动物生态学的研究现状与前沿

动物生态学的研究现状与前沿生命科学学院生态学陈**摘要：动物生态学是一门研究动物与其生存环境相互作用关系的生态学分支学科，在生态学上占有十分重要的位置。本文通过总结近年来有关动物生态学的研究，了解动物生态学的热点问题以及一些核心技术的应用，对动物生态学的研究现状和前沿进行综述，以期开展更深入的学习与研究。关键词：动物生态学研究现状前沿1前言动物生态学研究可追溯至公元16世纪,至20世纪初,已成为一门年轻的科学。动物生态学作为生态学发展的基石,对生态学新理论的发展和构建作出了重要贡献。自从80年代以来,生态学的发展陆续出现了若干新的热点,如系统生态学、全球生态学、景观生态学、环境生态学、生物多样性、恢复生态学、保护生物学等。动物生态学在异质种群理论、种群生存理论、行为生态学发展起到关键作用，对生态学新理论的发展作出了重要贡献[1]。到了90年代,我国动物生态学的发展主要受到三个方面的推动。[1]一是异质种群理论和种群生存力理论的影响，国内学者将此理论用于动物种群的研究。二是随着分子生物学、行为学的渗透，动物行为生态成为研究的热点之一,涉及到交配行为、婚配体制、化学通讯、繁殖投资策略等。同时运用分子标记技术,研究动物种群的迁徙,物种遗传多样性、功能基因及其生态适应等。三是1992年我国加入《生物多样性》公约后,生物多样性成为我国生态学研究的一个热点,动物生态学的研究也因此得到了推动,主要在遗传多样性、入侵物种、关键种与功能群、濒危机制研究方面得到更多的发展。另外，随着人们对生物系统了解的不断深入，生态学研究进入了以整合和协作为特征的新时代，生态学的分支学科迅速与生物学、物理学、数学及社会科学等学科相结合[2]。2动物生态学研究进展我国近年来动物生态学研究主要包括了陆生动物以及水生动物等方面，不同区域物种的研究采用的方法和研究的方向不同，目前动物生态学研究侧重于陆生动物的研究。2.1陆生地面动物研究陆生地面动物的生态学研究主要包括了动物的种群和群落结构、分子生态、冬眠、食性、生殖和栖息地等方面的研究，同时一些特殊种类的动物还包括了其它的一些生态学研究，如蝙蝠的回声定位声波研究，鸟类的迁徙等。2.1.1栖息地研究在栖息地的研究中,使用数理统计方法并利用计算机对研究结果进行分析成为时尚，在近年的研究工作中,景观拼块的特征和生境片段化对动物分布的影响成为栖息地研究的一个重要方面。与此同时,地理信息系统(GeographiealInformationSystem)已开始在鸟类栖息地选择的研究中得到应用。[3]最新研究进展在于新技术、新方法的应用，无线电遥测技术在现阶段鸟类栖息地选择研究中的应用已十分普遍,该技术不仅可以定量获得鸟类对特定类型栖息地的偏爱程度,还可对选择的机制进行探讨。近年来,地理信息系统、全球卫星定位系统和遥感技术也逐渐得到了应用,利用计算机对研究结果进行准确的统计分析已引起各国学者普遍重视。利用GIS软件的空间数据内插分析技术，绘出各主要生态要素的空间分布图，可以，从直观上反映了栖息地的生态状况[4]。2.1.2动物繁殖研究动物的繁殖生态研究主要针对动物的卵巢发育,卵泡生长与雌激素分泌,卵母细胞成熟和受精、卵裂和囊胚形成、附植与胚胎发育以至于产仔数等一系列繁殖方面的基本问题。杨利国等[5]指出近年来国内最新的研究有应用激素免疫技术研究家畜的免疫繁殖学，胚胎工程技术应用于育种以及繁殖疾病的诊断和治疗等。此外，秦鹏春[6]等研究各种生长因子与动物繁殖之间的关系，用于探究动物繁殖的机制。翼手目的繁殖研究主要集中于婚配制度、繁殖群体结构以及特殊的储精现象等。2.1.3种群和群落我国动物种群生态学的研究主要集中在种群数量及其动态等方面，同时，还有种群年龄鉴定与种群年龄结构、种群生命表、种群分布型和种群生存力等方面的研究。对于动物群落的研究则侧重对群落组成、多样性指数和均匀性的分析。群落结构的空间变化及其影响因子等[7]、[8]。