生态学第一章绪论课件

普通生态学课程简介：l(Ecology)：是研究与环境相互关系的科学。l它是生态学与环境学专业的主干基础课程之一,是生物科学专业的专业必修课，还是文化素质教育的选修课。lecology as the scientific study of the interactions between organism and their environment.普通生态学课程简介：(Ecology)：是研究与环境相互关系1l本课程着重从生物有机体的个体、种群、群落和生态系统四个层次讲授生态学的基本概念和基础理论，阐明生物与其周围环境的关系及其规律。l另外，结合本学科发展动态，介绍与本学科密切相关的全球环境变化、资源的合理开发、利用和保护以及人类本身在地球上持续生存等重要领域中的生态问题和研究动态。本课程着重从生物有机体的个体、种群、群落和生态系统四个层次讲2本课程的教学目的：l通过本课程的学习使学生掌握生态学的基本理论和基本规律，了解学科发展的前沿动态，从思想上明确认识到生物有机体与环境是相互依存、相互作用、相互制约的统一体，树立正确的自然观。l通过各教学环节的实施注重培养学生思考、分析、解决问题的能力和主动获取知识的能力，树立实事求是、严谨治学的学风。本课程的教学目的：通过本课程的学习使学生掌握生态学的基本理论3教学基本要求：l生物群落的基本特征、群落的组成与结构、群落动态与分类、植被分布的地带性规律及植被区划。通过本课程的学习，要求学生具体掌握和了解如通过本课程的学习，要求学生具体掌握和了解如下内容：下内容：l生态学的基本概念、研究对象、内容、方法和生态学发展概况。l生态因子作用的一般规律及生物的耐性调节机制、适应特征与类型。l种群的基本特征和增长模型、种群数量的时空动态与调节机制、生活史对策以及种内、种间关系。教学基本要求：生物群落的基本特征、群落的组成与结构、群落动态4教学基本要求：l生态系统的基本特征、能量流动与物质循环的基本规律，生态系统的发展与调节，以及地球上主要生态系统类型的特征。l景观生态学的基本概念、研究内容以及景观结构、功能、动态以及它们之间的相互作用关系。l全球环境问题与环境保护的生态学基础，生物多样性与自然资源的保护、合理利用及可持续发展关系及对策，包括自然保护区设计的基本原理、生态规划的一般原则及生态恢复和生物多样性保护的一般方法。通过本课程的学习，要求学生具体掌握和了解如下内容：教学基本要求：生态系统的基本特征、能量流动与物质循环的基本5课程编号：l学分/学时：4/64l课程层次：专业基础课 修读类型：必修 l开课学期：二年级第2学期l适用专业：生物科学l预修课程：普通生物学、自然地理学、生物统计学l考核方式：平时成绩（30%，包括作业、课堂讨论、到课率）期末考试：闭卷（70%）课程编号：学分/学时：4/646l什么是生态学?通过本课程的学习，请学生回答的问题：l学习生态学需要哪些基础知识?l如何学习生态学?l经典生态学与现代生态学有何特点？阅读资料登陆：生命科学学院 精品课内大网络教学平台：注册，学号,密码C 绪论绪论第一节第一节 地球上的生命地球上的生命第二节第二节 生态学定义、研究对象生态学定义、研究对象第三节第三节 生态学发展简史与分支学科生态学发展简史与分支学科第四节第四节 生态学与人类环境生态学与人类环境第一章 绪论第一节 地球上的生命8教学目的和要求教学目的和要求l掌握生态学的基本概念、研究对象、内容、范围、方法以及生态学形成与发展过程的几个主要阶段的特点。l了解生态学的最新发展和趋势、国内外的研究中心及重要学术刊物。l了解在环境科学的发展过程中，生态学是一门必不可少的基础学科。l难点：通过了解地球上生命起源、发展、进化伴随着的大气环境改变的过程，从生物圈尺度来理解生态学的涵义：即生物与地球环境是如何相互作用？教学目的和要求掌握生态学的基本概念、研究对象、内容、范围、方9 第一节第一节 地球上的生命地球上的生命 一、什么是生命 二、生命的起源 三、生物的多样性 四、生物圈 第一节 地球上的生命10 第二节第二节 地球上的生命地球上的生命 一、什么是生命李博院士在生态学一书（2000年，内蒙古大学）中指出：随着生命科学的进展，逐步认识到：生命是高度组织化的物质结构，其分子基础是具具有自我复制和具负载遗传信息功能有自我复制和具负载遗传信息功能的核酸等的核酸等生物大分子生物大分子，其通过生物膜生物膜实现内部及内外的分隔，形成形形色色的细胞、组织与生物体，并借助外界能量的输入借助外界能量的输入，通过一系列相互关联的生物化学过程而实现内外物质交换和自身的复制。