生态系统信息传递的形式及实例

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信息( information) 一词起 源于通讯工 程科学。1984 年, 美 国数学家香农 ( C E Shannon) 最 早从 通讯 角度 把信 息定 义为
两次不确定性之差 , 即 不确定性的减少的量 。在日常生活 中, 信息通常是指包含在 情报、消息、信号、指令、数据、图 像等 传播形式中的新的知识 内容。对 生态系统中的信息, 到目前为 止还没有一个统一的定 义。有学 者认为, 生态系统中的信息是 指生态系统中物质和能 量在时 空上分 布的不 均匀性。 还有学 者认为, 生态系统中的信息是实现世界物质客体间相互联系的 形式。 2 生态系统的信息传递
那么, 不妨照此推衍下去: 三叶草 是英国牛群的主要食物, 而英国海军的主要食品是牛 肉罐头, 于是三叶草在生态学上与 英国海军大有关联; 这样看来, 英 国之所 以能够 拥有一支 强大 的海军, 从而 成为世界 军事强国, 最终应 该归功于 猫。著名生 物学家赫胥黎更进一步幽默 地说: 人 所共知, 英国的猫是老姑 娘们喂养的, 所以英国能够称霸四海, 无论从逻辑上, 还是从生 态学角度上来看, 归根结底, 都应 归功于 英国那 些爱猫的 老姑 娘。
例如, 松籽歉收, 这就预示着松鼠 数量的减少, 以松鼠为食 的貂、鼬等动物的数量也会随之减少。在草原上, 当羊多时, 草 就相对 少了; 草少了反 过来又会使 羊减少。因此, 从草 的多少 可以得到羊的饲料是否丰富 , 以及羊群数量变化趋势的信息。
达尔文发现, 在 英国, 三 叶草 传粉 要依 靠丸 花 蜂, 由此 推 断, 三叶草的繁茂是由于英国 丸花蜂 多, 而丸花 蜂比其他 地方 多的原因, 是因为那里喜食蜂 房和蜂 子幼虫 的田鼠 特别少, 而 那里田鼠少的原因, 是因为村镇中有许多猫。
营养信息是指通 过营养 交换所传 递的信 息。食物 链( 网 )
可以看作是一个营养信 息系统, 通过 营养交 换, 能够把营 养信 息从一个种群( 或个体) 传 到另一 个种群 ( 或个体) 。由于 食物 链中各营养级的生物要保持 一定的比例, 即符合生态金字塔规 律。因此, 生 态系统中某一 营养级生 物的数 量和质 量的变 化, 就会引起食物链中其他生物 数量和质量的变化。
2004. 7~ 8
资料卡片
中学生物教学
生态系统信息传递的形式及实例
浙江省金华市第六中学( 321000) 钱树人
生态系统的信息传 递是生 态系统 的基本 功能之 一。在生 态系统中, 物质循环是生态系 统的基 础, 能量流 动是生 态系统 的动力, 信息传 递则 决定 着 能量 流动 和物 质循 环的 方向 和状 态。在生 态系统中, 种群 和种群之间、种群 内部个体和 个体之 间, 甚至生物和环境之间都有信息传递。 1 生态系统的信息
例如, 蜜蜂发现蜜源时, 就用舞蹈 动作来表示, 以 告诉 其 他蜜蜂 花源的方 向、距 离。蜜蜂中主 要的舞蹈有 两种: 一种是 圆圈舞, 圆圈舞是采集了花蜜的蜜蜂向同伴传达在蜂箱近距离 内采蜜的信号; 一种是摆尾舞, 摆 尾舞是 招呼同 伴到百米 以外 去采蜜的信号。其摆尾速度与 蜜源距 离有 关。地行鸟 鸟是 草原 中的一种 鸟, 当 发现敌情 时, 雄 鸟就会急速 起飞, 扇动两翼, 给 在孵卵的雌鸟发出逃避 的信息。 有些鸟 通过飞 行姿势和 跳舞 动作来 传递求偶 信息。豪猪遭 遇敌害时, 将其体 刺竖直, 形成 可怕的姿态, 从而赶跑敌人。
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2004. 7~ 8
3 2 化学信息 生态系统的各个层次 都有生 物代谢 产生的 化学物 质参与
信息传递, 这种传递信息 的化学 物质通 称为化 学信息。如 酶、 维生素、生长 素、抗 生素、性外激素, 甚至尿 和粪便等都 属于传 递信息的化学物质。化学 信息深 深地影 响着生 物种间 和种内 的关系。有的相互制约, 有的相互促进, 有 的相互吸引, 有的相 互排斥。化学信息在生态系统中 广泛存在, 对它的研究近几年 发展迅速, 并逐步形成一个分支学科 ∀ ∀∀ 化学生态学。
