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(guān)層次到生物圈那樣的宏觀(guān)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(lèi)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(guān)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(guān)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(lèi)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(lèi)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(guān)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(lèi)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(lèi) 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(lèi)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(lèi)、海綿、蝸牛、蟹、菊石、海膽，陸地上爬行類(lèi)、獸類(lèi)、兩棲類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(mǎn)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(lèi)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(lèi)成為優(yōu)勢(shì)物種前滅絕速度的100～1000倍。,人類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(xiàn)平均北移120km，北美西部等溫線(xiàn)北移105km。,人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致了生物入侵,人類(lèi)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(lèi)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(lèi)生存基礎(chǔ)的生物多樣性的命運(yùn)，決定人類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)承擔(dān)。,生物多樣性開(kāi)發(fā)中利益和責(zé)任的不對(duì)稱(chēng),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(chēng),把生物引入它過(guò)去沒(méi)有分布的地區(qū)，或?qū)?duì)人類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)也終將從地球上消失。,