普通生物学-第六章-生物多样性的三个层次

第二节 生物多样性（Biodiversity）,生物多样性：是指地球上所有生命形式的总和，它包括所有动物、植物、微生物种类，它们拥有的基因，以及它们与生存环境所组成的复杂生态系统。,生物多样性的三个层次,物种多样性 遗传多样性 生态系统多样性,物种多样性,物种多样性species diversity 是生物多样性在物种水平上的表现形式，是指一定区域内物种的总和，常用物种丰富度（species richness）来表示。 主要是从分类学、系统学和生物地理学角度对一个区域内物种的状况进行研究。,全球物种多样性概况,全世界大约有1300 万至1400 万个物种，但科学描述过的仅约有175 万种。,描述 估计 病毒 0.4 40 细菌 0.4 100 真菌 7.2 150 原生动物4.0 20 藻类 4.0 40 高等植物27.0 32,线虫 2.5 40 甲壳动物 4.0 15 蜘蛛类 7.5 75 昆虫 95.0 800 软体动物 7.0 20 脊椎动物 4.5 5 其他 11.5 25 总计 175.0 1362,全球主要类群的物种数目(万种),遗传多样性,广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。 狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异 遗传多样性决定其他两个层次的生物多样性,遗传多样性,遗传多样性的表现是多层次的，可以表现在外部形态上，如豌豆的花色，果蝇的翅型，表现在生理代谢上如植物光合作用的强弱、酶活性的高低等，也可表现在染色体DNA 分子等水平上；,遗传多样性的起源,1、染色体畸变： 由于染色体是遗传物质的载体，是基因的携带者，所以染色体数目和结构的改变会引起遗传信息的改变。,遗传多样性的起源,基图突变 碱基替换：一个碱基对被另一碱基对代替； 移码突变：一个或几个碱基对的增加或减少。,遗传多样性的起源,重组 重组即通过有性过程将群体中不同个体具有的变异进行重新组合形成新的变异，在有性生殖的生物中由不同合子发育成的个体不可能有相同的基因型，其根本原因就在于重组。,马达加斯加: 8000 种 开花植物 80% 仅产马岛 这些仅产马岛的植物中可能包含着丰富的资源，例如：其中有三种野生咖啡树无咖啡因。,生态系统,生态系统是生物群落与其环境形成的生态复合体,是生命系统中重要的组织层次,是自然界的基本单位。,生态系统多样性,生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群落和生态过程变化的惊人的多样性。,生态系统多样性存在于： 生态系统之间：在各地区不同物理背景中形成多样的生境，分布着不同的生态系统； 生态系统之内：一个生态系统其群落由不同的种类组成，它们的结构关系（包括垂直和水平的空间结构，营养结构中的关系，如捕食者和被食者、草食动物与植物、寄生物与寄主等）多样，它们执行的功能不同，因而在生态过程中的作用也很不一致。,中国主要陆地生态系统类型,森林生态系统248 类 灌丛生态系统126 类 草原生态系统55 类 荒漠生态系统52 类 草甸生态系统77 类 沼泽生态系统37 类 合计595 类,热带雨林（tropical rain forest）,林海雪原中的针叶林,温带草原（temperate grassland）,荒漠（desert）,荒漠（desert）,苔原（冻原）,二、生物多样性的分布 就物种数目而言，最丰富的环境是热带雨林、珊瑚礁、大型热带湖泊和深海。热带干性生境（如落叶林、灌丛、草地和沙漠等）以及地中海气候型区域的温带灌丛等也有一定的物种多样性。 热带雨林多样性高主要是因为一个纲昆虫纲的物种十分丰富。热带雨林容纳了世界物种一半以上。 珊瑚礁和深海的生物多样性则包含更多的门和纲。就物种丰度和复杂性而言，珊瑚礁生态系统堪称海洋中的热带雨林。 