动物的遗传和变异

  朋友,你长得像你的父亲或母亲吗?也许你的鼻了嘴唇像父亲,而脸形、身材像母亲,眼睛却谁也不像。你曾看过老虎出生了小豹子,母鸡产出了蛇蛋的有关报导,当看到如此荒唐的问题时你也许要笑掉大牙。“种瓜得瓜,种豆得豆”,“龙生龙,凤生凤,老鼠生来会打洞”,“一母生九子,九子各不同”等等,这些民间谚语给我们简单生动地描述了生命世界里一个普遍现象;遗传和变异。所谓遗传,就是指子代和亲代之间,不论在形态构造或生理机能的特点上都很相似。但是,亲代和子代之间,子代各个体之间不会完全相同,总会有所差异,这种现象叫变异。遗传和变异是生命的特征。那么,作为地球生命世界里的重要居民——动物,也遵循着自然的规律。从物种起源和进化过程来看,地球上能存留至今的动物,无不是历经了多少世代的变迁,每一代都既有遗传,也有变异。遗传和变异是要互对立又相互联系的,没有遗传,动物种族就不能繁衍;没有变异,动物就不可能进货。因此,研究和掌握动物的遗传和变异规律,是人类了解动物世界的一把金钥匙,人类能否控制动物的遗传和变异,造福于人类?这正是动物遗传学研究的主要问题。

 

动物遗传学的产生与发展历史

  1、动物遗传学的诞生
  很早以前,我国劳动人民在从事农业生产和饲养家畜中便注意到了遗传和变异的现象。春秋时代有“桂实生桂,桐实生桐”,战国末年又有“种麦得麦,种稷得稷”的记载。那时,人们已经认识到物种状态能够保持相对稳定,可以代代相传,但还没有认识到物种进化的一面。东汉时期的唯物主义哲学家王充(公元27年至约97年)曾经写道:“嘉禾异种……常无本根”,认识到变异的现象。在其他的古书中,如“所谓习以性成,一木之性,能不易质?”“橘逾淮北而为积”等就是一些关于变异的记述。
  19世纪末,家畜、家禽品种的改良取得一定的成绩,使人们进一步认识了生物的遗传和变异,有人开始尝试把积累的材料加以归纳、整理和分类,并用理论加以解释。英国生物学家达尔文创立了人工选择和自然选择的理论,提出了“泛生论”的假说来解释生物的遗传现象。限于当时的科学水平、达尔文的学说不能对复杂的遗传变异现象做出科学的回答,但为遗传学的诞生起到了积极的推动作用。
  遗传学真正发展成为一门独立的科学,是从20世纪开始的,奥地利学者孟德尔(Mendel,1822-1884)经过大量的杂交试验,成功地建立了遗传学的两个基本规律——遗传因子的分离定律和独立分配定律,为近代遗传学理论奠定了科学的基础,但当时没有引起人们的重视。直到本世纪初(1900年),孟德尔的工作才被在三个不同的国家的三个学者,分别在不同的植物上同时取得的试验结果所证实。至此,遗传学才作为一门独立的学科而诞生,随之,动物遗传学也出现了。
  2、遗传学(包括动物遗传学)的发展史
  遗传学的建立和发展,大致经过经典遗传学与现代遗传学二个阶段和三个水平;个体水平——形式遗传学,细胞水平——细胞遗传学,分子水平——分子遗传学。
  1)经典遗传学分阶段
  19世纪末,显微镜的发明,使人们大开眼界,促进了细胞学和胚胎学的发展。对有线分裂,减数分裂,受精现象以及染色体行为的研究,为遗传学的研究提供了有力的证据,从而促进了细胞学与遗传学的结合,开拓了细胞遗传学的研究方向。
  20世纪初,魏斯曼(Weismann,1834-1914)提出的“种质论”在遗传学的发展中具有深远的影响。他认为多细胞生物是由体质和种质两部分组成的。体质是由种质产生的,种质在世代中是连续不断的。环境只能影响体质,而不能影响种质,后天获得性不能遗传。种质就是生殖细胞里的染色体。约翰逊(Johannsen,1859-1927)提出了“基因”这个名词,并首先提出了基因型和表现型的概念,把遗传性状和表现性状科学地区别开来,对遗传学的发展具有重要意义。摩尔根( Morgan,1866-1945)和他的学生们用果蝇做了大量试验,进一步证实了孟德尔定律,并把孟德尔所假设的遗传因子(后称为基因)具体落实到细胞核内的染色体上,从而建立了著名的基因学说。摩尔根发现的连锁交换定律与孟备尔的分离定律、独立分配定律共称为遗传学的三大基本定律,而他们所奠定的遗传学——染色体的基本理论,被称为经典遗传学。
  2)蓬勃发展的现代遗传学
  本世纪40年代以后,遗传学开始了一个新的转折点。这表现在理化诱变和普遍以微生物作为研究对象来代替过去常用的动、植物等两个方面。1953年英国学者克利克( Crick)和美国学者毕特生(Watson)提出了著名的DNA双螺旋结构模型,更清楚地说明了基因组成成分就是DNA分子,它控制着蛋白质的合成过程。基因化学本质的确定,标志着遗传学进入了一个划时代的新阶段——分子遗传学发展的新时代。
  分子遗传学的诞生犹如遗传学中的“生长点”,表现了巨大的生命力。细胞融合、转化、基因工程等新技术的利用,使遗传学朝着定向改造生物的遗传结构的新水平迈进。
  3)我国的遗传学事业
  我国的遗传学研究,在解放前比较薄弱,仅在水稻、棉花、粟类、金鱼中做过少数性状的遗传分析,在亚洲瓢虫中研究过遗传基因的多型性与地理分布的关系。
  解放以后,我国遗传学有了一定的进展,在育种新方法、新技术方面,取得了一些成就。杂种优势的利用,花粉单倍体育种和远缘杂交等方面已达到国际先进水平。在分子遗传学上,也开始了人工合成DNA与RNA的工作。并取得了突破性进展。对许多遗传疾病的广泛调查研究,有效的诊断,预防和医治以及对“死亡之神”癌细胞的遗传机理研究均开展了工作。
  你想知道遗传与变异的新动向吗?那么你继续往下浏览。
 

