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1、第一章 海洋生物与环境 1 第一节 地球上的生物 第二节 海洋环境与海洋生物类群 第三节 主要海洋环境因子的生态作用 第四节 生态因子作用的一般规律 第一节地球上的生物 2 一、生命的产生与进化 二、生物多样性 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 一、生命的产生与进化 3 1. 生命的起源 （1）化学进化阶段 地球表面在生命出现之前（大约在35亿年前），大气主要由 水蒸气、CO2、H2S、N2、CH4、NH3及H2组成，属于还原性大气， 大气层薄、缺少O2、不存在臭氧层，当时不仅紫外线强烈、而 且昼夜温差和季节温差都很大。 在太阳的辐射作用下，无机环境发生高温骤变，大气中产生
2、了有机分子以及小分子氨基酸、核苷酸等原始生命结构中的复 杂有机分子。 （2）生物学进化阶段 在大气中形成的有机物质积累在海洋中，那时候既没有生 物的消耗，也没有氧气的分解，尤其在海洋中也不会被紫外 线破坏。 随着时间的推移，简单有机物愈积愈多，有的形成了复杂 化合物，在太阳紫外线辐射作用下，化合物越来越复杂，原 始的生命在原始海洋中得到了发生和发展，逐渐演化产生了 光合生物。（这一过程几乎进行了20亿年。南非斯瓦茨兰的前寒武纪中期岩 石中得到最早的光合细菌和蓝绿藻化石，证明30亿年前已形成光合生物） 具有叶绿体的生物在原始海洋中逐渐繁殖、蔓延，CO2逐渐 被消耗、分子氧逐渐增多，此时还原性大气
3、逐渐演化为氧化 性大气，臭氧层也逐渐形成，后来，生命的演化又从水生到 陆生。 一、生命的产生与进化 4 一、生命的产生与进化 5 2. 生物种的概念 （1）物种的概念 早在17世纪，Ray在其植物史一书中把种定义为“形态 相似的个体之集合”，并认为种具有通过繁殖而永远延续的特 点。1753年，瑞典植物学家Linna出版了植物种志，继承 了Ray的观点，并创立了种的双命名法。 美国现代生物学家Mayr（1963）从种群遗传学的角度把种定 义为“能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种”， 而“种群是某一地区具有实际或潜在杂交能力的个体的集群”。 物种是客观存在的实体，不同物种之间存在明显的
4、形态上的 不连续性及不同形式的生殖隔离。物种是由内在因素联系起来 的个体的集合，是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。 一、生命的产生与进化 6 （2）种的性状 分为基因型与表型。 基因型是种的遗传本质，即生物性状表现所必须具备的内 在因素； 表型为与环境结合后实际表现出的可见性状。一个物种的 性状随环境条件而改变的程度称为该种的可塑性。 一、生命的产生与进化 7 3. 生物的协同进化 （1）生物的进化 生物不断地适应新环境，在环境中不是一成不变的，而是在 进化中生存，但这种进化不是通过自身来实现，而是通过自 然选择。 生物世代中产生遗传变异，出现各种不同特征的生物体，自 然选择决定哪些生存
5、，哪些被淘汰。 一、生命的产生与进化 8 （2）生物的协同进化 指一个物种的进化引起另一物种发生变化，而这些变化反过 来又引起相关物种的进一步变化，如此形成了种间相互适应、 相互作用的共同的协同适应系统。 协同进化不仅存在于一对物种之间（如竞争物种之间、捕食 者-被食者之间、寄生物-宿主之间及互利共生物种之间等）， 而且也存在于同一群落的所有成员之间，并导致群落和生态 系统的进化。 一、生命的产生与进化 9 （2）生物的协同进化 捕食者和被食者间的协同进化： 导致捕食者狩猎能力（如增加奔跑速度，锐利的爪、牙等） 以及被食者逃避能力（如增加隐蔽性、分泌有毒物质、提高 感官的敏锐性和奔跑能力等）的
