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1、生命科学导论,上海交通大学生命科学技术学院,寂静的春天,193919431957196119701972,发明 DDTDDT 跳蚤斑疹伤寒战后大面积灭蚊“silent spring”(Rachel Carson)美国成立环保局颁令禁用 DDT,生物物种环境人,人类活动造成生态破坏和环境恶化生态破坏和环境恶化,环境恶化生态破坏互相加剧又反过来威胁人类生存。,第十一讲 环境、生态和生物多样性,一、生态学的基本概念和发展,二、生物多样性问题的重要性,三、呼吁环保意识和生态意识,一、生态学的基本概念和发展1、生态学是研究生物与环境之间相互作用的一门学科。包括：生物个体之间,相互作用,群落之间生物和非生
2、物之间,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,其中种群水平,群落水平生态系统生物圈,属生态学研究范畴,分子水平,亚细胞水平细胞水平,群落水平,种群水平整体水平,生物圈生态系统,生态学是一门有数 百年历史的古,老学科。,只是到近代，生态破坏所带来的,恶果日益严重和明显，生态学才引起全社会的重视。,19 世纪下半叶德国动物学家提出,“oecology”。,拉丁文“oikos”有“家”的意思。,1893(美)一次生态学会议,把这,个词简化确定为“ecology”。,2、种群生态学,什么是种群？居住在一定地区的,同一种类的相互作用的个体组成一个种群。,对种群的研究包括多
3、方面特征的,描述。,种群特征：,年龄比性别比,数量密度分布状况,关键特征是“数量”,种群生态学研究外界因子（生物的、物理的）对某一种群在一定地区中丰度和分布的影响。,从而构造合理的种群变动模型，,预测种群变化。,蓝线代表对数生长曲线，又称 J 型线红线代表算术生长曲线，又称 S 型线,对人口的研究，是种群生态学研,究的一个特化的分支。,人口增长服从种群生态学规律,、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,人口增长一直很慢，直到工业革命(18世,纪)后剧烈增长。,16501650-18501850-19301930-1975197
4、5-1999,5 x 108 人1 x 109 人2 x 109 人4 x 109 人6 x 109 人,一个国家的人口中，不同年龄,组之间的比例,关系到这个国家的人,口增长速率。,年龄/性别 结构呈金字塔形时,人口增长快。,年龄/性别 结构呈菱形时，人口达零增长。,1990 年时两个不同国家的人口 年龄/性别 结构,3、群落生态学,什么是群落？居住在一定地区的,两个以上不同物种的种群组成群落。,群落是指生活于某一特定地区的相互作用着的各种生物的总和。,同一群落中不同种群间相互作用方式,方式竞争捕食/被捕食寄生互利共生偏利共生合作植化相克,种群 1有害有益有益有益有益有益有益,种群 2有害有害
5、有害有益无益、害有益有害,竞争：各个种群,生活在同一个空间，,分享同样资源，,在资源不足的情况下，,表现出竞争关系。,两种草履虫，分开培养和混合培,养，出现不同生长曲线,生长在同一空间的种群，在长期,共同进化中，对资源加以适当分配，以避免竞争。,生态位（niche）描述各种生物种群在空间和时间上的特定地位，包含生活方式：食物、气候、需求等等。,五种北美莺同以云杉为生，分处不同的位置，达到避开竞争的效果。,两种藤壶分处海岸不同高度,捕食/被捕食（包括食草动物）,最为常见。,加拿大一家出产皮毛公司的销售,记录反映了捕食者/被捕食者 数量消长的相互关系。,另一方面，捕食者/被捕食关系使,双方发展出多
