生物多样性第四章生物多样性的丧失

第四章生物多样性的丧失灭绝动物阿特拉斯棕熊,1870年消失了灭绝动物澳大利亚小兔猼,1890年灭绝灭绝动物澳米氏弹鼠,1901年死光了灭绝动物巴基斯坦沙猫1940消失灭绝动物巴厘虎1937年全部OVER灭绝动物白足澳洲林鼠,19世纪初灭绝动物斑驴,1883年灭绝动物袋狼1936年灭绝灭绝动物袋鼠家族里较小的种类灭绝动物东袋狸.1940年全部灭绝灭绝动物渡渡鸟,1799年灭绝灭绝动物堪查加棕熊1920年灭绝灭绝动物恐鸟,1800年灭绝灭绝动物昆士兰毛鼻袋熊,1900灭绝灭绝动物旅行鸽,1930年消失灭绝动物美国缅因洲海鼬,1880年灭绝灭绝动物南极狼.曾经的南极霸主,于1875年消失灭绝动物塔斯曼尼亚虎1936年灭绝灭绝动物台湾云豹1972年灭绝灭绝动物西非狮,1865年灭绝灭绝动物西加利福尼亚猫狐灭绝动物西亚虎,1980年后的人是看不见它了灭绝动物新墨西哥狼,1920年灭绝灭绝动物新南威尔士白袋鼠,1927灭绝灭绝动物亚欧水貂灭绝时间大概是1995--1999年之间灭绝动物亚洲狮最后一头死于1908年灭绝动物中国白臀叶猴,1882年最后一个被法国人枪杀灭绝动物中国豚鹿1960年全部OVER灭绝动物最后一次发现亚洲猎豹是在1948年的印度南部1生物灭绝概况•生物多样性的丧失包括自然丧失和人为丧失两方面。•就多数生物类群而言，一个物种的平均生命年限（lifespan）约为100万年－1000万年。•据此推断，现存生物区系中约有1000万种生物，每年仅灭绝1－10种。•这个估计数对海洋物种最准确，因为它们的化石记录最完整。•陆生哺乳动物的存活年限也处于这个时间范围内，大约100万年－200万年。•当今地球上约有13000种鸟类和哺乳动物，每100－1000年只发生1次灭绝。•然而，在人为因素干扰下，鸟类和哺乳动物的灭绝速度是自然状态下的100－1000倍。•据统计，从1600年至1950年，鸟类和哺乳类的灭绝速度已经上升至0.5－1种/百年。•1600年以来，已经有大约113种鸟类和83种哺乳类灭绝了。•1885－1950年之间，鸟类和哺乳类灭绝速度已经上升至平均每年1个物种。•在生物进化的自然历史中，新生物的诞生通常伴随着旧生物的灭绝。•化石证据表明，曾经统治地球1亿多年的恐龙在中生代白垩纪末期大规模灭绝了，•可能只有少数分支得以延续并演化为当今的鸟类。•据古生物研究估计，地球历史上曾生活过40亿种动植物。•然而今天地球上生存的生物仅有几百万种，可见在地质历史上大多数生物都已灭绝。•新旧物种的更替是地球生物多样性不断进化和发展的基础。•同时，地球生物多样性在漫长的地质历史中也保持着相对的稳定性。•总体来看，地球历史上曾经发生过多次规模不等的生物灭绝事件。•但在人类文明出现以前，地球生物多样性丧失的速度是比较缓慢的。•随着人类文明的开始，人类活动对生物圈的影响变得深刻而不可逆转，极大地加速了物种的灭绝。•现代工业革命、农业现代化、人口膨胀等已经在全球范围内引发了一系列严重环境问题，如：•生境的破坏与片断化、•生物资源过度开发、•环境污染、•气候变化、•外来生物入侵、•土著作物品种基因型丧失、•地方特有禽畜品种基因型丧失等。•这些问题已经导致了前所未有的生物多样性丧失，并且对全球生物多样性持续发展和人类文明的持续繁荣构成了严重威胁。2地质历史上的自然生物灭绝•2.1背景灭绝与集群灭绝•背景灭绝（backgroundextinction）又称•正常灭绝（normalextinction），•是指一个分类群（科、属、种等）的所有成员在正常生态条件下因不能适应或来不及适应环境条件的变化而逐渐衰落，直至全部死亡，灭绝速率低于8科/百万年。•背景灭绝在生命发展史上是一种正常的生物进化过程，并以一定的规模和形式经常发生，表现为生物类群中物种的替代，或新旧物种的更替。•集群灭绝（massextinction）•泛指在某些地质时期，由于生态环境发生了剧烈变化，导致许多生物门类大规模灭绝的现象，灭绝速率高于8科/百万年。