深海的生物多样性可能归功于年代的悠久、面积的宽广和环境的稳定，以及沉积物类型的特化。 大型热带湖泊中鱼类和其它物种的多样性，则与它们在一系列相互隔离和多样的生境中的快速进化辐射有关。,生物多样性的价值,生物多样性的利用价值可分为： 直接利用价值； 生态价值 科学价值 美学价值,生物多样性的价值,直接利用价值指生物资源可供人类消费的作用，如作为食物、燃料、建材等； 目前人们仅仅利用了生物界的一部分，许多野生动植物还有待驯化以培育新的作物、家畜。,是赋予那些从野外收获，且在国内或国外市场上出售的产品的一种直接价值。这些产品通常用标准的经济学方法，即用价格来估价。 从森林中获取的非木材产品，包括猎物、水果、胶和树脂、藤条和药用植物等，也具有巨大的生产使用价值。 许多物种的最大生产使用价值在于它们具有为工农业以及为农作物遗传改良原材料的性能。 自然界是新药的重要来源。美国使用最多的20种药剂都是以首先在自然产物中分离出来的化合物为基础的，这些药物的总售价每年达60亿美元。,生产使用价值,生物群落提供了多种在使用过程中不被消耗掉的环境服务。 生态系统生产力:所有的动物包括人类都依靠生态系统的生产力维持生存 保护水土资源:良好的植被，以及土壤生物（它们使土壤疏松，增加其吸水能力）能有效地保护水土资源。 气候调节:植物群落在调节局部区域、地区以及全球气候方面很重要。 废物的处理:生物群落能分解和固定污染物，如重金属、杀虫剂和污水等人类活动产物。在这方面，真菌和细菌特别重要， 且成本低廉。,生态价值,种间关系：许多物种因有生产使用价值而被人类利用。然而它们的持续生存却依赖于其它野生物种。 一个对人类没有多少直接价值的野生物种的减少，可能导致具重要经济意义物种的相应减少。如农作物受益于捕食害虫的鸟类和肉食性昆虫如螳螂。 生物群落中最有经济意义的一个相互关系之一是，许多林木和农作物与为之提供必须养分的土壤生物之间的相互关系。真菌和细菌分解死亡动植物作为它们的能源，同时释放矿物营养如氮到土壤中，利用这些营养植物得以进一步生长。野生昆虫给农作物传粉的价值 。,生物多样性的价值,现有的生物多样性包含着丰富的信息具有科学研究的价值。 生物多样性的美学价值是其环境功效的一部分，近年来全球兴起了生态旅游热据估计全球生态旅游业的产值达120 亿美元。,休闲和生态旅游：休闲活动的一个主要方面是通过如远足、摄影、观鲸、观鸟等活动来欣赏大自然，这对自然资源而言是非消耗性的。有时被称为宜人价值。 狩猎和钓鱼这些看上去是消耗性的休闲活动，实际上是非消耗性的，因为垂钓者和猎人所得到的食物价值较之他们花费在这些活动上的时间和金钱一般可以忽略。 在许多国家，生态旅游是一个正成长的产业。,美学价值,许多为教育和娱乐而制作、发行的书籍、电视节目和电影都以大自然为主题。这些教育项目每年的估价可能要以数十亿美元计。 数目众多的职业科学家和业余爱好者介入生态观察。这些活动需要雇佣人员、买物品和服务，也部分体现了生物多样性的非消耗性使用价值。 虽然这些科学活动也能为野外工作站周边地区提供经济效益，但其真正价值还在于增加人类的知识、强化教育和丰富人类的经历。 环境监测者 对于化学毒物特别敏感的物种能作为监测环境健康的“早期警报系统”。某些物种甚至可以替代昂贵的探测仪器。,教育和科学价值,物种的备择价值是指物种在未来某个时候能为人类社会提供经济利益的潜能。 昆虫学家寻找能用于生物控制的昆虫 微生物学家寻找能帮助进行生物化学制造过程的细菌 动物学家正在识别比现存家养物种更有效地生产动物蛋白质、对环境损害又较小的物种。 卫生机构和制药公司正致力于收集和筛选野生物种有药用价值的成分。 成长中的生物技术工业正在寻找新的途径来减少污染、发展新工艺和与威胁人类健康的疾病作斗争。,备择价值,特殊的物种，即所谓的“有超凡魅力的动物”，如大熊猫、狮子、大象和许多鸟类，能激发人类的强烈反应，愿意让它存在。这样的存在价值也能赋予热带雨林和珊瑚礁等生态群落和风景区。 