地球環(huán)境與生物絕滅08春7MB課件

1、地球環(huán)境與生物絕滅08春7MB地球環(huán)境與生物絕滅08春7MB 生物與環(huán)境的多樣性 生態(tài)系統(tǒng)與食物鏈 地質(zhì)環(huán)境與人類健康 生物絕滅與環(huán)境變遷 生物與環(huán)境的多樣性 生態(tài)生物與環(huán)境生物存在于地理環(huán)境之中，它們在個體發(fā)育的全部過程中始終進行新陳代謝作用，經(jīng)常不斷地與環(huán)境間進行著物質(zhì)與能量的交換。 新：從環(huán)境中吸取能源和營養(yǎng)物質(zhì)，建造軀體。 陳：把不需要的代謝產(chǎn)物排放到外界環(huán)境中， 才能維持正常的生命活動和后代繁殖。因此，任何生物有機體都不能脫離環(huán)境而生存。環(huán)境控制和塑造著生物的生理過程、形態(tài)構造和地理分布。正是地球上的環(huán)境復雜多變，導致生物界面貌的多樣性。同時，生物（特別是群體）也對環(huán)境產(chǎn)生明顯的改造

2、作用。例如，20億年前元古宙原核生物（海生藻類）的繁盛導致還原大氣圈演變?yōu)檠趸髿馊Α，F(xiàn)代植樹造林可以防治水土流失、改造沙漠。生物與環(huán)境生物存在于地理環(huán)境之中，它們在個體發(fā)育的全部過程中地史中大氣圈的CO2含量變化地史中大氣圈的CO2含量變化生態(tài)因素： 在環(huán)境中對生物的生命活動起直接作用的那些環(huán)境要素，包括日光、熱、水、風、礦物鹽類和其他生物等。 地形、海拔高度等則屬于間接起作用的因素，通過改變氣候、土壤等條件而 對生物產(chǎn)生影響。生境： 生物或其群體居住地段所有生態(tài)因素的總和。限制因素： 地球上各種生態(tài)因素的變動幅度非常廣闊，每種生物的適應范圍卻有一定限度。當一個或幾個生態(tài)因素的量/質(zhì)或生物的

3、忍受臨界值時，這種生態(tài)因素稱為限制因素。生態(tài)因素：( 據(jù)Shelford, 1911轉(zhuǎn)引 )( 據(jù)Shelford, 1911轉(zhuǎn)引 )生物的適應性定義：生物的形態(tài)結構、生理機能、個體發(fā)育和行為等與周圍環(huán)境相適應。植物的根、莖、葉在不同氣候條件下的變態(tài)?？萑~蝶的擬態(tài)，魚的顏色肚白背黑。是在長期生存斗爭中通過自然選擇的結果。(引自潘樹榮等, 1985)生物的適應性定義：生物的形態(tài)結構、生理機能、個體發(fā)育和行為等生物的指示現(xiàn)象(biological indicator)定義：根據(jù)生物種（種群）、或生物的某些特征，來確定地理環(huán)境中其他成分的現(xiàn)象。固定生長的植物、珊瑚對環(huán)境的反映最為靈敏。樹木年輪能顯示

4、溫度、降水量年際變化和太陽黑子周期。地質(zhì)指示現(xiàn)象：安徽銅官山的銅礦分布區(qū)盛長“銅草”（海州香糯）。珊瑚礁生長在熱帶（水溫20） 、清澈、淺海水域。 生物的指示現(xiàn)象(biological indicator)根劈根劈新疆溫宿地震成因的神木園 南天山山麓的旅游熱點新疆溫宿地震成因的神木園 南天山山麓的旅游熱點不同水生生物對酸堿度的適應性-誰是大災變后地球上的幸存者？5.6不同水生生物對酸堿度的適應性-生物多樣性遺傳多樣性：一個物種內(nèi)個體之間、種群之間的差別。物種多樣性：一個區(qū)域內(nèi)動植物和其他生物的不同類型。生物群落或生態(tài)系統(tǒng)多樣性：一個地區(qū)內(nèi)（如草原 、 沼澤 、森林等）多種多樣的生境。 熱帶雨林

