廈門大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)第12章生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化

1、1第十二章第十二章 生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化2充滿生機(jī)的動(dòng)態(tài)地球充滿生機(jī)的動(dòng)態(tài)地球 34“鶴的故鄉(xiāng)鶴的故鄉(xiāng)”扎龍自然保護(hù)區(qū)扎龍自然保護(hù)區(qū)藏羚羊在可可西里可可西里大豐麋鹿保護(hù)區(qū)大豐麋鹿保護(hù)區(qū)北極熊5極端環(huán)境下的生物極端環(huán)境下的生物(1)1 格陵蘭格陵蘭冰冰川下沉睡川下沉睡12萬年萬年細(xì)細(xì)菌菌2 深?；鹕娇谏詈；鹕娇谌倘棠透邷啬透邷氐募?xì)菌的細(xì)菌3 紅海鹽灘上紅海鹽灘上的的耐鹽耐鹽細(xì)菌細(xì)菌6極端環(huán)境下的生物極端環(huán)境下的生物(2)6沙沙漠漠中中最最強(qiáng)強(qiáng)悍悍細(xì)細(xì)菌菌4 美國(guó)加州金礦美國(guó)加州金礦毒液中的耐酸毒液中的耐酸細(xì)菌細(xì)菌5 地球上地球上抗輻射抗輻射能力最強(qiáng)的生物能力最強(qiáng)的生物7極端環(huán)境下的生物極

2、端環(huán)境下的生物(3)8生物圈生物圈最大的生態(tài)系統(tǒng)最大的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行著生命過程的地球表面外殼，地進(jìn)行著生命過程的地球表面外殼，地球上有生命的那一部分；球上有生命的那一部分；生物圈的范圍：水圈、巖石圈上部、生物圈的范圍：水圈、巖石圈上部、大氣圈下部（上下大氣圈下部（上下10km）；）；地球上所有生物，包括人，及其生存地球上所有生物，包括人，及其生存環(huán)境的復(fù)合體；環(huán)境的復(fù)合體；9生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)非生物環(huán)境非生物環(huán)境生物有機(jī)體生物有機(jī)體消費(fèi)者消費(fèi)者分解者分解者生產(chǎn)者生產(chǎn)者10生產(chǎn)者：生產(chǎn)者：能進(jìn)行光合作用的各種綠色植物、能進(jìn)行光合作用的各種綠色植物、藍(lán)綠藻和某些細(xì)菌，又稱為

3、自養(yǎng)生物。藍(lán)綠藻和某些細(xì)菌，又稱為自養(yǎng)生物。11消費(fèi)者：消費(fèi)者：以其他生物為食的各種動(dòng)物以其他生物為食的各種動(dòng)物(素食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物和寄素食動(dòng)物、肉食動(dòng)物、雜食動(dòng)物和寄生動(dòng)物等生動(dòng)物等)。這些直接或間接依賴于綠。這些直接或間接依賴于綠色植物的生物屬于色植物的生物屬于異養(yǎng)型生物。異養(yǎng)型生物。12分解（還原）者：分解（還原）者：分解動(dòng)植物殘?bào)w、糞分解動(dòng)植物殘?bào)w、糞便和各種有機(jī)物的細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)便和各種有機(jī)物的細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、蚯蚓和禿鷲等食腐動(dòng)物。物、蚯蚓和禿鷲等食腐動(dòng)物。分解者和分解者和消費(fèi)者都是異養(yǎng)生物。消費(fèi)者都是異養(yǎng)生物。13生產(chǎn)者與各級(jí)消費(fèi)者生產(chǎn)者與各級(jí)消費(fèi)者次級(jí)消費(fèi)者次

