高中生物第三冊(cè)第10章生物多樣性課件2滬科版.ppt

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生物多樣性(三) BIODIVERSITY,內(nèi) 容,6．生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能 7．生物多樣性喪失有多快 8．結(jié) 語(yǔ),盡管生態(tài)學(xué)家說(shuō)服了各國(guó)政府的決策者們重視生物多樣性，1992年許多國(guó)家也已在《生物多樣性公約》上簽了字。直到1994年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的環(huán)境問(wèn)題科學(xué)安全委員會(huì)提出了生物多樣性在生態(tài)系統(tǒng)中的功能是什么，科學(xué)家們才開(kāi)始注意相關(guān)問(wèn)題。,6 生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能,,多樣性存在于生命世界從分子這樣的微觀層次到生物圈那樣的宏觀層次,“必要的”還是“多余的”？,一個(gè)生物應(yīng)該有那么多的基因嗎？—— 一個(gè)生物有很多的基因，是否每個(gè)基因都是必需的？ 一個(gè)細(xì)胞過(guò)程有一系列的步驟，所有步驟都是必需的嗎？ 生態(tài)系統(tǒng)需要那么多的物種嗎？ —— 一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)有很多的物種，是否每個(gè)物種都是必需的？,幾個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題,為什么我們要保護(hù)生物多樣性？ 生物多樣性喪失的后果是什么？ 生物多樣性與穩(wěn)定性的關(guān)系是什么？ 生物多樣性與生產(chǎn)力的關(guān)系是什么？,從兩個(gè)方面討論生物多樣性的功能,生物多樣性與穩(wěn)定性（stability） 生物多樣性與生產(chǎn)力（production）,穩(wěn)定性有兩種類型,抗干擾穩(wěn)定(resistance stability) 恢復(fù)穩(wěn)定性(resilience stability),抗干擾穩(wěn)定性,面對(duì)干擾， 生態(tài)系統(tǒng)不容易 因?yàn)閾p害而改變,美國(guó)加州松樹(shù) 樹(shù)皮十分粗糙， 不容易燃燒， 表現(xiàn)出抗干擾 穩(wěn)定性,恢復(fù)穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)干擾，生態(tài)系統(tǒng)要發(fā)生改變，但總能夠恢復(fù)到受干擾以前的狀態(tài),大河中下游的洪積平原， 經(jīng)常受到洪水的淹沒(méi)， 洪水過(guò)后，動(dòng)植物種群的 數(shù)量很容易恢復(fù),關(guān)于多樣性與穩(wěn)定性關(guān)系的 兩個(gè)對(duì)立觀點(diǎn),麥克阿瑟（R. MacArthur）認(rèn)為“多樣性帶來(lái)穩(wěn)定性” (diversity begets stability) 梅（R. May）認(rèn)為“多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)更不穩(wěn)定”,造成爭(zhēng)論的原因,實(shí)驗(yàn)室種群還是野外種群總是變化的 實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)家力圖用系統(tǒng)變化的量度來(lái)作為系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo) 理論研究以平衡表示穩(wěn)定 這可能是幾十年來(lái)多樣性—穩(wěn)定性之爭(zhēng)的一個(gè)原因,“多樣性帶來(lái)穩(wěn)定性”理論的主要內(nèi)容 —保險(xiǎn)假設(shè)(insurance hypothesis),例 如果一個(gè)多樣化的生態(tài)系統(tǒng)有很多的物種，一些物種耐受干旱，一些物種耐受洪水，一些物種耐受火 這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾穩(wěn)定性就比較高，因?yàn)樵S多物種可以對(duì)損害起緩沖的作用,生產(chǎn)力（productivity）和初級(jí)生產(chǎn)力（primary