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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,1939 1943 1957 1961 1970 1972,发明 DDT DDT 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
2、: 生物个体之间,相互作用,群落之间 生物和非生物之间,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
3、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
4、慢,直到工业革命(18世,纪)后剧烈增长。,1650 1650-1850 1850-1930 1930-1975 1975-1999,5 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
5、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 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
6、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:
7、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 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。,
8、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
9、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”(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
10、 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,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
11、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) 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
12、、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 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
13、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
14、 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、人类是生态稳定性的最大破坏者,酸雨:主要来自工业燃煤和
15、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, 能源和其他
16、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
17、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,
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