5、最為典型。功能多樣性：一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物的不同作用。如植物吸收 能量，草食動物則控制植物生長。-地球上基本的商品和服務，依賴于基因、物種、種群和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和動態(tài)性。 聯(lián)合國21世紀議程生物多樣性遺傳多樣性：一個物種內(nèi)個體之間、種群之間的差別。種群種群：占據(jù)一定環(huán)境空間的同種生物的個體群。具有新屬性：出生率、死亡率、年齡結構、分布格局和僅限某些動物種群的社群結構等。種群是物種存在、進化和表達種內(nèi)關系的基本單位，是生物群落、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分，也是生物資源開發(fā)、利用和保護的具體對象。種群增長：理想情況下表現(xiàn)為指數(shù)式增長。 1個細菌經(jīng)過36小時，完成106個世代后，將繁殖出2107個細菌，

6、可以布滿全球一尺厚。達爾文曾估算，1頭繁殖緩慢的大象自由繁殖，750年后達到1.9107頭。實際上受到環(huán)境阻力，表現(xiàn)為S形曲線。 ( 引自, 1981)種群種群：占據(jù)一定環(huán)境空間的同種生物的個體群。達爾文曾估算，生物群落（biotic community)生物群落：在一定地段的自然環(huán)境條件下，由彼此在發(fā)展中有密切聯(lián)系的動物、植物和微生物有規(guī)律地組合成的種群集合體。地球上存在的各種自然群落，如森林、草原、荒漠、湖泊、沼澤等，是地質(zhì)歷史長期演化的產(chǎn)物，是通過長期自然選擇在一定地區(qū)產(chǎn)生的最合理、最有效的生物群體。 湖泊沿岸植物群落分帶 4-濕生植物帶：莎草科 3-挺水植物帶：蘆葦、茭白等 2-浮葉植

7、物帶：睡蓮、眼子菜等 1-沉水植物帶：苦草、金魚草等生物群落（biotic community)生物群落：在一定生物群落的演替生物群落是動態(tài)系統(tǒng)：存在季相變化、年變化、群落演替和演化。演替：由于自然或人為原因，一個群落被性質(zhì)不同的另一個群落替代的現(xiàn)象。順行演替：荒地變森林 逆行演替：砍伐森林 、 草原退化 (引自潘樹榮等, 1985)生物群落的演替生物群落是動態(tài)系統(tǒng)：存在季相變化、年變化、群落現(xiàn)今生物的多樣性 植物低等無脊椎動物 高等無脊椎動物 脊椎動物 藻類 約26,900種原核生物 約4,760種腔腸動物 約9,800種魚類 約19,100種菌藻類 約47,000種原生動物 約30,800

8、種棘皮動物 約5,000種 兩棲類 約4,200種高等植物約248,500種扁形動物 約12,000種環(huán)節(jié)動物 約12,000種 爬行類 約6,300種線蟲動物 約12,000種軟體動物 約50,000種鳥類 約9,000種海綿動物 約5,000種昆蟲類 約751,000種哺乳類 約4,000種昆蟲以外的節(jié)肢動物 約423,000種現(xiàn)今生物的多樣性 植物低等無脊椎動物 高等無脊椎動物 脊生物多樣性減少與過去5億年中的五次大滅絕相匹敵，目前世界正處于另一次重要物種滅絕的邊緣！ 主要原因：與以往的各種自然原因不同，現(xiàn)在是人類引起的環(huán)境污染、熱帶森林銳減、珊瑚礁破壞、濕地消失、外來物種入侵、無節(jié)制消

