先有蛋白质还是先有核酸的问题。该问题总是得不到解决的线索。4〕多分子体系生物化学过程的进化和自养营养的出现：异养营养的改变：随着多子分体系的增多，外界营养物质逐渐减少，多分子体系只有由简单的生物化学过程转变的复杂一些的体系才能适应这些改变了的外界环境而生存下来。自养营养的意义：①有了自养营养，它们创造的营养物质为其它生物提供了营养需要，才使生物界进一步开展。②光合作用产生了分子氧，使地球上大气的组成发生了变化3、真核细胞的起源

根据rRNA序列比较得出的3支并列的系统

4、目前对生命起源与进化的初步结论：在原始地球的条件下，由无机化学元素的化合，进化为有机化合物，由低分子量生物有机化合物进化为高分子量有机生物化合物，也可能由低分子量有机生物化合物通过磷酰化氨基酸，形成具有生命现象的核蛋白和具有复制功能的核酸，产生原始生命。生命起源于距今38亿年前，经历许多重大进化阶段，经历屡次大的集群演替和小的更换，老的生命灭绝了，新的生命由辐射产生出来，生生不息，永无止境，最后在200万年前出现了人类。由此可见，生命的产生和进化是一个漫长的历史过程，绝非任何神灵在数天之内可以创造出来的。三、生物的多样性1．生物多样性〔biodiversity〕的定义及其内涵生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化〔variety〕和变异性。生物多样性是指生命形式的多样化〔从类病毒、病毒、细菌、支原体、真菌到动物界与植物界〕，各种生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用、以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性。生物多样性可以从3个层次上去描述：即遗传多样性；物种多样性；生态系统与景观多样性。遗传多样性〔geneticdiversity〕是指所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传信息，既包括同一种的不同种群的基因变异，也包括了同一种群内的基因差异。

物种多样性〔speciesdiversity〕是指多种多样的生物类型及种类，强调物种的变异性，物种多样性代表着物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，是进化机制的最主要产物。生态系统多样性〔ecosystemdiversity〕是指生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富程度。生态系统由植物群落、动物群落、微生物群落及其环境〔包括光、水、空气、土壤等等〕所组成。系统内各个组分间存在着复杂的相互关系。生态系统中的主要生态过程包括能量流动、水分循环、养分循环、生物之间的相互关系〔如竞争、捕食、共生等〕。景观多样性〔landscapediversity〕景观多样性指与环境和植被动态相联系的景观斑块的空间分布特征〔Gaston,1996〕。景观是由斑块、通道和背景基质所构成的空间上的叠合体〔Forman,1995〕。景观有其结构、功能和自身的动态。

2.生物多样性的空间格局空间分布格局：就宏观而言，生物多样性的分布有一定的规律：在纬度上，从赤道往两极，物种数目有规律的降低。在不同水热条件下，表现出不同的垂直分布格局。在水分受到限制的干旱、半干旱地区，生物多样性随干旱程度的增加而降低。在人类活动或突发性自然因子的干扰下，生物多样性也会发生明显变化。3.分布格局的成因地质历史：地质历史古老的地区，可能拥有更多的物种。环境异质性与资源多样性：环境的异质性越高，就会提供更多的生态位与更多的资源类型，从而容纳更多的物种。岛屿生物地理学理论：美国生态学家R.H.MacArthur与〔1967〕提出，岛屿的面积越大以及与大陆的距离越近，其物种的多样性越高，并给出了定量表述方法。生物因素：种间关系、种的生态位幅度等生物因素对生物多样性也起重要作用。如共生、寄生、传粉、捕食、竞争等，均影响一个群落或生态系统的多样性。物种的传播、外来种引入、生产量上下，均会对生物多样性发生重大影响。尺度问题：生物多样性的测定都是在一定尺度上进行的，一定空间或时间上的测度结果不能用于说明其他尺度上的问题。因此，在比较不同地区或不同生态系统类型生物多样性的上下时，一定要有尺度概念。四、生物圈生物圈的概念：地球上存在生命的局部称做生物圈(biosphere)，由大气圈的下层(对流层〕，水圈和岩石圈的上层(风化壳)组成。生物圈的范围在地表以上可达23km的高空，而在地表以下可延伸到12km的深度。但是有机体能够定居的区域比这一范围要窄得多。第二节生态学的形成及开展一、生态学的定义及研究对象二、生态学的形成和开展一、生态学的定义及研究对象：1．生态学的定义生态学是研究生物及环境间相互关系的科学〞。这里，生物包括动物、植物、微生物及人类本身，而环境那么指生物生活中的无机因素、生物因素和人类社会共同构成环境系统。2、生态学的研究对象：1〕根据研究对象的组织水平划分分子生态学(MolecularEcology)、进化生态学(EvolutionaryEcology)、个体生态学(Autecology)或生理生态学(PhysiologicalEcology)、种群生态学(PopulationEcology)、群落生态学(CommunityEcology，Synecology)、生态系统生态学(EcosystemEcology)、景观生态学(LandscapeEcology)与全球生态学(GlobalEcology)。2〕根据研究对象的分类学类群划分分出植物生态学、动物生态学、微生物生态学、陆地植物生态学、哺乳动物生态学、昆虫生态学、地衣生态学，以及各个主要物种的生态学。3〕根据研究对象的生境类别划分根据研究对象的生境类别划分有陆地生态学(TerrestriaEcology)、海洋生态学(MarineEcology)、淡水生态学(FreshwaterEcology)、岛屿生态学(IslandEcology或IslandBiogerography)等。4〕根据研究性质划分理论生态学：涉及生态学进程、生态关系的数学推理及生态学建模应用生态学：A、应用于各类农业资源的管理，产生了农业生态学、森林生态学、草地生态学、家畜生态学、自然资源生态学等；B、应用于城市建设那么形成了城市生态学(UrbanEcology)；C、应用于环境保护与受损资源的恢复那么形成了保育生物学、恢复生态学(RestorationEcology)、生态工程学(EngineeringEcology);D、应用于人类社会，那么产生了人类生态学(HumanEcology)、生态伦理学(EcologyEthics)等。E、还有学科间相互渗透而产生的边缘学科。例如，数量生态学、化学生态学、物理生态学、经济生态学等。