4、級(jí)消費(fèi)者高級(jí)消費(fèi)者高級(jí)消費(fèi)者第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)生產(chǎn)者生產(chǎn)者第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)初級(jí)消費(fèi)者初級(jí)消費(fèi)者第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)141516濕地食物鏈濕地食物鏈o 水生植物是初級(jí)生水生植物是初級(jí)生產(chǎn)者；產(chǎn)者；o 各種無脊椎動(dòng)物、各種無脊椎動(dòng)物、魚類、嚙齒動(dòng)物和魚類、嚙齒動(dòng)物和鳴禽吃植物，也吃鳴禽吃植物，也吃無脊椎動(dòng)物；無脊椎動(dòng)物；o 蒼鷺和白鷺主要是蒼鷺和白鷺主要是食肉的，鴨和鷸是食肉的，鴨和鷸是雜食的。鼩主要吃雜食的。鼩主要吃無脊椎動(dòng)物；無脊椎動(dòng)物；o 鸮類鸮類(貓頭鷹貓頭鷹)和鷹和鷹類是最高消費(fèi)者；類是最高消費(fèi)者；17溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)18北極地區(qū)食物

5、網(wǎng)北極地區(qū)食物網(wǎng)19生態(tài)金字塔示意圖生態(tài)金字塔示意圖20生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔 由于能量每經(jīng)過一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)由于能量每經(jīng)過一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，被凈同化的部分都要大大少時(shí)，被凈同化的部分都要大大少于前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)（于前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)（大約大約1010）。當(dāng)）。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)由低向高推進(jìn)時(shí)，每一級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)由低向高推進(jìn)時(shí)，每一級(jí)的個(gè)體數(shù)目、生物量或所含能量的個(gè)體數(shù)目、生物量或所含能量就呈塔型分布，稱生態(tài)金字塔。就呈塔型分布，稱生態(tài)金字塔。21生態(tài)系統(tǒng)的組織化生態(tài)系統(tǒng)的組織化生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)自我調(diào)控、自我反饋、生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)自我調(diào)控、自我反饋、自我維持的組織化信息系統(tǒng)；自我維持的組織化信息系統(tǒng)；生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的總趨勢(shì)是復(fù)雜性和有生態(tài)系

6、統(tǒng)進(jìn)化的總趨勢(shì)是復(fù)雜性和有序性增加：序性增加：生物多樣性和結(jié)構(gòu)層次增加，生物多樣性和結(jié)構(gòu)層次增加，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)復(fù)雜化；能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)復(fù)雜化；能量與信息從組織化低的生物向組織能量與信息從組織化低的生物向組織化高的生物傳遞和轉(zhuǎn)移；化高的生物傳遞和轉(zhuǎn)移；22競(jìng)爭(zhēng)與共存競(jìng)爭(zhēng)與共存具有相同或相似需求的物種之間常因具有相同或相似需求的物種之間常因有限的資源（食物、營(yíng)養(yǎng)物、有限的資源（食物、營(yíng)養(yǎng)物、配偶配偶等）等）和生存空間展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)；和生存空間展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)；競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)局：競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)局：強(qiáng)者取代弱者；強(qiáng)者取代弱者；各方或一方發(fā)生進(jìn)化改變，降低競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度各方或一方發(fā)生進(jìn)化改變，降低競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度；23協(xié)同進(jìn)化與共存協(xié)

7、同進(jìn)化與共存物種進(jìn)化受到生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)其它物種和物種進(jìn)化受到生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)其它物種和非生物環(huán)境的雙重制約；非生物環(huán)境的雙重制約；相關(guān)物種的進(jìn)化改變都以不造成對(duì)方相關(guān)物種的進(jìn)化改變都以不造成對(duì)方繁衍中斷為前提，否則雙方都不能生繁衍中斷為前提，否則雙方都不能生存；存；24“紅王后假說” 與 “逆水行舟，不進(jìn)則退”25生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間尺度上的變化生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間尺度上的變化短時(shí)間尺度上的變化：小周期；短時(shí)間尺度上的變化：小周期；中等時(shí)間尺度上的變化：生態(tài)演替；中等時(shí)間尺度上的變化：生態(tài)演替；長(zhǎng)時(shí)間尺度上的變化：生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)長(zhǎng)時(shí)間尺度上的變化：生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化；化；26中等時(shí)間尺度上的變化：中等時(shí)間尺度上的變化：生