9、費等造成。 按熱帶生境破壞的趨勢預測：19752015年間， 每10年將滅絕1%11%。有一種中度的預測，今后25年內(nèi)4%8%的熱帶森林物種將滅絕。將大大改變C、N 等營養(yǎng)元素和微量元素的源、匯分布，破壞它們在地球系統(tǒng)中的循環(huán)，給自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會帶來巨大影響。地史中每次集群絕滅事件后，需要1000萬年時間物種才能恢復到有關事件前的多樣化水平！生物多樣性減少與過去5億年中的五次大滅絕相匹敵，目前世界正處厄瓜多爾魚船對鯊魚割鰭棄身厄瓜多爾魚船對鯊魚割鰭棄身 生物與環(huán)境的多樣性 生態(tài)系統(tǒng)與食物鏈 地質(zhì)環(huán)境與人類健康 生物絕滅與環(huán)境變遷 生物與環(huán)境的多樣性 生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem)定義

10、：自然界中任何生物群落總是通過連續(xù)的能量-物質(zhì)交換與其共存的自然環(huán)境形成相互作用和聯(lián)系的統(tǒng)一整體，這樣的生態(tài)功能單位就是生態(tài)系統(tǒng)?？臻g范圍：生態(tài)系統(tǒng)是地球表層的基本組成單位，面積大小可以懸殊（整個生物圈到一滴水）。整個地球表層由大小不同的生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌而成。開放系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)并非完全被動接受環(huán)境的影響，在一定條件下具有反饋機能，能自動調(diào)節(jié)、修復外界干擾造成的創(chuàng)傷，保持相對平衡狀態(tài)。意義：對生命自然界的認識提到更高一級水平，提供了觀察分析復雜自然界的有力手段，成為解決人類可持續(xù)發(fā)展重大問題的理論基礎之一。生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem)定義：自然界中任何生物群落總是生態(tài)系統(tǒng)的組成成分生態(tài)系統(tǒng)的組成成

11、分 ( 據(jù)Odum, 1971)大魚吃小魚小魚吃蝦米蝦米吃爛泥 ( 據(jù)Odum, 1971)大魚吃小魚地球環(huán)境與生物絕滅08春7MB食物鏈與食物網(wǎng)食物鏈與食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的功能 通過生態(tài)系統(tǒng)的核心部分生物群落實現(xiàn)：生物生產(chǎn)能量流動物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的功能 通過生態(tài)系統(tǒng)的核心部分生物群落實現(xiàn)：生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)： 生物在新陳代謝過程中將能量、物質(zhì)重新組合，形 成新的產(chǎn)物（碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等）的過程。 初級生產(chǎn)：綠色植物通過光合作用將無機物轉(zhuǎn)化成有機物的生 產(chǎn)過程。 次級生產(chǎn)：消費者利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)品進行新陳代謝，經(jīng)過同 化作用形成異養(yǎng)生物自身物質(zhì)的生產(chǎn)過程?？偝跫壣a(chǎn)量（GPP)：植物在單位面

12、積、單位時間內(nèi)，通過光合 作用固定的太陽能量。單位是Jm-2 a 1或gDW m-2 a 1 。 凈初級生產(chǎn)量（NPP)： GPP減去植物因呼吸作用的消 耗（R), 剩下的有機物質(zhì)。即 NPP=GPP-R。 生物量：植物在單位面積內(nèi)的總重量, 單位是kgm-2 。 干重 熱量單位生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)： 生物在新陳代謝過程中將能量、物質(zhì)重新組合全地球NPP(干物質(zhì)）=172.5109 t a-1生物量 (干物質(zhì)）=1841 109 t 不同生態(tài)系統(tǒng)差別明顯全地球NPP(干物質(zhì)）=172.5109 t a-熱帶雨林 全球最高生物量和凈初級生產(chǎn)量分布區(qū)熱帶雨林 全球最高生物量和凈初級生產(chǎn)量分布區(qū)生態(tài)系統(tǒng)

