厦门大学进化生物学第12章生态系统的进化

第十二章生态系统的进化充满生机的动态地球“鹤的故乡”扎龙自然保护区藏羚羊在可可西里大丰麋鹿保护区北极熊极端环境下的生物(1)1格陵兰冰川下沉睡12万年细菌2深海火山口忍耐高温的细菌3红海盐滩上的耐盐细菌极端环境下的生物(2)6沙漠中最强悍细菌4美国加州金矿毒液中的耐酸细菌5地球上抗辐射能力最强的生物极端环境下的生物(3)生物圈—最大的生态系统进行着生命过程的地球表面外壳，地球上有生命的那一部分；生物圈的范围：水圈、岩石圈上部、大气圈下部（上下10km）；地球上所有生物，包括人，及其生存环境的复合体；生态系统的构成生态系统非生物环境生物有机体消费者分解者生产者生产者：能进行光合作用的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌，又称为自养生物。消费者：以其他生物为食的各种动物(素食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等)。这些直接或间接依赖于绿色植物的生物属于异养型生物。分解（还原）者：分解动植物残体、粪便和各种有机物的细菌、真菌、原生动物、蚯蚓和秃鹫等食腐动物。分解者和消费者都是异养生物。生产者与各级消费者次级消费者高级消费者第三营养级第四营养级生产者第一营养级初级消费者第二营养级湿地食物链o水生植物是初级生产者；o各种无脊椎动物、鱼类、啮齿动物和鸣禽吃植物，也吃无脊椎动物；o苍鹭和白鹭主要是食肉的，鸭和鹬是杂食的。鼩主要吃无脊椎动物；o鸮类(猫头鹰)和鹰类是最高消费者；温带草原生态系统食物网北极地区食物网生态金字塔示意图生态金字塔由于能量每经过一个营养级时，被净同化的部分都要大大少于前一营养级（大约10％）。当营养级由低向高推进时，每一级的个体数目、生物量或所含能量就呈塔型分布，称生态金字塔。生态系统的组织化♣生态系统是一个自我调控、自我反馈、自我维持的组织化信息系统；♣生态系统进化的总趋势是复杂性和有序性增加：生物多样性和结构层次增加，能量转换环节复杂化；♣能量与信息从组织化低的生物向组织化高的生物传递和转移；竞争与共存具有相同或相似需求的物种之间常因有限的资源（食物、营养物、配偶等）和生存空间展开激烈的竞争；竞争的结局：强者取代弱者；各方或一方发生进化改变，降低竞争强度；协同进化与共存◑物种进化受到生态系统内其它物种和非生物环境的双重制约；◑相关物种的进化改变都以不造成对方繁衍中断为前提，否则双方都不能生存；“红王后假说”与“逆水行舟，不进则退”生态系统在时间尺度上的变化短时间尺度上的变化：小周期；中等时间尺度上的变化：生态演替；长时间尺度上的变化：生态系统的进化；中等时间尺度上的变化：生态演替♣随着时间的延伸若干植物群落依次替代，最后达到稳定的演替顶级状态；♣从幼期到成熟期，生态系统的结构趋于复杂、生物多样性增多、生态功能完善，稳定性增加；群落演替I湖泊演替为森林长时间尺度上的变化：生态系统的进化◘生态系统大尺度的进化不可逆，包括地圈变化；◘复杂性和有序性增加，内部稳定性加大，外界对生态系统的影响达到最小；生态系统进化的动力环境变迁（灾变）：全球温度下降或上升，海平面变化，氧气含量升高，小行星撞击等；新物种（类群）出现：鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类、人类；地质史上生态系统进化的主要阶段原始生态系统：约38～30亿年前。原始大气圈、原始海洋、太阳辐射、原始异养生物等；无机小分子有机小分子生物大分子与外界分隔的有机多聚体能自我复制的有机多聚体（原始细胞）地球——太阳系中唯一的绿洲？1953年米勒模仿原始大气以无机物合成小分子有机物海底“烟囱”是有机生命体的摇篮？“土卫二”间歇泉不断向太空喷水2007年3月12日美国宇航局宣布：在“土卫二”发现间歇泉不断喷射水柱和冰状颗粒，其地下可能存在液态水。从而证实，“土卫二”具备生命发生和生存的三大要素：稳定的热源、有机物和液态水。初级生态系统•约38～15亿年前，太古代－元古代；•原核单胞异养厌氧菌出现并逐渐兴盛，演化出光合细菌和蓝藻（菌）；•真核细胞出现，多细胞生物出现，动、植物分化；•氧含量增加，海水温度上升，海水无机盐浓度提高；•系统由生产者、消费者和分解者构成，更加协调与稳定；次级生态系统♠15亿年前以来；♠世界气候变暖，大气层中的氧含量接近、达到现代水平，臭氧层出现；♠植物和动物陆续登陆，被子植物和哺乳动物诞生并迅速发展；人工生态系统☻600～700万年前人类诞生；☻近代人类用自己的智慧和创造的工具对自然界施加越来越大的影响，乃至破坏自然界亿万年来形成的生态系统；☻农田生态系统，人工林生态系统，水库生态系统，城市生态系统等；生态系统的进化趋势•复杂程度逐步提高；•物质能量利用率逐步提高；•占据空间逐步扩展；•生态系统内的空间逐步被占用；位于亚利桑那州荒漠中的“生物圈2”号综合研究系统生物圈2号——人类寻找“诺亚方舟”•1993年1月，美国亚利桑那州荒漠中建起占地1.28hm2与世隔绝的“生物圈2号”，包括热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠、农业区、人类居住区，约有4000种生物；•在封闭的“生物圈2号”中农作物秸秆作为动物的饲料，动物产出的肉、蛋、奶及作物产品供人类食用。死亡动植物和人、动物的排泄物经分解后返还农田。生活废水经处理后循环利用。氧气由植物提供，呼出的CO2由植物吸收；•住入4男4女1年多后发现，“生物圈2号”内部的温度过高，CO2的含量猛增，O2减少，不足以维持人和动物的生存。19种脊椎动物死亡，除蟑螂、蟋蟀和蚂蚁外，其余昆虫也全部死亡。靠昆虫传粉的植物也灭绝，实验以失败告终。人类与环境