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1、生 态 学Ecology杨杨 彪彪第一节 序言 Prefacev什么是生态学？v生态学的研究内容v生物的等级层次v生态学的研究方法v自然选择和适应1 什么是生态学？v动物与其环境间的全部关系(Haeckel, 1869)v决定生物分布(distribution)与多度(abundance)的因素(Krebs, 2001)生物与其环境间的全部关系生物非生物环境非生物环境光照气候（降水、气温）水土壤生物环境：其它生物决定生物分布与多度的因素v究竟是哪些因素在决定：什么地方有生物？有多少生物？生态学和其他学科的关系v生物的形态、生理、行为、生态、遗传和进化都要受到环境的影响v生态学与生物的形态、生理
2、、行为、遗传和进化有着密切的联系生态学生理学Physiology行为Behavior遗传学Genetics进化Evolution2 生态学的研究内容生态学是从三个途径(approach)来进行研究的vWhat: 生物与环境之间有什么样的关系vHow: 生物与环境之间关系如何发生vWhy: 为什么生物具有某种生态学特征What:生物与环境之间有什么样的关系 描述地球上陆地和水体中不同纬度、不同海拔分布的有哪些生态系统，描述各种生态系统其中的动植物种类和数量，以及动植物与它们所在环境间的相互作用How: 生物与环境之间关系如何发生即从功能出发来研究生态学，把了解生物与生物、生物与环境之间关系作为目
3、标，探索生物种群和群落的空间位置和数量，度量生物的数量沿时间和空间的动态变化。通过功能研究，可以提供种群和群落在环境因子作用下反应的证据Why: 为什么生物具有某种生态学特征 即用进化的观点去说明为什么某个地方有那么多种生物。可以用生物在自然选择条件下对环境的适应来回答这个问题。这个途径也可以被看作是进化的途径没有任何一个途径可以单独解决所有的生态学问题v描述是生态学研究的基础，它描述可以为我们提供不同物种的地理分布、相对多度的信息v功能途径使我们了解生态学的系统如何运作v进化途径以良好的自然史和功能知识去了解过去的进化历史事件，提出在真实世界中可以检验的假说3 生物的等级层次 生物可以划分成
4、不同的等级层次： 分子亚细胞器细胞器细胞组织器官器官系统个体种群物种群落生态系统景观全球分子 Molecule亚细胞器细胞器细胞 Cell组织 Tissue器官 Organ器官系统个体 Individual种群 Population物种 Species群落Community生态系统 Ecosystem景观 Landscape全球生态学研究范围生态学要研究的是种群、物种、群落、生态系统以及景观、全球6个层次生态学研究的时间(time)与空间(space)v随空间尺度不断增大，与各个空间尺度相对应的生态学过程时间尺度也不断增大如局部地区的气候变化，可以用天做单位；研究全球气候变化，就要用数十、百年
5、甚至千年做单位v随着空间尺度的增大，研究难度不断增大，人类的了解也越来越少如了解校园内一片小树林有多少种和多少株树，比较容易；要了解绵阳市各县有多少种和多少株树，就十分困难了生态学研究方法v理论的(theoretical) 方法v经验的(empirical) 方法实验室研究野外研究理论的方法v建立各种模型数学的图示的文字的经验的方法实验室研究野外研究生态学解决问题的基本思路 首先给问题一个可能的答案，被称为假说，从假设出发可以推得预测，然后收集野外观察资料或实验资料并用于对假设进行检验。如果假设被否定，则需再审视野外观察。假设被接受时，该假设就成为我们理论的一部分，它可以解释我们在野外的观察自
6、然史的观察结果真实自然的影像假 设预 测试验设计（定义和量度）（统计）检验形成理论生态现象的解释收集资料成功预测成功预测肯肯定定的的结结果果否否定定的的结结果果不成功预测不成功预测5 自然选择和适应v达尔文适合度(Darwin fitness)v自然选择(natural selection)v适应(adaptation)适合度v一个个体如果产生很多后代，后代又能成功地繁殖它们的后代，于是我们说这个个体有高的达尔文适合度值v一个个体适合度最大，它可以产生生存能力强、数量少、个体大的后代，也可以产生生存能力弱、数量多、个体小的后代v拥有优点较多的基因的个体其适合度也高，适合度是个体产生有生命力的后
