环境生态学---第二章适应.ppt

Key Notes,Fitness is a measure of the ability of an individual to produce viable offspring and contribute to future generationsIndividuals vary in their relative fitness, and this variation is due partly to genetic differences among individuals and partly to environmental influences.,B1 ADAPTATION,Fitess,B1 适应,要 点,适合度,适合度是个体生产能存活后代、并能对未来世代有贡献的能力的指标。 个体的相对适合度是有变化的，这种变化部分决定于个体的遗传区别，部分决定于环境的影响。,The individuals in a species which have the highest fitness will contribute disproportionately to the subsequent generationsIf fitness differences have a genetic component，then the genetic makeup of the subsequent generations will be alteredThis process is known as natural selection on survival of the fittest,Natural selection,自然选择,种中具有最高适合度的个体将会对未来世代作出特别高的贡献。 如果适合度的差别含有遗传的成分，则后代的遗传组成会有改变。 这个过程称为自然选择或“最适者生存”。,拉马克的获得性遗传学说,用进废退,获得性遗传,达尔文的自然选择学说,生物变异,自然选择,新种形成,Any heritable trait possessed by an organism which aids survival or reproduction is an adaptationSuch traits may be physiological，morphological or behavioralAdaptation is the result of natural selection.,Adaptation,适应,有机体所具有的有助于生存和生殖的任何可遗传特征都是适应。适应性特征可以是生理的或行为的。适应是自然选择的结果。,适应,适应(adapatation) ：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。 适应方式（形态、生理 、行为的适应） ： 形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态 行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化 营养适应：食性的泛化与特化 适应组合(adaptive suites): 生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。 趋同适应和趋异适应,动物的保护色、警戒色与拟态,A 树皮纺织娘(Bark katydid) B 枭蝶(Owl butterfly) C 枯叶蝶 (Leaflike insect(Anaea) D 捕食花螳螂 (Predatory flower mantis) E 蛙鱼(Frog fish),A,B,D,E,C,趋同适应和趋异适应,1趋同适应（生活型） 趋同适应（convergent adaptation）:是指亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同或相似的环境条件下，通过变异、选择和适应，在形态、生理、发育以及适应方式和途径等方面表现出相似性的现象。 蝙蝠属哺乳动物，但它与大多数鸟类一样通过飞行来捕捉空中的昆虫，它的前肢不同与一般的兽类，而形同于鸟类的翅膀，适应于飞行活动； 鲸、海豚、海狮均属哺乳动物，但由于长期生活在水环境中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸鳍。 植物中的趋同现象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物，但都以肉质化的茎、叶子退化呈刺状来适应干旱生境。,2趋异适应（生态型） 趋异适应（divergence adaptation）是指亲缘关系相近的同种生物，长期生活在不同的环境条件下，形成了不同的形态结构、生理特性、适应方式和途径等。趋异适应的结果是使同一类群的生物产生多样化，以占据和适应不同的空间，减少竞争，充分利用环境资源。 植物生态型是与生活型相对应的一个概念，是指同种生物内适应于不同生态条件或区域的不同类群，它们的差异是源于基因的差别，是可遗传的。根据引起生态型分化的主导因素，可把生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物生态型等。,The genotype is the genetic composition of an individual. The phenotype is the individual organism，a product of the interaction between its genotype and its environmentThe ability of the phenotype to vary due to environmental influences on its genotype is known as phenotypic plasticity(e.ghuman suntan, wind-shaped plants, locust morph(solitary or migratory),Genotype and phenotype,基因型和表型,基因型是个体的遗传组成。表型是各个有机体，它是基因型与环境的相互作用的产物。由于环境对基因型的影响，表型发生变化的能力叫做表型可塑性(如人的晒黑、风造形的植物、蝗虫的单生或群居型)。,请思考,自然界中，生物的适应都是不断进化的结果。那么，自然界的物种是否都是单独进化的？,生物的协同进化（co-evolution）,协同进化的定义一个物种的性状作为对另一物种性状的反应而进化，而后一物种的这一性状本身又作为前一物种性状的反应而进化，这种方式称-。 “协同”意味着非敌对，关系弱化 两方面的进化速度不同不对称进化 捕食者难以专化 避稀效应 活命-饱餐原理 捕食者密度低，近亲繁殖较多 捕食者繁殖速度慢（寄生者进化速度快）,知识补充,Key Notes,Variable environmental factors which organisms respond to are conditionsExamples include temperature，acidity and salinityConditions are not depletablethey are not used up or consumed by an organism,B2 COPING WITH ENVIRONMENTAL VARIATION,Conditions,B2 应付环境变异,要 点,引起有机体对其反应的、可变的环境因子是条件(conditions)，例如温度、酸度和盐度。条件是不可能被减少的它不能被有机 体用掉或消耗掉。,条件,Anything which the organism uses up or depletes is a resource for that organism. Thus，nectar is a resource for honey bees，and light is a resource for all green plants,Resources,有机体消耗的任何东西，对该有机体而言，就是资源。例如，蜜是蜜蜂的资源，光是一切绿色植物的资源。,资源,Most organisms have to cope with a continually changing external environment over a range of timescalesSome environmental factors may change oVer seconds or minutes(e.gsunlight intensity when there is patchy cloud) whilst others. may change daily or seasonally or over a much longer period(e.gglaciation cycles),Environmental variation,大多数有机体都必须应付在一定时间尺度范围内不断变化着的外界环境。某些环境因子的变化以秒或分计(如当有云块时的阳光强度)，另一些因子的变化以日或季计，甚至更长更长的时期(如冰河周期)。