另外，丁平等[8]指出在鸟类生态学研究中有关群落集团结构、生态位与种间关系、生境分布型、群落动态与演替、植被与鸟类群落的关系和城市化对鸟类群落的影响等方面的研究较为深入。[9]种群遗传异质性主要研究种群的基因组成，基因频率的分布和演变，种群遗传杂合性以及生境破碎、隔离、种群瓶颈、奠基者效应、基因流、选择等因素对种群遗传结构的影响。种群遗传异质性研究已经有大量的理论和实践工作，一般认为自然选择、遗传漂变、基因流等对种群遗传结构有重大影响，但对不同物种、同一物种的不同地方种群，所受各因素的影响不同，及对同一地方种群的研究有时也会得出不同的结论，这可能是实验方案、样本数、野外调查数据及统计分析方法不同所致。2.1.4分子生态学研究分子生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的科学，其特点是强调生态学研究中宏观与微观的紧密结合，用分子生物学的方法来解决种群水平的生物学问题。关于动物的分子生态学研究内容是较新的，主要是随着分子生态学的兴起而发展起来的。其研究依赖于分子生态学技术手段的应用。目前分子生态学应用于动物方面的研究主要有动物的起源、血缘关系、亲本分析等系统进化方面的问题。同时还有群体和保护遗传学、行为生态学、遗传分化和形态分化以及同工酶等方面的研究。此外，一些特殊种类还可以用于特殊的方面的研究，如翼手目的病毒研究等。动物的分子生态学研究主要是利用分子生物学的技术，从DNA水平来研究生物的生态和种群。具体而言，它所利用的技术主要是探针、引物和序列等，常见的分子生态学的分子标记有：限制性片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP)、随机扩增多态DNA(randomlyamplifiedpolymorphicDNA，RAPD)、小卫星DNA(minisatelliteDNA)、微卫星DNA(microsatelliteDNA)、扩增片段长度多态性(amplificationfragmentLengthpolymorphism,AFLP)等[10]。2.1.5其他能量生态学研究的最终目的是要说明生态系统中能量的流动，通过动物能量生态学研究，最终建立起动物的能量模式[11]；目前关于食性的研究比较单一，主要侧重于分析动物的食物类型和捕食策略以及随季节的变化情况，分析的方法主要有直接观察法、利用法、胃分析法和粪便显微分析法等[12]；关于动物的行为生态学研究，主要有捕食行为、求偶行为、冬眠等，以及其随环境因子变化的研究。2.2土壤动物研究土壤动物是土壤生态系统中不可分割的组成部分,它们在分解残体、改变土壤理化性质、土壤形成与发育、土壤物质迁移与能量转化等方面有重要的作用。我国土壤动物生态学研究主要从土壤动物群落与环境关系、土壤动物群落的组成和多样性、土壤动物群落结构、土壤动物群落功能、土壤动物群落演替与受干扰生态系统的土壤动物群落6个方面进行[8]。其特点是区域分布集中于中国东部、研究的生态系统类型广泛、研究角度多种多样与应用研究发展迅速。目前，我国关于土壤动物生态方面的研究还存在较多的空白。2.3水生动物生态学研究2.3.1海洋动物研究我国海洋底栖动物群落生态学的研究内容包括:群落的物种组成及分布;群落优势种的数量分布及其季节变化;群落空间结构及时间结构;群落结构及其变化的动态分析;群落演替;不同海区群落类型及其比较研究等[13]。多样性指数引进群落生态学研究之后,对不同群落进行比较有了一个定量的指标。从多样性指数的不同数值,可以比较系统而明显地看出生物群落的结构,同时也可以反映出生物群落和生态环境之间的关系。直到最近由蔡立哲建立了大型底栖生物污染指数。我国在21世纪初才引进底栖生物粒径谱这个概念并开始有些研究,如东、黄海典型站位底栖生物粒径谱研究,南黄海典型站位底栖生物粒径谱及其应用。