第二节 地球上的生命11 恩格斯在自然辩证法中指出：“生命是蛋生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基本因素在于它白体的存在方式，这个存在方式的基本因素在于它和周围外部自然界的不断和周围外部自然界的不断新陈代谢新陈代谢”。南京大学的康育义教授在编著的生命起源与进化一书中指出：生命是那些具有新陈代谢和遗传复生命是那些具有新陈代谢和遗传复制能力的体系制能力的体系。这个体系从最简单的单细胞生命体到最复杂的人体，都是具有以上两个基本功能的。辞海中指出：生命是由高分子核酸、蛋白体和其他物质组成的生物体所具有的特有现象。与非生物不同，生物能利用外界的物质形成自己的身体和繁殖后代，按照遗传的特点生长、发育、运动，在环境变化时常表现出适应环境的能力。恩格斯在自然辩证法中指出：“生命是蛋白体的12 对生命理解的要点对生命理解的要点：1.生命是高度组织化的物质结构，是具有具有自我复制和负载遗传信息功能自我复制和负载遗传信息功能的核酸等生物大分子。2.通过生物膜实现内部及内外的分隔，形成形形色色的细胞、组织与生物体。3.借助外界能量的输入，通过一系列相互关联的生物化学过程而实现内外物质交换和自身的复制。对生命理解的要点：13 2 2生命的重要属性生命的重要属性:1）化学成分的同一性：生物在化学成分上存在着高度的同一性。l 主要元素有：C、H、O、N、P、S、Ca等。l分子：以多种无机化合物和蛋白质、核酸、脂、糖、纤维素等多种有机大分子为主。2生命的重要属性:14l生物大分子的单体相同：蛋白质：由20多种氨基酸组成；核酸：核甘酸，8种 （DNA和RNA的结构单体是核甘酸）核糖或脱氧核糖分子到磷酸分子 到碱基.l生物的贮能分子：高能化合物三磷酸腺苷，即ATP。生物大分子的单体相同：152）严整有序的结构：l 生物大分子无论如何复杂，只有当大分子组成一 定的结构体系，或形成细胞一样的有序系统，才 能体现出生命。失去有序性，生命也就完结了。l 生物界是一个多层次的有序结构，如细胞、组 织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系 统、景观、生物圈等层次。l 每个层次的结构单元都有其特定的功能，它们的 协调活动构成了复杂的生命系统。2）严整有序的结构：生物大分子无论如何复杂，只有当大分163）新陈代谢：l组成作用（anabolism）：即从外界摄取物质和能量，将它们转化成生命本身的物质和储存在化学键中的化学能。l分解作用（catabolism）：即分解生命物质将能量释放出来，供生命活动之用。3）新陈代谢：174）应激性和运动：生命能接受外界刺激而发生反应，反映的结果使生物“趋吉避凶”。v应激性是生物的普遍特性。动物的感觉器官和神经系统是应激性高度发展的产物。5）稳态（homeostasis）：指尽管外界环境波动很大，生物依靠某些机制使体内环境的性质维持不变的作用，称为稳态或内稳态。4）应激性和运动：生命能接受外界刺激而发生反应，反映的结果使186）生长发育：生长指生物体重量或体积的增加。发育是指在生活史中生物体构造和功能从简单到 复杂的变化过程。7）繁殖和遗传：繁殖指生物能产生（复制）新的一代。遗传：指亲代和子代共有的特性。变异：指亲代和子代所具有的不同特性。8）适应：生物的结构都适合于一定的功能；生物的结构和功能适合于该生物在特定环 境条件下的生存和延续。适应是生物界普遍存在的现象。6）生长发育：生长指生物体重量或体积的增加。19 二、生命的起源 1.关于生命起源的几种学说：1)神创论：人类对生命起源问题的思考，可能始于人类出现不久-图腾 2)从自然发生说到生源论 自然发生说的代表人物：古希腊的哲学家 自然科学家亚里士多德（Aristotle,公 元前384前322）。有三个重要的实验否定了自然发生说。二、生命的起源20 用实验证明腐肉不能生蛆，蛆是苍蝇在肉上产的卵。此后人们才逐渐相信较大的动物如蝇、鼠等不能自然发生。Francesco.RediFrancesco.Redi的实验的实验 开口瓶内置腐肉+苍蝇肉上生蛆，封口瓶内置腐肉（无苍蝇）肉上无蛆；用实验证明腐肉不能生蛆，蛆是苍蝇在肉上产的卵。此后人们才21l意大利生物学家L.Spakkanzani（17291799年）的实验证明小生物也不是自然发生的 l肉汤煮沸（容器开口）冷却静置数日密生微生物。l肉汤煮沸（容器密封）冷却静置数日无微生物。l结论肉汤中的微生物来自空气，不是自然发生的。