,环境变异,Biological cells cannot function with a wildly fluctuating environment and orgamsms therefore take steps to limit their internal variation,Internal regulation,内调节,生物细胞不可能在剧烈的变动环境中运行，因此，有机体要采取行动以限制其内环境的变异性。,The maintenance of a relatively constant internal environment by an organism a variable external environment is called homeostasisAll organisms adopt a degree of homeostatic control，but，as a rule，large organisms are more decoupled from their external environment than small ones,Homeostasis,稳态,有机体在可变动的外部环境中维持一个相对恒定的内部环境，称为稳态(homeostasis)。一切有机体都采取一定程度的稳态控制，但是一般地说，大型有机体比小型的更易从其外部环境中退耦(decouple)。,Most biological homeostatic mechanisms act in a broadly similar way, if thecurrent internal level of a factor(e.gtemperature or osmolarity) is too high, the mechanism will reduce it, if the level is too low the mechanism will increase it. This process, by which the response is opposite to the signal，is known as negative feedback,Negative feedback,负反馈,大多数生物的稳态机制以大致一样的方式起作用：如果一个因子的内部水平(如温度或渗透性)太高，该机制将减少它；如果水平太低，就提高它。这个过程叫做负反馈。负反馈反应的方向与信号的相反。,Organisms can cope with variation in their external environment (though different species may differ markedly)The upper and lower extremes of environmental conditions which members of a species can survive are the speciesLimits of toleranceUsually，growth will not occur at these extremes but in a narrower range of conditions，and fitness wiu be greatest only for a yet narrower optimal range,Tolerance,耐受性,有机体能够应付其外部环境的变化(虽然不同物种表现很不相同)。种的成员能够生存的环境条件上限和下限是种的耐受限度。在此极端条件下通常不出现生长，但在条件更狭窄的范围内能生长，而适合度最大只能出现在更窄的最适范围内。,谢而福特耐受定律,“耐受性定律”(Shelfords law of tolerance)(V.E.Shelford,1913，美国) 每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。,生物对生态因子的耐受限度,“最小因子定律”(Liebigs law of minimum) 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子（Justus von Liebig,1840,德国） 。,相关链接,生态因子作用的特点,综合性: 非等价性（主导因子作用） 直接性和间接性 限定性（因子作用的阶段性） 生态因子的不可替代性和互补性,知识拓展,（一）综合作用 生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。例如：水体温度与溶解氧的关系,（二）主导因子作用（非等价性） 主导因子(dominant factor)：在诸多的环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子。 对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有12个是起主要作用的主导因子。主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化，如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。,（三）直接作用和间接作用 环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、水分等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用。,（四）阶段性作用 生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。 如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵。,（五）不可替代性和补偿作用 不可替代性：生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。 但某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。但只能是在一定范围内作部分补偿。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增加得到补偿。,Key Notes,The ecological niche of an organism is the position it fills in its environment，comprising the conditions under which it is found，the resources it utilizes and the time it occurs there,B3 THE NICHE,Niche,B3 生态位,要 点,有机体的生态位(niche)是它在环境中所处的位置，包括已知的各种条件、所利用的资源和存在的时间。,生态位,The habitat of an organism is the physical environment it is found in，for example，a temperate broad-leaved woodlandEach habitat provides numerous niches,Habitat,栖息地,有机体的栖息地(habitat，或译生境)是它所处的物理环境，例如温带阔叶林。每一个栖息地提供许多生态位。,Each condition or resource which defines the niche of an organism contributes one dimension to the space in which the organism can occurConsidering all dimensions together defines fully the organisms niche, and is the multidimensional niche space，or n- dimensional hypervolume,Multidimensional niche space,多维生态位空间,定义有机体生态位的每一个条件和资源，对于有机体能出现的空间提供一个维度。一起考虑所有维度，全面确定的有机体的生态位，是多维生态位空间，或“n-维超体积”。,The niche space an organism can fill in the absence of competition or predation is known as the fundamental niche.,Fundamental niche,基础生态位,在没有竞争和捕食条件下，有机体的生态位空间叫做基础生态位(fundamental niche)。,The niche space occupied by an organism when competition and predationoccur is the realized niche，which is always a subset of the fundamental niche,Realized niche,实际生态位,当有竞争和捕食出现时，有机体所占有的生态位空间是实际生态位(realized niche)，实际生态位始终是基础生