20世纪90年代后期由国家科技部和国家基金委启动的重大、重点基金项目和国家973重点基础研究项目,以及相配套的“中—英”、“中—日”、“中—法”国际合作,把底栖生态学的研究提高到海洋生态系统整体研究的水平,用水层-底栖系统耦合的原理进行分析,相继建立了胶州湾北部软底水层-底栖耦合箱式模型,继而在更大的区域尺度建立了渤海和南黄海冷水团分层多室水层-底栖耦合模型。与此同时,开展了有机物质沉降动力学研究以及沉积物-海水界面(SWI)的生物扰动、生物沉降和再悬浮的试验研究,为生态建模提供了参数。2.3.2湿地底栖底栖动物是湿地生态系统中的一个重要组成部分，在能量流动和物质循环中起着承上启下的作用。目前国内关于湿地动物的生态学研究较少，主要集中于底栖动物与环境因子的关系研究，包括温度、盐度、PH值、水文格局、底质条件、溶氧量以及有机物含量等非生物因子，再通过群落聚类、标序分析研究动物群落结构的空间分异情况。同时还有植被的影响、物种间的竞争和捕食影响、人类活动（如工程建设，围垦，工业污染，水产养殖等）等生物因子的影响[14]。此外，国内学者还运用功能群对大型底栖动物进行研究。2.3.3浮游动物我国在浮游动物生态学方面的研究主要针对河口浮游动物种类组成、时空分布、生物量及其环境影响因素等方面的研究,其中盐度和温度是影响浮游动物种类组成、群落结构、时空分布的重要环境因子[15]。目前我国许多学者多使用浅水I型或Ⅱ型浮游生物网(网孔为507µm和169µm)进行样品采集。浮游动物群落结构特征的变化监测和评价水体污染程度和自净作用的应用也较为广泛。3研究前沿：我国在地面动物生态学研究方面研究较多，较为深入，较为有前景的研究前沿包括：小卫星、微卫星等分子标记的使用将在亲子鉴定、种群结构的研究中发挥越来越大的作用；通过分子手段构建动物物种的DNA指纹图谱和分子标记库，将极有利于探究物种的系统进化关系；使用遗传连锁图研究数量性状将为分子生态学提供新的研究平台；生长因子应用于胚胎工程的研究，有助于提高体外操作的卵和胚胎的质量,增加囊胚成功率,拯救质量不佳的胚胎以增多活胚数,提高妊娠率和繁殖效率等,在动物生产繁殖方面发挥重要作用。在土壤动物生态方面，随着研究的发展,土壤动物群落生态学研究不断与农业生态、环境生态、城市生态和恢复生态等应用生态学领域结合。土壤生物区系、土壤生物多样性和全球变化对土壤生物的影响已成为土壤生态学研究的前沿领域。在水生动物生态研究领域，进入21世纪以来，底栖生物研究的时空尺度已经扩大到全球,并以年际和十年际的时间系列为重点,联系全球变化,特别是以气候异常和人类活动的影响为切入点,通过现场观测和受控试验相结合,探讨底栖生物的功能响应越来越受到学者的重视。深海生态和极端条件生境中底栖生物的研究成为热点。底栖生物在沉积物海水界面(SWI)中的作用成为另一个研究热点。更多地使用高新技术,包括3S技术、深潜和分子生物学技术,通过国际合作探讨底栖生态过程在全球生物地化过程中的作用,揭示化能合成的能量能道以及小型生物和微生物相互作用的分子机制。总的来说，未来动物生态学的研究将随着全球生态学、景观生态学等学科的发展而进入到一个大范畴、大尺度的研究领域。同时通过数学模型的建立将很好地服务于未来复合生态系统的研究，解决人类面临的生态问题。参考文献[1]张知彬.中国动物生态学研究回顾[2]张谧,谢宗强.21世纪的生态学研究前沿.植物学通报，2002,19（1）：121-124[3]张正旺，郑光美.鸟类栖息地选择研究进展[4]李天文，马俊杰，李易桥.基于GIS的大熊猫栖息地质量研究.西北大学学报(自然科学版),2004,34(2):228-232[5]杨利国.家畜繁殖研究进展.畜牧与兽医,1994,26（5）236-238[6]秦鹏春,秦志远,石惠芝.生长因子与动物繁殖.黑龙江动物繁殖,1996,4(1):38-40[7]许木启,张知彬.我国无脊椎动物生态学研究进展概述.动物学报,2002,48(5):689-694[8]朱永恒,赵春雨,王宗英等.我国土壤动物群落生态学研究综述.生态学杂志,2005,24(12):1477-1481[9]郑向忠,徐宏