和发送信息之间总是存 在差别。 噪声是 生态系 统中所有 信息 传递中的限制因素。 3 生态系统信息传递的形式及实例
生态系统信息传递 的形式 主要有 物理信息 、化 学信息、营 养信息和行为信息。 3 1 物理信息
生态系统中以物理过程 为传递形式的信息称为物理信息。 生态系统中的各种光、声、热、电、磁等都是物理 信息; 动物的视 觉、听觉、冷觉、热觉和触觉是典型的物理信息感受的过程。这 些物理信息有的表示识别, 有的表示威胁、挑战, 有的向对方炫 耀自己的优势, 有的表示从属, 有的则 为了配对等。 3 1 1 光信息。萤火虫的闪光、蝴蝶的飞舞、花朵艳丽的色彩 等都属于光信息。萤火虫 在夜晚 是依据 发光器 官所发出 的闪 光来寻找配偶的。有一种萤火虫 ( photinus py ralis) 雄萤 到处飞 来飞去, 但严 格地每 隔 5 8 s 发光 一次, 雌 萤则 停歇 在草 叶上 以发光相应答, 每次发光间隔 时间与 雄萤相 同, 但总是在 雄萤 发光 2 s 后才发光。据研究, 每一种萤 火虫的发 光频率都 不相 同, 这极好地避免了种间信号混淆和种间杂交。 3 1 2 声音 信息。人 们最熟悉的声音莫过于鸟类宛转多变的 叫声了, 鸟类和昆虫的鸣叫声 非常类 似于萤 火虫的 闪光, 都具 有物种各自的 特异性。澳大利亚蝉可 发出 800 Hz 的低频 声, 其声音强度在 80 dB 以上, 由于 雌蝉 的感 受器对 800 Hz 的低 频声最为敏感和具有最大的 指向性, 所以常常被吸引到鸣叫着 的雄蝉群体中来。 3 1 3 热信息。生活在南美洲的响尾蛇, 头部有个颊窝, 能够 感知 0 001 ! 温差的变 化; 响 尾蛇 能够 准确 地捕 食动 物, 主要 就是靠颊窝对温差的敏感性 。 3 1 4 触觉信息。有 些动 物交 配行 为的 完成 有 赖于 触觉 信 息。雄园蛛在生殖季节走近蛛网, 在网边用前足按一定的力度 和节律牵动雌蛛所结网的蛛 丝。雌蛛 立即作出反应, 也像有美 食一样冲了过来。这时, 雄蛛会暂时退到蛛网的外面。雄蛛等 到雌蛛回到网中央后, 它会又一次弹起蛛网。当雌蛛确认是雄 蛛的 求偶 信号时 , 就 会做 好交 配准备, 安 静地 等在网 的中 央。 雄蛛一面不停地拨动蛛网, 一面爬向雌蛛, 完成与雌蛛的交配。 3 1 5 磁信 息。由于 生物生活 在太阳 和地球 的磁场 内, 少不 了要受到磁力的影响。生物对磁场有 不同的感受能力, 常常被 称为是生物的第六感觉。候鸟在天空 中成群结队、南北长途往 返飞行能够准确到达目 的地, 特别是 信鸽千 里传书 而不误, 在 这些行为中, 动物就是通过感 知电磁 场的变 化, 从而确定 自己 所处方位和运动方向的。
哺乳动物能发出很 多气味, 即使是动物的尿和粪便也包含 着许多的信息, 皮脂 腺被 广 泛认 为是 哺乳 动物 的重 要的 信息 源。 3 2 3 植物与植物之间的化学信息。在生态系统中, 生产者之 间同样发生着复杂的信息联系。为人们熟知的是植物的他感作 用( allelopathy) 。他感作用是指植物在物质代谢过程中产生的化 学物质, 对其他植物的生 长发育产生某种影响 的相互作用。植 物的他感作用有的是互利的。例如, 农民在种植庄稼时发现: 作 物中的洋葱和甜菜、马铃薯和菜豆、小麦和豌豆混种或间种能够 相互促进, 比单独种植产 量高。有 的是相互拮 抗、相互 排斥的, 这种现象常称为 异株克生现象 , 如某种黄瓜( Cucumis sativus ) 能产生一种化学物质, 可以阻止绝大多数的杂草生长, 维持其在 农田生态系统中的优势。黑核桃树下几 乎没有草本植 物, 这是 因为黑核桃树皮和果实含有氢化 胡桃酮, 这种物 质被雨水冲到 土壤里后再被氧化成胡桃酮, 从而抑制其他植 物的生长。异株 克生现象是植物控制其他植物生长的奇妙办法。 3 3 营养信息
