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什么是生态系统: 蒋高明 2020-4-26 14:40; 什么是生态系统 ① 生态系统提出的简要过程英国生态学家，阿瑟 · 乔治 · 坦斯勒爵士（ Sir Arthur George Tansley ）被公认为生态系统概念的提出者，以其提出的生态系统概念奠定了他在生态学界的不朽地位。坦氏兴趣广泛，早期对对植物生态学进行了深入的研究，发现土壤、气候和动物对植物的分布和丰盛度有明显的影响，于是产生了一个概念，即居住在同一地区的动植物与其环境是结合在一起的，生物与其特定的系统构成了地球表面上具有大小和类型的基本单位，这就是生态系统，其概念出现在《植物生态学概论》 (Introduction to Plant Ecology)(1946) 中。有学者认为，坦斯勒提出生态系统的概念，是受丹麦植物学家叶夫根 · 尼温（ Eugenius Warming ）影响，后者认为： “ 生态系统是一个的系统整体。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。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 ” 。上世纪 40 年代，美国生态学家 R.L. 林德曼（ R.L. Lindeman ）对赛达伯格湖（ Cedar Bog Lake ）进行生态系统研究，他定量分析后发现了生态系统在能量流动上的基本特点：能量在生态系统中传递具有不可逆转的特点；能量传递过程中逐级递减，递减率为 10% ～ 20% ；这也就是著名的林德曼定律。在生态系统概念形成过程中，前苏联地物学家苏卡却夫也发挥了重要的作用，他几乎是与坦斯勒同时提出生态系统的概念。与生态系统的含义相似，他提出了 “ 生物地理群落 ” 概念 (1940-1945) ，即生物地理群落是地球表面的一个地段，在这一定的空间内，生物群落和其所在的大气圈、岩石圈、水圈和土壤圈都是相适应的，它们之间的相互作用具有同样的特征，即生物地理群落由生物群落 ( 植物群落和动物群落 ) 和所在生物环境 ( 土壤环境和气候环境 ) 组成。这一观点实质上就是生态系统的理论。 ② 生态系统的含义一般理解的生态系统，是指生物与环境形成一个自然系统，简单理解就是生物 + 环境。生态系统构成了地球表面上具有大小和类型的基本单元，它主要是功能上的单位，而不是生物分类学的单位，分类学的基本单位是物种。如果更加全面一点理解生态系统，则是指在一定时间和空间内，共同栖居的所有生物（即生物群落）和非生物因子（物理环境）通过能量流动、物质循环、信息交换过程构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。由此可见，一个完整的生态系统，需要有以下四方面的要素： a 由生物和非生物成分组成； b 各要素间有机地组织在一起，具有能量流动、物质循环、信息传递等功能； c 生态系统是客观存在的实体，有时间、空间概念的功能单位； d 生态系统是人类生存和发展的基础。生态系统的重要特点包括： a 生态系统是一个开放的系统，因为任何一个能够维持自身机能正常运转的生态系统必须依赖外界环境提供输入（太阳辐射能和营养物质）和接受输出（热、排泄物等），其行为经常受到外部环境的影响； b 生态系统和其他生命个体一样，具有自我修复功能。在一定限度内，生态系统自身的反馈机能能够使它进行自动调节，逐渐修复与调整因外界干扰而受到的损伤，维持正常的结构与功能，保持其相对平衡状态。因此，生态系统又是一个控制系统或反馈系统； c 生态系统是一个极其复杂的多成分大系统。一个完整的生态系统是由非生物成分、生产者、消费者、分解者构成。其中生产者为主要成分，无机环境是基础，无机环境条件的好坏直接决定生态系统的复杂程度和生物群落的丰富度，生物群落又反作用于无机环境，生态系统各个成分紧密联系，使生态系统成为具有一定功能的有机整体。 ③ 生态系统类型生态系统可分为自然生态系统和人工生态系统。自然生态系统又可分成陆地生态系统和水域生态系统如海洋生态系统、河流生态系统、湖泊生态系统、池塘生态系统；人工生态系统包括城市生态系统、农田生态系统、果园生态系统。生物圈是地球最大的生态系统。全球共有十大陆地生态系统类型，分别是热带雨林、常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒带针叶林、树疏林、红树林、草原、高寒草甸、荒漠、苔原。我国唯一缺乏典型的非洲萨王那群落（稀树疏林草原生态系统），但是中国的四大沙地（浑善达克、科尔沁、毛乌素、呼伦贝尔）在健康状态下其结构与功能恰恰是 “ 萨王那 ” 类型的，如果成功恢复并保留该类生态系统，中国则具有全球所有的陆地生态系统类型。再加上中国具有典型的海洋与湿地生态系统，中国是全球所有国家中陆地生态系统类型最丰富的国家。; 个人分类: 生态科普|17344 次阅读|0 个评论