意大利生物学家L.Spakkanzani（1729179922l巴斯德巴斯德（Louis Pasteur，法国微生物学家，18221895）巴斯德作了一系列实验，证明微生物只能来自微生物，而不能来自无生命的物质，最后否定了自然发生说。他做的一个最令人信服、然而却十分简单的实验是“鹅颈瓶实验”。结论（1864年）：微生物不是从营养液中自然发生的，而是来自空气中原已存在的微生物（孢子）。问题：巴斯德的工作虽然证明了在现在的条件下，生命不可能自然发生，但是却不能解答这样的问题：既然生命来自生命，那末最早的生命来自哪里呢？巴斯德（Louis Pasteur，法国微生物学家，182223 空气中的微生物被阻而沉积于 曲径管打断，外界空气未经 弯管底部，液体中的微生物经 “沉淀处理”，空气中的微生物直接煮沸全部杀死。进入营养液而繁殖。巴斯德的“鹅颈瓶实验”24 3)3)天外起源说或称宇生说天外起源说或称宇生说(Cosmozoa theory)(Cosmozoa theory)这一学说认为地球上的生命来自宇宙间其他星球,某些微生物孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而落入地球,从而使地球有了初始生命.4 4）细胞论和机体演化论细胞论和机体演化论 细胞学说于18381839年由施莱登和施旺正式确立.因此细胞学成为生物学的基础,也成为生命科学的研究热点和前沿.达尔文关于物种起源的进化论观点，概括起来就是生物的发展源于变异和选择(自然选择-即适者生存，那些对环境变化不适应者将被淘汰而死亡、性选择和人工选择)，生存斗争、机体变异、选择积累，由渐变到突变而产生新种。3)天外起源说或称宇生说(Cosmozoa theory)25最早的生命来自哪里呢？最早的生命来自哪里呢？262 2、生命起源的、生命起源的现代现代理论理论化学进化论化学进化论l恩格斯的预言：英国哲学家l真正回答生命起源问题的是?恩格斯。l1878年在反杜林论中指出：“直到现在除了由生物繁殖，自然科学还不能制造出生物，甚至还不能从化学元素制造出简单的原生质或其他蛋白质。l因此，有关生命的起源，自然科学到目前为止所能肯定的只是：生命的起源必然是通过化学的途径实现。”2、生命起源的现代理论化学进化论恩格斯的预言：英国哲学家27 2 2、生命起源的现代理论、生命起源的现代理论化学进化论化学进化论 生命发生的最早阶段是化学进化，即从无机小分子进化到原始生命阶段。化学进化的全过程又可分为4个连续的阶段。地球年龄和生物进化（10亿年）2、生命起源的现代理论化学进化论281 1）从无机分子生成有机分子）从无机分子生成有机分子 在实验室中，人们早已成功地用无机物合成了有机物。v1828年F.Wholer首先用氧化铅和氨合成了尿素v奥巴林和霍尔丹早在20世纪20年代就分别推测在地球早期的还原性大气中可能发生这样的过程。v第一个用实验证明在原始地球环境条件下，无机物可能转化为有机分子的是美国芝加哥大学的S.Miller。1）从无机分子生成有机分子 在实验室中，人们早已成功地用291 1）从无机分子生成有机分子）从无机分子生成有机分子 Miller模拟实验装置 结论：构成蛋白质基本成分的氨基酸在缺氧的还原条件下，通过各种能源聚合而成。而早期地球原始大气是符合这些条件的。因此，地球原始缺氧环境是产生大量氨基酸的阶段，而氨基酸的普遍存在则为化学进化最终导致生命起源创造了极为有利的条件。1）从无机分子生成有机分子 M30 2 2）从有机小分子生成生物大分子）从有机小分子生成生物大分子v生命物质的最主要的两个基石是蛋白质与核酸。有机小分子如何形成蛋白质及核酸等生物大分子，人们有一些实验与推测。v一般认为氨基酸、核苷酸等在海水中经过长期积累浓缩，在适当条件下（如吸附在无机矿物黏土上），氨基酸与核苷酸即可分别通过聚合作用而形成原始的蛋白质与核酸。2）从有机小分子生成生物大分子31l根据实验推测，聚合作用是通过两种方式实 现的：A：溶液聚合，在黏土表面吸附作用下发生聚合。黏土的细粒带有电荷，可以使氨基酸等单体吸附其上，大量聚集，有利于聚合。B：浓缩聚合：在海岸或湖泊样的小水体中，由于长期蒸发水中氨基酸等分子含量很高，这样的溶液在较高温度条件下可以直接产生“类蛋白质（proteinoids）”样的多肽。类似于蛋白质和核酸的物质，在人工模拟原始 地球条件下，都已能制造出来。但和现代生命 的蛋白质和核酸相比还有一定距离。根据实验推测，聚合作用是通过两种方式实 32 3）多分子体系的形成和原始生命的出现：v多种生物大分子单独存在时，不表现生命现象，还不是原始的生命。只有在形成多分子体系时，才能显示出生命现象。