动物遗传学历史的新篇章——克隆动物

  我国古代神话小说《西游记》中的孙悟空拔下一根汗毛,吹一口气就能变成一只孙猴子,这在现实生活中是不可能的。但是在细胞工程、动物基因工程高度发展的今天,古代的神话变成了现实。
  1、克隆羊“多利”一鸣惊人
  “克隆”是英文单词“Clone”的音译,它的本身含义是无性繁殖,即由同一祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”。它已经历了三个发展时期。第一个时期是微生物克降;即由一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌变成一个细菌群;第二个时期是生物技术克隆。比如DNA(脱氧核糖核酸的英文缩写,系生物遗传的主要物质基础——基因的基础化学物质)克隆;第三个时期就是动物克隆,即由一个细胞克隆成一个动物。
  英 国罗斯林研究所的科学家在维尔穆特和坎贝尔的领导下成功地用一头母羊的体细胞复制出一只小羊来,使用的主浊动物克隆技术。据《自然》杂志报道,克隆绵羊“多利”诞生的简要过程如下:从一只六岁的母羊的乳腺中提取一个普遍组织细胞,在特殊条件下培养六天,使这些细胞的细胞核进入休眠期,再通过显微操作的方法将一个未受精的卵子的遗传物质去除,然后通过细胞融合将乳腺细胞的细胞核导入到去除细胞核的卵子中,形成重组胚,再将重组胚移植到合适的供体绵羊的输卵管中,经过几天的体内发育,从输卵管中取出发育良好的胚胎,再移植到合适的受体母羊的子宫中,最后由它产下羊羔。这样,世界上第一只用无性繁殖技术由成年动物体细胞复制出的哺乳动物就诞生了。
  无性繁殖现象在低等植物中是存在的。而按照哺乳动物界的自然规律,动物的繁衍须由两性生殖细胞来完成。由于父体和母体的遗传物质在后代体内各占一半,因此后代绝对不是父母的复制品。克隆绵羊的诞生就意味着人类可以利用动物的一个细胞大量生产出完全相同的生命体,这打破了千古不变的自然规律。这是遗传工程的一个巨大飞跃,也是人类历史上的一项重大科学突破。
  就在克隆羊问世不久,美国俄勒冈的科学家也宣布,他们用类似的动物克隆技术成功地复杂出两只恒河猴。这是人类首次无性繁殖出与自身极为接近的物种。
  2、早已奏响的遗传工程交响曲
  当遗传学推进到分子遗传学的新阶段时,威武雄壮,起伏跌宕的遗传工程交响曲开始奏响。据有关资料报道,最早进行克隆动物试验的对象是青蛙。本世纪60年代,英国剑桥大学的戈登教授开始从事一系列克隆青蛙的研究。青蛙克隆成功之后,不少科学家就积极探讨哺乳动物的克隆技术。但是,此后的20多年似乎缺乏成功的杰作。
  美国俄勒冈的科学家宣布已经克隆出两只恒河猴。严格说来。他们是用克隆胚胎培育出来的,与英国从成年动物细胞上取出的细胞克隆的绵羊有所不同。据报道,新西兰、日本等国家的科学家也在从事克隆动物研究。据有关报道,我国利用细胞核移植技术克隆动物的研究早在50年代就已经开始。著名科学家童第周教授早在六十年代就开展了鱼类的细胞核移植工作,并取得了一些具有国际影响的成果。到八十年代后期,科学家们又开始了哺乳动物方面的细胞核移植。1994年,山羊细胞核继代连续移植取得了重要的突破。可以说,我国在这一领域的研究工作一直处于国际前沿。
  生物技术革命是本世纪和下世纪科学技术革命的中心和热点之一。以“克隆绵羊”为代表的无性繁殖技术的成功正是这场生物技术革命的重大突破,是这部遗传工程交响曲的第一乐章。

 