7、代、对未来世代产生贡献能力的量度自然选择种群中适合度高的个体有更高的存活可能，并繁殖更多的后代，从而对后代有更大贡献。这个过程中个体间同时有遗传上的差异，那么种群中适合度高的个体拥有的基因就变得越来越普遍，适合度低的个体拥有的基因就变得越来越稀有，最终个体间适合度的差异就导致了种群的遗传改变适应 生物具有的对其存活和繁殖有帮助的可遗传性状，叫做适应，适应可以表现在生物的生理、形态或行为等方面，它是自然选择的结果按照现代对物种的理解:v1、种（物种）：是自然界中占有特定生境的动、种（物种）：是自然界中占有特定生境的动物生殖群体，和其他动物的生殖群体被生殖隔离物生殖群体，和其他动物的生殖群体被生殖
8、隔离分开。分开。简言之，种内互配生育，种间生殖隔离。认为种是互配生育的天然种群。不同种在自然界中彼此间并不互配生育，纵使互配产生了后代，其杂种往往也不能生育，因而并不传种下来。v 生殖隔离：是指种间异性互不交配、或配而生殖隔离：是指种间异性互不交配、或配而不产、或虽产但后代无生育能力不产、或虽产但后代无生育能力（如骡）。（该标准只实用于现今生存的有性生殖的物种）2、种的鉴别、种的鉴别 由于生殖隔离标准在应用上常存在着实际困难，因此在实际分类中种的鉴别通常采用以下三条标准： 21、形态学标准形态学标准 任何两种间，必定具有明显而比较稳定的形态差异区别，这是在进化中连续又间断的形态特征，这种特征为
9、种群所共有。 22、地理学标准、地理学标准(分布方面分布方面)。每种群都有一定的分布区域。两个种，可能分布在同一区域，也可能分布在不同地区，前者称同域型，后者称异域型。无论是同域型或异域型，种群间均不杂交，方称不同的种。如互相杂交而生有过渡或居间类型者，则应视为同一种的不同亚种。由此可见，居群的互相配育与否，可以说是对种的判别的主要标准。但在自然界中观察和实验种群间的互相配育与否是很困难的，所以一般从地理学角度来探讨各种群的分布范围，而在它们分布相同或接触的地区中查看有无过渡的或居间类型（即杂种）的产生。这可说是鉴别种的地理标准。23、生态学标准、生态学标准 生态学方面的资料，往往也作为判别种
10、的一个方面。具独特生活习性和繁殖习性，占有特定生态环境每一群体都有它自己的分布区域，也有独自的生活习性和繁殖习性。这样以生态资料差异作为种间区别也是可能的。 种下无亚种分化的，称单型种，凡包括有亚种的，则称多型种。种类鉴定依据的特征v原则上物种的所有各方面均可用为鉴定的指标，常用的有几个方面的特征。v形态特征：为最常用的、直观的特征。v统计学方法：在种下运用最多。求出一种数量特征在不同样本间的差异。方法有主成分分析、标准变量分析、判别分析等。v生态-生物学特征：不同物种在形态上极为相似或相近，但在生活习性、生态要求等方面处在差异。v生物化学特征：蛋白质测定方法的应用，包括氨基酸顺序测定、血清学
11、方法和电泳方法v细胞学特征：用染色体及其片断3、亚种 亚种是仅有的种下分类阶元，是由于种群在地理分布上的差异而形成的；是某个种的表型上相似的种群的集群，栖息在该物种分布范围内的次级地理区，而且在分类学上和该种的其它种群不同。 划分标准：种内两个异域分布的种群彼此之间在分类上互有差异，而其差异个体至少达到种群总体的75%，既种群A中有75%的个体不同于种群B中的全部个体，则可认为这两个种群是不同的亚种。所谓分类上互有差异，就是指差别必须特别明显，以至于不必依靠有关它们产出地的资料就能鉴别大部分标本。同一种的两个亚种不可能占有同一分布区（指繁殖区），换言之，就是一种动物在同一个地方不能有两个亚种繁
12、殖（亚种交界处可能有例外）。相邻的亚种能互相交配，如果由于外界障碍而相隔离时，它们仍具有相互杂交的可能性。 梯度变异：一系列的相近种群，其彼此之间有区别的个体未达到种群总数的75%，因而呈现出连续性的逐渐变异。4、亲缘种 两个以上的种群，彼此间特征差异甚微，且为同域分布而不相杂交，则称它们是亲缘种（姊妹种）。5、超种 极相近似的几个种，其分布区域不相重叠，即使互相接触，彼此也不互配生育，这种关系称为超种。 超种所包括的各种其间的形态差别常不显著，犹如亲缘种一般，但超种为异域分布，而亲缘种为同域分布。 亲缘种和超种都是少见的。6、新种的形成亲缘种和超种的存在，向我们提供了新种形成的线索。从分类学