这种多分子体系就是原始生命的萌芽。l 奥巴林的团聚体学说（Coacervate theocy）认为，生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分子体系，它具有一定的生命现象。3）多分子体系的形成和原始生命的出现：奥巴林的团聚33形 成阿拉伯胶（糖）的水溶液白明胶（蛋白质）的水溶液小滴四周与水液有明显的界限团聚体蛋白质、核酸、多糖、磷脂及多肽 等溶液混合奥巴林的实验：生命起源与进化P4952显微镜下 混合+由透明液体变为混浊液体形 成阿拉伯胶（糖）的水溶液白明胶（蛋白质）的水溶液小滴四周34奥巴林团聚体理论的弱点：、建立在原始地球已产生蛋白质，但蛋白质的自然缩合尚未解决；、在原始地球自然条件下，氨基酸缩合成肽时，如何使氨基、羰基得以保护。奥巴林团聚体理论的弱点：35稀盐溶液 显微镜下氨基酸混合物（按比例）聚氨基酸白浊状物体无数微小的球状凝聚颗粒类蛋白微球 Proteinoid Microsphere 冷却160170 干燥无氧 福克斯的微球体学说：将干的氨基酸或实验室所得的“类蛋白质”加热浓缩，即可形成微球体：稀盐溶液 显微镜下氨基酸混合物（按比例）聚氨基酸白浊状物体无36 促使微球体+Mg2+ATP的二聚体 ATP的三聚体表现出类似于细胞质流动的活动。促37图117 微球体（福克斯的实验）S.W.Fox（1912今）美国化学家、教育家。图117 微球体（福克斯的实验）S.W.Fox（191238类蛋白微球的特点：A、大小：因类蛋白物质的种类、盐溶液浓度、冷却速 度等因素而变化；B、分裂：类蛋白微球加压时发生类似细胞分裂的现象 ，类似于细菌生长分裂的方式进行繁殖。C、双层膜特征：当改变类蛋白微球体的悬液pH值时，表现出双层膜特征，使微球体能随溶液渗透压的变 化而收缩或膨胀。D、出芽：当类蛋白微球体悬液放置一段时间后，可以 看到出芽。E、生长：把芽分离出来，置于饱和的类蛋白溶液中，芽能吸收溶液中类蛋白质而生长并从37冷却到 25时，芽开始生长直到与原来的微球体一样大小 成为第二、三代。微球体促使产生了最小的密码单 元，并认为这是核酸进化的开始，因为：类蛋白微球的特点：39福克斯的微球体学说：为了回避奥巴林的困难，又能在原始地球条件容易生成接近蛋白质高分子量有机物，Fox提出以氨基酸聚合物（类蛋白）代替蛋白质的前生命进化途径。奥巴林理论与福克斯理论的困难仍然是大分子的聚合问题。他们的理论存在先有蛋白质还是先有核酸的问题。该问题总是得不到解决的线索。福克斯的微球体学说：为了回避奥巴林的困难，又能在原始地球条件40Fox原始细胞的化学进化途径示意 图（1977年）（康育义P54）现代细胞 原始细胞（类蛋白微球）前蛋白（类蛋白）氨基酸 氨基酸前驱体（如在月球、陨石中发现的种类）福克斯原始细胞的化学进化途径示意图+H2O-H2O+H2OFox原始细胞的化学进化途径示意 现代细胞 41l“赵玉芬-曹培生理论”“核酸与蛋白质共同起源”说：中国青年生化学家赵玉芬的磷酰化氨基酸及其成 肽衍生物的研究，发现这些生成物还具有磷上酯交换，磷酰基转位以及等仿生反应和现象。核酸与蛋白质共同起源与进化学说的要点 l 两个无生命物质磷和氨基酸结合以后形成磷酰化氨基酸。l 磷酰化氨基酸是生命的最小单元。换言之它是核酸最小单元和蛋白质最小单元的结合体。“赵玉芬-曹培生理论”“核酸与蛋白质共同起源”说：42 图3-16 磷酰化氨基酸生成核酸和蛋白质模型 （据赵玉芬、曹培生，1994）图3-16 磷酰化氨基酸生成核酸和蛋白质模型43生态学第一章绪论课件44l如此循环反复，在以磷为中心的调控作用下，所形成的肽链和核苷酸链越来越长，分子量越来越大，最终形成核酸和蛋白。磷酰化氨基酸作为生命最小单位的原理是：l当磷酰化氨基酸与氨基酸结合时形成肽，释放出磷酸；l当磷酰化氨基酸与核苷作用时，磷酸和核苷酸装配成核苷酸，释放出氨基酸；l装配核苷酸释放出来的氨基酸与成肽反应释放出来得磷酸结合形成磷酰化氨基酸l赵玉芬与曹培生将此称之为动力学模型。如此循环反复，在以磷为中心的调控作用下，所形成的肽链和核苷酸45 因此，在磷酰化氨基酸的成肽成核苷酸反应体系内，出现了以磷为调控中心的，磷酸（p）、氨基酸（aa）、与碳水化合物（ch）三者之间的相互制约互惠共生的关系，曹培生提出下面的数学模型概括表达这种关系，即：F（p）=f（p）if（ch）j+f（aa）k i,j,k=ll核酸与蛋白质共起源的动力模型：赵玉芬、曹培生从化学模型、动力模型和数学模型三方面，全面阐述磷酰化氨基酸为什么能够成为核酸与蛋白质共同起源的本质，合理的解决了奥巴林、福克斯的困难，解决了先有核酸还是先有蛋白质的争论。