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  讲座1 生物的物种多样性(1)    
 
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我们知道,犀牛主要生活在非洲及亚洲,现存的犀牛有5种。其中亚洲犀牛有3种,分别是苏门答腊犀牛、印度犀牛、爪哇犀牛。非洲犀牛有2种,分别是黑犀牛、白犀牛。

 

可是,你知道吗?在三千多年前,犀牛在中国黄河流域,曾经有非常广泛的分布,但是由于战争、捕杀等等一些人为活动,犀牛数量越来越少,分布范围越来越小。在20世纪初,犀牛的踪迹终于消失,最后在云南省灭绝了。

在中国伟大的医学宝库中,犀牛角历来是珍贵的药材,有一种常用的中成药,名称是“犀羚解毒片”,其中一种主要成分就是犀牛角,另一种主要成分是羚羊角。现在只能将犀牛的“犀”字改成东西的“西”了,成了“西羚解毒片(国家中药保护品种)”,如图所示。

看来,保护野生动物,对人类的生存和发展至关重要。这些野生动物的存在,是人类生存和发展过程中,珍贵的资源。当然,当犀牛在中国消失的那一时刻起,我们再也无法重现从前犀牛在中国的辉煌。

保护野生动物,先从认识生物的多样性开始。

一、生物多样性  

生物多样性是指地球上所有的植物、动物和微生物物种,这些物种所拥有的全部基因,各个物种之间的相互作用,物种与生态环境之间的相互作用过程,物种与生态环境所构成的生态系统。

如图所示,刊名为《生物多样性》(Biodiversity Science)的双月刊杂志,是一种核心期刊杂志,主办单位是中国科学院。

我们知道,现代生存的生物,是由过去生活过的生物演变而来的,并且,每种生物一般都与它的生活环境相适应。生物在长期的演化过程中,经历了由简单到杂、由水生到陆生、由低级到高级的演变过程。

当前,最流行的生物分类系统是五界分类系统。五界分类系统得到现代分子生物学研究证据的有力支持,很快被广泛接受,目前,这种生物分类系统已成为生物分类的基础。

五界分类系统是指原核生物界、原生生物界、真菌界、动物界、植物界。如图所示,描述了五界分类系统的特征、类群、代表生物和生态学作用。在这里,我们不再一一描述。

另外,分类系统通常包括七个主要分类级别,分别是界、门、纲、目、科、属、种。

种,也就是物种,是基本单元。许多特征相近的种,划归成一个属。许多特征相近的属,划归成一个科。

同样,以此类推。许多特征相近的科,划归成一个目。许多特征相近的目,划归成一个纲。许多特征相近的纲,划归成一个门。许多特征相近的门,划归成一个界。

如图所示,不同生物的分类层次。例如,花菜、油菜属于芸苔属,芸苔属和萝卜属都属于十字花科,十字花科属于白菜花目、双子叶植物纲、被子植物门、植物界。

一、生物多样性  

生物的多样性主要体现在三个方面:遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。

1.遗传多样性

(1)广义的遗传多样性

广义的遗传多样性是指,地球上所有生物,所携带的遗传信息的总和。

一般来说,生态系统多样性,或者物种多样性,也包含遗传多样性的含义。

(2)狭义的遗传多样性

狭义的遗传多样性主要是指,同一物种,不同群体之间;或者一个群体中,不同个体之间,遗传变异的总和。

例如,各种栽培的植物,家养的动物,不同的地方品种,亲缘关系比较近的野生物种,都拥有非常丰富的遗传多样性。

并且,物种的遗传变异越丰富,对环境的适应性,就越强。因此,在一个群体中,物种的遗传多样性,也反映了这一物种的进化潜力。

如图所示,云南滇池生态环境中,多种多样的两栖动物和爬行动物。

2.物种多样性

(1)物种多样性

物种多样性是指,动物、植物、微生物的物种多样化。

迄今为止,科学家在地球上已经发现和命名的生物大约有2 000 000(二百万)种,其中约有260 000(二十六万)种植物,750 000(七十五万)种昆虫,500 000(五十万)种脊椎动物。科学家估计,地球上的生物共有5 000 000(五百万)至30 000 000(三千万)种,其中大部分还未被命名。