13、的能量流動太陽能植物光合作用生物化學能（生態(tài)系統(tǒng)的基本能源）生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各成分之間流動為單向流，通過各營養(yǎng)級生物呼吸作用而散失用于較高營養(yǎng)級生產(chǎn)量的能量只占很小比例生態(tài)系統(tǒng)的能量流動太陽能植物光合作用生物化學能（生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞的“十分之一”定律 （Lindeman據(jù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)測定，陸地上則更低）能量傳遞的“十分之一”定律 （Lindeman據(jù)湖泊生態(tài)DDT的富集污染物通過食物鏈產(chǎn)生逐級富集現(xiàn)象（生物放大作用）。營養(yǎng)級越高的生物，體內(nèi)殘留的污染物越多，從而嚴重影響生長發(fā)育和肌體健康。1968、1999年日本、比利時先后出現(xiàn)的二惡英污染事件即為實例。 (引自現(xiàn)代自然地理學，2001）散布大氣中

14、的濃度DDT的富集污染物通過食物鏈產(chǎn)生逐級富 生物與環(huán)境關系 生態(tài)系統(tǒng)與食物鏈 地質(zhì)環(huán)境與人類健康 生物絕滅與環(huán)境變遷 生物與環(huán)境關系 生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境污染人類在生產(chǎn)生活過程中，向大氣、水、土壤等環(huán)境媒介排入大量三廢（廢氣、廢水、廢渣），引起環(huán)境污染或?qū)е颅h(huán)境破壞。生產(chǎn)性污染物：工業(yè)生產(chǎn)的三廢（酸雨）、農(nóng)藥殘留。 生活性污染物：垃圾、糞便、污水。 放射性污染物：核工業(yè)、核武器、醫(yī)用放射源。 實例： 切爾諾貝利核電站核泄漏事件（1986年4月） 西歐二惡英事件（19992001） 淮河治理已經(jīng)達標又遭廢水重新污染（2001）環(huán)境污染人類在生產(chǎn)生活過程中，向大氣、水、土壤等環(huán)境媒介排入什麼是二惡英？對

15、人有何危害？什麼是二惡英？對人有何危害？食物鏈與化學污染物二惡英（多氯二苯二氧）事件：來源于化工生產(chǎn)副產(chǎn)品、金屬熱加工、垃圾焚燒、汽車尾氣、造紙漂白等。污染米油、畜禽產(chǎn)品。 1968年出現(xiàn)于日本。 1999.6比利時肉制品事件帶來 10億歐元經(jīng)濟損失和內(nèi)閣集體辭職。1標準樣品的濃度僅相當標準游泳池（50m 20m 2m）內(nèi)一滴水。屬于環(huán)境荷爾蒙物質(zhì)，危險性在于會發(fā)出類似動物激素的信號，干擾生殖系統(tǒng)。主要集中于脂肪和乳汁，污染爆發(fā)有漫長的潛伏過程。和一般的污染物中毒不同，威脅的是未來。日本母乳檢測發(fā)現(xiàn)二惡英含量超標。北極圈內(nèi)挪威海島上北極熊受到污染的食物鏈旅程：北美污染物-洋流-魚-熊。食物鏈與

16、化學污染物二惡英（多氯二苯二氧）屬于環(huán)境荷爾蒙物質(zhì)，構成人體的三類元素1，生命機體不可缺少的主要組成元素（營養(yǎng)元素）。如：H、 O、C、 N、Ca、P、K、S、Na、Cl、 Si、Mg、Al等25種元素，占人體內(nèi)元素含量的99(前4種占生物體體重的96% )。2，生命有機體必需，但稍過量或缺少就有害的微量元素（必需元素）。如Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、V、Cr、Ni、Sn、Se、F、I等在體內(nèi)含量90%。反映了地球表層生態(tài)環(huán)境的巨變。生物絕滅類型與規(guī)模絕滅（extinction)：指一個物種的顯生宙的五次大絕滅顯生宙的五次大絕滅浩劫后的生物界殘留種：少量物種經(jīng)歷集群絕滅浩劫后仍能幸存下

