1、生命科學(xué)導(dǎo)論,上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,寂靜的春天,1939 1943 1957 1961 1970 1972,發(fā)明 DDT DDT 跳蚤斑疹傷寒 戰(zhàn)后大面積滅蚊 “silent spring”( Rachel Carson) 美國(guó)成立環(huán)保局 頒令禁用 DDT,生物物種 環(huán)境 人,人類活動(dòng)造成 生態(tài)破壞和環(huán)境惡化 生態(tài)破壞和環(huán)境惡化,環(huán)境惡化 生態(tài)破壞 互相加劇 又反過(guò)來(lái) 威脅人類生存。,第十一講 環(huán)境、生態(tài)和生物多樣性,一、生態(tài)學(xué)的基本概念和發(fā)展,二、生物多樣性問(wèn)題的重要性,三、呼吁環(huán)保意識(shí)和生態(tài)意識(shí),一、生態(tài)學(xué)的基本概念和發(fā)展 1、生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間 相互作用的一門學(xué)科。 包括

2、： 生物個(gè)體之間,相互作用,群落之間 生物和非生物之間,生命科學(xué)研究的對(duì)象和范圍，由 小到大，由微觀到宏觀，可以區(qū)分 為若干層次, 其中 種群水平,群落水平 生態(tài)系統(tǒng) 生物圈,屬生態(tài)學(xué)研究范疇,分子水平,亞細(xì)胞水平 細(xì)胞水平,群落水平,種群水平 整體水平,生物圈 生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)學(xué)是一門有數(shù) 百年歷史的古,老學(xué)科。,只是到近代，生態(tài)破壞所帶來(lái)的,惡果日益嚴(yán)重和明顯，生態(tài)學(xué)才引起 全社會(huì)的重視。,19 世紀(jì)下半葉德國(guó)動(dòng)物學(xué)家提出,“oecology”。,拉丁文“oikos”有“家”的意思。,1893 (美)一次生態(tài)學(xué)會(huì)議, 把這,個(gè)詞簡(jiǎn)化確定為“ecology”。,2、種群生態(tài)學(xué),什么是種群？居住

3、在一定地區(qū)的,同一種類的相互作用的個(gè)體組成一個(gè) 種群。,對(duì)種群的研究包括多方面特征的,描述。,種群特征：,年齡比 性別比,數(shù)量 密度 分布狀況,關(guān)鍵特征是“數(shù)量”,種群生態(tài)學(xué)研究外界因子（生物 的、物理的）對(duì)某一種群在一定地區(qū) 中豐度和分布的影響。,從而構(gòu)造合理的種群變動(dòng)模型，,預(yù)測(cè)種群變化。,藍(lán)線代表對(duì)數(shù)生長(zhǎng)曲線，又稱 J 型線 紅線代表算術(shù)生長(zhǎng)曲線，又稱 S 型線,對(duì)人口的研究，是種群生態(tài)學(xué)研,究的一個(gè)特化的分支。,人 口 增 長(zhǎng) 服 從 種 群 生 態(tài) 學(xué) 規(guī) 律,、人：出生時(shí)死亡率低，一定年齡后死亡率增加,、松鼠：終身死亡率恒定, 、蠔：出生時(shí)死亡率特高，然后死亡率劇減,人口增長(zhǎng)一直很

4、慢，直到工業(yè)革命(18世,紀(jì))后劇烈增長(zhǎng)。,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,一個(gè)國(guó)家的人口中，不同年齡,組之間的比例, 關(guān)系到這個(gè)國(guó)家的人,口增長(zhǎng)速率。,年齡/性別 結(jié)構(gòu) 呈金字塔形時(shí), 人口增長(zhǎng)快。,年齡/性別 結(jié)構(gòu) 呈菱形時(shí)， 人口達(dá)零增長(zhǎng)。,1990 年時(shí)兩個(gè)不同國(guó)家的人口 年齡/性別 結(jié)構(gòu),3、群落生態(tài)學(xué),什么是群落？居住在一定地區(qū)的,兩個(gè)以上不同物種的種群組成群落。,群落是指生活于某一特定地區(qū)的 相互作用著的各種生物的總和。,同