6、种适应性策略。,山猫正在追捕雪兔,山猫和雪兔在 90 年间的数量消长,拟态,变色,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,植物“装,病”,躲避虫害,“装病”叶片,海芋健康叶片,虫害叶片,人工涂色叶片,长着白斑的海芋,在海芋叶片上产卵的巢蛾,不同种群的个体之间，存在着长时间的,紧密的相互关系，称为共生。,共生又可按对双方的利害区分为：寄生：一方的生长带来对另一方的损害。没有一种生物身上不长寄生生物。,锥虫是一种原生动物，能引起睡眠病,食用未煮透的带虫卵的猪肉，可感染旋毛虫病。轻则恶心、呕吐，重则致死。,寄主和寄生物,动物病毒细菌原生动物
7、扁虫、血吸虫线虫、螨、虱、蚤,植物病毒细菌线虫、槲寄生菟丝子,一只鸟里里外外寄生物约,20,多,种,蚂蟥身上还有蚂蟥,互利共生：则是双方都从共同栖,居中得益。,合作：亦是双方互利的，但是两,种生物体居住关系上已疏远一点。,蚂蚁和蚜虫共生,白蚁消化道中原生动物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。,这是一种合作关系,还有介于共生和互利共生之间的情,况,如：,偏利共生，对一方有利，另一方,无利、害。,又如：,植化相剋，一方（通常是植物）,释放出化学物质，抑制、驱赶、乃至杀死对方。,海边一种软虫,打洞捕获食物,引,来各种分享者。,一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成,为不毛之
8、地。,群落特征的描述是群落生态学的重要内容。,除了种群种群间相互关系影响群落状,况，外界因素也可能给群落面目带来巨大改,变。,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种群,之后，我们可以观察到群落组成的变化,生态更替。,群落特征的描述包括以下几个方面：,（1）群落的组成：有哪些种群？各个种,群中的个体数量如何？,（2）群落中的优势种群：往往是群落特,征最显而 易见的部分。,（3）群落的稳定性。经受干扰的内在潜,力。,（4）群落的营养结构：着重表征群落内,部各种群间关系。,4、生境,全球陆地，主要在气候和水分供,应影响下，形成 715 种典型群落特,征，称之谓“生境”（
9、biomes）,七种主要生境：,冻土带：即苔原，带状环北冰洋严寒区。,我国没有。,针叶林带：又称泰加林，冻土带以南，,温带北缘以及高山。我国东北。,落叶阔叶林带：温带多雨地区，我国东,北南部，西南，东南沿海。,冻土带的短暂夏天,冻土带夏天也有色彩,林海雪原中的针叶林,四季分明的落叶阔叶林,草原：温带少雨地区。我国东北,南部，西南，东南沿海。,稀树草原：又称沙瓦纳，高原少,雨地区。我国未定。,沙漠：又称荒漠，温带、热带干,旱地区。我国西北。,热带雨林：热带，少数温带，沿海或多雨潮湿区。我国海南、台湾、西双版纳。,肥美的澳州大草原,非洲稀树草原,稀树草原近观,仙人掌是沙漠的特征,沙漠也有干季和雨季
10、,热带雨林是地球的宝贵资源,置身热带雨林中间,5、生态系统,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。,能流生态系统中的能量传递,效率低和逐级递减，是普遍的规律。,从106 千卡太阳光照开始,生态系统中,能量传递的效率大约为10%。,素食者比肉食者节约能源,物质循环包括：,水循环,气体循环,沉淀物循环,地球表面，海洋面积占70，淡水面积占,34。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,第 11 讲（上）
11、一、生态学的基本概念和发展到此结束,请继续看,第 11 讲（下）二、生物多样性问题的重要性三、呼吁环保意识和生态意识,生命科学导论,上海交通大学生命科学技术学院,第十一讲 环境、生态和生物多样性,一、生态学的基本概念和发展,二、生物多样性问题的重要性,三、呼吁环保意识和生态意识,二、生物多样性问题的重要性1、生物多样性概况,地球上物种总数已研究定名的物种,5003000 万种140 万种,这些物种是 4045 亿年地球自然进化,的结果。,最早的动物最早的真核生物光合兰细菌释放出O2积累于大气中最早的原核,生物,地球形成,单位：,10 亿年,西澳州海滩上有3.5 亿年前留下的垫藻岩,垫藻岩中的原