动物遗传学与人类生活

  1、动物育种的新途径——动物遗传学与农业
  广大农牧民在长期的生产劳动中,运用精心饲养、种内或种间杂交与长期选择的方式,培育成了金华猪、北京鸭、多姿多态的观赏金鱼以及骡等优良动物品种。这些动物都是精、卵两种性细胞(染色体为单倍体,n)结合成受精卵(染色体为双倍体,2n),胚胎发育成个体,再经长期选育所形成。这是用有性生殖的方法转移遗传物质DNA,故名叫有性生殖育种。驴、马杂交形成的骡缺乏生育能力,因此有性生殖育种难于形成远缘杂种。
  随着细胞工程的深入,基因工程也在迅猛发展。所谓基因工程,就是把细胞的DNA片段插入病毒或质粒等分子载体内,再将载体转入受体细胞内,甚至把DNA或DNA片段直接注射到受体细胞内,被转移的DNA会在一部分受体细胞中持续表达的方法,把DNA或mRNA转入受精卵内,繁育的后代称为转基因动物。童第周和牛满江(1975)分别将鲤鱼和鲫鱼的mRNA注入金鱼受精卵内,经发育形成具有金鱼头部与躯体,而分别具有鲤鱼和鲫鱼尾鳍的杂种鱼——鲤金鱼和鲫金鱼。
  生物工程即细胞工程和基因工作的发展,推动了发育生物学的研究。使用人工受精、超速排卵、人工采卵、体外受精与早期发育、胚胎植入等一系列技术措施,使试管羊、试管牛纷纷出生,相继又出现了冷冻卵和冷冻胚胎的试管牛,试管羊。冷冻卵和冷冻胚胎顾名思义是在人工采卵后,将卵细胞或受精卵发育的早期胚胎在液氮(-196摄氏度)内冷冻保存,化冻复苏后进行胚胎植入,或在卵细胞体外受精后植入等实验技术处理,以及将早期的卵裂球分割后植入假孕母体子内,获得一卵多胎的羊羔。这些工作仍然属于有性生殖的范围,但由此开辟出了生殖工程的新领域。这一实验技术将为改良、提高畜、禽品种与抢救濒临灭绝动物作出重要贡献。
  克隆动物是多种新型生物技术结合的产物,它是把细胞核转移至卵胞质体内,培育新型生物品种的细胞工程技术。近十年来,我国已先后制备成克隆鼠、兔、猪、牛、羊等多种克隆动物。最近美国制备了成克隆猴。 这些克隆动物是用早期胚胎细胞的核(2n)作为供体,移植至卵胞质体内形成的。目前,将这类克隆动物称为有性克隆动物。
  无性克隆动物是体细胞核与卵胞质体形成的克隆动物。虽然无性克隆动物的产生存在许多困难,但是无性克隆蛙在1962年的诞生,开创了由体细胞核培育成动物个体的新型实验途径——无性克隆动物技术。英国科学工作者维尔穆特等人(1997)用绵羊乳腺细胞的核与卵胞质体制备成克隆绵羊,又一次证明了动物体细胞核具有全能性,开创了动物育种的新途径。
  2、动物遗传学与工业
  由于农牧业的兴旺发展,也推动了食品加工工业,纺织业、服装业的发展,丰富了人民的生活。我们每天吃的肉、禽、蛋类、喝的鲜美的牛奶,穿的温暖的毛衣、皮衣、皮鞋等,都离不开动物优良品种的开发利用。也许在不久的将来,我们可能穿上克隆羊提供的各种原色毛皮制品,或者能在家中养上一只憨态可掬的克隆大熊猫,调皮的克隆金丝猴,甚至可爱的克隆树獭作为宠物啦!
  3、动物遗传学与医学
  动物遗传学研究的深入,推动了进入分子水平的医学遗传学的发展,在医学上取得了令人瞩目的成就,由于对许多人类难以诊治的遗传病、肿瘤病因及发育机理的重新认识,利用基因技术防治这些疾病在临床上已取得了成功。英国科学家已能利用基因技术,将有癌症家族遗传史孕妇胚胎中的带癌细胞胚胎淘汰,使孕妇产下无癌细胞的后代。或许将来,人们利用克隆技术克隆自体器官,这将是器官移植术上的一场革命。我们相信,人类终将会战胜病魔。
  除此之外,遗传工程及基因技术还在犯罪学、军事科学等领域有所应用。在未来高科技领域中,它们的巨大潜能将得到充分的发挥,感兴趣的朋友可读一读本套丛书中的《种瓜得瓜的秘密》一书。

 

“和平共处”的动物与环境

  朋友,你肯定听说过飞碟、外星人之类的故事,而且我们所看的科幻电影、电视、小说里,已有很多外星人的形象啦!如外星人,太空战士等。在广袤的宇宙中还有别的存在生命的星球吗?目前,人类仍没有找到确凿的证据,也就是说,我们的地球仍是已知的唯一一个拥有生命的星球。为什么只有地球上能生存生物呢?因为,生物的生存需要一定的环境。人们把这些环境因素归纳为生物因素(种内种外、种间关系、人类活动)非生物因素(温度、湿度、水、光及土壤)及营养因素(食物的种类和数量变化)。这些因素又统称为生态因素,生态因素不同程度地影响生物的存活、行为、形态及分布等等而生物也在不断地改变周围环境中的物质和能量状态。生物既依赖于环境生存,同时也在改变生存的环境。地球上适于生物生存的环境就是历经亿万年的生物参与而形成的。
  在人类文明不发达的时代,人类是顺应自然的变迁,那时候人类与动物间确是“和平共处”的。随着人类文明的进步,人类改造自然的能力增大了。当人类自豪地宣布“主宰”地球后,自然却离我们越来越远了。都市的人们生活在钢筋水泥房里,只看到阳台上,的一点绿色。而且工业所产生的废气,废水和固体废物,加上农药和合成化合物、放射性物质、严重污染了人类和野生生物的生存环境,导致了人类癌症和许多疑难疾病的增加,使许多野生动物濒临灭绝。对自然资源的加倍索取,使消耗性资源面临枯竭。世界范围内的石油危机、能源危机相继爆发;森林被大规模破坏,夷为平地;农用土地和牧用草地严重沙化等等,都向全世界敲响了警钟,普及生态知识,培养人们的环境意识已是当务之急。
何谓生态学?

