生命系统及其与环境关系的基本原理

生态学的十大范式——道，可道——我思故我在基本原理和思维范式(paradigm)科学定律的基本特征：美beautiful、对称symmetrical、简洁elegant；学科特征和基本方法论多个方面可用几个思考方法统一起来十个基本范式贯穿全书同学自己判断哪些符合美，或相反：–丑陋ugly、复杂complex、混沌chaotic故事：cleanvsdirty背景概念：一般系统和生命系统系统——由若干相互作用、相互依存的组成部分结合成的，具有一定结构和特定功能的综合体–开放系统——系统不断与外界进行能量、物质和信息的交换——耗散结构–封闭系统——系统与外界有少量的能量和信息交换，但没有物质交换–孤立系统——系统与外界没有任何的能量、物质和信息的交换防止概念滥用：注意定义的外沿背景概念：自组织系统开放系统宏观和复杂过程非线性自适应的演化（突生）突变与选择范式（Paradigm）1生态学的五大认识论原则整体观、综合观、层次观、系统观、进化观理论分析还原论与整体论之争：前者成就科学，后者提供指导案例分析：汽车安全带、手帕与纸巾、碳税与碳减排作业：分析个人的低碳生活与国家的低碳行动（分析与行动）范式2生态因子作用的五个基本特点综合性非等价性可补偿性和不可代替性阶段性直接性和间接性讨论：间接驱动与直接驱动——慢变量与快变量范式3系统的结构、过程和功能结构–物理结构占有空间，有三个维度过程–过程占用时间，只有一个维度功能三者关系–相互决定–遍历讨论：过程与功能的区分——一个老师的功能是什么？生命系统的结构结构是一个系统区别于其它系统的质–分类学的基本标准“硬件”与“软件”–外貌与组分–构成方式（关系）同一性与多样性–有序与灵活：准晶体–生命的多样性！外貌：结构的重要属性外貌是结构的外部表征，也属于广义的结构范畴形状、质地和颜色–多层次生命系统识别的性状–分类学的基本标准思考：美貌的生态学分析参考：美貌的经济学分析补充知识：系统过程三要素强度、速率和动态稳定性：收敛与发散EcosystemfunctioningtResistanceRecoveryDisturbancet1t2t3VariabilityResilience范式4作用、适应和反作用生态作用生态适应–响应–调整–进化生态反作用–相互作用–调控生态因子新环境老环境生物系统生物系统生物系统概念辩识响应：完全系统的结构和过程对于外界环境的变化而发生的变化。适应：完全系统的结构和过程在变化的环境中发生改变以利于在新环境下生存进化：代间性状积累——达尔文式进化发育：代内反馈：信息补充资料：生态因子构成环境的各种因素称环境因子或生态因子按因子有否生命划分–非生物因子、生物因子按理化性质分，–气候因子，土壤因子，生物因子，地形因子按因子变动情况分–稳定因子，变动因子按尺度分–大、中、小范式5生态作用的三种形式质–分析和举例量–分析和举例持续时间–分析和举例范式6生命系统对环境变量响应的三基点理想曲线，加修饰后可能发生什么变化？重要概念：生态幅和生态位生态位：生态幅+相对位置–基础生态位和实际生态位Shelford耐受定律耐受性调整——驯化范式7限制因子、主导因子和驱动因子这个范式不同于P4~6的是多个因子比较限制因子：生命活动中所需各种资源中最稀缺的那一个–Liebig最小因子定律–最污染因子（每一因子过多）也是限制因子–总有一个因子最小主导因子：有关键作用的单个因子或集驱动因子：对于生命活动具有驱动力量的能量、物质等，甚至是人类的需求和政策资料：人已成为最强的生态驱动力农业文明开始，工业文明加速，城市化是关键变量人与自然二元论：组织者一元论：系统自组织促进系统组分之间的分工与合作通过破缺-耦合使系统升级：城核系统讨论：生态学家的惯性：回归自然、保持不变–“恐龙生态学家”会怎么评论全球变化？范式8非生物因子和生物因子生态作用方式非生物因子–气候因子，土壤因子，地形因子–对每个生物的作用是无差异的（如寒冷）生物因子–同种、异种、群落及更大尺度生物因子–等级层次相互作用–对生物的作用具有差异性（如捕食和传染）–人类的强大调控（似乎超越了生物！）资料：生物系统之间关系的特殊性横向关系–竞争、合作、寄生。。。纵向关系–亲缘关系——遗传等级层次系统间组织与被组织关系–组织者在系统之外–系统间向下包含,向上整合系统内自组织范式9多样性与同一性是表象与本质的对立统一多样性–是表象，是利用资源的策略–是科学家研究的对象同一性–是内涵，是生命的本质–是科学研究的终极目的资料：生物多样性遗传信息多样性物种多样性生态系统多样性注意：分区域研究才有意义–博物学泛滥的领域人类自身的多样性文化多样性Diversity-ComplexityLoreau,M.etal.,Science2001294:804-808生态复杂性复杂性：多样性+联系描述复杂性算法复杂性讨论：哪种联系最复杂？Measuresof“Complexity”thatCaptureaPropertyDistinctfromRandomnessStructureorpatternismaximizedforneitherhighnorlowrandomness.生命系统复杂性人类基因组研究已经意识到多样性不能说明复杂性问题–原来预期人类有50,000个基因，现在发现只有35,000个–进化链上“高级”与“低级”的生物，动物与植物，基因数与预期并不一致：线虫Caenorhabditis,18,424;果蝇D.melanogaster,13,601;拟南芥Arabidopsis,25,498微观研究已经强调突出基因网络的研究，并希望与生态学研究类比（Loreau,M.etal.,Science2001294:804-808）–——寻找同一性谁创造着万紫千红的世界？——生物形态结构与非线性理论概述常杰,葛滢,陈刚,周昌乐科学中国人,1996.10，封面文章香山科学会议与新华文摘，钱学森与宋健等突生（Emergence）——高层次自生的特征人类自组织——排队例子鱼类自组织——一群鱼中总有一条雄鱼白蚁自组织——筑巢细胞自组织——粘菌大分子自组织——自复制范式10生命系统的生长遵循S型曲线积累起加速期平稳期举出各种例子–生命系统多层次