因此有人把磷酰化氨基酸是核酸与蛋白质共同起源理论，命名为“赵玉芬-曹培生理论”。因此，在磷酰化氨基酸的成肽成核苷酸反应体系内，出现了以磷46问题：问题：a.目前，我们还不知道这种磷酰在小肽生成物的 结构形态，还没有做对比实验。或许像病毒蛋 白那样具有活性的细胞前生命体？b.磷既然是生命化学中至关重要的元素，那么，在原始地球上磷从何而来？它以何种形式存 在？在无机磷酸盐中，Ca(H2PO4)2及(NH4)2HPO4对磷酸化最为有效。另外，随着地球的降温，水气凝结对这类固相反应有促进作用。问题：47 无论哪一种多分子体系，若要继续进化为原始的生命，下列三点是重要的：v第一：多分子体系内部必须有一定的物理、化学结构，这是生命起源的一个重要条件。v第二：多分子体系的组成必须是蛋白质和核酸，有了这两类大分子，多分子体系才能建立转录翻译体系，才得以实现遗传功能。v第三：原始膜的形成。有了膜，多分子体系才有可能和外界介质分开，防止其他分子进入，才有更多机会使体内分子相互碰撞，促进化学过程的进行。无论哪一种多分子体系，若要继续进化为原始的生命，下列48 4）多分子体系生物化学过程的进化和自养营养的出现：l异养营养的改变：l最初出现的多子分体系都只有简单的生物化学过程，是异养营养的。l随着多子分体系的增多，外界营养物质逐渐减少，自然选择就选择了具有复杂生化能力的多分子体系，即生物化学过程的进化表现为：由简单转变为复杂、营养方式由异养转变为自养,呼吸方式也由无氧呼吸（2ATP）转变为有氧呼吸（36ATP）；只有这些多分子体系（含有卟啉）才能适应这改变了的外界环境而生存下来。4）多分子体系生物化学过程的进化和自养营养的出现：49自养营养的意义：有了自养营养，生物就大部分脱离了对环境中有机物的依赖，同时它们创造的营养物质为其它生物提供了营养需要，整个生物界才有了进一步的发展。光合作用产生了分子氧，使地球上大气的组成发生了变化，由还原性大气转变为氧化性大气；臭氧保护层也随之形成。自养营养的意义：505）化学起源的三大分支学说l蛋白质和核酸一旦产生并同处于一个独立的分子体系内，生命就算诞生了。针对原始地球上蛋白质和核酸的起源条件和地点，出现了三大分支学说：陆相起源说 海相起源说 深海烟囱起源说5）化学起源的三大分支学说蛋白质和核酸一旦产生并同处于一个独51现代生命起源学说认为:生命起源于地球演化历史的早期阶段。生命起源于化学进化过程；在地球演化早期的条件下，无机小分子逐渐形成甲烷、氰化物等有机小分子，再进一步形成生物大分子。由生物大分子形成多分子体系-团聚体,逐渐过渡到具初步生命特征的具有生物膜分割的细胞。原始的单细胞是异养的-从吸收或“吞没”周围已有的有机分子取得能量。光合作用的出现打开了自身营养的大门，同时使大气中有了氧气，氧化大气的产生，极大地加快了生命演化的步伐。逐渐地由原核单细胞生物进化产生真核单细胞生物，进而产生丰富多姿的多细胞生物，动物和植物。现代生命起源学说认为:52 陆相起源说 该学派认为，在大陆火山附近的水池里生长的大量氨基酸，在火山喷发时被强烈的高温蒸发干枯，剩下的氨基酸发生热聚合脱水而成高聚物（多肽等），雨水（火山喷发常带来倾盆大雨）又把高聚物带到海中，在海水的条件下，高聚物（多肽等）经过自我装配形成蛋白质。同样过程也在火山区形成核酸。持陆相起源观点的有福克斯等。陆相起源说 该学派认为，在大陆火山附近的水池里生53 海相起源说 这一学说认为，在原始海洋中，小分子量氨基酸和核苷酸可以被吸附在粘土、蒙脱石一类物质的活性表面，在适当的缩合剂（如羟胺类化合物等）存在时，可以发生脱水，缩合成高分子量的聚合物，产生团聚体和原始细胞。v霍罗维茨(M.P.Horowitz,1967)在甘氨酸和ATP水溶液中进行缩合剂实验，当有沸石存在时，聚合形成甘氨酰腺嘌呤核苷一磷酸，这是一种含高能键的化合物，生成物在碱性溶液(pH为7.68.5)中被吸附到蒙脱石的活性表面，并进行聚合产生多聚甘氨酸（类蛋白物质）。海相起源说 这一学说认为，在原始海洋中，小分子量54 深海烟囱起源说 随着深海探测的深入研究，特别是本世纪70年代对加拉巴哥斯群岛(Galapagos Is-lands)洋中脊的火山喷口进行研究，说明海水在深海烟囱(deep-sea vent)中经历了巨大的温度和化学梯度的变化，有可能形成各种溶解物，包括形成原始生物化学物质。深海烟囱巨大的热量，可以发生在大陆火山区里产生的那种缩合反应。