  生态学一词由德国学者E·H·Haeckel于1866年提出。它是生物科学的一个基础分支学科,当时表达为研究生物与其生活环境之间的相互关系。它与生物学中四门基础学科,即遗传学,进化论,生理学和行为学均有很密切的关系,并与它们的研究问题有交叉现象。因此,生态学的定义和研究内容应该更加明确。世界上许多著名的生态学家为生态学下了各种定义,但归纳起来不外乎三大类。第一类的研究重要是自然历史,第二类是种群生态学,第三类是生态系统生态学,不过,迄今为止最为广泛被采用的是1869年年赫克尔(Ernsr Haecker)所提出的那个含义广泛的定义。他认为,生态学是研究动物与有机和无机环境的全部关系的科学。
  随着生态学的发展,生态学的内涵和外延都发生了变化。人类活动强度的激增和范围的日趋扩大,使与自然界的协调关系出现了偏差。怎样使人与自然的关系在发展经济和保护人类自身生存环境之间得到协调和持续发展,促使生态学的研究内容和任务扩展到人类社会,渗入到人类经济活动,已成为当今各国政府指导有关发展和建设决策的理论依据。因此,生态学在归纳了各方面的观点,并结合近代生态学的动向之后可定义为:研究生物生存条件,生物及群体与环境相互作用的过程及其规律的科学,其目的是指导人与生物圈(即自然、资源与环境)的协调发展。
“羊”、“羊群”、“鱼儿红牧场”——生物与环境

  研究生物个体与环境之间,即与生物因子和非生物因子之间相互作用及其关系的科学,就是个体生态学。
  例如羊就是生活在环境中的一种动物,综与环境中其他的生物有机体和非生物的因素之间具有密切的关系。那么,环境就是围绕在生物有机体(“羊”)周围的一切的总和。如一只小羊在草地上吃草,若以这只羊作为主体,那么在环境中就包括这一个体周围的一切物质,有生物的和非生物的因素,或称生物因子和非生物因子。生物因子中包括异种的生物和同种生物的其他个体,也就是说,包括草地上的牛、兔、和其他的羊。非生物因子包括水、土壤、温度、湿度、光等等。
  1、个体与环境
  生物因素的影响主要表现在群聚效应,拥挤效应及种内竞争。许多昆虫及脊椎动物是过着群聚生活的,其有利于觅食和对敌竞争。如美洲野牛、非洲象、狼、鸟类及蜂、蚁等。非洲象要存活,每群至少有25头,鸬鹚群体不少于1 000只。但同一环境中个体数量太多,密度太大,其繁殖力就下降;个体数量太少则易灭绝,种内个体之间,生存竞争是普遍存在的。
  非生物因素的影响主要表现在以下几方面:
  首先我们知道水生动物绝对离不开水。而水、湿度影响着所有生物的生活。因为一切生物化学反应过程都要有水,营养物质和代谢产物要在水溶液状态中才能动输。不仅如此,水和湿度还影响动物的生长发育、繁殖和寿命。如雨蛙的寿命随湿度地高而诞长。普通田鼠食物中水分不足时,生长即停止。其次,正如我们经常说的;大地是母亲。生命离不开土壤。土壤的含水量、含盐最、酸碱度及勇气性等理化性质,直接影响动植物,间接地通过植被对动物起作用。例如,在营养丰富的毛榉树林土壤中, 它所包含的动物有软体动物、环节动物、线虫类、甲壳类、昆虫类、多足类、蜘蛛类、两栖类、爬行类、鸟类及兽类等。至于其中的原生动物,一克土壤就有150万个以上。另外温度及光的影响也很重要。大多数动物生活在0摄氏度至50摄氏度的范围内。如淡水鱼只能耐受30摄氏度的高温,兽类热到42摄氏度就会死亡。人的体温一旦超过37.5摄氏度就是发烧了,而39摄氏度以上的高温就会严重危及健康甚至生命,对于低温的耐受程度。各种动物不一样,马铃薯甲虫低于10摄氏度就停止进食,蜜蜂在-5摄氏度以下即不能生存。光照影响着植物生长,植物是许多动物赖以生存的食物。可见光对动物发生化学和热作用,红外线可被动物吸收,使身体暖和,紫外线则能促进动物俣成维生素D,并有杀菌作用。另外,光照也会影响动物的活动,鸟类繁殖力随光照时间变化而变化等等。
  总之,环境对个体的影响因素是多重的。而人为因素的破坏也可导致环境恶化,这点已是毋庸置疑的。
  2、种群与环境
  研究种群内各成员之间,它们与其他种群成员之间以及它们与周围环境中生物的和非生物的因素之间的相互关系的科学,就是种群生态学。
  例如“羊群”就是生活在一片草地上的一群羊。在生态学上,这个“羊群”就被称作“种群”。所谓种群,就是在一定空间中同种个体的组合,它是由同种个体组成的,占有一定的领域,它是同种个体通过种内关系有机地组成的一个统一体或系统。种群生态学的核心问题就是研究种群大小或数量在时间上和空间上的变化规律,即种群动态。简单地说,就是在这片草地上有多少只羊(数量或密度),草地的哪一片羊较多,哪一片羊较少(分布和空间结构);在一定时间内羊的数量有无变化,多了还是少(数量变动);羊的数量增加了还是减少了。为什么会有这样的变化(种群数量的调节机制)。研究动物种群数量及其变化,无论从实践上或理论上都是一个极为重要的问题。鱼捕捞量、兽毛皮产量、野生的经济资源和珍贵动物的保护、利用和管理,都要以这些动物的种群生态学的深入研究为依据。
  3、群落与环境
  生物群落是指栖息在一定地域或一定的生活环境中各种生物种群通过相互作用而有机结合的复合体。群落的概念最初由德国的生物学苗比乌司(Mobius)于1880年,开始使用。他在研究牡蛎海底群落时,注意到这种动物只能在一定的温度、湿度、盐度等条件下生活,并且其生活与其他鱼类、甲壳类、环节动物、棘皮动物等密切相关,并共同构成了一个有机的统一体——“鱼儿红牧场”。
  群落是生物种群组合的更高层次上的群体,它具有六个基本的特征:1)物种多样性——这是区别不同群落的第一特征,指群落由哪些植物组成;组成群落的物种名录及各物种种群大小或数量是衡量群落的多样性的基础;2)生长型和结构——植物的生长型是描述群落的另一重要特征,如乔木、灌木、草本等,或针叶、阔叶等;生长型又决定群落的分层结构;3)优势度——群落中各个物种,央决定群落的结构和功能上,其作用是不相同的。优势种和从属种等的划分是根据这种需要而产生的;4)物种相对多度——指群落中各物种的个体数量占群落总个体数量的比例。组成群落的各个物种,其个体灵敏量相差很大;5)群落的空间和时间格局——空间格局包括垂直分层现象和水平格局;时间格局分昼夜相和季节相;6)群落的营养结构——营养结构产生于群落中物种间的食物联系,即食者和被食者的关系。上述群落及其栖息环境的关系,是通过生态系统来描述的。生物群落是一个运动着的体系,它处于不断地运动变化之中,并且这种运动变化是有规律的,有时候甚至是有一定的顺序性的,即从一个群落,经过一系列的演变阶段,而进入另一个群落。如原来的群落由于水灾、火灾、砍伐等不同原因而受到破坏,以后的这个地方,群落主举有顺序地发展,许多暂时性的群落依次彼此交替,直到完成的该气候条件下能相对稳定的、组成与结构往往与原先那个群落相接近的群落。像这种在一定地段上,群落由一个类型转变为另一类型的有顺序的演变过程,就称为群落演替。群落演替是生态学中最重要的概念之一。它最早由瓦尔明等(1896)在研究密执安湖边沙丘演变为森林时提出的。群落演替最后到达的相对稳定的群落就叫顶极群落。
  关于顶级群落的性质,有三种不同的学说:单顶极学说,由美国生态学家克里门茨(Clements,1916)所提倡。他认为在每一个气候地区,只有一个顶极群落,其他所有一切群落都向这唯一的一种顶极群落发展着。多顶极学说,英国生态学家坦斯利(Tansley,1936)是早期提倡者。他认为任何一个地区的顶格群落都是多个的,它决定于土壤湿度、土壤化学性质,动物的活动等因素,顶极群落——格局学说,由怀悌克(Wittakwe,1953)提出,他认为在逐渐改变的环境梯度中,顶极群落类型也是连续逐渐地变化的,它们彼此之间是难以彻底划分开的。
  目前,世界上主要的生物群落有以下几种:
  陆地生物群落——主要根据植被类型与气候条件的相互关系来划分,大致可分为热带雨林,热带落叶林、热带、亚热带旱生林、热带萨王纳或稀树草原,荒漠和半荒漠,温带草地。亚热带常绿林,温带落叶林,北方针叶林或泰加林以及冻原(又称苔原)等十大类。
  淡水生物群落——通常是相互隔离的,包括湖泊、池塘、河流等群落,一般分为流水和静水两大群落。
  海洋生物群落——按海底的浓度和形态特点分为潮间带、浅海带、半深海带、深海底带等四个带。
生态系统