13、角度来看，关于新种的形成主要有以下两种形式：6.1 异域型的新种形成 新种起源于亚种。分布于不同区域的种，可能产生不同的亚种-量变。不同的亚种，由于地理上的隔离，历久可能产生质变，彼此在生殖上隔离，因而形成新种。大多数新种的形成都缘于地理隔离。6.2 同域型的新种形成 新种从亲种中通过飞跃突变而形成同域分布的一对亲缘种，新种较其亲种更能适应环境时发展起来。扩散到更广阔的地区。这种推理以亲缘种的存在为依据，但关于亲缘种的本质和起因，至今仍了解不多，有待进一步研究。命名是动物分类学工作中的一项非常重要的问题。每个物种乃至于所有分类单位均需要有名称，而名称应具有特定的信号意义，不允许有任何混乱。 动
14、物（特别是鸟类）的活动性较大，在不同国家，或一个国家内的不同地区，同一种动物的名称可能各不相同，包括有不少俗名或地方名。如果没有统一的名称，各叫各的，国际上就无法交流。 因此，动物学家记载动物的名称，采用国际统一的“国际动物命名法规二名制”。此命名法，系林奈首先提出，因此又称林奈制。资料：资料： 瑞典博物学家林奈(Carolus Linnaeus,17071778)应用属和种的概念，对每一个种用两个词来命名，称为双（二）名制双（二）名制，又称为双名命名法。双名命名法。1758年林奈在自然系统第十版使用，后被确认，国际动物命名法规认定这一著作和这一年为国际动物学命名法的开始。三、动物的命名法规三
15、、动物的命名法规(种的命名种的命名法法) 1、命名法、命名法 所谓二名制，就是以拉丁文或合于拉丁文格式的文字，记载动物属名及种名，并把两者连缀起来，就变成该种的学名。（即二名制规定每个种名由属名属名+种本名种本名构成），属名的第一字母，须用大写，以示其为主格的实词。种名常为形容词，其字首字母小写，属名和种名，其文法上的种种方式，均须符合一致，且此二名均应用斜体字印，或于其下面画条单线（手写体），以示区别。在拉丁学名之后，通常还有命名人的姓氏，以示根据。例如：琵嘴鸭的学名为Ansa clypeata Linne。Ansa 表示鸭属，clypeata为种名，Linne为定名人。 鲤 Cyprinu
16、s carpio Linnaeus 鲫 Carassius auratus (Linnaeus)第二节 种群的概念1 种群的定义v种群是在同一时期、特定空间内、同种生物个体的集合;v种群中所有个体的基因一起，形成了该种群的基因库;v种群是物种在自然界中存在的基本单位，进化过程是种群中个体基因的组成与频率从一个世代到另一个世代的变化过程，种群是进化的基本单位;v种群生态学主要研究种群的数量、结构和分布，研究种群与其栖息环境中非生物因素和其他生物种群间相互关系种群生态学的研究内容v种群的数量及其动态v结构v分布v生物种群间相互关系2 种群的数量表示种群数量的指标有：v种群绝对数量-生物个体数v种群
17、密度绝对密度相对密度种群密度v通常以单位面积（或体积）内的生物个体数目表示密度（常用单位） 密度（m2或m3）硅藻5,000,000/ m35,000,000土壤节肢动物500,000/ m2500,000藤壶（成年）20/100cm2,000树500/hm20.0500000鼠（农田）250/hm20.0250000鼠（树林）10/hm20.0010000鹿4/km20.0000040人芬兰 346/km20.0003460加拿大 2/km20.0000020 绝对种群密度v在能够准确获得单位面积（或体积）中个体数目时，可以使用绝对密度表示种群数量v例：用标志重捕法得知3hm2农田中有12只
18、大足鼠（Rattus nitidus），则该大足鼠种群的绝对密度是4只/ hm2种群密度v通常以单位面积（或体积）内的生物个体数目表示v面积单位：亩、公顷、平方千米v密度单位：只（株）/亩、只（株）/公顷、只（株）/平方千米相对种群密度v在无法准确获得单位面积（或体积）中生物个体数目时，可以使用相对密度表示种群数量v如每日在3hm2农田中放置300个铁铗捕捉大足鼠，3日中捕获大足鼠18只，则该大足鼠种群的相对密度是2%的捕获率，或2只/100铗日v可以用更间接的指标来表示生物的种群数量，如每hm2鼠洞数 第三节 群落（Community） 群落是在相同时间聚集在同一地段上的物种种群的集合，是生