12、核生物,2、生物多样性处于动态平衡中,自然界中物种灭绝：,90个/100年,人类活动使物种灭绝加快：104 105 倍最新数字显示：平均每年有17500个物种灭绝,人类活动促使物种灭绝的一个重要方,面是：热带雨林的消失。,每分钟热带雨林消失 100 英亩热带雨林已消失 50估计再过 50 年完全消失热带雨林中有 3050 生物物种。,红色：每年毁林 200014800公里2橘黄色：每年毁林1001900公里2,毁林开荒在危地马拉,二战后高速公路的发展,加快了热带雨林的消失,(,),亚马逊河三角洲巴西上空覆,盖着大量燃烧生成的烟雾。,3、生物多样性有什么重要？,保护野生基因库保护农业和药物资源保
13、护生态平衡,玫瑰红蔓长春花含有,抗癌化合物,马达加斯加:,8000 种80%,开花植物仅产马岛,这些仅产马岛的植物中可能包含着丰富的资源，例如：其中有三种野生咖啡树无咖啡因。,4、保护生物多样性的努力世界,1950s-1960s,抢救珍稀濒危生物,(1980s,中国)1970s 全面提出保护生物多样性,(1990s,中国),问题,我国,高等植物陆栖脊椎动物昆虫,3 万种2300 种15 万种,占世界物种总数的10,我国重要生物资源熊猫 金丝猴 白鳍豚,民族民间药用植物,60007000种,受严重威胁的物种 1520,156,1/4,156,640,三、呼吁环保意识和生态意识,1、人类是生态稳定
14、性的最大破坏者,酸雨：主要来自工业燃煤和燃油生 成的,SO2 和 NO2,酸雨造成死亡之湖（纽约州）,酸雨毁坏德国森林的 50,酸雨带来一片凄凉景象,北美酸雨地区,臭氧层：臭氧层吸收掉太阳光中紫外线,的99。,氟氯化碳（CFCs）极快地破坏臭氧层。,中层,平流层,臭氧层,对流层,1979-1984,南极上空臭氧洞,到1987年,臭氧洞显著增大,春天南极上空冰云作用于臭氧洞形成,1990 年南极上空平流层臭氧洞面积达 9x106 平方英里大约是美国国土面积三倍。,1993 年又扩大 25。,蒙特利尔协议签字国承诺逐年减少氟,氯化碳的产量，直至完全停产。,2、人类文明的发展通常带来,两个后果,能源
15、和其他资源消耗的增加。,垃圾、废弃物增多。,垃圾处理场,随人类文明发展，,人均消耗热能剧增。,美国其他发达国家工业化早期农业社会（晚）农业社会（早）狩猎时期,原始人,3、环境污染事故的几个例子,DDT：,造成“寂静的春天”，,唤起对环境污染的警觉。,飞机喷洒 DDT 杀蚊,DDT经食,物链浓缩107倍,鹰体内DDT浓度25ppm水中DDT浓度3 x 106ppm,二十世纪十大污染事件,(1）北美死湖事件,大面积酸雨区，造成湖泊生物大量死亡,(2）卡迪兹号油轮事件,油轮触礁漏油污染，造成海洋生态环境严重破坏,(3)墨西哥湾井喷事件,深海油井发生严重井喷，海洋环境严重污染,(4）库巴唐“死亡谷”事
16、件,工业企业排放废水废气，污染环境，居民严重受害,(5）西德森林枯死病事件,因酸雨之害，德国有八十多万公顷森林被毁，大量儿童感染疾病,(6）印度博帕尔公害事件,化工厂毒气泄漏，一周内2500人死亡，当时就有15万人受害，最终导致20多万人失明,(7）切尔诺贝利核漏事件,前苏联核电站发生核泄漏事故，在以后的十年中10万居民患肺癌和骨癌死亡,(8）莱茵河污染事件,化学公司仓库起火，剧毒农药钢管爆炸，造成莱茵河严重污染，生态严重破坏,(9）雅典“紧急状态事件”,雅典市中心二氧化碳浓度大幅度超标，雅典宣布进入紧急状态，车辆停驶、工厂停工、学校停课,(10）海湾战争油污染事件,海湾战争期间，科威特油田起火，原油在海面上形成油带，黑烟蔽日，海湾地区生态环境面临崩溃,4、人类正在学习与自然和谐地相处,保护生态环境是一场斗争,可可西里为保护藏羚羊而牺牲的卫士,保护生态环境需要科技支持,保护生态环境要求从每个人做起,坦桑尼亚野生动物保护官员和没收的象牙,阿尔及利亚撒哈拉沙漠中,的灌溉农业,Hi,下课,