  生态系统就是在一定空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流转过程而形成的统一整体。生态系统最初由英国生态学家坦斯利(Tansley,1936)提出,它是当代生态学中最重要的概念之一。生态系统与环境、人口、生物资源的科学管理密切相关,温室效应、臭氧层的破坏,酸雨、全球性气候变化,都将会使人类赖以生存的地球受到威胁。因此近几十年来对生态系统的研究一直是生态学的主流。
  1,生态系统中的物质循环
  生态系统从营养结构上包括以下主要成分;非生物环境——包括参加物质循环的无机元素和化合物(如C、N、CO2、O2、CA、P、K),联结生物和非生物成分的有机物质(如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等)和气候或其他物理条件(如温度、压强等)。生产者——能从简单的无机物制造食物的自养生物,一般指植物,消费者——自己不能从无机物制造食物,而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质,即属于异养生物。目前一般将消费者分为两大类:一类是大型消费者,主要是吃其他生物或有机物质颗粒的动物;另一类是小型消费者或分解者,它们分解已死的原生质或复杂的化合物,吸收其中某些分散产物,释放能为生产者所利用的无机营养物质,主要是细菌和真菌。大型消费者按其营养方式不同可分为:食草动物,直接以植物体为食,被统称为一级消费者、食肉动物,以食草动物为食,被称为二级消费者;大型食肉动物或顶级食肉动物,以食肉动物为食。如:老虎、鹰、隼等,被称为三级消费者,生态系统结构的一般性模型中。
  生态系统中生物成员之间最重要的联系是通过营养,即通过食物链联成一个整体。水体生态系统中的食物链如;浮游植物——浮游动物——食草性鱼类——食肉性鱼类;陆地生态系统中较长的食物链如:植物——蝴蝶——蜻蜓——蛙——蛇——鹰。
  在自然界中,食物链彼此交错连结,形成一个网状结构,这就是食物网。整个自然界由无数的食物网状生物相互联系起来。
  2,生态系统中的能量转移
  大家都知道,万物生长靠太阳,事实上,生态系统中全部生命活动所需的能量均来自太阳,生态系统中的能量转移,也像物理学上的能量系统一样,是按照热力学定律进行的,即能量在整个转移过程中不增不减,不生不灭(能量守恒定律),只不过是由一种形式变为另一种形式。但能量传递总是以高能向低能,集中向分散流动。并有一部分要流动到周围环境中去,不能形成有效能量,通常到达大气层的太阳能约为8.37焦/平方厘米/分钟,其中30%被反射回去,20%被大气吸收,到达地面的只有46%左右,其中约四分之一进入生态系统的绿色植物中,但大部分从叶面上反射出去。因此,只有10%左右的太阳能为光合作用所固定的。由于植物是食物链是的生产者,因而植物所储存的能量可逐渐经过生态系统中的食物链流动。
  3,生态系统的自我调节
  生态系统除了有物质流动和能量流动的功能外,还具有自我调节作用。其表现在两方面:一是自净作用,二是群落演替。自净作用的表现,例如进入大气的污染物(烟尘、硫氢化合物)等,在自然条件下可向广阔的空间扩散,稀释降低浓度或者沉降于地面,被雨水冲刷返回大地或被分解为无害物质等,从而使空气得以净化。水受污染时,可通过酸碱反应、氧化还原反应、稀释、沉淀及吸附等,使污染物减少或消失。但如果污染物浓度太大,超出自净能力后,即可造成空气,水体的污染,肉而使生物的生存受到威胁。
 