因此，美国霍普金斯大学的地质古生物学家斯坦利(S.M.Stanley,1985)提出生命在深海底烟囱起源说。深海烟囱起源说 随着深海探测的深入研究，特别是本55生态学第一章绪论课件56在洋中脊，直接安在炽热岩浆上面的海底烟囱，温度高达1000（图3-18）。烟囱冒出滚滚的浓烟，热能使周围海水沸腾，浓烟里富含金属、硫化物，热水中富含CO2、NH3、CH4和H2S，这是一个既有能量又有生命起源所必需的物质和还原环境，于是有机化合在这里发生，并且按照温度的递降而出现了一系列化学反应梯度区。由H2,CH4,NH3,H2S,CO2的高温化合形成氨基酸，继而形成硫和其他复杂化合物形成多肽、核苷酸链形成似细胞体的化学合成物。在洋中脊，直接安在炽热岩浆上面的海底烟囱，温度高达1000 57 6）化学进化阶段主要存在的问题 a.氨基酸和核苷酸在原始地球上积累和缩的原 理浓缩是实现聚合的前提，而核苷酸不太稳 定，易于水解，其积累和浓缩尚有一定的困难。b.聚合生成的肽键和3-5-磷酸二酯键的条件：在聚合物中此类键的成分少且分子量也小。c.大分子的有序发生问题 d.关于生物光学活性的起源问题 e.细胞结构的起源 f.磷在原始地球上存在的形式问题。6）化学进化阶段主要存在的问题 58 3、真核细胞的起源 C.R.Woese根据rRNA序列比较得出的3 支并列的系统 l1)真核细胞是不是来自原核细胞，这个问题现在还没有一个最后的答案。l2)如果真核细胞是从原核细胞进化而来，核膜、内质网以及高尔基体等内膜系统又是怎样进化来的呢？l3）还有人主张真核细胞不是来自原核细胞，而是和原核细胞一同起源于原始生命。3、真核细胞的起源 C.594、目前对生命起源与进化的初步结论：生命起源是通过化学进化实现的。在原始地球的条件下，由无机化学元素的化合，进化为有机化合物，由低分子量生物有机化合物进化为高分子量有机生物化合物，也可能由低分子量有机生物化合物通过磷酰化氨基酸，形成具有生命现象的核蛋白和具有复制功能的核酸，产生原始生命。生命一旦出现便进入生命进化阶段，化学进化随即终止。4、目前对生命起源与进化的初步结论：60l在生命进化过程中以下阶段是确定的：由无细胞形态进化为原始细胞，由原核生物进化为真核生物、由单细胞进化为多细胞，先出现植物、后出现动物。在动物进化中：在动物进化中：先先无脊椎后后有脊椎，由由无壳后生动物进化为进化为有壳后生动物 由由无脊椎动物 脊椎动物 人类。在生命进化过程中以下阶段是确定的：61 生命起源于距今38亿年前，经历许多重大进化阶段，经历多次大的集群演替和小的更换，老的生命灭绝了，新的生命又产生出来，生生不息，永无止境，最后在200万年前出现了人类。由此可见，生命的产生和进化是一个漫长的历史过程，绝非任何神灵在数天之内可以创造出来的。生态学第一章绪论课件625、生物的进化速度问题：大致说来，生物进化与新陈代谢能力存在某种线性关系，越低等原始，其进化速度越慢，反之越高等则进化速度越快。生物进化速度一般说来，生物属、种的进化速度比科、目、纲快得多；陆生生物比水生生物进化速度快；脊椎动物比无脊椎动物快得多，这就是结论。5、生物的进化速度问题：63 5、生物的进化速度问题：v 1）光合生物的进化速度：现代生物 0(亿年)4 陆生植物 4(亿年)15 水生真核生物 19(亿年)水生原核生物 30(亿年)21 原始生命 40(亿年)结果：21154=5.23.71 5、生物的进化速度问题：64 2）无脊椎动物的进化速度：v三叶虫 5.72.5亿年前 3.2亿年 整个生命期 5.74 亿年前 1.7亿年 主要繁荣期v笔石 5.14.1亿年前 1.0亿年 主要繁荣期 3.52.5亿年前 1.0亿年 整个生命期v鹦鹉螺 5.12.5亿年前 2.6亿年 主要生命期v菊石 2.50.65亿年前 1.85亿年 主要繁荣期 2）无脊椎动物的进化速度：65 3）脊椎动物的进化速度：v鱼类：4.5亿年以来由无颌类 软骨鱼类 真骨鱼类。v爬行纲：3.5亿年以来已发生巨大变化，大多数濒临灭绝。v鸟类：1.4亿年以来已发生巨大变化，由古鸟 今鸟。v人类：在200万年中：旧石器时代 2001=0.6 万年 新石器时代 10.4=0.6 万年 文明时代 0.40.02=0.38万年 科学时代 0.020=0.02 万年 3）脊椎动物的进化速度：66生物进化时钟：若把生物进化历程用24小时表示，则：18750万年/小时 312.5万年/分钟 5.2万年/秒钟 生物进化时钟：67零点：地球诞生凌晨3点：形成最古老的岩层，开始生命起源的化学进化；上午7点：出现类似于细菌的原核生物；上午9-10点：出现营光合作用的自养原核生物；下午1点：大气中积累游离的氧气，出现好气的原核生物；夜晚8点：出现多细胞生物；夜晚10点以前：大气中氧气积累达10%以上，出现植物、总鳍鱼登陆；午夜11点：高等的有花植物和哺乳动物开始繁荣；午夜11点59分40秒：人类出现，只经历了20秒钟零点：地球诞生68三、生物的多样性三、生物的多样性 地球上生物的极端多样性常使人惊奇。