肥硕的小腿造就褶翅蜂的天赋异禀: huayanc 2019-1-13 09:06; 肥硕的小腿造就褶翅蜂的天赋异禀陈华燕褶翅蜂科 Gasteruptiidae是膜翅目Hymenoptera昆虫中一类种类稀少的寄生蜂，目前全世界已知500余种，中国已知30余种。褶翅蜂的生物学习性和形态特征都非常特别。褶翅蜂主要营盗寄生（cleptoparasite）生活方式，即雌蜂把卵产在独栖性的蜂类如泥蜂，胡蜂和蜜蜂的巢内，卵孵化后，幼虫开始取食寄主的卵或低龄幼虫，最后把巢所有储藏的食料都取食完。形象点说就是，褶翅蜂就像独栖蜂家里来的小盗贼，把家里所有的东西都霍霍了。褶翅蜂最特别的形态特征之一就是后足胫节显著膨大成棒状（图1-2）。昆虫的足通常以运动功能著称，如捕捉足和行走足等，都与运动有关。但除了运动功能外，一些昆虫的足还有一些特别的功能，如通过足上的膝下器（subgenual organs，一种机械性刺激感受器）感知振动信号。寄生性膜翅目昆虫的后足胫节膨大通常是出现在雌性身上，科学家猜测这可能是雌性用来增强感知寄主产生的振动信号。然而这种猜测在褶翅蜂的身上似乎不完全成立，因为褶翅蜂的雌性和雄性的后足胫节都膨大（图1-2）。这种现象导致科学家猜测，膨大的后足胫节对于褶翅蜂而言，或许还有别的功能。最近，美国宾夕法尼亚州立大学（The Pennsylvania State University）的István Mikó 博士主导的科学家团队通过显微，化学分析，基因表达和行为学等多种手段全面揭露了褶翅蜂膨大后足胫节的各种功能，该研究成果发表在了近期的昆虫学杂志 Insect Systematics and Diversity上（ Mikó et al. 2019 ）。研究人员通过解剖褶翅蜂的后足胫节，发现胫节被延伸于 2条侧气管间的隔膜分为2个室。一个室（肌肉室）包含肌肉和脂肪体，另一个室（淋巴室）包含四周充满非极性液体的膝下器（图3B）。肌肉室的端部连接可活动的胫节端距和基跗节（图2）。膝下器固着于两个有弹性的结构，即一端着生于胫节基部透明部分的表皮（这部分表皮在活体里很软，有很大的弹性），另一端连接于气管和脂肪体填充的肌肉室的膜壁（图3B）。当研究人员用昆虫针轻压胫节基部的透明部分的表皮，端距和基跗节有明显的运动，这表明表皮即使是轻微的移动都可以改变淋巴室里的液压。这些结构特征和脂肪体能促进信号传导的潜力表明振动信号探测是膨大的胫节的一个重要功能。一些早期的研究表明，一些蜂类（如蜜蜂和胡蜂）主要通过振动信号来交流，而膝下器可能是主要探测振动信号的感受器。因此，褶翅蜂可以用升级版的膝下器系统（膨大的胫节）来寻找理想的产卵场所，或通过探测寄主幼虫移动向巢口发出的振动信号，或直接接收寄主成虫之间的交流信号（这种特性还可能有另外的功能，即防止寄主成虫的攻击）。研究人员通过高速摄像，发现褶翅蜂在寄主巢边飞行时，后足做垂直和水平摇动，这种行为很可能是通过空气协调寄主发出的振动信号的表现。当它们的足正对着寄主巢口时，可以让它们最大程度的接收到这些信号。研究人员通过分析褶翅蜂后足胫节脂肪体的化学组成，发现脂肪体由 2种细胞组成，滋养细胞（trophocytes）和绛色细胞（oenocytes）。绛色细胞具有解毒作用，因为在杀虫剂的处理下绛色细胞会出现细胞色素P450基因（编码细胞色素P450酶系，用于解毒）大量表达。转录组的数据表明，褶翅蜂后足有细胞色素P450基因的富集。因此，研究人员认为，褶翅蜂膨大的后足胫节可能还有解毒作用。当然，这个假说还有待进一步的证明。褶翅蜂还有一个特别地方，那就是它们可以像直升机一样做飞行悬停（图 4-5）。有学者猜测膨大的后足胫节很有可能帮助褶翅蜂在飞行时保持平衡。Mikó 博士和同事们用高速摄像记录了 1只完好的和1只移除两只后足胫节的褶翅蜂的飞行，发现后足胫节的移除影响了褶翅蜂在转弯飞行时的稳定性。褶翅蜂的后足胫节有点类似于我们人类的小腿。每个女孩子应该都惧怕自己的小腿是肥硕的，但肥硕的小腿却赋予了褶翅蜂特殊的功能：探测寄主，解毒和做优雅的飞行。博主点评：我个人觉得这项工作是堪称研究结构与功能的范例。正好这篇论文的第一作者 Istvan和论文的审稿人之一是我的合作者，我知道他们都是做传统分类出身的，很高兴见到他们做出了这么有趣的工作。我一直想表达的一个观点就是，做传统形态分类的好处之一就是，更有可能提出一些有趣的科学假说或科学问题。图 1. 一种产自北京的未发表的新种褶翅蜂 Gasteruption sp.雌虫，箭头所指的是膨大的后足胫节。图 2. 同样产自北京的另一种未发表新种褶翅蜂Gasteruption sp. 雄虫，后足胫节也是膨大的。图 3. 褶翅蜂后足胫节共聚焦激光扫描显微图。（A）滋养细胞（trophocytes，tr）和绛色细胞（oenocytes，oe）；（B）脂肪体（fat body，fb），气管（trachae，t），膝下器（subgenual，sgo），端距（tibial spurs，ts），基跗节（metatarsus，tar）；（C）绛色细胞核（oenocyte nucleus，nuc）。（引自 Mikó et al. 2019 ）图 4. 优雅飞行的褶翅蜂，雌虫。图 5. 优雅飞行的褶翅蜂，雄虫。; 7435 次阅读|0 个评论

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