生命系统及其与环境关系的基本原理课件.ppt

1、范式范式道，可道我思故我在l虽然生态学研究是多方面的，但可以用几个中心思考方法统一起来l下面的十个基本范式贯穿全书l在学习时反复使用l每个单元结束和开始时都要复习l整体观l综合观l层次观l系统观l进化观l系统系统由若干相互作用、相互依存的组成部分结合成的体系l开放系统开放系统 系统不断与外界进行能量、物质和信息的交换l封闭系统封闭系统有少量的能量和信息交换，但无物质交换l孤立系统孤立系统没有任何的联系l开放系统l宏观和复杂 l过程非线性 l自适应的演化（不断出新）l突变与选择l生命系统是自组织系统生命系统是自组织系统 讨论找一个例子分析特征l层次性多层次尺度自相似l多样性、复杂性和同一性极其多

2、样根本同一讨论最多的层次有多少？l综合性l非等价性l可补偿性和不可代替性可补偿性和不可代替性l阶段性阶段性l直接性和间接性l结构物理结构占有空间，有三个维度l过程过程占用时间，只有一个维度l功能l三者关系三者关系相互决定遍历l同一性与多样性有序灵活l硬件与软件组分的构成方式组分的相互关系l结构一个系统区别于其它系统的质l系统组分（子系统）的多样性l组分在系统中的相对位置l组分之间的网络关联l外貌是结构的外部表征，也属于广义的结构范畴形状、质地和颜色l 过程强度l 反应速率l 时间动态 强度和速率的波动：l收敛：围绕平衡点l发散：过程演进l 热力学系统：具有方向性l类型1能量流动物质循环信息传递

3、l类型2生长发育新陈代谢生产和繁殖（再生产）l类型3自我调节应激、修复和调控l 系统的功能对外作用l 子系统对大系统服务l 生命系统对环境的反作用生态服务l生态作用l生态适应响应调整进化l生态反作用相互作用调控生态因子新环境老环境生物系统生物系统生物系统l构成环境的各种因素称环境因子l按因子有否生命划分非生物因子、生物因子l按理化性质分，气候因子，土壤因子，生物因子，地形因子l按因子变动情况分稳定因子，变动因子l按尺度分大、中、小l响应：系统的结构和过程对于外界环境的变化而发生的变化。l适应：系统的结构和过程在变化的环境中发生改变以利于在新环境下生存适应造成性状积累达尔文式进化l质l量l持续时

4、间l生态位生态位包含生态幅生态位可重叠基础生态位和实际生态位l耐受性及其调整驯化l限制因子：接近或超过耐受极限的因子最小因子定律耐受定律：因子的高强度区强调了两个极端l主导因子：有关键作用的单个因子或集l驱动因子：系统结构建成和生态过程的驱动力量l一种作用因子：从普通到主导l组织者新系统自组织：从分工-合作到系统升级l非生物因子气候、土壤、地形等因子对每个生物系统的作用无差异l生物因子同尺度间的作用及更大更小尺度系统间的作用l等级层次相互作用生物因子作用具有差异性（如捕食和传染）l横向关系竞争、合作、寄生。l纵向关系亲缘关系遗传l等级层次系统间组织与被组织关系组织者在系统之外系统间向下包含,向

5、上整合l系统内自组织l多样性是表象，是利用资源的策略是科学家研究的对象l同一性是内涵，是生命的本质是科学研究的终极目的庄子：杂篇寓言l极其复杂的宏观系统l有序与灵活的结构l自我调节l生长、发育、代谢、繁殖、遗传、适应、死亡l改造环境l目的性l遗传信息多样性l物种多样性l生态系统多样性l人类自身的多样性l文化多样性在一个兔子种群内的遗传变异在一个草原生态系统中的生物多样性整个区域景观内的生态系统多样性l1995年重开生物多样性-生态系统稳定性研究，后来扩展至生态系统功能l每年仅Science和Nature两大著名刊物就发表相关论文几十篇Loreau,M.et al.,Science 2001 2

6、94:804-808l复杂性与多样性l复杂性定义 Structure or pattern is maximized for neither high nor low randomness.l生物之间极其复杂的联系横向关系竞争、合作、共生、寄生、附生。纵向关系等级层次、亲缘关系多种多样的功能和行为l生态系统中有复杂的网络关系，食物网是主要体现l人类基因组研究已经意识到多样性不能说明复杂性问题原来预期人类有50,000个基因，现在发现只有35,000个进化链上“高级”与“低级”的生物，动物与植物，基因数与预期并不一致：线虫 Caenorhabditis,18,424;果蝇D.melanogast

7、er,13,601;拟南芥 Arabidopsis,25,498l微观研究已经强调突出基因网络的研究，并希望与生态学研究类比（Loreau,M.et al.,Science 2001 294:804-808）寻找同一性l常杰,葛滢,陈刚,周昌乐l科学中国人,1996.10，封面文章l香山科学会议与新华文摘，钱学森与宋健等l人类自组织排队例子l鱼类自组织一群鱼中总有一条雄鱼l白蚁自组织筑巢l细胞自组织粘菌l大分子自组织自复制l积累起（起飞）l加速期（）l平稳期（）l自组织升级现有系统组成大系统，成为子系统层次越来越多l多样性和复杂性不断增加积累-突变l演化规则也在演化l涨落-有序l狭义进化-生物的不可逆变化l广义进化-整个宇宙l都有既定目标复杂化高级化适应能力强更加自主美l系统边界l组分还是环境l过程还是功能l进化与发育l模型