19、态系统中的生物部分，明显不同于它的物理环境群落的定义 生物群落可定义为特定空间或特定生境中生物各个物种种群有机的组合，生物种群之间、以及生物种群与环境之间彼此影响，相互作用，形成具有一定的外貌及结构，包括形态结构与营养结构，并具有特定功能的生物集合体群落特征v种群间相互作用的有意义和复杂的特性。发生在个体间的竞争、捕食、寄生和互利共生显示出在群落组织中隐藏的许多格局v群落也能够从更广阔的角度如物种多度、分布、食物链和食物网来理解它的结构和功能v特别地，也能从利用相同资源的相似物种之间的相互作用来观察它的特性群落的例子v北美洲东北部云杉林群落中，植物的优势种是云杉，我们看到的就是云杉林的外貌。其
20、中生活着亲缘关系相近的Dendroica属的5种雀科鸣鸟v群落是一个相对概念，根据群落生态学的研究目的，我们可以单独研究植物群落或动物群落，也可以研究动植物一起组成的生物群落植物群落学中的群落v植物群落学中的群落是植被分类中的一个层次，它强调的是植物群落的外貌描述、物种组成和优势种v生态学中的群落，不仅包括了物种组成，更注意的是它的结构和功能，以及维持群落结构和功能的生态学过程v生物群落与其环境相互作用，相互影响2 群落结构（community structure）的基本特征 v物种组成（species composition）和各种群相对数量v空间构成生物群落的结构v群落结构的内容：物种（植
21、物、动物、微生物）种群的组成物种（植物、动物、微生物）种群的数量或相对数量不同物种种群之间的相互作用，这是群落结构中最重要、最富活力的部分v群落结构受环境影响群落的空间构成 每种群落具有自己独特的外貌，可以直接观察得到，它常常由作为优势种的动植物物种种群决定。群落的垂直构成v陆地群落的分层例v林林冠层吸收了大部分光辐射。随着光照强度渐减，依次发展为林冠层、下木层、灌木层、草本层和地被层等层次。一般讲，温带群落的夏绿阔叶林的地上成层现象最为明显，寒温带针叶林的层次简单，而热带森林的层次最为复杂v水生群落的分层 由光在水中的穿透性、温度和氧气的垂直分布决定例v夏天一个层次多样的湖泊自上而下可分为表
22、水层、斜温层、湖下静水层和底泥层动物与群落的层次v动物群落的分层现象也很普遍。每一个层次上活动的动物种类在一天之内或一个季节之内响应温度、湿度、光照强度、水体含氧量等的日变化和季节变化而变化v一般来说群落的层次越明显，分层越多，群落中的动物种类也就越丰富。如果缺乏某一个层次，就会同时缺乏生活在那个层次中的动物群落的水平构成v群落中不同物种种群水平分布格局，也称之为群落的二维结构。镶嵌性层片在二维空间中的不均匀分布，使群落在外形上表现为镶嵌在一起的斑块，每一个斑块就是一个小群落，它们彼此组合，形成了整个群落v群落内部环境因子的不均匀性，如小地形和微地形的变化、土壤温度和湿度、盐渍化程度的差异，以
23、及人与动物的影响，是形成群落中斑块镶嵌的主要原因生物群落的时间和空间动态v生物群落的结构随时间而变化，形成了群落的季节变化、年间变化、演替与演化v生物群落的结构随空间不同而变化，形成了群落的分布特征，不同群落的生境和分布范围不同群落的物种组成 v群落的物种组合成是决定群落性质最重要的因素，也是鉴别不同群落类型的基本特征v植物群落生态学研究中常用的群落成员类型：优势种建群种亚优势种伴生种偶见种或罕见种v动物群落中，也区分优势种、常见种和稀有种注：是同一个植物物种在不同的群落中可以不同的群落成员类型出现。 动物同资源物种组合（guild）v属于群落中同资源物种组合的物种种群，利用相同的资源，有着相
24、似的生存方式v同资源物种组合内的物种有时亲缘关系很近，但有时在分类学上没有关系v例：热带雨林中的食果实鸟荒漠中的食种子动物（啮齿动物、鸟、蚂蚁）溪流中的滤食性无脊椎动物植物生活型（ecotype)v与同资源物种组合概念类似，相同生活型的植物有类似的结构和生长动态，以类似的方式利用环境资源v植物可以分成几个大型生活型，比如乔木、藤本植物、一年生植物、硬叶植被、禾本科草、非禾本科草等群落的多度v多度群落完整的生物物种名录各个物种种群的相对多度v植物群落和动物群落的多度量度和调查不同植物群落的多度v种的个体数量指标密度：相对密度盖度：群落中某一物种种群的分盖度占所有分盖度和的百分比叫相对盖度频度：频