17、來。研究其原因值得人類借鑒。復活種：有的物種能逃離惡化的環(huán)境在某個避難所生存，待環(huán)境條件好轉(zhuǎn)后再回到原先的分布區(qū)。先驅(qū)種：有些門類的物種原先并不顯眼，但由于優(yōu)越的生理功能或很強的抗災變生態(tài)習性，能渡過浩劫而獲得輻射演化的機會。浩劫后的生物界殘留種：少量物種經(jīng)歷集群絕滅浩劫后仍能幸存下來泥盆紀（400Ma）生物登陸陸生植物與總鰭魚/地球臭氧層形成 泥盆紀（400Ma）生物登陸陸生植物與總鰭魚/地球臭氧層形現(xiàn)代印度洋深水總鰭魚現(xiàn)代印度洋深水總鰭魚現(xiàn)生總鰭魚產(chǎn)地：東非科摩羅群島（科摩羅伊斯蘭聯(lián)邦共和國），生活于水深百余米處?，F(xiàn)存：北京市白石橋古脊椎動物與古人類研究所博物館（照片）。事由：張彌曼托盧衍

18、豪訪問時要一條總鰭魚?；仞仯横槍υ搰赞r(nóng)業(yè)為主，贈一些農(nóng)具。感慨：不同學科間科學家密切合作，互通信息，比現(xiàn)在強。現(xiàn)生總鰭魚產(chǎn)地：東非科摩羅群島（科摩羅伊斯蘭聯(lián)邦共和國），生 思考與討論1，從歷史眼光如何評價這條總鰭魚（腔棘魚、拉蒂邁魚或茅尾魚)：a.生物征服陸地過程的“懦夫”? （宇宙與人影片的解說） b.躲過全球大災變、實現(xiàn)可持續(xù) 發(fā)展的“成功者”? 思考與討論1，從歷史眼光如何評價這條總鰭魚人類可能來自茫茫大海嗎？劉波，1993，天地人巨系統(tǒng)觀，安徽教育出版社古人類化石記錄的巨大空白： 南方古猿（170-400萬年前） -（400萬年）- 臘瑪古猿（800-1400萬年前）英國人類學家愛利

19、斯特哈代提出新假設海猿說。800萬年前，東非、北非局部長期被海水淹沒，迫使部分古猿進化為海猿，出現(xiàn)獨特的生理特征（四肢伸直、學會控制呼吸等證據(jù)：只有人類和水獸（海豚、海貂等）體表無濃厚毛發(fā)覆蓋，卻有一層較厚的皮下脂肪；同樣對體內(nèi)鹽的平衡毫無感覺， 常以流汗方式排泄體內(nèi)鹽分，只能以有過長期生活在鹽分供應充足的海水中的經(jīng)歷來解釋。猿人留下的史前貝冢（牡蠣、貽貝）生活于深水環(huán)境，不可能由其他靈長類潛水采集。1974年埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)“露絲”南猿化石，肩關節(jié)靈活、上肢可向上直伸、下肢較短小纖弱、骨盆發(fā)育等，與其說是樹棲或直立行走，不如說是游泳的結果。缺點：證據(jù)欠充分，尚難最后定論。不排除海陸環(huán)境交替變遷

20、促進由猿變?nèi)说目赡苄?。人類可能來自茫茫大海嗎？劉波?993，天地人巨系統(tǒng)觀人類生理功能的潛力2003年4月20日遼寧臺電視節(jié)目報道： 國外潛水人培提經(jīng)過訓練，能不帶氧氣面罩潛入海面下400英尺（約121.8m）深處，歷時2分多鐘，安全返回海面。具備條件： 1，能閉氣2分多鐘； 2，心跳減緩到20次/分（3秒一次，類似深海哺乳動物 能將血液集中到大腦、心臟）； 3，身體忍受壓力200磅/平方英寸。劃清界限： 區(qū)分裝神弄鬼的天生 “特異功能” 和經(jīng)過科學訓練獲得的特殊生理功能（人類可開發(fā)的生存極限范圍）。人類生理功能的潛力2003年4月20日遼寧臺電視節(jié)目報道：人間海豚創(chuàng)深海潛水記錄2003.7