生态学(包括动物生态学)的发展简史

  生态学的发展可概括为三个阶段,即萌芽期、成长期和现代生态学发展期。
  1、生态学萌芽(大约从公元前2000年到公元14世纪到16世纪欧洲文艺复兴时期)
  早在公元前2000年至公元前1000年间,朦胧的生态学思想已见于古希腊和中国的古歌谣和著作中,公元前700年,老聃的《道德经》已表达了人类生存的地球“水木金火土”五行相生相克的思想;公元前五四百年,《诗经》中也记载了一些动物之间的关系,如“鹊巢”的“维鹊有巢,维鸠居之”,说的是鹤巢的“寄生”现象;《春秋》、《庄子》等都记载有土壤性质与植物生长、植物品质的关系在欧洲,公元前450年,希腊的安经杜列斯(Empedocles)就注意到植物营养与环境的关系。亚里士多德(Arisotle)按栖息地划分了动物类群。中国秦汉时期的《吕氏春秋》、《农政全书》、《齐民要术》等,都不乏生物与环境关系的描述。这一时期以古代思想家、农学家对生物与环境相互关系的朴素的整体观为其特点。
  2、生态学成长期(约自公元15世纪到20世纪40年代)
  15世纪后期,欧洲科学探索活动再度兴起。拉马克(Lamark)、达尔文(Darwin)、赫胥黎(Husley)等人在生态学发展过程中,都作出院巨大的贡献。鲍尔(Boyle)的低气压对动物效应的研究,标志着动物生理生态学的开端;雷莫尔(Reaumur)在六大卷昆虫学著作中记述了许多生态学资料,他也是研究积温与昆虫发育的先驱;布丰(Buffon )强调生物种的可变性及生物数量动态概念;马尔萨斯(Malthus)于1798年发表了《人口原理》,是生态学应用统计学的开端。
  自19世纪中叶到20世纪初,人类活动由于资本社会所表现的强烈的经济倾向,加速了生态学的发展。人类的洲际活动促进了世界动物分布的研究,促使了生物地理学的形成。农业生态学、野生动物种群生态学、水生生态学等学科也发展起来了。到20世纪30年代相继出现了有意义的生态学专著和教科书,对生态学理论的发展有着重要作用,顶极群落、演替动态、生态位、竞争排斥、生物潜能、生物群落型、生态系统等重要概念被先后提出。这一时期是生态学建立、生态学理论形成、生物种群和群落由定性向向量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期。
  中国的生态学由于受封建社会的限制而长期处于朦胧时期。仅有少数学者,如刘慎谔、曲仲湘、陈桢、费鸿年等人在国外接受了生态学教育,并由他们把生态学传至中国,开展了一些研究。这一时期中国的生态学基本上处于启蒙时期。
  3、现代生态学的发展期
  20世纪50年代以来,生态学获得重大发展。在整体观上,动植物生态学由分别单独发展走向统一,生态系统研究成为主流。生态学研究对象向多层次方向发展,而研究对象的时空尺度,小自分子生态、细胞生态,大至景观生态、区域生态、生物圈或全球生态。在生态学建立时,生态学研究对象则主要是有机体、种群、群落和生态系统几个层次。由于生态学问题往往超越国界,因此生态学的研究具有国际性。为保证世界环境的质量和人类社会的持续发展,如保护臭氧层,预防全球气候变化的影响等,国际上签订了一系列协定。新近又提出了物种多样性和生态系统多样性的保护。另外,生态学在理论、应用和研究方法各个方面均获得了全面的发展。
生态学的分支学科

  生态学目前已发展成为一个庞大的学科体系,包括着许多分支学科。
  按研究对象的层次划分,有发展相当成熟的个体生态学和生理生态学、种群生态学,还有群落生态学和生态系统生态学,正在发展并受到高度重视的分子生态学、景观生态学和全球生态学。按生物分类类群划分,有成熟的动物生态学、植物生态学、昆虫生态学,还有正在快速发展的微生物生态学、人类生态学。按栖息地类型划分,有淡水生态学、海洋生态学、河口生态学和陆地生态学,此外湿地生态学和热带生态学也受到重视。与生物学和其他学科相互渗透而形成的边缘学科有;行为生态学、进化生态学、化学生态学、数学生态学、地生态学等。
生态学的发展趋