8、態(tài)演替生態(tài)演替隨著時(shí)間的延伸若干植物群落依次替隨著時(shí)間的延伸若干植物群落依次替代，最后達(dá)到穩(wěn)定的演替頂級(jí)狀態(tài)；代，最后達(dá)到穩(wěn)定的演替頂級(jí)狀態(tài)；從幼期到成熟期，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨從幼期到成熟期，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜、生物多樣性增多、生態(tài)功能于復(fù)雜、生物多樣性增多、生態(tài)功能完善，穩(wěn)定性增加；完善，穩(wěn)定性增加；27群群落落演演替替 I 湖湖泊泊演演替替為為森森林林 28長(zhǎng)時(shí)間尺度上的變化：長(zhǎng)時(shí)間尺度上的變化：生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化生態(tài)系統(tǒng)大尺度的進(jìn)化不可逆，包括生態(tài)系統(tǒng)大尺度的進(jìn)化不可逆，包括地圈變化；地圈變化；復(fù)雜性和有序性增加，內(nèi)部穩(wěn)定性加復(fù)雜性和有序性增加，內(nèi)部穩(wěn)定性加大，外界對(duì)生態(tài)系統(tǒng)

9、的影響達(dá)到最??；大，外界對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響達(dá)到最??； 29生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的動(dòng)力生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的動(dòng)力環(huán)境變遷（災(zāi)變）：全球溫度下降或環(huán)境變遷（災(zāi)變）：全球溫度下降或上升，海平面變化，氧氣含量升高，上升，海平面變化，氧氣含量升高，小行星撞擊等；小行星撞擊等；新物種（類群）出現(xiàn)：魚類、兩棲類、新物種（類群）出現(xiàn)：魚類、兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類、人類；爬行類、鳥類、哺乳類、人類；30地質(zhì)史上生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的主要階段地質(zhì)史上生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的主要階段p原始生態(tài)系統(tǒng)：約原始生態(tài)系統(tǒng)：約3830億年前。億年前。原始大原始大氣圈、原始海洋、太陽輻射、原始異養(yǎng)生物等；氣圈、原始海洋、太陽輻射、原始異養(yǎng)生物等；無機(jī)小分子

10、無機(jī)小分子 有機(jī)小分子有機(jī)小分子 生物大分子生物大分子 與外界分隔的有機(jī)多聚體與外界分隔的有機(jī)多聚體 能自我復(fù)制能自我復(fù)制的有機(jī)多聚體的有機(jī)多聚體（原始細(xì)胞）（原始細(xì)胞）31地球地球太陽系中唯一的綠洲？太陽系中唯一的綠洲？321953年年米勒米勒模仿原始大氣模仿原始大氣以無機(jī)物合成以無機(jī)物合成小分子有機(jī)物小分子有機(jī)物33海底海底“煙囪煙囪”是有機(jī)生命體的搖籃？是有機(jī)生命體的搖籃？34“土衛(wèi)二土衛(wèi)二”間歇泉不斷向太空噴間歇泉不斷向太空噴水水 2007年3月12日美國(guó)宇航局宣布：在“土衛(wèi)二”發(fā)現(xiàn)間歇泉不斷噴射水柱和冰狀顆粒，其地下可能存在液態(tài)水。從而證實(shí)， “土衛(wèi)二”具備生命發(fā)生和生存的三大要素：