productivity),生產(chǎn)力是單位時(shí)間單位面積上的生物制造有機(jī)物質(zhì)的量 初級(jí)生產(chǎn)力是單位時(shí)間單位面積上的植物利用二氧化碳轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能制造有機(jī)物質(zhì)的量，單位：kJ/m2·d,Tilman1982年的試驗(yàn),在4類草地的200個(gè)樣地上進(jìn)行長(zhǎng)期研究 設(shè)計(jì)不同物種數(shù)的搭配，種植在不同樣地上 收集關(guān)于植物物種豐富度、群落生物量、種群生物量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)資料 目的：以探索多樣性和穩(wěn)定性間的關(guān)系,研究結(jié)果證明,物種數(shù)多的草地生產(chǎn)力能更快地從干旱中恢復(fù) 當(dāng)物種數(shù)增加到某一數(shù)字，生產(chǎn)力的增加會(huì)達(dá)到一個(gè)飽和點(diǎn) 生態(tài)系統(tǒng)中前10 個(gè)物種對(duì)穩(wěn)定性的效應(yīng)最大，超出10個(gè)物種，穩(wěn)定作用就不明顯了 群落多樣性（或物種豐富度）增加使穩(wěn)定性也增加,一些研究進(jìn)展說(shuō)明，多樣性是能夠提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的 但是另外一些研究卻得到相反的結(jié)論,多樣性與生產(chǎn)力的關(guān)系,有的資料說(shuō)明如果多樣性高，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力也較高，但有一個(gè)閾值，大多數(shù)自然生態(tài)系統(tǒng)可以超出這個(gè)閾值，雖喪失一些物種而生產(chǎn)力不致下降。 對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)來(lái)講，哪些物種是至關(guān)重要的？ 至關(guān)重要的物種與生態(tài)系統(tǒng)的哪些功能有關(guān)？,關(guān)于生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng) 生產(chǎn)力關(guān)系的兩個(gè)假說(shuō),鉚釘假說(shuō) 冗余假說(shuō),鉚釘假說(shuō),1981年美國(guó)斯坦福大學(xué)生態(tài)學(xué)家保爾（Paul）等人提出，生命的多樣性就像飛機(jī)上的鉚釘，每個(gè)物種就像一顆鉚釘，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的正常功能起它那一小部分作用，一顆鉚釘?shù)膩G失使飛機(jī)失去它的一小部分作用，丟失足夠多的鉚釘則會(huì)使飛機(jī)墜毀或無(wú)法飛行。,冗余假說(shuō),10年后，澳大利亞的瓦爾赫（B. Walher）提出了另一種完全對(duì)立的冗余假說(shuō)，認(rèn)為大多數(shù)物種是多余的，即更像過(guò)路人而不是鉚釘，要維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能，只要不多幾個(gè)關(guān)鍵物種就夠了。,Naeem的試驗(yàn),從16個(gè)物種庫(kù)中，隨機(jī)選擇2、5或8個(gè)物種的一年生植物作為一組，在同樣的條件下種植在寬敞的溫室中，共150余組。,結(jié)果發(fā)現(xiàn),物種數(shù)增加使得生態(tài)系統(tǒng)中空間結(jié)構(gòu)多樣化，從高的草到匍匐的草，這樣就可以吸收更多太陽(yáng)能，生產(chǎn)更多的有機(jī)物 產(chǎn)量最高的組合是含有最多功能類型植物的組合 例： 單一高密度種植玉米就不如玉米與瓜、樹(shù)和固氮的豆類一起種植時(shí)生產(chǎn)力高 農(nóng)業(yè)種植中，超出4～5種農(nóng)作物，生產(chǎn)力并無(wú)什么提高，有的物種在人管理的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中確實(shí)像過(guò)路人,“過(guò)路人”假說(shuō) 的森林生態(tài)系統(tǒng)的例子,大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)的物種數(shù)比達(dá)到最高生產(chǎn)力所需的物種數(shù)多，比如同處于北半球的溫帶森林，東亞有876種樹(shù)，北美有158種，歐洲只有106種，但在這三個(gè)洲的溫帶森林生產(chǎn)力卻差不多。