6、共同发展。 寄生物与宿主间的协同进化： 常使有害的“负作用”减弱，甚至演变成为互利共生关系。 寄生物若致病力过强，宿主种群将消灭，寄生物也将随之灭 亡；同时寄生物的致病力还受宿主自卫能力的作用，如免疫 反应。因此，寄生物和宿主的协同进化，导致有害作用逐渐 减弱。 二、生物多样性 10 1. 生物多样性的概念 “生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性”， 指栖息于一定环境的所有动物、植物和微生物物种、每个 物种所拥有的全部基因以及它们与生存环境所组成的生态 系统的总称。 包括物种多样性、遗传多样性、生态系统多样性和景观多 样性四个层次。 二、生物多样性 11 （1）遗传多样性 也称基因多
7、样性（gene diversity）， 广义上可理解为蕴藏于所有动物、植物和微生物有机体 中的遗传信息的总和； 狭义上可以理解为群落内不同种群之间或一个种群内不 同个体之间的遗传变异的总和。 二、生物多样性 12 （2）物种多样性（species diversity） 指地球上生命有机体的多样化，它是生态系统的基本组分， 也是基因和染色体的载体。 据估计，地球上现有500-3000万个物种，已定名的仅约140 万。 从总的物种数来说，陆地的物种数要远多于海洋。 从大的分类单元看，海洋中生活的门类大大超过陆地。地 球上动物界共36门，除了有爪动物门外，其余门类均在海洋 中出现，其中13个门是海洋
8、独有的门类，而淡水则没有特有 的门。 二、生物多样性 13 （3）生态系统多样性（ecosystem diversity） 指生物群落与生境类型综合体的多样性，是物种多样性和遗传多样性存在的基本保 证。 生态系统包含着很多不同的层次，同一层次也包含很多各有差异的生态系统：如 陆地和海洋又各自可划分为一些次级生态类型，其中海洋有近岸、大洋、深海、极 地等生态系统； 相同类型的生态系统，但分别处于不同地理区域，其环境特征和生物组成也有差 别。如河口湾生态系统，就有淹没河口湾、峡湾型河口湾和沙洲河口湾的差别。同 样不同海域的上升流生态系统、红树林生态系统、珊瑚礁生态系统以及各种类型的 潮间带生态系统
9、都有各自的环境和生物组成特点。 二、生物多样性 14 （4）景观多样性 指不同类型的景观在空间结构、功能机制和时间动态方 面的多样化和变异性。 景观是一个大尺度的宏观系统。景观要素可分为斑块、 廊道和基质（邬建国，2000）。 在生物多样性的四个层次中，遗传多样性是基础，物种 多样性、生态系统多样性是保证，而景观多样性又以生 态系统多样性为基础。 二、生物多样性 15 2. 影响生物多样性的因素 （1）物种生物量 （2）物种的属性 （3）生物地化循环 （4）系统的稳定性 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 16 1. Gaia假说的形成和发展 英国科学家J. Lavelock于
10、1961年在探讨火星是否有生命存 在时，发现有生命的地球同火星、金星的大气气体构成明 显不同，火星和金星大气中二氧化碳占绝对的主导优势， 而氧气、甲烷气及氮气的含量很低。 如果将地球上的所有生命排除，然后用物理化学的方法 计算地球大气中各种气体达到平衡状态时的浓度，那么大 气中各种气体的浓度同火星、金星非常相似。 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 17 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 18 大约在35亿年前，地球上出现生命以后，太阳的辐射量增 加了30%左右，然而地球上的气候却变化很少，地球表面的 温度一直在15左右（全球平均温度）； 大约20亿年前，由于
11、光合作用的生物大量出现，地球大气 中氧气不断增加，后来却一直稳定在21%左右。 因此，认为地球上的所有生命总体控制着地球环境条件。 提出了Gaia假说，Gaia是希腊神话中的大地女神，因此，也 称大地女神假说。 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 19 2. Gaia假说的主要论点 （1）地球上所有生物都起着调控作用 地球大气的化学成分、地球表面的温度及地表沉积物的氧 化还原电位和pH值等是受地球上所有生物总体（biota）的 生长和代谢所主动调控的。即地球上所有生物对其环境不 断地起着主动调节的作用。 地球上适于生物生存的最初条件并不存在，而是通过生命 活动与环境相互作用而发