在历史发展过程中,由于动植物类群的迁移、灭绝和进化,导致了在世界不同地区,动植物种类和分布的多样性、复杂性和特有性。

物种在演化过程中,种群经常在遗传上发生变化,称为遗传变异。当遗传变异达到一定程度,变异的群体,再也不能与原来的群体进行交配时,变异的群体就形成了新的物种。

新物种形成的过程,称为系统进化。

在正常情况下,新种的形成过程是漫长的,可能几千年或几百年。

即使地球上不断有新物种形成,但是现在,由于人类活动范围的扩大,人类活动对自然界的影响,物种灭绝的速度大大超过了新物种形成的速度,物种灭绝的速度大约是新物种形成速度的1000倍。如果人类不采取物种保护措施,地球上的物种将会越来越少。就像我们在中国看不到犀牛一样,我们的祖孙后代,只能在动物园里,或者图片上,领略到生物物种的多样性了。

一、生物多样性  

2.物种多样性

(1)物种多样性

即使地球上不断有新物种形成,但是现在,由于人类活动范围的扩大,人类活动对自然界的影响,物种灭绝的速度大大超过了新物种形成的速度,物种灭绝的速度大约是新物种形成速度的1000倍。如果人类不采取物种保护措施,地球上的物种将会越来越少。就像我们在中国看不到犀牛一样,我们的祖孙后代,只能在动物园里,或者图片上,领略到生物物种的多样性了。

 

如图所示,大熊猫曾经广泛分布在中国的南部和东部,以及毗邻的缅甸和越南北部。但是,随着人类的扩张和发展,这个种群的栖息地,已经缩减到四川、甘肃和陕西省,大约20个孤立的山林地区中。幸运的是,我国科学家在大熊猫的保护方面,已经做出的卓有成效的工作。

我国地大物博,动植物资源非常丰富,下面让我们领略一下,中国生物的物种多样性。

(2)中国生物的物种多样性

 

如图所示,中国所特有的物种梅花鹿和红豆杉。

中国有苔藓植物有106个科,2200种。蕨类植物有52科,2600种。

裸子植物,全世界共有15科,79属,约850种。中国就有10科,34属,约有250种。因此,中国是世界上,裸子植物最丰富的国家。

中国的被子植物大约有30000种。

因此,中国植物的种类非常丰富,植物分类群也十分多样化。

不仅如此,中国的鸟类也十分丰富。

我国是世界上鸟类最丰富的国家之一,已知的种有1 244种,分别属于21个目,大约占世界种数的14%。
其中,雁鸭类,全世界有166种,中国就有46种,占28%。全世界的鹤类有15种,中国就有9种,占占世界种数的一半以上。

中国的哺乳类动物有499种,约占世界种数的11%。其中,灵长类,在中国有3个科,5个属,共有19个种,而且这些动物种类有些是中国特有的。

中国还有丰富的鱼类资源,已知的物种有3 862种,分别属于43个目。

中国的昆虫、无脊椎动物、真菌、细菌、放线菌的种类,更是多种多样。

一、生物多样性  

地球上的环境多种多样,有草原、有森林,有江河湖海,有高山峡谷,这些多种多样的生存环境,造就了丰富多彩的生态环境,也就是生态系统的多样性。

3.生态系统多样性

如图所示,生态系统多样性是指,生物圈中的生境多样性,生物群落的多样性,生态系统的多样性,生态系统中生境的差异,生态过程变化的多样性等等。

那么,什么是生境呢?

生境是指气候、土壤、地貌和水文,是生物以外的无机环境。

什么是生物群落呢?

生物群落是指,占据一定空间的,并且生活在一起的各种生物。这些生物相互影响、相互作用。

什么是生态系统呢?

生态系统是由不同营养特点的生物所组成,具有营养的多样性。其中,植物是生产者,是生态系统食物链或食物网的起点。各种草食动物、肉食动物、杂食动物、腐生生物等等,共同构成了生态系统复杂的食物网。

认识物种多样性,首先要了解不同生物之间的相互关系,分类学就为我们认识物种多样性奠定了坚实的基础。下面让我们从分类学的角度,来展示物种多样的神奇魅力。

二、物种多样性与分类  

我们根据五界分类系统,分别从原核生物界、原生生物界、真菌界、动物界、植物界等方面逐一阐述。

 