根据研究对象的组织水平划分的各类生态学简介：

1.个体生态学：是研究生物的个体发育和系统发育与环境间相互关系的科学。

2、种群生态学种群〔population〕：是指在特定空间里能自由交配繁殖后代的同种个体的集合。种群生态学是研究种群的数量、分布、时空动态、遗传组成和进化、行为适应等规律与其周围环境中生物和非生物因素之间相互关系的科学。其中研究种群数量在时间上和空间上的变动规律是种群生态学的核心问题。3、群落生态学：生物群落〔bioticcommunityorbiocoenosis〕是指特定空间或特定生境下假设干生物种群有规律的组合，它们之间以及它们与环境之间彼此影响，相互作用，具有一定的形态结构与营养结构，执行一定的功能。群落生态学主要研究生物群落的种类组成、结构、功能、分布、及其发生、开展规律以及与所处环境的相互关系。生物群落可以从植物群落、动物群落和微生物群落这三个不同角度来研究。其中以植物群落研究得最多，也最深入。4、生态系统生态学：生态系统〔ecosystem〕是指在一定的时空范围内，生物群落与其环境之间通过不断的物质循环、能量流动和信息传递而形成相互依赖、相互作用、相互制约的统一整体，这一整体称为生态系统。现代生态学的一个突出特点就是以各种生态系统为一个功能单位进行研究，其研究的主要内容为生态系统的结构和功能，生态系统的演替、生态系统的多样性和稳定性以及生态系统对干扰的恢复能力和自我调节控制能力等，其中生态系统内部的能量流动和物质循环仍是其研究主流。5、景观生态学〔Landscapeecology〕：景观〔Landscape〕的最早含义是指地方风景或景色，现通常是指一个地理区域的总体特征，它是一个结构严密的异质性系统，一个具有空间重复性和可辩识的自然综合体。景观生态学〔Landscapeecology〕以整个景观的结构、功能和演替为研究对象，主要研究景观中各自然组分的异质性，它们之间的相互作用及其与生物活动、尤其是人类活动之间的相互关系。6.全球生态学(globalecology)：或称生物圈生态学，是研究人类栖居地球的生命维持系统的根本性质的科学。它是正在开展中的生态学分支。“全球变化〞是概述地球环境中与自然的和人类引起的变化有关的一系列全球问题总和的一个术语。全球变化研究的最终目标是：在弄清全球的形成原因预测未来数千年的全球变化的根底上，提出人类适应或减缓全球变化影响的对策，从而为人类的可持续开展效劳。二、生态学的形成和开展1.生态学的萌芽时期(公元16世纪以前)2.生态学的建立时期(公元17世纪至19世纪末)3.生态学的稳固时期(20世纪初至20世纪50年代)4.现代生态学时期(20世纪60年代至现在)3.生态学的稳固时期(20世纪初至20世纪50年代)1)北欧学派(Uppsala学派)：由瑞典Uppsala大学的R．Sernauder所创立，继承人为G．E．DuRietz。以注重群落分析为特点。2)法瑞学派：有两个中心，一在瑞士Zurich大学，一在法国Montpellier大学，所以又称为苏黎士—蒙伯利埃学派，他们联合创立了“国际