  生态学在发展。旧的生态学理论不断地被改正甚至被推翻。新的工具和方法不断涌现。生态学的前沿阵地不断拓展。新的分支学科不断出现。生态学在向宏观、综合方向发展的同时,也在向微观的层次深入,这也是本世纪中期以来分子生物学迅猛发展的必然结果。分子生物学渗透到生态学的研究中,形成了分子生态学这一新兴的分支学科。分子生态学是在分子水平上对生态学问题的研究。1992年《分子生态学》杂志的问世,标志阒分子生物学方法来研究生态行为问题。例如,C·Rico 等用DNA指纹谱研究三棘鱼的雄性繁殖策略。他们随机抽取17个三棘鱼巢,分析每一巢守卫的雄鱼,从中随机抽取10个受精卵用以孵化出苗的DNA指纹谱,结果发现170个鱼苗中只有147个是守卫雄鱼的真正后代,其他的后代则是其父亲从其他巢“偷”来的,或者是被其他雄鱼所授精。DNA指纹谱是分子生态学研究中应用最为广泛的方法。G·M·Hewitt用该方法证实欧洲大陆的沙漠飞蝗种群来自两个不同起源地,即非洲和中东地区,并指出它们的迁移路线和交汇中心。这是用传统方法,如标志放飞很难得的结果。目前,分子生态学正在蓬勃地向前发展。
  人类文明即将进入一个新纪元。回顾过去的200年。人类展开科技的双翅飞上天空,潜入大海,足迹几乎遍布地球的每一个角落。但是在阵阵凯歌声中,人们发现了不和谐的杂音,这就是人类生存环境急剧恶化并逐年增大,引起了人们的警觉。世界面临着生态系统退化、人口急剧膨胀、物种大量灭绝等一系列严峻的问题,面对着我们只有一个地球的现实,人们不禁对过去利用和征服自然的方式提出了疑问,我们应当如何利用自然才能保护千秋万代的生存环境和发展潜力?人们在困惑中思索,于1985年成立了保护生物学会,之会又创办了《保护生物学》杂志,勇敢地开展了保护珍稀物种和生物多样性的理论与实践的研究,这标志着应用生态学的分支学科——保护生物学的诞生。随着人类生存环境恶化的日益加剧,保护生物学就如雨后春笋般茁壮成长,本世纪末至下个世纪将是它蓬勃发展的时期。
新兴的学科——生物多样性及保护生物学

  近年来,“生物多样性”一词经常出现在一些报刊、电视节目上,人们对此略知一二。与此同时,科学之林中,一门新的学科——保护生物学在众多学科中脱颖而出,成为自然科学家、社会科学家与人文科学家关注的焦点。中国是生物多样性极其丰富的国家,从巍峨的喜马拉雅山、高耸的青藏高原到沟壑纵横的黄土高原,广袤无垠的戈壁沙滩,以及众多的人口、古老的文明,这一切都是我国保护生物学的研究对象。那么生物多样性的含义是什么呢?何谓保护生物学?保护生物学与生物多样性之间存在怎样的内在联系呢?请你继续往下看。
生物多样性的含义

  生物多样性是生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和,包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统。它是生命系统的基本特征。生命系统是一个等级系统,包括多个层次或水平——基因、细胞、组织、器官、种群、物种、群落、生态系统、景观。每一个层次都具有不同的变化,即都存在着多样性。但在理论与实践上较重要,研究较多的主要有基因多样性(或遗传多样性)、物种多样性和生态系统多样性。
  生物圈的结构和功能取决于生物多样性的形态。遗传多样性的损失,可能降低物种的生存力。物种灭绝使物种多样性降低,物种多样性和生态环境变化又影响生态系统多样性。因此,必须从保护生物物种及其生存的环境着手来保护生物多样性。这就预示着一门新兴的学科——保护生物学的诞生。
生物多样性面临的危机

  自从6 500万年前恐龙消失以来,今天的生物多样性的损失比任何时候都快。据报载,最严重的灭绝发生在热带森林。根据最好的估计,地球上约有1 000万种生物,而热带森林物种占这个数字的50%-90%。现在每年被砍伐的热带森林为1 700万公顷(这个面积约为瑞士国土的四倍),科学家们估计,按照这样的速度,在今后30年内,大约5%-10%的热带森林物种可能面临灭绝。这仅仅是保守的估计。然而,热带森林并非是生物多样性受威胁唯一的地区。世界范围内差不多与马来西亚同样大面积的温带雨林消失了。整个北温带和北方地区森林近些年虽然没有很大改变,但在许多地区,物种减少了,古老的森林不断地被次生林和人工林代替。
  过去六十年代里,在欧洲的一些地方,真菌的多样性减少了50%或更高。在地中海气候区,如加利福尼亚、南非、智利中部和澳大利亚西南部,至少10%的动植物种处于濒危之中。近期物种大量灭绝的现象出现在大洋的岛屿。加拉帕戈斯群岛上特有的植物大约60%处于濒危状态。同样,亚速尔群岛特有物种的42%也处于这种状态。自公元1600年以来,所有的生物类群中,以哺乳动物和鸟类的灭绝比例最高,分别为2.1%和1.3%(Ried和Miller,1989)。尽管这些数字并不引人注目,但共中大部分鸟、兽灭绝发生在最近的150年内。公元1600-1700年期间,大约每10年灭绝一种哺乳动物和鸟类。而公元1850-1950年期间,大约每10年灭绝一种哺乳动物和鸟类。而公元1850-1950年期间,灭绝速率上升到大约每两年灭绝一种哺乳动物和鸟类。在过去的400年中,全世界共有58种哺乳动物灭绝了。1990年,一种水獭在荷兰消失。1991年。,鼠耳蝙蝠在英国灭绝了。1990年,一种水獭在荷兰消失。1991年,鼠耳蝙蝠在英国灭绝了。在东太平洋,20世纪80年代由于海水温度升高,导致了一种水珊瑚的灭绝。世界范围内,从公元1600年至今,已有700多种脊椎动物、无脊动物和维管植物灭绝。
  据我国1962年、1973、1980年和1989年颁布的野生动物保护名录统计,1962年列入的名录中处于濒危状态的一级保护脊椎动物有27种,到1989年就增加到101种,明显高于世界平均水平。如大熊猫和东北虎、华南虎,它们的野生种群数量越来越少,东北虎和华南虎在自然界中的野生数量总共100头左右。
  当代物种灭绝的规模之大,涉及面之广,在历史上是罕见的,从未有这么多的物种在这么短的时间内面临生存危机。如果一如既往,那么,今天我们所面临的灭绝规模将不亚于历史上任何一次物种大灭绝。如果现在我们不立即采取行动扭转这种趋势的话,不但千千万万种目前尚不知名的物种会灭绝。而且,许多人们喜爱的物种如大熊猫、长颈鹿、白鳍豚、犀鸟等都会灭绝。
  造成生物多样性危机的根源在于人类的活动。由于人口增长而带来的对生存空间和食物需求的增加,使地球上的许多地区大搞人造景观,诸如农田、人工草场、人工林和人工水产养殖地等已经取代了自然景观。人类生存空间的扩展侵占了野生动物的生存空间,这是目前物种灭绝的最主要原因。
  人类历史上曾多次大规模地迁移,如盎格鲁-撒克逊人迁移到北美和澳大利亚,西班牙人迁移到南美洲。这些殖民过程是一部开垦自然植被,猎杀野生动物的历史。移民和外来物种的引入,特别是家养动物的引入,危及了当地物种的生存。
  工业革命以来,人类不仅数量迅速增长,改造自然的能力也极大地增强。我们已经有能和将长江之水拦腰截断,将莽莽北大荒开垦为农田。同时,人类活动也带来了严重的环境污染问题,如从残余农药在食物链中的富集,工业废气、废水、废渣的大量扰放,到人们生活垃圾的堆积等等。
  环境污染使得许多陆地和水体不再适应野生生物的生存。工业废水和生物污水的大量排放,使一些较大的海域,如地中海和阿拉伯湾正面临着生物种类死亡。一些内陆水体,如感海的的生物群落已经完全毁灭,许多特产鱼类消失了。从工厂、汽车排出的废气是形成酸雨的主要原因,如我国重庆已经成为世界四大酸雨区之一。大气层中二氧化碳的增加及臭氧层的消失,可能或已经在改变着地球的气候,全球性气温程式高,“厄尔尼诺现象”的频繁出现等等,都是人类生存环境严重恶化的结果。
  环境污染亟待整治,人类的活动急需限制和调整,合理地开发利用自然资源已成为当务之急。生物多样性危机为人类的生存敲响了警钟,保护生物多样性就是保护人类自身的生存条件。

