北师大生科保护生物学课件lecture3(XXXX)

Lecture3小种群与物种灭绝主要内容一、小种群的形成与自然选择二、最小可存活种群及其估算方法三、物种灭绝的方式四、物种灭绝的原因一、小种群的形成与自然选择•1.小种群（smallpopulation)形成的方式•（1）一些野生动植物种群在某些生态因子的作用下数量锐减，最终形成了小的种群。虎朱鹮百山祖冷杉•（2）通过遗传突变，在原来种群的基础上所形成的一些新的种群虎的现状•Pantheratrigus•1、孟加拉虎：分布于印支半岛，数量约3,060--4,735头。•2、西亚虎（又称里海虎）：分布于土耳其、亚洲中部及西部，现已绝种。•3、东北虎（又称西伯利亚虎）：分布于中俄边境的黑龙江及朝鲜一带，估计种群数量约有437--506头。•4、爪哇虎：分布于印尼爪哇，现已绝种。•5、华南虎：分布于华中地区南部。•6、巴厘虎：分布于印尼巴厘岛，现已绝种。•7、苏门答腊虎：分布于印尼苏门答腊，约有400--500头。•8、东南亚虎（又称印支虎）：分布于东南亚大陆地区，约有1,180--1,790头。2.自然选择NaturalSelection稳定性选择(stabilizingselection)即淘汰少数极端个体的选择。定向选择(directionalselection指有利于某一极端性状的选择。分裂选择(disruptiveselection)指淘汰中间值而选择极端值的选择。3.小种群所面临的问题（1）小种群因受到环境因子（如天灾、疾病、外来物种的压力等）的冲击而导致种群数量波动甚至灭绝的机会要高于数量大的种群。（2）遗传基因，尤其是那些稀少而特殊基因的丧失，对种群的存活影响可能很大。**有些稀有而特殊的基因，尽管在种群中出现的频率不高，但可能具有一些特殊功能。（3）小种群发生近亲交配的机会较多，而导致种群的繁殖成功率下降或死亡率上升。Hardy-Weinberg定律•在一个有性生殖的自然种群中，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。•要满足的条件：种群大；随机交配；没有突变发生；没有新基因的加入。二、最小可存活种群•最小可存活种群MinimumViablePopulation•指的是一个能够容忍某种程度的环境冲击而继续存活一段相当长的时间的最小生物种群。其种群大小为一阈值（threshold），当种群数量低于这个阈值时，将有灭绝的危险；而当种群数量高于这个阈值时，则该种群就可以安全的存活一段时间。MVP的估算方法•因为每一代遗传基因的变异度的损失率（ΔF）均与种群大小有关，即存在如下公式：ΔF=1/（2Ne）•其中，遗传基因变异度的损失率ΔF，在这里是1%•Ne为有效种群大小（effectivepopulationsize)，指的是种群内可以产生子代的个体数目。将ΔF=1%代入上述公式，则：•Ne=1/（2X1%）=50•结果表明，至少Ne=50时，才能使基因变异度的损失低于1%，也就是10代以后，该种群仍有原种群90%的遗传基因变异度存在。因此，种群在短时间内存活不成问题。最小可存活种群•在保护生物学上，Ne=50可代表一般生物短期“最小可存活种群”的数量。•对于长期存活，还应考虑遗传漂变所造成的基因变异度的损失。根据有关专家推算，长期存活的“有效种群数量”Ne至少应在500以上。几种特例•（1）当性比不为1:1时（或婚配为多配制时）••Ne=4NmNf/(Nm+Nf)•Nm和Nf分别为参加繁殖的雄性动物个体数和雌性个体数。几种特例•（2）对于存在世代重叠的种群（如昆虫、两栖类），种群大小在各世代都不相同时，则有效种群大小为各世代Ne的调和平均数，即：•1/Ne=1/t(1/N1+1/N2+…+1/Nt)•其中Nt：t年的平均有效种群大小。•三、物种灭绝的过程•1.物种的灭绝是生物进化的产物灭绝的概念•一般是指生物物种消失的现象。•从对物种保护程度的不同认识，可把灭绝分为以下5个类型（1）正常灭绝(normalextinction)或背景灭绝(backgroundextinction)•即在正常的生态环境条件下，某个生物类群因不能适应或者来不及适应环境条件的变化而逐渐衰落，直至全部死亡。这种灭绝是生物进化过程中物种更替的一种正常的现象，自生命起源之后就已存在。（2）集群灭绝(massextinction):在某些地质时期，由于生态环境发生剧烈的变化而导致的生物大规模灭绝现象。整科、整目甚至整纲的生物在可以很短的时间内彻底消失或仅有极少数残存下来。大规模的集群灭绝有一定的周期性，大约6200万年就会发生一次。（3）野外灭绝•如果一分类单元一直仅是在人为控制状况下存活，而野生个体不存在，就可认为是野外灭绝。（4）局部性灭绝•一个种若在生活过的某栖息地不再存在，但在其他地方有发现，则称为局部性灭绝。（5）生态灭绝(ecologicallyextinction)•当一个种的数量减少到对群落的其他成员不足以产生影响时，可算作是生态灭绝。如现在世界上尚存数量极少的虎，它们对猎物种群的影响已无多大意义。2.历史上的六次物种大灭绝事件第一次生物大灭绝时间：为距今4.4亿年前的奥陶纪末期。原因：古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地球的温度下降，海平面降低。