5、一群落中不同種群間相互作用方式,方式 競(jìng)爭(zhēng) 捕食/被捕食 寄生 互利共生 偏利共生 合作 植化相克,種群 1 有害 有益 有益 有益 有益 有益 有益,種群 2 有害 有害 有害 有益 無(wú)益、害 有益 有害,競(jìng)爭(zhēng)：各個(gè)種群,生活在同一個(gè)空間，,分享同樣資源，,在資源不足的情況下，,表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。,兩種草履蟲，分開培養(yǎng)和混合培,養(yǎng)，出現(xiàn)不同生長(zhǎng)曲線,生長(zhǎng)在同一空間的種群，在長(zhǎng)期,共同進(jìn)化中，對(duì)資源加以適當(dāng)分配， 以避免競(jìng)爭(zhēng)。,生態(tài)位（niche）描述各種生物種 群在空間和時(shí)間上的特定地位，包含 生活方式：食物、氣候、需求等等。,五種北美鶯同以云杉為生，分處 不同的位置，達(dá)到避開競(jìng)爭(zhēng)的效果。,兩

6、種藤壺分處海岸不同高度,捕食/ 被捕食（包括食草動(dòng)物）,最為常見(jiàn)。,加拿大一家出產(chǎn)皮毛公司的銷售,記錄反映了捕食者/被捕食者 數(shù)量消 長(zhǎng)的相互關(guān)系。,另一方面，捕食者/被捕食關(guān)系使,雙方發(fā)展出多種適應(yīng)性策略。,山貓正在追捕雪兔,山貓和雪兔在 90 年間的數(shù)量消長(zhǎng),擬態(tài),變色,冬天白色,夏天黑色,西番蓮是熱帶藤本植物，展足蛾產(chǎn)卵于葉面，,西番蓮的蜜腺象卵，起到保護(hù)葉子的作用,植 物 “裝,病”,躲 避 蟲 害,“裝病”葉片,海芋健康葉片,蟲害葉片,人工涂色葉片,長(zhǎng)著白斑的海芋,在海芋葉片上產(chǎn)卵的巢蛾,不同種群的個(gè)體之間，存在著長(zhǎng)時(shí)間的,緊密的相互關(guān)系，稱為共生。,共生又可按對(duì)雙方的利害區(qū)分為：

7、寄生：一方的生長(zhǎng)帶來(lái)對(duì)另一方的損害。 沒(méi)有一種生物身上不長(zhǎng)寄生生物。,錐蟲是一種原生動(dòng)物，能引起睡眠病,食用未煮透的帶蟲卵的豬肉，可 感染旋毛蟲病。輕則惡心、嘔吐，重 則致死。,寄主和寄生物,動(dòng)物 病毒 細(xì)菌 原生動(dòng)物 扁蟲、血吸蟲 線蟲、螨、虱、蚤,植物 病毒 細(xì)菌 線蟲、槲寄生 菟絲子,一 只 鳥 里 里 外 外 寄 生 物 約,20,多,種,螞蟥身上還有螞蟥,互利共生：則是雙方都從共同棲,居中得益。,合作：亦是雙方互利的，但是兩,種生物體居住關(guān)系上已疏遠(yuǎn)一點(diǎn)。,螞蟻和蚜蟲共生,白蟻消化道中原生動(dòng)物幫助白蟻消化木屑 這是一種互利共生。,牛,尾 鳥 幫 助 犀 牛 清 除 寄 生 小 蟲。,

8、這 是 一 種 合 作 關(guān) 系,還有介于共生和互利共生之間的情,況, 如：,偏利共生，對(duì)一方有利，另一方,無(wú)利、害。,又如：,植化相剋，一方（通常是植物）,釋放出化學(xué)物質(zhì)，抑制、驅(qū)趕、乃至 殺死對(duì)方。,海 邊 一 種 軟 蟲, 打 洞 捕 獲 食 物,引,來(lái) 各 種 分 享 者 。,一種鼠尾草分泌化學(xué)物質(zhì)，使周圍成,為不毛之地。,群落特征的描述是群落生態(tài)學(xué)的重要內(nèi)容。,除了種群種群間相互關(guān)系影響群落狀,況，外界因素也可能給群落面目帶來(lái)巨大改,變。,洪水、大火、冰河期、火山爆發(fā)，,在一陣突變消除某一地區(qū)幾乎所有生物種群,之后，我們可以觀察到群落組成的變化,生態(tài)更替。,群落特征的描述包括以下幾個(gè)方