,物種數(shù)還是物種種類組成更重要？,MacGillivray等人比較了英國(guó)北部5個(gè)相鄰的生態(tài)系統(tǒng)在霜凍、干旱、火燒影響下表示出的差異，認(rèn)為是優(yōu)勢(shì)種的功能特征在起作用，而不是植物多樣性。 研究結(jié)果強(qiáng)烈地支持這樣的觀點(diǎn)：是優(yōu)勢(shì)植物的生物學(xué)特征，而不是植物種數(shù)在控制著生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和生物地球化學(xué)過(guò)程。,植物多樣性、功能組成和功能多樣性 -Tilman和 Hooper的試驗(yàn),289塊樣地，每塊169m2，撒播了多年生熱帶草原的禾本科植物種子，物種數(shù)分別為0，1，2，4，8，16，32。這些物種分別代表1、2、3、4和5個(gè)功能組(C3、 C4 、豆科植物、木本植物、非禾本科植物)。 人直接操作控制不同樣方內(nèi)不同物種數(shù)、功能組數(shù)和功能組的類型。,結(jié)果發(fā)現(xiàn),物種數(shù)和功能組數(shù)對(duì)植物生產(chǎn)力有十分顯著的作用；而植物功能組的類型在很大程度上決定著生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程,1999年赫克多（A. Hector）等34人橫跨歐洲的8國(guó)生態(tài)學(xué)研究,試驗(yàn)橫跨歐洲，從北部的瑞典到南部的希臘，從東部的葡萄牙到西部的愛(ài)爾蘭，在8個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)操作是控制草地多樣性，觀察到生物多樣性的喪失對(duì)生產(chǎn)力的影響,研究結(jié)果,生物多樣性的喪失導(dǎo)致生產(chǎn)力顯著下降 多樣性減半會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力下降10～20％,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同營(yíng)養(yǎng)層次多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響,生產(chǎn)力對(duì)多樣性的依存關(guān)系，決定于試驗(yàn)中受控制的只是生產(chǎn)者，還是如捕食者這樣對(duì)生態(tài)系統(tǒng)十分重要的關(guān)鍵類群。,Pfisterer和Schmid的研究與 保險(xiǎn)假設(shè)相反,物種稀少的群落比起有更多物種的群落來(lái)，同時(shí)具有抗干擾穩(wěn)定和恢復(fù)穩(wěn)定性 具有高的物種多樣性的群落開(kāi)始有更高的生產(chǎn)力，但抗干擾穩(wěn)定和恢復(fù)穩(wěn)定性卻很低 但這個(gè)結(jié)論仍然不能應(yīng)用于所有的群落,生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能研究結(jié)果說(shuō)明了，生物多樣性不僅表現(xiàn)在它的組成上，還表現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的功能上。 關(guān)于生物多樣性與穩(wěn)定性和生產(chǎn)力之間的關(guān)系，我們還有大量的工作要做。,7 生物多樣性喪失有多快,,生物的滅絕有兩類 自然滅絕 非自然滅絕,自然滅絕的結(jié)果,地球上有生物存在的35～40億年中，曾生存過(guò)的物種的99.9%已經(jīng)消失，每個(gè)物種的平均地質(zhì)壽命約400萬(wàn)年。,什么叫滅絕？,滅絕是地球生命史中與物種形成完全相對(duì)立的事件。一個(gè)物種的滅絕不僅是說(shuō)它沒(méi)有一個(gè)種群、沒(méi)有一個(gè)個(gè)體還在地球上生存，還指它也沒(méi)有能夠通過(guò)進(jìn)化形成別的物種。,生物的滅絕是一種自然現(xiàn)象,物種滅絕為不同生物探索新生境、形成新的生物類型提供了機(jī)會(huì)。 