生态系统的进化

生物圈2号（Biosphere 2）是美国建于亚利桑那州图森市
以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球本身称 作生物圈1号而得此名，它由美国前橄榄球运动员约翰·艾
伦发起，并与几家财团联手出资，委托空间生物圈风险投资
公司承建，历时8年，耗资1 .5亿美元。生物圈2号计划设计 在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如 何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件下，人类是否适 合生存的问题。为了尽量贴近自然环境，该圈中的土壤、草 皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间，通过一定的人 工处理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡
（是一切生物的“立足点”），
水圈的全部（距离海平面150米 内的水层）。
4.生物圈存在的条件
第一、必须获得来自太阳的充足光能。因一切生命活动都需要能量， 而其基本来源是太阳能，绿色植物吸收太阳能合成有机物而进入生物 循环。
第二、要存在可被生物利用的大量液态水。几乎所有的生物全都含有
大量水分，没有水就没有生命。 第三、生物圈内要有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内 的物质存在气态、液态和固态三种变化。 第四、提供生命物质所需的各种营养元素，包括O2、CO2、N、C、K、 Ca、Fe、S(氧气 、二氧化碳、氮、碳元素、钾元素、钙元素、铁元素、 硫元素)等，它们是生命物质的组成或中介。
大范围的环境污染，迫使人们从生物圈的角度考虑问题和解
决问题。 如：开矿、挖煤、采油、伐林、垦荒、捕捞等规模迅速扩 大，生物圈的面貌发生了极大变化。 （2）环境污染 环境污染现已成为世界性问题。 如：工业排放含硫氧化物和氮氧化物的烟雾而造成酸雨；
燃烧油、煤及翻耕土地排出的CO弥散于全球大气中，有可能
因向下反射地表的红外辐射而提高气温。 ......
c.分解者（decomposer）:又称“还 原者”它们是一类异养生物，以各种 细菌（寄生的细菌属于消费者，腐生 的细菌是分解者）和真菌为主，也包
含屎壳郎、蚯蚓等腐生动物。
分解者可以将生态系统中的各种 无生命的复杂有机质（尸体、粪便等） 分解成水、二氧化碳、铵盐等可以被
生产者重新利用的物质，完成物质的
总之，地球上有生命存在的地方均属生物圈。生物圈的要 领是由奥地利地质学家休斯（E.Suess）在1875年首次提出的， 是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。生物的 生命活动促进了能量流动和物质循环，并引起生物的生命活 动发生变化。生物要从环境中取得必需的能量和物质，就得 适应环境，环境发生了变化，又反过来推动生物的适应性，
水按照适当比例配制而成的。
这个实验为什么会失败呢？
科学家对此做出了总结：除了二氧化碳多、氧
气少、水循环失调等原因以外，生物种类关系的
失调也是重要的原因。原来，设计者虽然在“生 物圈II号”内模拟了多种生态系统，但引进的生 物却主要是生产者，动物、真菌和细菌的种类和
数量都较少。传粉的昆虫死去了，有些植物就只
2.生态系统
（1）简介
生态系统简称ECO，是ecosystem的缩写，指在自然界的一定的空 间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环
境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态
平衡状态。 生态系统的范围可大可小，相互交错，最大的生态系统是生物圈；
最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主要生活在以城市