21、.22 英國30歲的女子塔尼亞斯特里特屏息3分38秒，在英屬西印度群島深達2000米別的海域里下潛122米，并靠自己力量重新露出水面。一舉打破了世界男、女自由潛水記錄。擴大胸腔的訓練使她的心臟位置移動了幾英寸，肺部能比普通人多吸進50%空氣（可屏息6分多鐘）。人間海豚創(chuàng)深海潛水記錄2003.7.22 物種的形成英國C.R. Darwin發(fā)表物種起源(1859)科學巨著，提出物競天擇，適者生存是生命進化的普遍原理，標志著進化論學說的創(chuàng)立。達爾文提出的：物種演變、共同起源、適應和自然選擇等科學概念，是人類自然科學史中的里程碑式光輝成就，迄今仍有重要科學價值。物種的形成英國C.R. Darwin發(fā)表

22、物種起源(185對達爾文學說的重新評價根據(jù)大量事實的發(fā)現(xiàn)也指出存在不足方面：特別強調(diào)物種的漸進進化觀點提出自然界無躍進格言。當時已知道寒武紀生物大爆發(fā)現(xiàn)象，只能用“地質(zhì)記錄保存不完整性”予以解釋。特別強調(diào)自然選擇（外因）的重要性。 事實上生命系統(tǒng)各個層次都有相應的進化驅(qū)動機制存在。例如分子水平的進化機制是遺傳漂變（genetic drift), 而非自然選擇。 生物變異（內(nèi)因）具有很高的活動性， 生物進化也相應擁有無限的可能性。對達爾文學說的重新評價根據(jù)大量事實的發(fā)現(xiàn)也指出存在不足方面：人類基因組計劃（19902005，全球為之轟動）人類基因組里大致有30億個堿基對，可以編碼300萬個左右的基

23、因，目前僅利用了1.3%?；蛟蕉嗑鸵馕吨祟惛鞣N器官功能的強大：眼睛還能看見紅外線、紫外線和無線電波。耳能聽到 20赫茲的次聲波和 20000赫茲的超聲波。兩個大腦半球可以同時工作，也可以輪流休息，大大增強處理信息的能力和正確率。鼻和嘴能吸進需要的氣態(tài)物質(zhì)和補充水分。雙肺完全萎縮，有兩個強大的心臟。身體披滿茸毛，能吸收宇宙能。體內(nèi)有感應地球磁場的細胞，能沿磁力線自由飛翔。 2002.3.2 北京晨報第10版人類基因組計劃體內(nèi)有感應地球磁場的細胞，能沿磁力線自由飛翔。a.人作為頂級生物,b.人作為級食肉生物,c.人作為級食肉生物,d.人作為食草生物圖1 處于生物金字塔頂端的人與可享用資源量 （

24、生物的種類和數(shù)量）的關系生物多樣性是人類生存的基礎a.人作為頂級生物,b.人作為級食肉生物,生物多樣性是人類物種絕滅是在消滅人類生存的基礎 ! 處在食物鏈金字塔頂端的人類，是以幾何級數(shù)倍的各類生物的種類和數(shù)量為基礎的。消滅生物多樣性，就是挖掉食物鏈金字塔的基礎，也就是消滅人類自己生存的基礎。物種絕滅是在消滅人類生存的基礎 ! 處在食物地質(zhì)時代：鳥類300年一種；獸類800年一種 17世紀：10年一種 18501950：每年一種 現(xiàn)在：植物每分鐘一種；動物每天一種現(xiàn)代是地球歷史上又一個絕滅期 （鳥、獸類滅絕的加速）地質(zhì)時代：鳥類300年一種；獸類800年一種現(xiàn)代是地球歷史上 當代與地史時期的古全球變化與生物絕滅耦合事件,其過程有很多是可比的。 (何衛(wèi)紅等, 2004) 當代與地史時期的古全球變化與生物絕滅耦合事件,其過程這次絕滅的主要罪