结果：原先丰富的沿海生物圈被破坏了，导致了85%的物种灭绝。50%的动物科灭绝（三叶虫）第二次生物大灭绝•时间：距今3.65亿年前的泥盆纪后期。•原因：地球气候变冷和海洋退却。•事件：海洋生物遭受了灭顶之灾。30%的动物科灭绝（无颌类、盾皮鱼类）第三次生物大灭绝•时间：距今2.5亿年前的二叠纪末期•原因：由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因造成。•事件：导致超过95%的地球生物灭绝。其中90%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物灭绝。三叶虫、海蝎以及重要珊瑚类群全部消失。许多爬行类也灭绝了。•意义：这次大灭绝使得占领海洋近3亿年的主要生物从此衰败并消失，生态系统也获得了一次最彻底的更新，为恐龙类等爬行类动物的进化铺平了道路。第四次生物大灭绝•时间：距今2亿年前的三叠纪晚期。•事件：估计有76%的物种，其中主要是海洋生物在这次灭绝中消失。爬行类动物遭遇重创。•海平面下降之后又上升，出现了大面积缺氧的海水。第五次生物大灭绝•时间：6500万年前后，白垩纪晚期•事件：是地球史上第二大生物大灭绝事件，约75%--80%的物种灭绝。长期统治地球的恐龙灭绝了。海洋中的菊石类也一同消失。第六次生物大灭绝•时间：更新世（1万年前）开始•事件：1600年以来，有记录的高等动物和植物已灭绝724种。•原因：人类活动引起的。3.红色皇后假说•一些研究者将生命的进化历史比喻为一场持久的竞赛。在这场竞赛中永远没有胜者，只有退出比赛的一方——即那些走向绝灭的物种。这种观点被VanValen（1973）归纳为一个假说，即RedQueenhypothesis•“Ittakesalltherunningyoucandotokeepinthesameplace”）。•红色皇后假说•这个假说的基本思想是，一个物种必须不停的进化以便与周围不断变化的环境步伐一致，因为其他的物种都在进化之中，这种进化改变了资源的可利用性和生物之间相互作用的格局。四、物种灭绝的原因•长期/大面积的物种灭绝：指物种在一个相对较长的时间内，在一个面积较大的分布区内出现灭绝的情形。••短期/小规模的物种灭绝：指生境岛屿（或狭义的岛屿）形成的时间较短，而其面积相对较小的物种灭绝方式。许多物种所出现局域性灭绝（localextinction）多属于这种方式。物种灭绝的原因•物种的灭绝是一个自然过程。在这个过程中，有一系列因素在起作用，包括：内因：造成物种灭绝的根本原因外因：加速物种的灭绝进程物种灭绝的内因•物种灭绝的内因在于其本身的生物学习性。•一般来说，已灭绝物种或濒于灭绝的动物物种都具有以下几个特点：•（1）体型较大•（2）种群密度较低•（3）出生率低，死亡率高，导致种群负增长。•（4）扩散能力较差•（5）食性出现特化，对环境的适应性较差。物种灭绝的原因—外因•（1）非人为因素•天体运动•地质活动•气候变化•物种之间的相互作用•（2）人为因素•栖息地的改变：•过度狩猎•引进物种•化学污染–栖息地的破坏•森林的砍伐•湿地被围垦•农业耕作制度的改变毁林开荒毁坏森林欧美农作区过度利用•世界上有些物种是由于人类过度利用而灭绝的。著名的例子：旅鸽、渡渡鸟。渡渡鸟土著的头饰印尼的天堂鸟山雀海鸟的卵北极鸥引进物种•将物种从一个地区人为引种到另一个新的地区的行为称为“引入”（introduction).•将不属于本地区的动植物物种引入到该地区，往往会造成本地区动植物区系的破坏和一些特有种的灭绝。化学污染•剧毒农药的使用•水域污染•大气污染农业撒药使用杀虫剂后工厂排放污水海洋污染大气污染酸雨的危害滇金丝猴的保护科学家发现，金丝猴属在系统发育上，正处于旧大陆猴与猿之间的特殊分类地位，因此研究金丝猴对于人们认识和了解人类自身的进化历程有着特别重要的意义和极高的学术价值。目前全世界范围内共发现金丝猴属有４个现生物种，即越南金丝猴、川金丝猴、黔金丝猴和滇金丝猴。它们均被列入了世界濒危动物红色名单。这４种金丝猴，除越南金丝猴分布在越南北部外，其余三种均为我国大陆所特有分布。滇金丝猴(Rhinopithecusbieti),又名黑白仰鼻猴,当地人称为“雪猴”。属灵长目(Primates),猴科(Cercopithecidae),金丝猴属(Rhinopithecus)。是我国特有珍稀濒危灵长类动物,保护级别Ⅰ级。世界自然保护联盟(IUCN)将其列为世界高度濒危物种。3.国家一类保护动物，我国特有灵长类之一滇金丝猴（Rhinopithecus）有着重要的科学研究价值：1.世界上海拔分布最高的灵长类(海拔3800～4300m)2.为数不多的几种完全分布于温带的灵长类之一分布及现状这一物种全部现存自然种群只有13个现存种群数量约为1000~1500只所有现存自然种群几乎均处在相互隔离状态，呈岛屿分布，群间不可能进行基因交流。杨士剑等，2005分布图分布区人口不断增加高山牧场不断扩大栖息地极度破碎基因交流中断种群增长率衰退濒危过度盗猎造成濒危的原因保护措施就地保护自然保护区迁地保护人工驯养繁殖离体保护超低温冷藏技术白马雪山国家自然保护区来源:中国滇金丝猴网全家福昆明市动物园来源:新华社成果群众的保护意识明显提高种群数量有所增加问题保护区的投资和建设尚未到位人与野生动物的资源竞争Goldeneagle勺兰与肉苁蓉