25、度该物种出现样方数样方总数植物的高度以及重量v综合指标第四节 生态系统的概念 v地球上有许多大小不同的生态系统，大到生物圈或叫全球生态系统，至海洋、陆地，小至森林、草原、湖泊和池塘，甚至小到由降雨形成的一个暂时性小水坑v生态系统的范围和大小没有严格的限制，可根据研究目的和需要选定1 什么叫生态系统？v生态系统包括生物群落及其无机环境，它强调的是系统中各个成员的相互作用，所以它的范围几乎无所不包v一定空间中共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动而形成的统一整体v生态系统的概念最早是1935年由英国生态学家坦斯利提出的最初的定义包括空间中所有的动物、植物和物
26、理的相互作用近代生态学家更倾向于从能量流动、水和其它维持生命活动必需的物质循环来研究生态系统生物群落 + 非生物环境= 生态系统输入输出生态系统的示意2 生态系统的组成与结构v非生物环境v生产者v消费者v分解者 非生物环境v参与物质循环的无机元素和化合物（如：C、N、CO2、O2、Ca、P、K）v联系生物和非生物成分的有机物质（如蛋白质、糖类、脂肪和腐殖质等）v气候或其他物理条件（如温度、压力等）生产者v能利用简单的无机物合成有机物的自养生物v在深海和其它类似生态系统中，生产者是可以利用还原态无机物如H2S的化能合成细菌水体生态系统中的生产者v浮游植物-藻类（如螺旋藻、硅藻、蓝绿藻）v生长在浅
27、水中的有根植物（挺水植物）v漂浮植物水风信子 - 漂浮植物硅藻（浮游植物）芦苇（挺水植物）陆地生态系统中的生产者v绿色植物如草本植物、灌木和乔木草本植物（川芍药）苔藓乔木和灌木（右）灌木（左上）深海和其它类似生态系统中的生产者v可以利用还原态无机物如硫化氢、硫的化能合成细菌消费者v消费者不能直接利用无机物质制造有机物质来维持自身的存活和生长，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质，因此这类生物也叫异养生物v消费者根据其营养方式或食物类型不同，可以划分为：食草动物食肉动物杂食动物食草动物食肉动物杂食动物分解者v分解者是异养生物，它们利用动植物残体内的复杂有机物从而获得能量和物质，其作用与生产
28、者相反分解者在生态系统中的作用v释放生物残体中复杂物质，重新参加物质循环v分解者的作用在生态系统中的地位是极其重要的，如果没有分解者，动植物尸体将会堆积成灾，物质将被锁在有机质中不再参与循环，生态系统的物质循环功能将终止，生态系统将会毁灭参与生态系统分解的生物v分解作用不是一类生物所能完成的，往往需要不同的阶段和不同的生物来作用v分解者一般分为两类一些无脊椎动物（大型分解者）细菌和真菌（小型分解者）生态系统中是一个整体v结构和功能：生态系统中生物成分与非生物环境成分间通过能量流动和物质循环形成一个整体v进化：地球生态系统是生物与环境、生物与生物长期共同进化的结果v人类正在探索自然生态系统能量流
29、动和物质循环的特征，探索影响能量流动和物质循环的生态学过程，希望能给人类科学地管理地球、恢复被破坏的生态系统提供科学依据，达到人类社会可持续发展的目的3 生态系统的特征和控制v开放系统v有输入环境和输出环境v有内环境稳定机制自然生态系统是开放系统v开放系统：自然生态系统是开放的系统，生态系统与它的输入环境和输出环境之间不断地有能量流动和物质交换v封闭系统：只有人工建立的、完全封闭的宇宙舱生态系统才是封闭系统生态系统有输入环境和输出环v输入和输出：生态系统依赖于输入环境和输出环境的输入和输出，一旦输入、输出停止，系统也就停止运作生态系统物质和能量 输 入物质和能量 输 出通过进化生态系统形成了内
30、环境稳定机制v自有生命的35-40亿年以来，地球上各类生态系统都进化形成了自己的类似于生物个体内部的内环境稳定机制，这类机制维持着各类生态系统的相对稳定内环境稳定机制v内环境稳定机制存在于各种生物体内，生物个体的内环境稳定主要由生物的生理和行为实现。v美国生态学家奥德姆认为，自然生态系统也有内环境稳定机制，这个机制使系统内各个成分彼此的关系保持相对稳定v他还认为生态系统的内环境稳定机制有负反馈剩余反馈v当系统的输出端有信息回到系统的输入端作为输入再次进入系统，对系统的运作产生影响，并最终影响系统输出的过程叫反馈v作为反馈的信息具有能量小、作用大的特点v正反馈：反馈信息的作用增加系统输出v负反馈