11、穩(wěn)定的熱源、有機(jī)物和液態(tài)水。35初級(jí)生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生態(tài)系統(tǒng) 原核單胞異養(yǎng)厭氧菌出現(xiàn)并逐漸興盛，演原核單胞異養(yǎng)厭氧菌出現(xiàn)并逐漸興盛，演化出光合細(xì)菌和藍(lán)藻（菌）；化出光合細(xì)菌和藍(lán)藻（菌）； 真核細(xì)胞出現(xiàn)，多細(xì)胞生物出現(xiàn)，動(dòng)、植真核細(xì)胞出現(xiàn)，多細(xì)胞生物出現(xiàn)，動(dòng)、植物分化；物分化； 氧含量增加，海水溫度上升，海水無機(jī)鹽氧含量增加，海水溫度上升，海水無機(jī)鹽濃度提高；濃度提高； 系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者構(gòu)成，更系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者構(gòu)成，更加協(xié)調(diào)與穩(wěn)定；加協(xié)調(diào)與穩(wěn)定；36次級(jí)生態(tài)系統(tǒng)次級(jí)生態(tài)系統(tǒng) 15億年前以來；億年前以來； 世界氣候變暖，大氣層中的氧含量接近、世界氣候變暖，大氣層中的氧含量接近、

12、達(dá)到現(xiàn)代水平，臭氧層出現(xiàn)；達(dá)到現(xiàn)代水平，臭氧層出現(xiàn)； 植物和動(dòng)物陸續(xù)登陸，被子植物和哺乳動(dòng)植物和動(dòng)物陸續(xù)登陸，被子植物和哺乳動(dòng)物誕生并迅速發(fā)展；物誕生并迅速發(fā)展；37人工生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)600600700700萬年前人類誕生；萬年前人類誕生；近代人類用自己的智慧和創(chuàng)造的工近代人類用自己的智慧和創(chuàng)造的工具對(duì)自然界施加越來越大的影響，具對(duì)自然界施加越來越大的影響，乃至破壞自然界億萬年來形成的生乃至破壞自然界億萬年來形成的生態(tài)系統(tǒng)；態(tài)系統(tǒng)；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，人工林生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，人工林生態(tài)系統(tǒng)，水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)，城市生態(tài)系統(tǒng)等；水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)，城市生態(tài)系統(tǒng)等；38生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化趨勢(shì)生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化趨

13、勢(shì) 復(fù)雜程度逐步提高；復(fù)雜程度逐步提高； 物質(zhì)能量利用率逐步提高；物質(zhì)能量利用率逐步提高； 占據(jù)空間逐步擴(kuò)展；占據(jù)空間逐步擴(kuò)展； 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的空間逐步被占用；生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的空間逐步被占用；39位于亞利桑那州荒漠中的位于亞利桑那州荒漠中的“生物圈生物圈2”號(hào)綜合研究系統(tǒng)號(hào)綜合研究系統(tǒng)40生物圈生物圈2號(hào)號(hào)人類尋找人類尋找“諾亞方舟諾亞方舟” 19931993年年1 1月，美國(guó)亞利桑那州荒漠中建起占地月，美國(guó)亞利桑那州荒漠中建起占地1.28hm1.28hm2 2與世與世隔絕的隔絕的 “生物圈生物圈2 2號(hào)號(hào)”，包括熱帶雨林、熱帶草原、海洋、，包括熱帶雨林、熱帶草原、海洋、沼澤、沙漠、農(nóng)業(yè)區(qū)、人類居住區(qū)，約有沼澤、沙漠、農(nóng)業(yè)區(qū)、人類居住區(qū)，約有4 0004 000種生物；種生物； 在封閉的在封閉的“生物圈生物圈2 2號(hào)號(hào)”中農(nóng)作物秸稈作為動(dòng)物的飼料，中農(nóng)作物秸稈作為動(dòng)物的飼料，動(dòng)物產(chǎn)出的肉、蛋、奶及作物產(chǎn)品供人類食用。死亡動(dòng)植動(dòng)物產(chǎn)出的肉、蛋、奶及作物產(chǎn)品供人類食用。死亡動(dòng)植物和人、動(dòng)物的排泄物經(jīng)分解后返還農(nóng)田。生活廢水經(jīng)處物和人、動(dòng)物的排泄物經(jīng)分解后返還農(nóng)田。生活廢水經(jīng)處理后循環(huán)利用。氧氣由植物提供，呼出的理后循環(huán)利用。氧氣由植物提供，呼出的COCO2 2由植物吸收；由植物吸收； 住入住入4 4男男4 4女女1