9、面：,（1）群落的組成：有哪些種群？各個(gè)種,群中的個(gè)體數(shù)量如何？,（2）群落中的優(yōu)勢(shì)種群：往往是群落特,征最顯而 易見(jiàn)的部分。,（3）群落的穩(wěn)定性。經(jīng)受干擾的內(nèi)在潛,力。,（4）群落的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：著重表征群落內(nèi),部各種群間關(guān)系。,4、生境,全球陸地，主要在氣候和水分供,應(yīng)影響下，形成 715 種典型群落特,征，稱之謂“生境”（biomes）,七種主要生境：,凍土帶：即苔原，帶狀環(huán)北冰洋嚴(yán)寒區(qū)。,我國(guó)沒(méi)有。,針葉林帶：又稱泰加林，凍土帶以南，,溫帶北緣以及高山。我國(guó)東北。,落葉闊葉林帶：溫帶多雨地區(qū)，我國(guó)東,北南部，西南，東南沿海。,凍土帶的短暫夏天,凍土帶夏天也有色彩,林海雪原中的針葉林,四 季

10、 分 明 的 落 葉 闊 葉 林,草原：溫帶少雨地區(qū)。 我國(guó)東北,南部，西南，東南沿海。,稀樹草原：又稱沙瓦納，高原少,雨地區(qū)。我國(guó)未定。,沙漠：又稱荒漠，溫帶、熱帶干,旱地區(qū)。我國(guó)西北。,熱帶雨林：熱帶，少數(shù)溫帶，沿海 或多雨潮濕區(qū)。我國(guó)海南、臺(tái)灣、西 雙版納。,肥美的澳州大草原,非洲稀樹草原,稀樹草原近觀,仙人掌是沙漠的特征,沙漠也有干季和雨季,熱帶雨林是地球的寶貴資源,置 身 熱 帶 雨 林 中 間,5、生態(tài)系統(tǒng),一定地區(qū)內(nèi)的所有生物和環(huán)境物,理因素的總和稱生態(tài)系統(tǒng)。,研究生態(tài)系統(tǒng)著重于宏觀方面。,能流、物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 等等。,能流生態(tài)系統(tǒng)中的能量傳遞,效率低和逐級(jí)遞減，是普

11、遍的規(guī)律。,從106 千卡太陽(yáng)光照開始,生態(tài)系統(tǒng)中,能量傳遞的效率大約為10%。,素食者比肉食者節(jié)約能源,物質(zhì)循環(huán)包括：,水循環(huán),氣體循環(huán),沉淀物循環(huán),地球表面，海洋面積占70，淡水面積占,34。但是人類正面臨淡水缺乏的威脅。,光合作用和呼吸作用在二氧化碳循,環(huán)中起重要作用。,細(xì)菌在氮?dú)庋h(huán)中起重要作用,巖石分化和水土流失是沉淀物循環(huán)中重要因素,第 11 講（上） 一、生態(tài)學(xué)的基本概念和發(fā)展 到此結(jié)束,請(qǐng)繼續(xù)看,第 11 講（下） 二、生物多樣性問(wèn)題的重要性 三、呼吁環(huán)保意識(shí)和生態(tài)意識(shí),生命科學(xué)導(dǎo)論,上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,第十一講 環(huán)境、生態(tài)和生物多樣性,一、生態(tài)學(xué)的基本概念和發(fā)展,二

12、、生物多樣性問(wèn)題的重要性,三、呼吁環(huán)保意識(shí)和生態(tài)意識(shí),二、生物多樣性問(wèn)題的重要性 1、生物多樣性概況,地球上物種總數(shù) 已研究定名的物種,5003000 萬(wàn)種 140 萬(wàn)種,這些物種是 4045 億年地球自然進(jìn)化,的結(jié)果。,最早的動(dòng)物 最早的真核 生物 光合蘭細(xì)菌 釋放出O2積 累于大氣中 最早的原核,生物,地球形成,單位：,10 億年,西澳州海灘上有3.5 億年前留下的墊藻巖,墊 藻 巖 中 的 原 核 生 物,2、生物多樣性處于動(dòng)態(tài)平衡中,自然界中物種滅絕：,90個(gè)/100年,人類活動(dòng)使物種滅絕加快： 104 105 倍 最新數(shù)字顯示：平均每年有17500 個(gè)物種滅絕,人類活動(dòng)促使物種滅絕的

13、一個(gè)重要方,面是：熱帶雨林的消失。,每分鐘熱帶雨林消失 100 英畝 熱帶雨林已消失 50 估計(jì)再過(guò) 50 年完全消失 熱帶雨林中有 3050 生物物種。,紅色：每年毀林 200014800公里2 橘黃色：每年毀林1001900公里2,毀林開荒在危地馬拉,二 戰(zhàn) 后 高 速 公 路 的 發(fā) 展,加 快 了 熱 帶 雨 林 的 消 失,(,),亞 馬 遜 河 三 角 洲 巴 西 上 空 覆,蓋 著 大 量 燃 燒 生 成 的 煙 霧 。,3、生物多樣性有什么重要？, ,保護(hù)野生基因庫(kù) 保護(hù)農(nóng)業(yè)和藥物資源 保護(hù)生態(tài)平衡,玫 瑰 紅 蔓 長(zhǎng) 春 花 含 有,抗 癌 化 合 物,馬達(dá)加斯加:,8000