和农田为主的人工生态系统中。生态系统是开放系统，为了维系自 身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩溃的危险；许 多基础物质在生态系统中不断循环，其中碳循环与全球温室效应密 切相关，生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单位，属于 生态学研究的最高层次。
生态系统是由生物群落与环境组成的复合体。 这是由英国植物生态学家阿瑟·乔治·斯坦利（A.G.Tansley，1871— 1955）于1935年提出的。他认为,“生态系统的基本概念是物理学上使用 的‘系统’整体.这个系统不仅包括有机复合体,而且包括形成环境的整个 物理因子复合体”.“我们对生物体的基本看法是,必须从根本上认识到,
循环，因此分解者、生产者与无机环 境就可以构成一个简单的生态系统。 分解者是生态系统的必要成分。 分解者是连接生物群落和无机环 境的桥梁。
关系图
（3）生态系统的类型
（4）生态系统的组织化水平
生态系统的组织化
生态系统内生物与生物，生物与环境之间的相互作用是一个
组织化的整体。 生态系统是一个自控制，自反馈，自维持的组织化信息系统。 生态系统通过内部各个部分之间的相互作用而达到某种状态，
生物圈演化是指地球生物 圈在漫长地质年代所发生的 变化。生物圈是地球上有生 命存在的特殊圈层。它的存 在是从地球上生命的产生开 始。它的演化是指生物进化
和生物与环境相互作用的进
化，以及由此引起的生物圈 状况的进化。
生物圈进化可以用生态系统进化来描述。
①生命在地球上产生，单极生态系统出现。它是由原始异养生物和原生环境 （原始海洋和原始大气）构成的自然生态系统。 ②单机生态系统演化为二级生态系统。20亿年前绿色藻类产生，标志自养生 物的出现，单极生态系统演化为具有自养和异养两种生物的生态系统。它导
致地球大气中氧的出现，氧化性大气的形成，原生生物圈发展为次生生物圈。
③三级生态系统的出现。6亿多年前多细胞动物出现，完成了二级生态系统 向三级生态系统的发展，形成生产者（植物）、消费者（动物）和转化者
（微生物）的三级结构，奠定了生态系统演化的基本格局。
④人类产生是地球生物圈演化的质变。人通过自己的活动把天然生态系统百 年为人工生态系统，人类的智慧及智慧指导下的劳动，导致生物圈的根本变 化，人称为生物圈演化的重要因素。这是生物圈向智慧圈的发展。
生物圈的改造应有一定限度，超过限度就会破坏生物圈的
动态平衡，造成严重后果。在地球上出现人类以后大约300 万年的时期里,人类与其周围的生物和环境处于合理的平衡 之中。人在生物圈中的地位，从对生物圈能施加的影响而 言，并不明显地超过其他动物。食物缺乏以及疾病等因素 限制着人口密度。
（1）粮食问题 20世纪60年代以来，人口的膨胀、世界资源的相对短缺和
差异决定了能量与信息的流动方向。能量与信息从组织化水平低的系统
向组织化水平高的系统流动。
三.生态系统中的物种进化
1.进化
指物质由无序到有序、从同质到异质、由简单到复杂的变化过程。
2.生态系统进化
生态系统在生物与环境的相互作用下产生能流和信息流，并促成 物种的分化和生物与环境的协调。其在时间向度上的复杂性和有序 性的增长过程称为生态系统的进化。
同时获得信息。
生态系统组织化的表现： a.系统内的信息表现为控制机制。
b.能量输入和内部能量消耗的有序性。
生态系统的组织化水平 生态系统的总趋势是复杂性和有序性增加，即系统的组织化水平提高。 生态系统的组织化水平的表现形式有：
a.系统的物质
b.能量利用效率 c.系统内结构层次或物质 d.能量转换环节的复杂程度 e.系统内物种的多样性 f.系统的相对稳定程度 不同的生态系统之间，同一生态系统不同组成部分之间组织化水平的
这种反作用促进了整个生物界持续不断的变化。
生物圈二号
1991年9月26日，建造在美国亚 利桑那沙漠中的“生物圈2号”实 验室开始启用，4名男科学家和4
名女科学家将在这个密封世界中
生活两年，过一种近乎与世隔绝 的自给自足的生活。这项试验的 目的是通过研究植物、动物、昆 虫、空气、土壤、人类和一个大 型空气调节系统在这座温室中的 相互作用及影响，更好地了解地 球生物圈的运作规律。
生物圈是一个统一的整体，
是地球上最大的生态系统， 是所有生物共同的家园。我
们必须明白，人也是生态系
统中扮演消费者的一员，人 的生存和发展离不开整个生 物圈的繁荣。因此，保护生 物圈就是保护我们自己。所 以，从现在开始，关心爱护 你身边的生态环境，共同营