保护生物学的诞生

  生物多样性的危机早已波及到人类的生活。本世纪70年代。科技界和许多国家开始重视人类经济活动对环境的污染和野生物种的生存危机,但是当时没有专门研究生物多样性的学科。随着生物多样性问题的日益突出及有关研究资料的积累,有关研究人员迫切需要交流信息。于是,1978年第一届国际保护生物学大会在美国圣地亚哥动物园召开。1985年保护生物学会成立。同时,《保护生物学》专业期刊创刊发行,为保护生物学家们提供了交流研究成果,传播保护生物学知识的园地。
  生物多样性是人类的共同财富。生物圈是一个相互关联的功能整体,生物物种分布和迁徒没有国界。局部的污染和生物多样性变化将影响到整个生物圈。野生生物的国际贸易导致富国对穷国生物资源的破坏。因此,生物多样性保护是一项全球性的任务,需要各国协调行动,共同努力。自从1973年《濒危动植物种国际贸易公约》(CITES)签订以来,国际上已经签署了一系列国际公约。最近的也是最重要的一次,是1992年6月在巴西首都里约热内卢召开的联合国环境与发展大会,会上签署了《生物多样性公约》、《里约宣言》和《气候变化框架公约》。这充分表明,各缔约国政府已经就保护生物多样性达成共识。
  生物多样性保护将在个体水平、全球水平以及二者之间的水平上发展。有效的保护行动开始于农田、森林、集水区、草地、海岸带及人类生活与工作的地方。生物多样性的保护包括对生物多样性的研究,合理地开发利用和对已受危害的生物的挽救。希望全世界人民及各国政府能联起手来,共同保护生物多样性,保护生物圈,保护我们自己的家园。
保护生物学的结构与特征

  保护生物学是一门综合性学科,目的是评估人类对生物多样性的影响,提出防止物种灭绝的具体措施(Soule,1986;Wilson,1992)。它具有理论科学和应用管理科学的双重特征,由基础生物学,应用生物学和社会科学交叉融合而成。
  保护生物学是一门决策科学。这些管理决策大至省级、国家级自然保护区的设立及濒危物种保护等级的确定,小至一批野生动植物产品的出境贸易许可证的签发等。保护生物学还是一门处理统计现象的科学。生态系统是复杂的,难以预测的研究对象,因此只能在一定概率水平上对生态环境和生物多样性问题作出回答。
保护生物学光辉灿烂的未来

  保护生物学越来越受到全球的重视。当前,保护生物学有两个比较活跃的研究领域。
  1、小种群的生存概率;由于生活环境的变化和个体的扩散,形成了许多小种群。一个物种的命运最终取决于构成该物种的所有小种群的命运。在迁地保护物种时,保存的种群大小涉及到资金的投入和保护的效果。因此,物种的最小可生存种群应如何确定是一个热点问题。
  2、确定和保护生物多样性热点地区;世界上物种最多的地区是热带雨林、珊瑚礁和热带湖泊(Grassle,1991)。从全球来看,物种多样性以赤道地区为高。而位于该地区的国家多缺少资金,如何保护它们的生物多样性将是一个非常现实而紧迫的问题。
  建立保护濒危灭绝物种的机制,保护生活环境、自然保护区理论及立法与公众教育等,都是当胶及今后相当长的时期内全球共同关心的热带问题。
  为了人类自己的家园,也为了动物的家园,更为了那些濒临灭绝的可爱的生物,让我们全社会团结起来,共同携手整治环境污染,改善生存条件,合理地开发和利用自然资源,保护生物多样性。假若如此,经过我们的努力,人类将再次拥有美丽的家园,动物将重新过上无忧无虑的生活,世界将会更加绚丽多彩。