沒(méi)有自然滅絕，地球環(huán)境就不夠了。,地球歷史上5次大規(guī)模滅絕事件,奧陶紀(jì)末期（近5億年前） 泥盆紀(jì)晚期（近4億年前） 二迭紀(jì)晚期（近2.8億年前） 三迭紀(jì)晚期（近2億年前） 白堊紀(jì)和第三紀(jì)之間（ 1億年～6000萬(wàn)年前，又叫K-T滅絕）,二迭紀(jì)晚期的滅絕事件,5次中最突出的一次 所有生物科的滅絕率平均為60.9％ 陸地生物的科占62.9% 海洋生物的科占48.6%,K-T滅絕事件,發(fā)生的時(shí)間最近 海洋動(dòng)物滅絕了38%的屬 所有生物科的滅絕率是14.7%～29.5% 集中在海洋爬行類、海綿、蝸牛、蟹、菊石、海膽，陸地上爬行類、獸類、兩棲類都有種或?qū)贉缃^ 恐龍,第6次大規(guī)模滅絕,2000年F. Chapin等許多生態(tài)學(xué)家認(rèn)為，人類造成的全球環(huán)境改變，已經(jīng)觸發(fā)了地球生命史上的第6次大規(guī)模滅絕,人類已成為地球生態(tài)系統(tǒng)中 的優(yōu)勢(shì)物種,地球上比比皆是農(nóng)田、牧場(chǎng)、人工林場(chǎng)、漁場(chǎng)、城市和道路 還在孜孜以求征服地球上的每個(gè)處女地 ——高山、深海、峽谷、荒漠、密林、河源、南極和北極 地球上已經(jīng)找不到一個(gè)地方?jīng)]有人的足跡和影響,地球人口已經(jīng)超過(guò)60億,巨大的人口需要巨大的環(huán)境資源，以滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要 人口增加是生物多樣性喪失的根本原因,25個(gè)生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)的人口密度、人口增長(zhǎng)率,2000年美國(guó)人口學(xué)家辛科塔（R. Cincotta）等指出 1995年25個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)平均人口密度為73人／km2，是世界人口平均密度（42人／km2）的1.71倍 有16個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)的人口密度高于世界平均水平 有24個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)的人口仍在繼續(xù)增長(zhǎng) 有19個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)的人口增長(zhǎng)率高于1.3%的世界平均水平 有7500萬(wàn)人口生活在熱帶生物多樣性最高的熱點(diǎn)，他們的年人口增長(zhǎng)率為3.1%，是世界人口增長(zhǎng)率的2.4倍,人口影響的范圍,人口常集中在城市及郊區(qū)，但城市人口對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響超出城市半徑100km以外 人口稠密地區(qū)即使增長(zhǎng)率低也會(huì)比低密度高增長(zhǎng)地區(qū)凈增更多人口 人口密度和增長(zhǎng)率又同時(shí)掩蓋各熱點(diǎn)地區(qū)人口的文化、富裕程度和技術(shù)方面的差異，使得生物多樣性最豐富的熱點(diǎn)，其喪失的速度也是最快的,人類造成了生物多樣性的喪失,人不明智的活動(dòng)，最終改變了地球的生物組成和數(shù)量，改變了地球上許多生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，物種正加速滅絕，原始生態(tài)系統(tǒng)一個(gè)個(gè)消失，生物多樣性正在迅速喪失。 現(xiàn)在生物物種滅絕速度是人類成為優(yōu)勢(shì)物種前滅絕速度的100～1000倍。,人類活動(dòng)導(dǎo)致地球 陸地和海洋改變,陸地表面的改變是生物多樣性喪失的最基本的原因，它的另一個(gè)最大的特點(diǎn)是其影響超出邊界。 人類已影響了海洋生態(tài)系統(tǒng)從植物到頂級(jí)肉食動(dòng)物的整個(gè)食物鏈。,人類活動(dòng)極大地改變 了全球的氣候,最典型的就是全球平均溫度的上升，在未來(lái)50 ～ 100年中還將繼續(xù)下去。 一組由美國(guó)和英國(guó)生態(tài)學(xué)家共同進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)歐洲氣溫升高約0.80℃，歐洲大陸等溫線平均北移120km，北美西部等溫線北移105km。