31、：反馈信息的作用减少系统输出生态系统输入输出能量小、作用大的反馈负反馈v维持生态系统内环境稳定机制最常见的机制，它的作用是通过减少生态系统输出，以维持生态系统的结构和功能v例：一个自然草原生态系统中，有蹄类动物种群以植物为食。如果某年气候有利于植物生长，则较多的食物资源会使有蹄类动物种群的个体数量增加，动物个体数量增加将导致过度啃食植物，于是动物的食物资源因过度利用而减少，植物数量减少后，反过来就会抑制有蹄类动物种群的数量，植物种群数量随之得以恢复生态系统输入输出负反馈，起减少输出的作用正反馈v正反馈的作用与负反馈相反v例：一个湖泊受了污染后，鱼类的数量就会因为死亡而减少，死去的鱼腐烂后又会进
32、一步加重水体污染而引起更多的鱼类死亡。这里由于正反馈的作用，污染会越来越重，鱼类死亡速度也会越来越快。正反馈对生态系统的影响通常出现在遭受人类破坏的自然生态系统中生态系统输入输出正反馈，起增加输出的作用剩余机制生态系统的多个组分有维持生态系统的正常运作的能力，但通常情况下这样的组分没有全部发生作用，当一个组分的功能被破坏后，原来多余的组分就起作用代替被破坏的组分，从而维持生态系统的内环境稳定ABC物质和能量 输 入物质和能量 输 出只需要、中两个部分就可以维持生态系统的稳定，于是三个部分中任意一个失去作用，生态系统仍因其他两个部分的存在而保持稳定生态系统第五节生物多样性 地球表面的每一个角落，
33、都生活着大小不同、形态各异、难于计数的生物。有生物生存是地球最主要的特征，生物最基本的特征就是它的多样化1 什么是生物多样性 一般认为生物多样性是一个地区内基因、物种和生态系统多样性的总和，基因、物种和生态系统三个层次的划分，只是为了研究和讨论问题的方便，事实上，生物多样性表现在生物的形态、生理、遗传和行为的各个方面 物种多样性v物种是生物分类的基本单位，它是具有一定形态、生理特征和一定自然分布区的生物个体的集合。同一物种的个体，共享同一遗传物质库即基因组。不同物种的个体间或者不能交配产生后代，即使能够交配产生后代其后代也没有繁殖能力v1753年瑞典植物学家林奈提出双名法并用拉丁语命名，来表示
34、生物的学名，生物的学名都是唯一的v19世纪中叶，达尔文认识到物种外部形态的相似程度可以显示它们的亲缘关系，建立了进化学说，开始了对植物的自然分类v近年来生理学、血清学、生态学、遗传学、生物化学、数学的发展为分类学提供了更多方法v分子生物学的发展, 给分类学研究方法带来了深刻的变化地球上的物种v世界上现有被子植物544科（按哈钦森系统），12500属225000种v常用的分类系统把地球上生存的150万种动物分为20余个门。数量最多的是节肢动物门，约100万种以上，其中主要是昆虫。物种数最少的是箒虫和毛颚动物，分别只有20和50余种，其余各门的数目为数千数万不等遗传多样性 遗传多样性是生物多样性的
35、另一个主要层次，它是指种以下水平遗传物质的多样化，反映在亚种间、种群间、染色体间、DNA核苷酸顺序间的多样化上，因此遗传多样性应当包含这几个层次的多样性亚种v种内的一些种群具有不同的地理分布，在形态、生理、基因频率、染色体结构或数目上都有差异，这些差异使它们与该物种其他个体有较大差异而形成亚种，但又同属一个物种，不同亚种间个体可以交配，产生有生殖能力的后代v例：食肉目猫科的虎共9个亚种，狐狸有35个亚种，树鼩有43个亚种，环颈雉有32个亚种。植物马先蒿属的一些种，也有不少亚种种群v不同生物种群为适应各自的环境，在长期进化过程中，形态、生理、遗传特征可能发生变化，且在遗传上被固定，这就是种群层次
36、的多样性v例：同种植物表现出的有遗传基础的生态分化，形成同种植物的不同生态型。有的生态型只有某一方面（如形态）的差异，而无遗传组成的不同染色体v在染色体水平上，一般一个物种的核型特征即染色体数目、形态及行为的稳定是相对的，但在许多种内可看到多态性，v例：穿山甲的染色体可以有36 、38或40对，雌性黑麂的染色体为8对，雄性为9对基因组v除孤雌生殖、同卵双生、克隆生物体外，没有两个个体的基因组是相同的v例：人类基因组的长度为3109个DNA碱基对，大约含5.0104-1.0105个基因，显然两个人的基因组完全相同的概率趋近于零云南4个地区牛的血红蛋白，有6种基因型，运铁蛋白有9种基因型行为多样性
