生命的種類及生物與其環(huán)境的關系(varietyoflife&relationof

1、第四章生命的種類及生物與其環(huán)境的關係(Variety of Life & Relation of Organisms with their environment),什麼是 “生態(tài)學” ?(What is “Ecology”?),德國生物學家 Ernst Haeckel (1869 年)首先應用此詞彙以描述為 “研究地球上生物的居所”,∴ 生態(tài)學是一門研究生物與其他生物及其周圍環(huán)境的相互關係的科學,與生態(tài)學有關的詞彙(

2、Terms related with Ecology),生物圈 (Biosphere / ecosphere)是地球上所有被活生物佔據(jù)的地方包括空中、海洋、泥土深層亦可區(qū)分為不同的生物地理區(qū) (biogeographical regions)，各被不同種類的生物佔據(jù),與生態(tài)學有關的詞彙(Terms related with Ecology),生物群落 (biome)由地區(qū)性氣候及其內(nèi)的生物組成兩者相互影響而形成一獨特的群落單

3、位，內(nèi)有某些特有的動植物品種例子 :草原 (grassland)沙漠 (desert)熱帶雨林 (tropical rain forest)凍原 (tundra),,,沙漠 (DESERT),熱帶雨林 (TROPICAL RAIN FOREST),草原 (GRASSLAND),凍原 / 苔原 (TUNDRA),與生態(tài)學有關的詞彙(Terms related with Ecology),生

4、境 / 棲所 (Habitat)是生物的住處內(nèi)有特定的物理條件生物發(fā)展出不同的特徵以適應生活在該生境中的物理因素分類 :水生生境 (aquatic habitats)陸生生境 (terrestrial habitats),(1) 水生生境 (Aquatic habitats),淡水生境 (freshwater habitats)水的鹽度很低可作以下的分類 :流水 / 激流 (running

5、 water / lotic)水靜止不動 / 靜水 (standing water / lentic),(1) 水生生境 (Aquatic habitats),海洋生境 (marine habitats)水的鹽度很高可作以下的分類 :巖岸 (rocky shore)沙灘 (sandy shore)泥灘 (muddy shores),巖岸 (ROCKY SHORE),沙灘 (SANDY SHORE

6、),紅樹林 (MANGROVES),泥灘 (MUDDY SHORE),(2) 陸生生境 (Terrestrial habitats),草原 (grassland)由草、野草、細小的雙子葉植物組成,(2) 陸生生境 (Terrestrial habitats),木林 (woodland)由高大的樹木組成熱帶 (tropical species) 和溫帶 (temperate s

7、pecies) 品種,(2) 陸生生境 (Terrestrial habitats),耕地生境 (agricultural habitat)為種植農(nóng)作物之田地,(2) 陸生生境 (Terrestrial habitats),市區(qū)生境 (urban habitats)如鄉(xiāng)村 (villages)、市鎮(zhèn) (towns)、 城市 (city),與生態(tài)學有關的

8、詞彙(Terms related with Ecology),小生境 (Micro-habitats)生境的細小區(qū)分內(nèi)有其獨特的環(huán)境或氣候例子 :巖岸的石池葉子的下表面,與生態(tài)學有關的詞彙(Terms related with Ecology),生態(tài)地位 (Ecological niche / niche)是指某生物

9、在其群落或生態(tài)系中的功能、地位、及角色亦包括生物的結(jié)構特徵、生理作用、行為、攝食習性、及其與生物間的相互作用生物具相同 / 相似的生態(tài)地位 ? 劇烈的競爭,與生態(tài)學有關的詞彙(Terms related with Ecology),種群 (Population)居住或生活在同一生境內(nèi)的一群同種生物種群內(nèi)的成員可互相交配而產(chǎn)生可育的後代群落 (Community)所有生

10、活在同一生境內(nèi)的動植物種群種群間有相互作用 (interaction),,生境,所有,所有,所有,所有,= 一個種群,= 一個種群,= 一個種群,= 一個種群,（如麻雀）,（如地顫草）,（如鼠）,（如蚱蜢）,生境、種群、及群落的關係,與生態(tài)學有關的詞彙(Terms related with Ecology),生態(tài)系 (Ecosystem / ecol

