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

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

2、Terms related with Ecology),生物圈 (Biosphere / ecosphere)是地球上所有被活生物佔(zhàn)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(zhàn)據(jù),與生態(tài)學(xué)有關(guān)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(dú)特的群落單

3、位，內(nèi)有某些特有的動(dòng)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(xué)有關(guān)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?xiàng)l件生物發(fā)展出不同的特徵以適應(yīng)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(dòng) / 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(xì)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(xué)有關(guān)的

8、詞彙(Terms related with Ecology),小生境 (Micro-habitats)生境的細(xì)小區(qū)分內(nèi)有其獨(dú)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(xué)有關(guān)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(gòu)特徵、生理作用、行為、攝食習(xí)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(jìng)爭(zhēng),與生態(tài)學(xué)有關(guān)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(dòng)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(gè)種群,= 一個(gè)種群,= 一個(gè)種群,= 一個(gè)種群,（如麻雀）,（如地顫草）,（如鼠）,（如蚱蜢）,生境、種群、及群落的關(guān)係,與生態(tài)學(xué)有關(guān)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(yùn)作能容許物質(zhì)的循環(huán)、及能量的流動(dòng)進(jìn)行,,生物不能獨(dú)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(zhǎng) (Population Growth),是種群內(nèi)個(gè)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(xiàng)因素影響 :出生率 (birth rate / natality rate)死亡率 (death rate / mortality rate)個(gè)體達(dá)至成熟時(shí)所需的時(shí)間種群內(nèi)雌性個(gè)體的相對(duì)比例種群內(nèi)活個(gè)體的數(shù)目個(gè)體的平均壽命遷移入和出其生境的個(gè)體數(shù)目,環(huán)境阻力

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

14、owth curve)正加速期 (lag phase)對(duì)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(yīng)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(fēng)速和氣流 (wind & air current)水流 (water current),,影響生態(tài)系內(nèi)的動(dòng)植物品種、分佈、及行為包括以下各項(xiàng)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(fèi)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(jìn)行自營(yíng)營(yíng)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(fèi)者 (Consumer),異養(yǎng)生物需從外界攝取複雜的有機(jī)食物根據(jù)牠們?cè)谑澄镦湹奈恢? 可作以下分類 :初級(jí)消費(fèi)者次 / 三級(jí)消費(fèi)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(jī)物碎塊能協(xié)助分解者進(jìn)行分解作用攝取碎屑作為食物通常為體積細(xì)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(dòng)物腐屍 ? 蛆 ? 蛙 ? 草蛇,(iii) 分解者 (Decomposer),腐生生物主要是真菌、細(xì)菌、及某些鞭毛蟲促進(jìn)生態(tài)系內(nèi)物質(zhì)的循環(huán) ? 無機(jī)養(yǎng)料

19、 ? 被生產(chǎn)者再吸收 ? 再次進(jìn)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(fèi)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(fèi)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(yáng)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(xué)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(xué)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(xué)能,能量以食物的形式 在生態(tài)系內(nèi)轉(zhuǎn)移 （化學(xué)能）,食物鏈和食物網(wǎng),食物鏈,顯示某生境中有關(guān)物種指定的攝食關(guān)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(guān)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(diǎn),,食物鏈通常由一種綠色植物開始,下一個(gè)成員通

22、常是進(jìn)食植物的草食性動(dòng)物,其他成員是進(jìn)食動(dòng)物的肉食性生物或雜食性動(dòng)物,,,所有成員會(huì)是生產(chǎn)者、消費(fèi)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(jí)消費(fèi)者,二級(jí)消費(fèi)者,初級(jí)消費(fèi)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(huì)轉(zhuǎn)

23、移到下一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng) (competition)捕食 (predation)共生 (symbiosis)寄生 (parasitism),(1) 競(jìng)爭(zhēng) (Competition),相似的生態(tài)地位競(jìng)爭(zhēng)相同的資源植物 - 陽(yáng)光、空間、水份、礦物鹽動(dòng)物 - 食物、居所、配偶種類 :種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng) (interspecific compe

25、tition)種間競(jìng)爭(zhēng) (intraspecfic competition),種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng) (Intraspecific competition),為同種生物個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng)生活習(xí)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(jìng)爭(zhēng),種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的例子

26、 - 培殖不同種群密度的水虱,進(jìn)行地點(diǎn): 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(jìng)爭(zhēng)的例子 - 培殖不同種群密度的水虱,實(shí)驗(yàn)結(jié)果: 種群密度愈低 ? 生長(zhǎng)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?gòu)U物積聚等),(ii) 種間競(jìng)爭(zhēng) (Interspecific competition),為不同種生物間的競(jìng)爭(zhēng)生活習(xí)性相似 ? 所需的天然資源相似 ? 生態(tài)地位相似 ? 劇烈的競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理 (Gause)

28、 (Competitive exclusion principle),例子 (一) 兩不同品種草履蟲之間的競(jìng)爭(zhēng),例子 (二)兩不同品種的麵粉甲蟲之間的競(jìng)爭(zhēng),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(shí)驗(yàn): 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(shí)驗(yàn),草履蟲 (P.caudatum) - 獵物 纖毛蟲 (D.nasutum) - 捕食者實(shí)驗(yàn): 在一瓶

30、燕麥培養(yǎng)液中進(jìn)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(shí)例子,野兔與山貓 (加拿大 Hudson Bay)狠與鹿 (美國(guó)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(guān)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guān)係例子:豆科植物 + 固氮細(xì)菌地衣 (lichen) = 單胞綠藻 + 真菌 居住在水螅細(xì)胞內(nèi)的綠藻居住在草食性動(dòng)物腸道內(nèi)的共生細(xì)菌 / 纖毛蟲,

33、,(3) 寄生 (Parasitism),寄生生物 (parasite)獲取食物供應(yīng)、居所、及保護(hù)寄主 (host)↓食物供應(yīng)、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(shí)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(shí)的

34、群落稱為演替系列群落 (seral community)新介入的品種非常適應(yīng)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