•在集群灭绝中，生物区系中的大部分成员在很短的地质时间里遭到毁灭。2.2地质历史上的主要集群灭绝事件•研究证实，地质历史上主要的集群灭绝事件有9次，属、种两级阶元的灭绝率分别高于当时所有生物类群的15％、35％；•其中重大的灭绝事件有5次，科、属、种三级阶元的灭绝率分别高于当时所有生物类群的15％、45％、75％。•这5次灭绝事件分别发生在奥陶纪末期、泥盆纪后期、二叠纪末期、三叠纪末期、白垩纪末期。•最著名的集群灭绝是白垩纪末期的恐龙灭绝。•而造成灾难最大的是二叠纪末期的集群灭绝，估计导致了当时95％物种的毁灭。集群灭绝事件距今年代/百万年生物类群灭绝比率/％科属种始新世后期35.4－1535±8白垩纪末期*65.0164776±5白垩纪中后期90.4－2653±7侏罗纪末期145.6－2145±7.5侏罗纪早期187.0－2653±7三叠纪末期*208.0225380±4二叠纪末期*245.0518295±2泥盆纪后期*367.0225783±4奥陶纪末期*439.0266085±32.3集群灭绝的作用•集群灭绝能够为生物区系的更迭创造机会和条件：•淘汰已经占据优势地位的类群；•促进那些原先并不重要、但在集群灭绝环境中拥有存活特征的其他类群产生适应辐射而得到发展。•集群灭绝能够打破那些物种分化丰富的类群在数百万年自然选择过程中建立起来的霸主地位；•推动那些在灭绝发生前处于劣势的生物类群的适应辐射进程。2.4集群灭绝的成因假说•20世纪80年代，著名物理学家、诺贝尔奖得主L.Alvarez及其合作者在丹麦、意大利、新西兰等地的白垩纪——第三纪界线黏土层中发现：•地球上罕见的铱元素含量异常丰富。•从而提出小行星撞击地球造成白垩纪——第三纪之交全球生物大灭绝假说。•该假说揭开了人类对生物集群灭绝事件的形式、过程、原因等问题进行探讨的序幕。•导致背景灭绝的主要原因是生物因素和自然选择；•而导致集群灭绝的主要原因是物理因素和偶然性。•在背景灭绝事件中灭绝的是物种；•而在集群灭绝事件中灭绝的是整个高等分类群。•但是，某些高等分类群比其他高等分类群更能经受集群灭绝的打击。•关于集群灭绝的假说分为2类：•地内成因说；•地外成因说。•地内成因说包括食物链破坏、海洋状况恶化、海平面下降、火山爆发、气候变化、冰期、磁场侧转等。•近年来，地内成因说主要集中于海平面变化、火山爆发、冰期等假说。•地外成因说包括小天体撞击地球、超新星爆发、彗星雨等假说。•上述假说中，以小天体撞击假说和火山爆发假说最受认可。•小天体撞击假说认为：•在白垩纪末期，一个直径约10km的小天体以20km/s的速度与地球相撞，所释放能量相当于现有核武器能量的几万倍，所产生尘埃遮挡了阳光，造成2－12个月全球性黑暗。•光合作用几乎停止，•食物链崩溃，•大气受到污染，•臭氧层遭破坏，•温室效应和酸雨加剧，•海洋受到几百至几万年的污染，海水PH值明显降低，•最终导致生物大量死亡，乃至灭绝。•火山爆发假说认为：•大规模火山爆发污染了大气圈和水圈，•造成地球增温、•产生大量酸性尘埃和有毒物质、•海水化学性质改变，•形成大区域或全球性灾变环境，•最终导致生物灭绝。2.5选择性灭绝与生物抗灾变能力•选择性灭绝是指在灭绝事件中，灾变环境对不同生物类群表现出来的灭绝作用的差异性。•白垩纪末期的生物灭绝事件具有明显的选择性：•陆生植物在此次事件中首当其冲，因光合作用受到抑制衰亡。•此次灭绝事件主要影响到大型陆生食草动物及其捕食者，这些动物几乎均为恐龙；•灭绝事件中幸存下来的陆生脊椎动物大多数是体形较小的类群，如有鳞类和哺乳动物，主要为肉食性、虫食性或杂食性；•而生活在淡水中的生物群落受影响最小。•抗灾变能力是指生物由于自身结构、组织、习性、繁殖方式等方面差异，而对环境中发生的短时间剧烈变化表现出来的不同抵御、防护和再生能力。•灾变事件的特点是突发性强、持续时间短、分布范围广、能量特别大。•生物类群的抗灾变能力有强弱之分。