11、ogical system)是自然界中天然而成的系統(tǒng) / 單位生物因素 + 物理因素 = 生態(tài)系(群落) (物質(zhì)+能量)穩(wěn)定、自給自足、能繼續(xù)自行運作能容許物質(zhì)的循環(huán)、及能量的流動進行,,生物不能獨立生存,每種生物都與環(huán)境及其他生物互相影響,,,環(huán)境,,,種群的增長 (Population Growth),是種群內(nèi)個體數(shù)目的增加或減少由以下兩種因素互相影響 :生物潛能 (Biotic potential)環(huán)境阻力

12、 (Environmental resistance),生物潛能 (Biotic potential),是生物的繁殖能力受以下各項因素影響 :出生率 (birth rate / natality rate)死亡率 (death rate / mortality rate)個體達至成熟時所需的時間種群內(nèi)雌性個體的相對比例種群內(nèi)活個體的數(shù)目個體的平均壽命遷移入和出其生境的個體數(shù)目,環(huán)境阻力

13、 (Environmental resistance),能減低種群內(nèi)個體的生育力和生存的因素包括所有限制種群增長的生物和非生物因素限制種群增長的非生物 / 物理因素 :如溫度、光量、居所、食物的供應、廢物的積聚限制種群增長的生物因素 :如捕食、競爭、寄生等,,種群的生長曲線 - S 型曲線 (Population gr

14、owth curve)正加速期 (lag phase)對數(shù)期 / 指數(shù)期 (log phase)平衡期 (stationary phase),生態(tài)系,,,物理因素,生物因素,影響生境中各種生物的數(shù)量、種類、分佈、行為和適應性,,,,生態(tài)系 – 非生物因素(Ecosystem – abiotic factors),溫度 (temperature)氣體 (gases)水份 (wat

15、er)鹽度 (salinity)礦物鹽 (minerals)酸鹼度 / pH,基質(zhì) / 泥土 (substratum / soil)地形因素 (topographic factors)風速和氣流 (wind & air current)水流 (water current),,影響生態(tài)系內(nèi)的動植物品種、分佈、及行為包括以下各項因素 :光 (light) – 光量 (light int

16、ensity)、光質(zhì) (light quality)、光照週期 (photoperiod),生態(tài)系 – 生物因素(Ecosystem – biotic factors),包括了生態(tài)系內(nèi)所有生物= 生態(tài)系內(nèi)的群落 根據(jù)生物在食物鏈中的角色, 可作以下分類 :生產(chǎn)者 (producer)消費者 (consumer)分解者 (decomposer),(i) 生產(chǎn)者 (Producer),位於食物鏈的首位自養(yǎng)生物能進行自營營養(yǎng)

17、 ? 提供食物予生態(tài)系內(nèi)所有異養(yǎng)生物大部份為綠色植物,(ii) 消費者 (Consumer),異養(yǎng)生物需從外界攝取複雜的有機食物根據(jù)牠們在食物鏈的位置, 可作以下分類 :初級消費者次 / 三級消費者食碎屑生物,食碎屑生物(Detritivores / detritus feeders),碎屑 (detritus)分解中的生物屍體 / 有機物碎塊能協(xié)助分解者進行分解作用攝取碎屑作為食物通常為體積細小的生物亦可

18、被其他體積大的生物捕食, 形成食碎屑食物鏈 (detritus food chain),食碎屑食物鏈(detritus food chains),例子 :落葉 ? 蚯蚓 ? 鳥 ? 鷹動物腐屍 ? 蛆 ? 蛙 ? 草蛇,(iii) 分解者 (Decomposer),腐生生物主要是真菌、細菌、及某些鞭毛蟲促進生態(tài)系內(nèi)物質(zhì)的循環(huán) ? 無機養(yǎng)料