14、 種 80%,開花植物 僅產(chǎn)馬島,這些僅產(chǎn)馬島的植物中可能包含 著豐富的資源，例如：其中有三 種野生咖啡樹無(wú)咖啡因。,4、保護(hù)生物多樣性的努力 世界,1950s-1960s,搶救珍稀瀕危生物,(1980s, 中國(guó)) 1970s 全面提出保護(hù)生物多樣性,(1990s, 中國(guó)),問(wèn)題,我國(guó),高等植物 陸棲脊椎動(dòng)物 昆蟲,3 萬(wàn)種 2300 種 15 萬(wàn)種,占世界物種總數(shù)的10,我國(guó)重要生物資源 熊貓 金絲猴 白鰭豚,民族民間藥用植物,60007000種,受嚴(yán)重威脅的物種 1520,156,1/4,156,640,三、呼吁環(huán)保意識(shí)和生態(tài)意識(shí),1、人類是生態(tài)穩(wěn)定性的最大破壞者,酸雨：主要來(lái)自工業(yè)燃煤和

15、燃油生 成的,SO2 和 NO2,酸雨造成死亡之湖 （紐約州）,酸雨毀壞德國(guó)森林的 50,酸雨帶來(lái)一片凄涼景象,北 美 酸 雨 地 區(qū),臭氧層：臭氧層吸收掉太陽(yáng)光中紫外線,的99 。,氟氯化碳（CFCs）極快地破壞臭氧層。,中層,平流層,臭氧層,對(duì)流層,1979-1984,南極上空 臭氧洞,到1987年,臭 氧 洞 顯 著 增 大,春天南極上空冰云作用于臭氧洞形成,1990 年南極上空平流層臭氧洞面積 達(dá) 9x106 平方英里大約是美國(guó)國(guó)土面積 三倍。,1993 年又?jǐn)U大 25。,蒙特利爾協(xié)議簽字國(guó)承諾逐年減少氟,氯化碳的產(chǎn)量，直至完全停產(chǎn)。,2、人類文明的發(fā)展通常帶來(lái),兩個(gè)后果, 能源和其他

16、資源消耗的增加。, 垃圾、廢棄物增多。,垃 圾 處 理 場(chǎng),隨 人 類 文 明 發(fā) 展 ，,人 均 消 耗 熱 能 劇 增 。,美國(guó) 其他發(fā)達(dá)國(guó)家 工業(yè)化早期 農(nóng)業(yè)社會(huì)（晚） 農(nóng)業(yè)社會(huì)（早） 狩獵時(shí)期,原始人,3、環(huán)境污染事故的幾個(gè)例子, DDT：,造成“寂靜的春天”，,喚起對(duì)環(huán)境污染的警覺(jué)。,飛機(jī)噴灑 DDT 殺蚊,DDT 經(jīng) 食,物 鏈 濃 縮 107 倍,鷹體內(nèi) DDT濃度 25ppm 水中 DDT濃度 3 x 106ppm,二十世紀(jì)十大污染事件,(1）北美死湖事件,大面積酸雨區(qū)，造成湖泊生物大量死亡,(2）卡迪茲號(hào)油輪事件,油輪觸礁漏油污染，造成海洋生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞,(3) 墨西哥灣井噴事件,深海油井發(fā)生嚴(yán)重井噴，海洋環(huán)境嚴(yán)重污染,(4）庫(kù)巴唐“死亡谷”事件,工業(yè)企業(yè)排放廢水廢氣，污染環(huán)境，居民嚴(yán)重受害,(5）西德森林枯死病事件,因酸雨之害，德國(guó)有八十多萬(wàn)公頃森林被毀 ，大量 兒童感染疾病,(6）印度博帕爾公害事件,化工廠毒氣泄漏，一周內(nèi)2500人死亡，當(dāng)時(shí)就有 15萬(wàn)人受害，最終導(dǎo)致20多萬(wàn)人失明,(7）切爾諾貝利核漏事件,前蘇聯(lián)核電站發(fā)生核泄漏事故，在以后的十年中10 萬(wàn)居民患肺癌和骨癌死亡,(8）萊茵河污染事件,化學(xué)公司倉(cāng)庫(kù)起火，劇毒農(nóng)藥鋼管爆炸，造成萊茵