•那些抗灾变能力强的类群能够更好地渡过危机，在灾变之后再生，从而避免灭绝的命运。•抗灾变能力与正常环境条件下生物的适应能力有根本区别。•抗灾变能力在正常环境条件下作用不大，而在发生灾变事件时至关重要。•植物比动物具有更强的抗灾变能力，因为种子植物的胚受到果皮和种皮的保护，在一定条件下可以休眠几十年至几千年。•蕨类和种子植物的根状茎、块茎、球茎、鳞茎等器官具有很强的营养和繁殖能力。•灾变发生时，植物的果实、种子及其他繁殖器官受到土壤和岩石的保护，尽管有很多个体死亡，仍然能够劫后余生。•而两栖动物和爬行动物的休眠时间一般只有几个月。•所以白垩纪末期灾变事件发生后，恐龙几乎全部灭绝了，•而同时代的桫椤等蕨类植物却存活下来，至今仍分布在一些温暖、湿润的地区。2.6生物灭绝的速率与周期性•自早寒武纪以来，地球生物背景灭绝的总速率已经从4.6科/百万年下降至2.0科/百万年。•背景灭绝速率的降低，意味着从早寒武纪至今，减少了大约710科生物的灭绝。•同时，从早寒武纪至今，生物多样性的增长约为680科。•从时间尺度上看，•包括集群灭绝在内的许多宏观进化现象发生在地质史上的时间都相当短暂（少于几千万年），•并且可能存在一个2600万年的生物灭绝周期（Raup和Sepkoski，1986）。2.7生物灭绝的进化意义•灾变对生物历史的发展，尤其对大尺度下的生物演化具有重要意义。•灾变造成生物类群的大量消失，同时对新生类群的形成和辐射演化起到了促进作用。•灭绝淘汰了不适应者，导致幸存者和新生类群适应水平的提高，并且为它们提供了广阔、全新的生态位。•在经历每一次灭绝事件之后，•地球生物本身在结构和功能上都发生了一次飞跃，进化到一个更高的层次和水平。•在地质历史上，生物灭绝和物种起源同样普遍，并且对地球生命演化同等重要。3人类导致的生物多样性丧失•人类对环境的影响已经导致了日益严重和广泛的•生境退化和片断化，•由此产生了一系列物种和遗传多样性丧失的危机。•在过去的2－3个世纪中，人类对生物多样性和生态系统的改变、经营、利用是如此广泛和深刻，以至于地球上几乎不存在完全未受干扰的净土了。•人类的经济活动对自然环境的破坏，已经对野生生物的生活和繁衍产生了巨大压力。•人类活动已经成为影响生物灭绝的主要因素，生境破坏已经成为生物多样性丧失的主要原因。•从特定意义上讲，目前地球正处于另一个集群灭绝时期，原因就是人类造成的生境毁坏和环境污染（Mayr，2003）。3.1淡水生物多样性的丧失及其成因•淡水是大量鱼类、两栖类、无脊椎动物、水生植物和微生物的栖息地。淡水系统与海洋和陆地系统的区别：•淡水物种必须克服局部地区气候和生态环境的变化；•淡水生物多样性通常高度特化；•即使在任何一类生物物种数都很低的地区，淡水生物多样性也很高；•淡水湖泊相当于“生境岛屿”，水体被陆地包围，越大越古老的的湖泊，其特有性越高。•由于淡水系统的特殊性，大量生活于淡水中的物种更容易遭遇灭绝或受到威胁。（1）栖息地的改变或丧失•栖息地的改变或丧失包括：•A.水利水电工程引起的江湖阻隔和环境改变、•B.围垦河湖造田引起的江河、湖泊水面积减少、•C.环境改变导致的干旱等，•是造成淡水鱼类和无脊椎动物多样性丧失的主要原因。•墨西哥流域的本地鱼类大多数已经灭绝。•马来西亚原有266种鱼，最近的调查只发现不到一半的种类。•在新加坡岛，1934年采集到53种鱼类，30年后其中的18种已经无法找到。•在美国东南部，由于贮水灌溉和河流网道化，40－50％的淡水蜗牛已经灭绝或受到威胁。•历史上，我国长江中下游就是干流、支流、湖泊相互连通的水网系统，•为鱼类提供了理想的生长繁殖条件，有鱼类资源300余种，•被公认为东亚特有淡水鱼类的起源与演化中心。•许多鱼种进入湖中育肥，再回到江河繁殖，需经历江河——湖泊洄游才能完成生活史。•现在，许多湖泊在通江的河道上修建了河闸，阻断了鱼类洄游的生命线。•葛洲坝和三峡2个大型水利枢纽工程的修建，已经干扰和破坏了30余种鱼类的