19、 ? 被生產(chǎn)者再吸收 ? 再次進入食物鏈,物理因素與生物間互相影響（第 23.7 節(jié)）,,生物間互相依賴（第 23.6 節(jié)）,,物質(zhì)循環(huán)（第 23.5 節(jié)）,,能量流（第 23.4 節(jié)）,,生態(tài)系,生態(tài)系內(nèi)的能量傳遞(Transfer of energy in Ecosystem),包括了生態(tài)系內(nèi)所有生物= 生態(tài)系內(nèi)的群落 根據(jù)生物在食物鏈中的角色, 可作以下分類 :生產(chǎn)者 (producer)消費者 (cons

20、umer)分解者 (decomposer),(i) 生產(chǎn)者 (Producer),包括了生態(tài)系內(nèi)所有生物= 生態(tài)系內(nèi)的群落 根據(jù)生物在食物鏈中的角色, 可作以下分類 :生產(chǎn)者 (producer)消費者 (consumer)分解者 (decomposer),,兔的排泄物、吃剩的兔肉和死去的兔使能量散失,,,太陽能,生態(tài)系內(nèi)的能量流的例子,藉光合作用轉(zhuǎn)化為草的化學能,被兔子 吃掉,被狐貍 攝食,,吃剩的草和死去的草使能量散失,

21、,通過熱和呼吸作用散失,兔體內(nèi)的化學能,,,通過熱和呼吸作用散失,,生態(tài)系內(nèi)的能量流,被狐貍攝食,狐貍體內(nèi)的化學能,能量以食物的形式 在生態(tài)系內(nèi)轉(zhuǎn)移 （化學能）,食物鏈和食物網(wǎng),食物鏈,顯示某生境中有關物種指定的攝食關係的次序,草,,兔,狐貍,,= 被獵食,,食物鏈和食物網(wǎng),食物網(wǎng),顯示生境中某些生物之間所有可能出現(xiàn)的攝食關係的圖表,草原的食物網(wǎng),食物鏈和食物網(wǎng),食物鏈的特點,,食物鏈通常由一種綠色植物開始,下一個成員通

22、常是進食植物的草食性動物,其他成員是進食動物的肉食性生物或雜食性動物,,,所有成員會是生產(chǎn)者、消費者或分解者,食性層次,是生物的攝食層次，由生物在食物鏈或食物網(wǎng)中的位置決定,鷹,蛙,蚱蜢,草,三級消費者,二級消費者,初級消費者,生產(chǎn)者,第四層,第三層,第二層,第一層,能量由較低的食性層次流向較高的食性層次,,,,,食性層次,能量散失有下列數(shù)種原因,,只有小部分被攝食,未被攝食的生物,被分解者分解，而分解者獲取的能量通常不會轉(zhuǎn)

23、移到下一個層次,,,食性層次,能量散失有下列數(shù)種原因,,只有小部分被攝食,,60% 未被消化或吸收，排出體外成為糞便,,食性層次,能量散失有下列數(shù)種原因,,只有小部分被攝食,,60% 未被消化或吸收，排出體外成為糞便,,30% 以熱能的形式因呼吸作用和活動散失,,食性層次,能量散失有下列數(shù)種原因,,只有小部分被攝食,,60% 未被消化或吸收，掛出體外成為糞便,,30% 以熱能的形式因呼吸作用和活動散失,,以排泄的形式散失,,<

24、10% 用來製造身體物質(zhì),生物間的互相依賴(Interdependence of organisms),競爭 (competition)捕食 (predation)共生 (symbiosis)寄生 (parasitism),(1) 競爭 (Competition),相似的生態(tài)地位競爭相同的資源植物 - 陽光、空間、水份、礦物鹽動物 - 食物、居所、配偶種類 :種內(nèi)競爭 (interspecific compe

25、tition)種間競爭 (intraspecfic competition),種內(nèi)競爭 (Intraspecific competition),為同種生物個體間的競爭生活習性完全相同 ? 所需的天然資源完全相同 ? 生態(tài)地位完全相同 ? 非常劇烈的競爭,種內(nèi)競爭的例子

26、 - 培殖不同種群密度的水虱,進行地點: 含完全培養(yǎng)液的培養(yǎng)瓶選用生物: 水虱 (water fleas)樣本: 不同種群密度1/cc4/cc8/cc32/cc,種內(nèi)競爭的例子 - 培殖不同種群密度的水虱,實驗結(jié)果: 種群密度愈低 ? 生長率常保持最高原因:

27、低種群密度 ? 高生育能力 ? 低環(huán)境阻力 (∵食物充足、較少廢物積聚等),(ii) 種間競爭 (Interspecific competition),為不同種生物間的競爭生活習性相似 ? 所需的天然資源相似 ? 生態(tài)地位相似 ? 劇烈的競爭競爭排斥原理 (Gause)

28、 (Competitive exclusion principle),例子 (一) 兩不同品種草履蟲之間的競爭,例子 (二)兩不同品種的麵粉甲蟲之間的競爭,T.castaneum - 能在較高溫及潮濕下生活 T.confusum - 能在較陰涼及乾燥下生活實驗: 在一瓶麵粉內(nèi)培養(yǎng)結(jié)果: 最終只有其中一品種繼續(xù)生存， 但卻被“麵粉中的氣候”影響,(2) 捕食 (Predation),是捕食

29、者 (predator) 和獵物 (prey) 之間的相互作用獵物的數(shù)量 > 捕食者的數(shù)量能量沿食物鏈傳遞而↓捕食者的體積 > 獵物獵物的種群改變 ? 捕食者種群亦隨之改變,例子 (一) - 培殖草履蟲及纖毛蟲的實驗,草履蟲 (P.caudatum) - 獵物 纖毛蟲 (D.nasutum) - 捕食者實驗: 在一瓶

30、燕麥培養(yǎng)液中進行結(jié)果: 第一天後 - 草履蟲種群 ( 5 ? 120 )第二天 - 加入纖毛蟲第二天後 - 纖毛蟲 ( 3 ? 20 ) - 草履蟲 ( 120 ↓↓? 0 ) 第四天後 - 纖毛蟲 ( 20 ↓↓? 0 ),例子 (二) - 在大自然界中的真實例子,野兔與山貓 (加拿大 Hudson Bay)狠與鹿 (美國亞利桑那州大峽谷北邊的平原),(3) 共生

31、(Symbiosis),兩不同品種的生物共同居 ? 建立親密的共生關係種類 :片利共生 (commensalism)互利共生 (mutualism),片利共生 (Commensalism),共生者(commensal) - 得益生物寄主(host) – 無獲益處及害處例子:附在蟹殼表面生長的藤壺附在鯊魚皮上生活的小魚 (Remora)附在寄居蟹殼上生活的?？皆跇鋷稚仙L的附生植物 (epiphytes),

32、片利共生 (Commensalism),例子:在水牛 (water buffalos) 背上生活的鴉鳥 (bird erget)在犀牛 (rhinoceros) 背上生活的鳥 (ox pecker),(ii) 互利共生 (Mutusalism),雙方皆獲利益維持終生及緊密的關係例子:豆科植物 + 固氮細菌地衣 (lichen) = 單胞綠藻 + 真菌 居住在水螅細胞內(nèi)的綠藻居住在草食性動物腸道內(nèi)的共生細菌 / 纖毛蟲,

33、,(3) 寄生 (Parasitism),寄生生物 (parasite)獲取食物供應、居所、及保護寄主 (host)↓食物供應、危害身體健康例子 :居住在人腸道內(nèi)的絛蟲附生在莖上的菟絲子 (Dodder),演替 / 生態(tài)演替(Sucession / Ecological Succession),是生態(tài)系內(nèi)的群落隨時間而變化，經(jīng)過連串取代而最終形成一頂極群落的現(xiàn)象每階段稱為演替系列階段 (seral stage)，而其時的

34、群落稱為演替系列群落 (seral community)新介入的品種非常適應在該生境中生活，甚至最終取代現(xiàn)居的生物而成為該生態(tài)系內(nèi)的主要物種，這系列的群落替代依次發(fā)生的次序稱為演替系列 (sere),例子 – 在光禿石塊上發(fā)生的演替,地衣群落 (lichen community)藻及苔蘚群落 (algae & mosses community)草本植物群落 (herbs community)灌木群落 (shrubs co