37、v动物的行为也有多样化的特征v例：生活于不同地方的同一物种的鸣鸟，鸣叫声带有地方特点，动物行为学家把它称为鸣鸟的方言黑猩猩行为的多样性表现最为明显。1999年动物行为学家惠腾等人利用151年的研究资料，系统分析了迄今为止世界上7个研究时间最长的黑猩猩行为资料，发现该物种的行为总共可以归类于39种模式，如使用工具、梳理毛发、求偶等生态系统多样性v地球上的生态系统分为陆地生态系统和水体生态系统，以及介于两类之间的湿地生态系统。v陆地生态系统有森林、草地、荒漠和苔原v水体生态系统有海洋、湖泊和河流v湿地生态系统有沿海的潮间沼泽、红树林、永久浅水海域、河口水域等，还有内陆的各种沼泽、湖泊（面积小而且浅
38、）、泥炭地 在从微观到宏观的各个等级层次：碱基对和氨基酸、DNA分子和蛋白质分子、基因、染色体、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统和生物圈的各个层次里，我们看到了生命结构和功能的多样化，随时间和空间尺度的变化，生命的多样化还有不同的表现2 生物多样性的价值v经济价值v美学价值v服务功能 经济价值v生物多样性为人类提供了基本生存所需的食物、纤维、能源和药物资源。人类还利用生物多样性提供各种工业原料，如木材、纤维、橡胶、造纸原料、淀粉、油、树脂、染料、酸、蜡、杀虫剂和其它许多化合物v生物多样性还是旅游业和娱乐的主要资源，各类生物多样性资源的美学价值直接为人类提供了服务v无论是传统的育种，
39、还是遗传工程育种，都以生物的基因库作为资源。遗传工程已能按人的意图设计某些生物，但它的基本原材料仍是现有生物的遗传物质生物多样性的服务功能v生物多样性作为一个整体，维持着地球生命系统的正常功能植物通过光合作用，把太阳能转化为生物能，成为生物圈中能量的基本来源，为各种生物（包括人类）的生长、繁殖、提供能源伴随着沿食物链能量的流动，各种物质如水、碳、氧、氮、磷等数十种物质和元素，在生物与生物之间，生物与环境之间形成循环保护水源、维持水的自然循环、调节气候、防止水土流失、吸收和分解污染文化多样性v不同国家和地区的人民生活于不同的环境之中，不同的环境中生物多样性特征不同，使得各个国家和地区有不同农作物
40、、家养动物，于是有不同的生存的物质基础，从而构成世界范围内的文化多样性v文化多样性是生物多样性在人类社会中的反映。文化多样性表现在语言、宗教信仰、土地耕作方式、艺术、音乐、社会结构、作物选择、膳食、建筑以及无数其他人类社会特征的多样性上v显然生物多样性为人类的文化价值提供了物质基础国家安全v由于生物多样性包括了人类生存的基本条件如环境、水和其他基本资源，生物多样性也就自然地成为了国家安全的一部分v国家和国家之间，可能因为各类资源、污染引发冲突。这种威胁可能比起装备精良、虎视眈眈的不友好邻邦的威胁还要大v例：拉丁美洲、亚洲、中东和非洲的部分地区，生态系统的退化已正成为政治动乱和国际局势紧张的根源
41、非洲的干旱造成农业生产的破坏，比起侵略军如果施行焦土政策所造成的破坏还要严重地球上究竟有多少个物种？v生态学家结合生物个体的大小、食物链、生境的空间结构、生态系统的种-面积关系、生物的常见性和稀有性等方面的资料和研究成果，估计地球上总的物种数在500万5000万之间。v人类已经认识了地球上的一百多万个生物物种，现在新物种仍不断地被发现，生物学家平均每3年发现一个新的大型哺乳动物物种，每5年在开阔海洋中发现一个新的大型脊椎动物物种。大多数生物都较小，实际上每天描述的新生物物种平均300个。不仅是新种，生物学家还不断发现动物中新的门有多少种群？v我们把有遗传差异的种群称为孟德尔种群。美国生物学家估
42、计平均每一物种有220个种群，全球共有11亿到66亿个孟德尔种群4 生物多样性保护v生物灭绝v就地保护v迁地保护自然的生物灭绝v科学家们把这样物种消失的事件叫做物种的灭绝，灭绝是地球生命史中与物种形成完全相对立的事件。一个物种的灭绝不仅是说它没有一个种群、没有一个个体还在地球上生存，还指它也没有能够通过进化形成别的物种v地球上的生物为什么有这种自然灭绝的现象呢？达尔文认为物种灭绝的意义是使适应性强的物种保存下来了。没有灭绝的进化有几个问题，最重要的是生物多样性将会呈指数增长，越来越多的物种谱系和物种的出现，使地球生态系统很快饱和，物种形成也将停止。事实上，自然选择总是在考验和修改现存物种，物种