12、展和创造出来的。 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 20 （2）地球生态系统能够缓和环境变化并保持稳定性，地球本 身是进化系统 当地球环境受到人为破坏或自然条件的各种干扰而发生不 适合于生物生存的环境变化时，地球上的生命总体就会通过 改变其生长、活动和代谢来对这些变化做出相应的反应，来 缓和这些变化，保证了整个地球生态系统的稳定性。 生物总体及其环境所组成的系统能够对抗不适合于生物生 存的环境变化，继续生存、发展和进化。 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 21 （3）地球系统是有机整体，地球生理学是地球进化的方式， Gaia假说是一个控制论系统 整个地球是生
13、物区系和大气、土壤以及海洋所组成的一个 综合有机整体。生物与环境之间相互作用，不可分割。 Gaia假说是一个控制论系统，可说明生物与环境在生物圈 规模上相互作用的稳态。 地球历史中，陨星大冲撞至今已发现有30余次，每一次冲撞能量大于1020J，相当于世界核 武器贮存在一次核战争释放的总能量的一千倍以上，造成大量物种灭绝以及环境的剧变， 但生命与环境持续地存在下来，也说明Gaia假说的合理性。 三、地球自我调节理论Gaia hypothesis 22 （3）地球系统是有机整体，地球生理学是地球进化的方式， Gaia假说是一个控制论系统 Gaia假说在当今对全球变化问题（特别是气候调节系统）的 研
14、究中也得到检验。 海洋浮游植物产生的二甲基硫（DMS ）释放到大气中，促进形成海洋上空 的云层。当浮游植物释出的DMS越多 ，结集的云层就越厚（正反馈），太 阳辐射能向空中反射量也就越多，结 果将使海洋表层降温，同时植物光合 作用对太阳能的利用率降低（负反馈 ）。如上形成一个调节气候的封闭循 环，表明生物对其环境产生主动和积 极的影响。 第二节 海洋环境与海洋生物类群 23 一、环境概述 二、海洋环境概述 三、主要海洋生物类群 一、环境概述 24 1. 环境的涵义 环境是指某一特定生物个体或生物群体以外的空间，以及直 接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。 环境科学中，一般以人类
15、为主体，环境是指围绕着人群的 空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因 素的总体。 生物科学中，一般以生物为主体，环境是指围绕着生物体 或者群体的一切事物的总和。 一、环境概述 25 2. 环境的类型 （1）按环境的主体 以人为主体 以生物为主体 （2）按环境的性质 自然环境 半自然环境（被人类破坏后的自然环境或人工环境） 社会环境 一、环境概述 26 2. 环境的类型 （3）按环境的范围大小 依环境范围大小可将生物的环境区分为小环境和大环境： 小环境是指对生物有着直接影响的邻接环境，如接近植 物个体表面的大气环境、动物洞穴内的小气候等。 大环境是指地区环境（如具有不同气候和植被特
16、点的地 理区域）、地球环境（包括大气圈、岩石圈、水圈、土壤 圈和生物圈的全球环境）和宇宙环境。 在生态学工作中，应当特别重视在小环境层次上对非生物 因子进行研究。如潮间带的生境差异等。 二、海洋环境概述 27 1. 海洋环境的基本特征 （1）相对稳定性 相对于陆地，由于海洋水体大、有较高的比热以及混合作 用，使得海洋的温差较小，温度变化也比较缓慢； 海水的组分稳定，缓冲性能好，其pH值也是相对稳定的。 这些环境条件在相当大的距离内较为恒定，使得海洋生物 可分布在很大的范围内。 二、海洋环境概述 28 （2）三大环境梯度 海洋具有三大环境梯度（environmental gradient） 纬度梯度：主要表现为赤道向两极的太阳辐射强度逐渐减弱， 季节差异逐渐增大。 深度梯度：主要由于光照只能透入海洋的表层（最多不超过 200 m），其下方只有微弱的光或是无光世界。温度也有明 显的垂直变化，底层温度很低且较恒定，压力也随深度而不 断增加，有机食物在深层很稀少。 水平梯度：从沿海向外延伸到开阔大洋的梯度，主要涉及 深度、营养物含量和海水混