在初中生命科学第二册第67-68页的拓展视野栏目,以图文并茂的方式,展示了生物的五界分类系统。如图所示,更加翔实地图解了物种分类的含义。

下面让我们从原核生物界开始,从分类学的角度,进一步了解物种多样性的深刻内涵。

1.原核生物界

原核生物界的生物是由原核细胞构成的。

原核细胞结构简单,如图所示。原核细胞没有细胞骨架和细胞器。没有细胞核膜,更没有核仁,染色体只是一个裸露的环状DNA双链。另外,还常常含有小的环状DNA分子,我们称它为质粒。在基因工程中,质粒可作为基因的载体。参见高中生命科学第二册第56-63页。

二、物种多样性与分类  

1.原核生物界

原核生物界又分为真细菌原界和古细菌原界。

(1)真细菌原界

真细菌原界包括蓝细菌和其他原核生物,但不包括古细菌。

  

真细菌原界生物种类很多,例如细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次氏体、蓝细菌等等。如图所示,不同种类的细菌,有球形的、杆状的、螺旋形的和弧形的。

(2)古细菌原界

古细菌原界种类较少,生活在极端环境中,例如,产甲烷菌、极端嗜盐菌和嗜酸嗜热菌等等。

2.原生生物界

原生生物界的生物,是最原始的真核生物。

原生生物是指一切真核的单细胞生物,或者细胞还没有明显分化的多细胞生物。

原生生物包括藻类、原生动物、一些低等的菌类。

原生生物是由原核生物进化来的,是真核生物中最原始的类群。

如图所示。早期的藻类是植物的祖先,早期的原生动物是动物的祖先,所以,人们对生物进行分类时,有时常常把藻类归于植物界,把原生动物归于动物界。

二、物种多样性与分类  

2.原生生物界

(1)原生动物

原生动物都是单细胞动物,整个身体仅仅由一个细胞组成。

原生动物分布非常广泛。现存的原生动物,大约有25000种。包括鞭毛纲、肉足纲、孢子纲、纤毛纲。

如图所示,锥虫是鞭毛纲的代表动物,大变形虫是肉足纲的代表动物,孢子虫、间日疟原虫是孢子纲的代表动物,草履虫是纤毛纲的代表动物。

(2)藻类

藻类是一类具有光合作用的自养体生物,没有根、茎、叶的分化。

大多数藻类也是单细胞的生物,例如,衣藻、绿藻、硅藻等等。

如图所示,团藻是最简单的多细胞原生生物,多细胞简单聚集,细胞已有一定的分工。有的细胞特化为运动功能;有的细胞特化后,具有光合作用,有的细胞特化后,具有有性生殖的功能。

二、物种多样性与分类  

2.原生生物界

(3)粘菌

粘菌是原生生物中数量较少的一类,粘菌大多数生活在阴暗和潮湿的地方,在腐烂的树木、落叶上生长,或者在其他湿润的有机物上生长。

  

如图所示,粘菌通常以单细胞变形虫的方式活动,吞噬细菌,作为营养来源。

在遇到饥饿的情况下,单个细胞就会聚集起来,形成蛞蝓(kuòyú)状的多细胞团,并且,进一步分化出基部、孢子梗、孢子囊等几个部分。孢子囊中的孢子,在适合条件下,可以形成一个变形虫样的单细胞个体。

注意,粘菌不是真菌,它属于原生生物。

那么,什么是真菌呢?

3.真菌界

真菌是一大类真核细胞生物,没有根、茎、叶,不含叶绿素。真菌属于异养型生物,具有细胞壁、细胞膜、细胞质以及细胞核。

真菌大多是腐生生物,可以把动物尸体作为食物来源,也可以把植物的枯枝烂叶作为食物来源。还有许多真菌是寄生的,可以侵入生物体内摄取营养,损害农作物或感染人体。

 

尽管如此,很多真菌与人类的生活密切相关。如图所示,利用霉菌,可以提取抗生素,如柑橘霉菌可以提取青霉素。利用霉菌,还可以生产维生素和一些药物。利用酵母菌,可以进行食品酿造,利用霉菌,可以进行生物防治、污水处理。灵芝是我国中草药中的珍品,号称灵芝仙草,其实,灵芝就属于真菌界。

看来,真菌的用处可真不少呢。

真菌主要包括单细胞的酵母菌,多细胞丝状真菌-----霉菌、大型真菌----蘑菇等等。 如图所示,真菌的形态和结构,酵母菌、青霉菌、蘑菇。