经过无数生物学家多年的努力，证明这种多样性是生物进化的产物。自从光合自养生物诞生以来，经过30多亿年的漫长进化过程，目前地球上至少有1000万种生物。形形色色的生物，组成了地球上最大的功能单元生物圈。三、生物的多样性 地球上生物的极端多样性常使人惊奇。经69 三、生物的多样性三、生物的多样性1生物多样性（biodiversity）的定义及其内涵v“生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化（variety）和变异性（variability）”(U.S.Office of Technology Assessment,1987)。v生物多样性是指生命形式的多样化（从类病毒、病毒、细菌、支原体、真菌到动物界与植物界），各种生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用，以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性。三、生物的多样性70l遗传多样性（遗传多样性（genetic diversitygenetic diversity）：）：是指所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传信息，既包括同一种的不同种群的基因变异，也包括了同一种群内的基因差异。物种多样性（物种多样性（species diversityspecies diversity）：）：是指多种多样的生物类型及种类，强调物种的变异性，物种多样性代表着物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，是进化机制的最主要产物。l生物多样性可以从3个层次上去描述：即遗传、物种、生态系统与景观多样性：遗传多样性（genetic diversity）：生物多样71l生态系统多样性（生态系统多样性（ecosvstem diversity)ecosvstem diversity)：指生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富程度。生态系统由植物群落、动物群落、微生物群落及其环境（包括光、水、空气、土壤等等）所组成。系统内各个组分间存在着复杂的相互关系。生态系统中的主要生态过程包括能量流动、水分循环、养分循环、生物之间的相互关系（如竞争、捕食、共生等）。l景观多样性（景观多样性（1andscape diversity)1andscape diversity)：指与环境和植被动态相联系的景观斑块的空间分布特征（Gaston1996）。景观是由斑块、通道和背景基质所构成的空间上的叠合体（Forman，1995）。景观有其结构、功能和自身的动态。生态系统多样性（ecosvstem diversity)：72 2.2.生物多样性的空间格局生物多样性的空间格局l生物多样性的空间分布格局：就宏观而言，生物多样性的分布有一定的规律：l在纬度，从赤道往两极，物种数目有规律的降低。l在不同水热条件下，表现出不同的垂直分布格局。在水分受到限制的干旱、半干旱地区，生物多样性随干旱程度的增加而降低。l在人类活动或突发性自然因子的干扰下，生物多样性也会发生明显变化。2.生物多样性的空间格局73 3.3.分布格局的成因分布格局的成因v地质历史：地质历史古老的地区，可能拥有更多的物种。v环境异质性与资源多样性：环境的异质性越高，就会提供更多的生态位与更多的资源类型，从而容纳更多的物种。v岛屿生物地理学理论：美国生态学家R.H.MacArthur与E.0.Wi1son（1967）提出，岛屿的面积越大以及与大陆的距离越近，其物种的多样性越高，并给出了定量表述方法。3.分布格局的成因74l生物因素：种间关系、种的生态位幅度等生物因素对生物多样性也起重要作用。如共生、寄生、传粉、捕食、竞争等，均影响一个群落或生态系统的多样性。物种的传播、外来种引入、生产量高低，均会对生物多样性发生重大影响。l尺度问题：生物多样性的测定都是在一定尺度上进行的，一定空间或时间上的测度结果不能用于说明其他尺度上的问题。