43、的适应性将加强，否则就只能从地球上消失。物种灭绝为不同生物探索新生境、形成新的生物类型提供了机会v地球上有生物存在的35-40亿年中，生物和现存生物的数量大约在50500亿个物种之间，曾经生存过物种的99.9%已经消失，每个物种的平均地质寿命约400万年地球上的5次主要灭绝事件v奥陶纪末期v泥盆纪晚期v二迭纪晚期v三迭纪晚期v白垩纪和第三纪之间（又叫K-T灭绝）K-T灭绝vK-T灭绝发生的时间最近，临近白垩纪末期，无论海洋还是陆地植物类群都有物种或属消失，海洋动物灭绝了38%的属，所有生物科的灭绝率是14.7%29.5%, 集中在海洋爬行类、海绵、蜗牛、蟹、菊石、海胆，陆地上爬行类、兽类、两栖
44、类都有种或属灭绝，恐龙是最典型的例子。二迭纪末期的灭绝事件是5次中最突出的一次，所有生物科的灭绝率平均为60.9，陆地生物的科占62.9%，海洋生物的科占48.6%人类造成生物的第6次大灭绝 工业革命以来，随着人口的增加，人类技术力量的扩张，人对自己生存环境改变的范围和程度，已发生了十分剧烈的变化。人已经成为地球生态系统的优势物种，地球上已经找不到一个地方没有人的足迹和影响了。许多生态学家提出，人类造成的全球环境改变，已经触发了地球生命史上的第6次大规模灭绝，生物多样性正在迅速丧失。今天生物物种灭绝速度是人类成为优势物种前灭绝速度的100-1000倍v生态学家估计每年热带森林砍伐率约为0.8，
45、使得热带森林物种灭绝率每年在0.10.3。假设全球有1400万个物种，23在热带森林，每年有14000到40000个物种灭绝，约每小时25个物种。如果种群年灭绝速率也是0.8，与生境丧失成正比，那么仅热带森林中每年就有1600万个种群灭绝，约每小时1800个种群人口增加导致生物多样性丧失v土地利用改变：人口剧烈的增加和对资源的利用，改变了地球的陆地和海洋，大面积的陆地表面变为人工生态系统后，成千上万种动植物丧失了栖息地v物质循环被破坏：人的活动还改变了地球生物化学过程，包括温室气体的大量排放，对氮、硫、磷循环的干扰（人类固氮量已等于自然固氮量），合成了自然界本来就不存在的大量有机化合物v气候改
46、变：地球陆地表面的变化，生物地球化学循环的破坏，直接导致全球气候变化，最典型的就是全球平均温度的上升 生物入侵v人类还把地理上原来是隔离分布的植物和动物在各类生态系统中重新安排，即把生物物种引入原来并无分布的地方，有的生物引进造成了其他本地种的消失，这种现象被科学家们称为生物入侵v经过人工基因操作的转基因生物的释放，是一种新的生物引入，由于这类生物向环境的释放是最近的事情，人类没有足够的时间和经验给出准确的判断，这类生物入侵是否同样具有其他生物入侵那样潜在的威胁5 生物多样性保护保护生物学v目标：揭示生物多样性形成、维持和发展的生态学和生物学过程v基础：生态学、进化生物学、生物地理学、遗传学、
47、动物学、植物学、生理学等许多学科v方法：量度和监测种群、物种和生态系统，掌握生物多样性现状和导致物种濒危的原因，了解人类自身的哪些活动对生物多样性是有害的通过理论研究提出假设、预测野生生物发展趋势通过实验室和野外的试验验证与生物多样性有关的假设和解决野生生物保护中的实践问题，如人工繁殖、疾病防治、野外放归等就地保护和移地保护v珍稀濒危生物的保护是保护生物学最重要的任务之一v珍稀濒危生物种群的保护和恢复有就地保护和移地保护两种方式就地保护在已经片段化的目标生物生境中设置自然保护区，以恢复目标生物种群，或保护特殊的生态系统。建立自然保护区是就地保护的重要方法之一。自然保护区首先应有代表性，它应当尽
48、可能代表保护区所在区域的生物多样性。自然保护区还应当通过维持生态学过程、有活力的种群、排除威胁，来保证其中物种和生物多样性其它成分的长期保存。为满足这两个目标，保护规划不仅要考虑保护区的位置、环境和生物特征，还要考虑设计保护区的大小、周边情况、与其它地区的连接等 移地保护v将目标生物移至他处进行人工饲养或种植，通过人工繁殖待种群达到一定数量后放归野外保护生物多样性，人类才有未来v人类只不过是地球生物多样性中的一个成员，人类具有生物的最基本特征，各生命阶段中基本的生理和生物化学过程与其他生物相似。v我们面临着至关重要的选择：或是继续以经过亿万年进化才形成的生物多样性为代价，使生物多样性资源单纯地满足我们眼前暂时的经济利益，无视对它的可持续利用和保护；或是把生物多样性资源的可持续利用和保护摆在首位