,人類活動(dòng)導(dǎo)致了生物入侵,人類改變陸地的活動(dòng)與生物入侵相互作用，國(guó)際動(dòng)、植物貿(mào)易打破了它們分布的生物地理障礙。 生物入侵的后果常常不可逆轉(zhuǎn)。 經(jīng)過(guò)人工基因操作的轉(zhuǎn)基因生物的釋放，是一種新的生物入侵。,科學(xué)家們認(rèn)為，生物基因工程事故的潛在危險(xiǎn)甚于核事故，因?yàn)榛蚴怯猩?，有害基因在環(huán)境中通過(guò)載體生物呈指數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)生物多樣性可能造成災(zāi)難性后果。,生物多樣性喪失的三個(gè)階段,第一個(gè)階段是特有物種滅絕 。 第二階段生境片斷化十分嚴(yán)重，形成眾多島嶼生境 。 第三個(gè)階段，物種多樣性將達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài) 。,滅絕率的估計(jì),一般是根據(jù)種－面積關(guān)系和因?yàn)E伐森林所引起的生境喪失速度來(lái)估計(jì)。 美國(guó)斯坦福大學(xué)修斯等人估計(jì)了全球物種和種群滅絕速率。,如果我們放任大規(guī)模物種滅絕，對(duì)人類所造成的威脅將大于任何其它環(huán)境問(wèn)題。在以后幾十年里我們做什么，不做什么，都將決定作為人類生存基礎(chǔ)的生物多樣性的命運(yùn)，決定人類自身的命運(yùn)。,8 結(jié) 語(yǔ),當(dāng)人們大談21世紀(jì)是生命科學(xué)世紀(jì)的時(shí)候，他們常常是指生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。許多人對(duì)我們這個(gè)星球上經(jīng)過(guò)數(shù)十億年進(jìn)化才形成的生物多樣性并沒(méi)有從根本上認(rèn)識(shí)到它的重要性，沒(méi)有把生物多樣性看成是生命科學(xué)世紀(jì)的組成內(nèi)容。,人類在取得對(duì)生物多樣性的越來(lái)越多的支配權(quán)以后，生物多樣性的喪失和地球環(huán)境的惡化就成為必然的結(jié)果。,生物多樣性資源成本和 利益的不公平分?jǐn)?生物多樣性為全人類所共有，但常常被少數(shù)人用來(lái)獲利，而生物多樣性具有的成本為全人類共同承擔(dān),生物多樣性資源作為整體具有非持續(xù)性(sustainability)特征,生物多樣性是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期里形成的，人類對(duì)其開(kāi)發(fā)利用卻是在極端的時(shí)間里完成的。因此人類造成的生物多樣性喪失的速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高于生物物種形成的速度，它具有非持續(xù)性特征。,作為資源的生物多樣性的價(jià)值常被低估,生物多樣性作為資源進(jìn)入市場(chǎng)，常常被低估了它的價(jià)值,在掠奪性地利用生物多樣性資源的同時(shí)，從事掠奪的少數(shù)利益集團(tuán)可以獲得巨大利潤(rùn)，生物多樣性喪失的惡果卻由全人類承擔(dān)。,生物多樣性開(kāi)發(fā)中利益和責(zé)任的不對(duì)稱,遺傳工程產(chǎn)品商業(yè)性釋放中 的利益和責(zé)任的不對(duì)稱,把生物引入它過(guò)去沒(méi)有分布的地區(qū)，或?qū)?duì)人類健康和生物多樣性有潛在危害的、沒(méi)有經(jīng)過(guò)安全性評(píng)價(jià)和生態(tài)學(xué)影響評(píng)價(jià)的遺傳工程生物投放市場(chǎng)，從事引入生物或遺傳工程的利益集團(tuán)將獲得巨大利潤(rùn)，其可能的后果和危害則由全人類承擔(dān)。,保護(hù)生物學(xué)是有時(shí)間限制的科學(xué),我們可以晚一點(diǎn)到太空旅行，可以晚一點(diǎn)創(chuàng)造出基因療法，可以晚一點(diǎn)讓我們的生活實(shí)現(xiàn)全面智能化，然而我們卻不可以在生物多樣性喪失殆盡以后才去保護(hù)它和研究它。,如果人類不及時(shí)地解決生物多樣性喪失和全球環(huán)境惡化的問(wèn)題，伴隨著生物多樣性的消失，人類也終將從地球上消失。,