造我们的绿色家园吧！
二.生态系统的组成
1.生物圈演化
生态系统的组成成分可以概括为两大部分，即非生物环境和生物有机体。
无机环境是生态系统的非生物组成部分，包含阳光以及其它所有构成生态 系统的基础物质：水、无机盐、空气、有机质、岩石等。阳光是绝大多数生
态系统直接的能量来源，水、空气、无机盐与有机质都是生物不可或缺的物
质基础。 生物有机体是由生命物质构成的生物群落。可以分为三大基本功能
进化，表现为该物种与其他相关物种及环境的协进化。
(1)物种在生态系统中的地位和作用
就叫生物圈。 （2）生物圈 是所有生物链的一个统称，
他包含了 生物链和所有细微的生物和生
态环境，生态系统等。 （3）生物圈是地球上最大的生态系统， 也是最大的生命系统。
3.范围
生物圈包括海平面以上约
10000米至海平面以下10000米处，
包括大气圈底部（可飞翔的鸟类、 昆虫、细菌等），岩石圈的表面
分。
生产者是连接无机环境和生物群落的桥梁。
b.消费者（consumer）:消费者指以动植物为食的异养生物，消费者的范围
非常广，包括了几乎所有动物和部分微生物（主要有真细菌），它们通过捕 食和寄生关系在生态系统中传递能量，其中，以生产者为食的消费者被称为 初级消费者，以初级消费者为食的被称为次级消费者，其后还有三级消费者 与四级消费者，同一种消费者在一个复杂的生态系统中可能充当多个级别， 杂食性动物尤为如此，它们可能既吃植物（充当初级消费者）又吃各种食草 动物（充当次级消费者），有的生物所充当的消费者级别还会随季节而变化。
生态系统的进化
第 六 组
本章内容
一.生物圈 二.生态系统的组成 三.生态系统中的物种进化 四.生态系统在时间尺度上的进化 五.生态系统的进化与人类
一.生物圈
1.简介
生物圈（Biosphere）是指地球上所有生态系统的统合整体，是地 球的一个外层圈，其范围大约为海平面上下垂直约10公里。它包括 地球上有生命存在和由生命过程变化和转变的空气、陆地、岩石圈
类群：
a.生产者（producer）：在生物学分类上主要是各种绿色植物，也包 括化能合成细菌与光合细菌，它们都是自养生物，植物与光合细菌利 用太阳能进行光合作用合成有机物，化能合成细菌利用某些物质氧化 还原反应释放的能量合成有机物，比如，硝化细菌通过将氨氧化为硝 酸盐的方式利用化学能合成有机物。
生产者在生物群落中起基础性作用，它们将无机环境中的能量同化，同化 量就是输入生态系统的总能量，维系着整个生态系统的稳定，其中，各种绿 色植物还能为各种生物提供栖息、繁殖的场所。生产者是生态系统的主要成
有机体不能与它们的环境分开,而是与它们的环境形成一个自然系
统.”“这种系统是地球表面上自然界的基本单位,它们有各种大小和种 类.”
强调了生物和环境是不可分割的整体。
强调了生态系统内生物成分和非生物成分在功能上的统一，把生物成 分和非生物成分当做一个统一的自然实体，这个自然实体就是生态系统。
（2）生态系统的成分
和水。
从地质学的广义角度上来看生物圈是结合所有生物以及它们之间 的关系的全球性的生态系统，包括生物与岩石圈、水圈和空气的相
互作用。
生物圈是一个封闭且能自我调控的系统。地球是整个宇宙中唯一 已知的有生物生存的地方。一般认为生物圈是从35亿年前生命起源 后演化而来的。
2.定义
（1）地球上所有的生物与其环境的总和
3.物种进化
在自然界中，生物种是生态系统中的功能单位，任何 物种都处于一定的生态系统的构架之中，自然界中不存
在脱离生态系统的孤立物种，也不存在孤立的物种进化。
生态系统内生物之间、生物与其环境之间的复杂关系构 成了物种进化的背景，某一物种的进化受生态系统内其
他物种和环境因素的制约，因此，物种在生态系统内的
开花不结果了。由于动物的种类和适量减少了， 植物很少恐怕还有比例不对的原因，在真的生物 圈中平均每人所对应的大气、水、植物等是那么 的广阔，而二号呢？环境资源与人的比例严重偏 小，就那点大气、水、植物等,哪怕就是生活一 个人也已严重不够了，更何况是几个人。
生物圈2号实验室
Fra Baidu bibliotek
5.人类与生物圈
人是生物圈中占统治地位的生物，能大规模地改变生物 圈,使其为人类的需要服务。然而，人类毕竟是生物圈中的 一个成员，必需依赖于生物圈提供一切生活资料。人类对