因此，在比较不同地区或不同生态系统类型生物多样性的高低时，一定要有尺度概念。生态学第一章绪论课件75 四、生物圈四、生物圈1.生物圈(biosphere)的概念：地球上存在生命的部分称做生物圈，由大气圈的下层(对流层），水圈和岩石圈的上层(风化壳)组成。生物圈的范围在地表以上可达23km的高空，而在地表以下可延伸到12km的深度。但是有机体能够定居的区域比这一范围要窄得多。四、生物圈76 2.生物圈的形成：生物圈形成与地球上生命的出现密切相关：1)原始生命得以形成的条件2）简单有机物的形成3）蛋白质与核酸分子的形成与生命的开始4）原始生命的生存5）生物圈的形成：6)盖阿假说（Gaia hypothesis）2.生物圈的形成：773.3.生命在地球上出现并得到发展的条件生命在地球上出现并得到发展的条件l地球与太阳的距离适宜，接受的太阳辐射适中，有利于生物生存。l金星距太阳近，温度远远高于水的沸点；火星距太阳太远，温度过低。l地球的大小适宜，具有适中的地心引力。l地球表面具有大量液态水；l地球表面具有液态、气态和固态三相物质的界面 3.生命在地球上出现并得到发展的条件78l GaiaGaia假说：假说：地球表面的温度和化学组成是受地球这个行星的生物总体的生命活动所主动调节的，并保持着动态的平衡，这是全球生态学的主要理论。l Gaia假说的主要论点：地球上所有生物都在起着调节作用 地球生态系统保持稳定性 地球生态系统是一种进化系统 地球生态系统是一个整体 地球生理学（geophysiology Gaia假说：地球表面的温度和化学组成是受地球这个行星的79建议阅读的书目：v李继侗文集（李继侗文集编辑委员会，科学出版社，1986年）：生平与贡献：p1 植物生态学与地植物学纲要p285-328 植物地理学、植物生态学和地植物学的发展 p329-388 读书摘录之一p280-284v李博文集：生平建议阅读的书目：李继侗文集（李继侗文集编辑委员会，科学出80建议阅读的书目：v生态学家面临的挑战问题与途径：陈吉泉、李博、马志军、赵斌主编，高等教育出版社（2005）阅读内容：p1-39，p198-222v生命起源与进化：阅读内容：第二、三、五、七、九章 康育义编著，南京大学出版社（1997）建议阅读的书目：生态学家面临的挑战问题与途径：81推荐阅读的文献：见课件参考文献1.20世纪90年代初：可持续生物圈的倡议4.Ecological Science and Sustainability for a Crowded Planet 21st Century Vision and Action Plan for the Ecological Society of America2.The Journal of Ecology：2006年有一篇文章：列出100个生态问题。3.Ecology for a Crowded Planet Science,2004,304:1251-1252推荐阅读的文献：见课件参考文献1.20世纪90年代初：可持82l什么是生命？如何理解生物与地球环境的协同进化？l什么是生态学？简述生态学诞生的标志及其发展的特点？l生态学有哪些分支学科、是如何划分的？你对那个分支学科感兴趣，为什么？l简述现代生态学诞生的标志及其发展趋势及特点。l简述生态学与人类生存环境的关系。思考题思考题：什么是生命？如何理解生物与地球环境的协同进化？思考题：83问卷卷调查1、学院、学院 2、年、年级 3、籍、籍贯 4、民族、民族 5、是否有必要开全校的普通生、是否有必要开全校的普通生态学学课程？程？A、有必要、有必要 B、没必要、没必要6、我国最大的、我国最大的环境境问题是什么？是什么？7、内蒙古最大的、内蒙古最大的环境境问题是什么？是什么？8、选修修这门课程的目的是什么？程的目的是什么？A、学、学习生生态学知学知识 B、要学分、要学分 C、其他、其他9、对以后的学以后的学习和工作中是否有帮助？和工作中是否有帮助？A、有、有 B、无、无10、学、学习这门课以前以前获取生取生态学知学知识的主要渠道是什么？的主要渠道是什么？A、电视报纸书籍籍 B、聊天、聊天 C、讲座座 D、其他、其他11、对这门课程有何建程有何建议？问卷调查84生态学第一章绪论课件85 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End 结束语86谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日 谢谢大家演讲人：XXXXXX 87