存在价值是另一种间接价值。它被赋予某种利益如多少人愿意支付费用来保护一个物种以避免它的灭绝。 人民和组织每年捐献大笔的钱来确保这些生境的持续存在。这些钱的数目代表了物种和群落的存在价值人们愿意付出、以避免物种灭绝和生境被破坏的数额。,存在价值,经济上的考虑可以被用来支持保护生物多样性；伦理学上的考虑也同样重要。 由于社会伦理鼓励个人的责任感和资源的有效利用，许多传统文化已经成功地与它们的环境共存了数千年，保存护然环境和维持生物多样性变成整个社会的基本价值观，成为自然而然的事。,伦理上的考虑,现有一组伦理学论据可用来保护所有物种，而不管物种的经济价值如何。它们提供了保护珍稀物种和没有明显经济价值的物种的理由 。,每个物种都有存在的权利 非人物种缺乏与权利和义务相关的自我意识 所有物种都是相互依存的 人类必须生活在其它物种相同的生态学限度内 人类有责任充当地球的管家 对人类生活和人类多样性的尊重与对生物多样性的尊重兼容 自然的精神和美学价值胜过它的经济价值 确定生物的起源需要生物多样性,伦理学八大主张,一个健全的环境具有极大的经济、美学和伦理价值。保持一个健全的环境意味着使其所有的部分:生态系统、群落和物种都保持良好的状态。 环境破坏最严重的一面就是物种的灭绝。 一旦一个物种被消灭，其DNA中所蕴藏的特有的遗传信息和其所拥有的特征组合将永远丢失。一旦一个物种走向灭亡，它的种群将不可能存在，它所生活的群落将变得贫乏，且其所具有的对人类的潜在价值将永远不会被认识。,生物多样性的危机,野外灭绝:如果一个物种仅有的个体在圈养或其它人类控制的条件下存活，它被说成是野外灭绝。 地方灭绝:若一个物种在其曾经生活过的某个地方再也没有被发现，但在世界其它地方仍有发现，其即被认为是地方灭绝。 生态灭绝:如果一个物种虽然存在，但其数量已减少到其对同一群落中其它物种的影响可以忽略不计的地步，则被称为生态灭绝：老虎已处于生态灭绝，因为其野外数量极少，它们对猎物种群的影响已微不足道了。,灭绝的类型,（二）灭绝原因 人类活动对生物多样性造成的主要威胁是 生境的破坏 破碎 退化（包括污染） 人类对物种的过度开发 外来种的引入和 疾病的加速传播。 绝大多数受威胁物种面临上述两个甚至更多问题。,生物多样性的主要威胁是生境的消失，而保护生物多样性最重要的手段是生境的保护。 在世界的许多地方，特别是岛屿和人口密度高的地区，大多数原始生境已经被破坏了。 受威胁的热带雨林 热带干性森林（它较雨林更适于农业和畜牧养殖），湿地和水生境（包括红树林），草原，珊瑚礁等 沙漠化：由于人类活动，季节性干旱气候条件下的许多生物群落退化成了人工沙漠，这就是沙漠化过程。,生境破坏,生境破碎是指由于某种原因，一块大的、连续的生境不但面积减小，而且被分割成两个或更多片段的过程。这些片段经常被高度修饰或退化的景观彼此隔离。 这些片段就是生境岛屿，周边为人类占据的不友好的“海洋”所包围。 破碎能够继续发生，就象原有生境被道路、铁路、水渠、高压线、篱笆、输油管道、防火通道或其它限制物种自由运动的障碍等分割一样。,生境破碎,生境片段与原有生境有两点重要区别 单位面积生境中，片段具有更长的边界线； 对每一生境片段来说，中心到边界的距离较近。 生境破碎使一些中心种难以生存 如森林中的鸟类不能保护它们的幼雏免于家猫的袭击。,生境破碎还以更微妙的方式威胁物种的生存。 破碎可能限制物种潜在的散布和移殖能力。 许多森林内部的鸟类、兽类和昆虫，由于有被捕食的危险，它们不敢穿越即使是很短的一段开阔地带 。 可能降低土著动物觅食的能力 许多动物种类都需要能够在广泛散布或季节性的资源如水果、种子、青草或水塘的生境中自由移动。或寻取那些稀有资源，如硝塘。 把一个广泛分布的种群分割成两个或更多的亚种群，每一亚种群局限在一定的区域，从而使种群陷入衰落和灭绝的境地。 这些更小的种群对近交衰败、遗传漂变和其它小规模种群相关的问题更加敏感。,边缘效应。片段边缘的微环境与森林内部不一样。边缘