动物的嗅觉、味觉是典型的化学信息感受过程。动物根据 味觉信息要判断食物可 吃还是 不可吃, 好吃 还是不 好吃, 从而 作出吃还是不吃、多吃还是少 吃的决 定, 而这些 对于维 持它的 生命 是至关重要 的。我们知道, 狗具 有非常发达 的嗅觉, 能够 感受空气中一些化学物 质所携带的气味信息, 这对于狗在寻找 和选择食物, 发现敌害, 躲避不良 环境的行为中起着重要作用。 3 2 1 动物与植物之间的化学信息。植物给人们的印象似乎 只能呆在那里等待被动 物吃掉, 然而, 事实并非如此, 如植物的 苦味是一个重要的化学 信息, 对许多 植食动 物来说, 可 以起到 拒食作用, 不过这种苦味对有些植食动物来说可能又是引诱的 信号。 3 2 2 动物与动物之间的化学信息。昆虫性外激素是生态系 统中广泛存 在的 一种 化学 信息。 例如, 雌 蚕蛾 释放 的性 外激 素, 可以把 3 km 以外的雄蛾 吸引过来。 虽然每 只雌蛾 所释放 的性外激素的数 量不到 0 01 mg , 但雄蛾 仍然 能够作 出反 应。 小蠹甲在发现榆、松等寄生植物后, 会释放聚集化学信息, 以召 唤同类来共同取食。棉蚜虫受到 七星瓢虫攻击时, 被捕食的蚜 虫会立即释放告警外激 素, 通 知同类 个体逃 避, 于是周 围的蚜 虫纷纷跌落。蚂蚁群体中 的侦察 蚁分泌 的追踪 外激素 能引导 同类觅食、去搬运食物等。
信息的传递( infor mation transfer ) 包括信息的发送处理、传 输处理和接收处理等过 程。生态 系统信 息传递 过程一 般包括 5 个基本环节( 如下图) 。
图1 ( 1) 信源: 即信息源( source) , 是信息的产生者。 ( 2) 发送器官: 发送器官( sender) 要把传递的消息变换成适 合于信道上传输的信号 。一般要 经过编码器的编码。 ( 3) 信道: 信道( channel) 是连 接发送 端与接收 端的信 息媒 介, 是信息的传输者。发送器官发送的信号通过信道从一个有 机体传递到另一个有机 体; 从 这一种 群传递 到另一 个种群; 从 一个群落进入另一个群 落。空气 、水域、土 壤、食Fra Baidu bibliotek等是生态系 统中典型的信道。 ( 4) 接收器官: 接收器 官( receiver) 执 行与发 送器官 相反的 功能 , 把通过信道后的 信号接 收, 并进行 解码, 变换 成为 能够 被接收者理解的消息。 ( 5) 信宿: 信宿( recipicent of infor matio n) 是信息 的接收 者, 是信息传递的目的地。信 息传递 的目的 就是要 使接收 端获得 一个与发送端相同 的复现 消息, 包括全 部内容 和特征。然 而, 在实际中不可避免地会受到噪声( no ise) 干扰, 从而使接收信息
参考文献 1 苏智先, 王 仁卿. 生 态学 概论 ( 修订 版) . 北 京: 高等 教 育 出版 社,
1993: 133. 2 戈峰. 现代生态学. 北京: 科学出版社, 2002: 346~ 353. 3 蔡晓明. 生态系统生态学. 北京: 科学出版社, 2001: 163~ 182. 4 李博. 生态学. 北京: 高等教育出版社, 2001: 236~ 239. 5 常杰, 葛滢. 生态学. 杭州: 浙江大学出版社, 2001: 224~ 225. 6 尚玉昌. 普通生态学( 第 2 版) . 北京: 北京大学出版社, 2002. 7 李博. 生态学. 北京: 高等教育出版社, 2000: 236~ 240.
达尔文的 猫与三叶草 的 故事, 加上 这一番 演义 , 当然 是言过 其实, 诙谐有趣。但 就某种意 义上来说, 这个故 事却显 示出营养信息的传递情况。 3 4 行为信息
行为信息是指某些动 物通过 特殊的 行为方 式向同种 的其 他个体或其 他生 物发 出的 信息。 在这 些信 息中, 有 的表 示威 胁、挑战, 有的向对方 炫耀自己 的优势, 有的表示 从属, 有的则 为了配对, 还有则是欺骗, 等等。
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