浅议生物的共同进化_毕景花
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生物学教学
2007年(第32卷)第7期
浅议生物的共同进化
毕景花 (山东省曲阜市杏坛中学 273100)
自然界中的所有物种都处于生态系统中,生态系统内的物种进化是在生态关系中实现的,在自然界中不存在孤立的物种进化。物种进化受到系统内其他相关物种的制约。因此,一个物种在生态系统内的进化,表现为该物种与其他生态相关的物种,以及相关环境之间的相互关联、协调以及相对平衡的共同进化
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势可以从生物的性状替换现象得到证实。
竞争排斥原理说明了如果两个物种的生态位相似,那么在进化过程中必然会发生激烈的种间竞争,竞争的结果从理论上可以向两个方向发展,一是一个物种完全排挤掉另一个物种,另一个就是竞争使两个物种分别占有不同的空间(地理上隔离)或吃不同的食物(食性特化)或其他生态习性上的分隔,通常称为生态隔离,即竞争的结果使两个物种均能充分利用不同资源而又达到共存
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共同进化又称协进化或协同进化,包含两层含义:一是不同物种间的共同进化,二是生物与无机环境之间的相互影响和共同演变。1 竞争物种间的共同进化
当两个或两个以上物种共同利用同一资源而受到干扰或抑制时,称为种间竞争。种间竞争的结果常常是不对称的,即一方取得优势,而另一方被抑制甚至被消灭。种间竞争的能力取决于种的生态习性、生活型和生态幅度等。竞争有时表现得很明显,如藤壶,就常排挤其他的种类,甚至直接生长在其他藤壶上面。有一些物种间竞争表现得比较微妙和隐蔽,例如植物之间借助于它们的根系和分泌异株克生物质而互相竞争水分。
在种间竞争的基础上发展了生态位的概念,生态位是指在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。由于竞争的排斥作用,生态位相似的两种生物不能在同一地方永久生存,如果它们能够在同一地方生活,那么其生态位相似性必定是有限的,这就是竞争排斥原理,这种进化趋去全部腋芽、侧枝,养根护叶,逼地下茎萌发脚芽,从上到下逐层摘心除枝,诱导脚芽早出土并茁壮生长,最终开出硕大花朵,培育成矮壮型菊花,效果更好。
其它许多花卉的修剪造型和菊花基本相同。如一串红、杜鹃等,通过分别对主茎和侧枝摘顶,抑制顶端优势,促使腋芽萌发,控制植株纵、横方向生长,达到株形矮壮,侧枝丛生,繁花满枝的理想效果。靠多次摘心可使一棵一串红大得像箩筐。
五针松造型,除了扭曲树干树枝和删掉多余枝叶外,往往用剪掉主枝顶端的办法,除去顶端优势,促使侧枝生长。
其他树桩盆景的造型更是如此。其中很重要的一种方法,就是通过修剪主枝与侧枝的顶端来促使小侧枝的萌发,达到造型的目的。为了使绿蓠矮化,必须经常修剪,不断去掉顶端优势,以保持整个绿篱整齐、树
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2 捕食者与猎物的共同进化
捕食者与猎物的相互关系是经过长期的共同进化逐步形成的。捕食者进化了一整套适应性特征,如锐齿、利爪、尖喙、毒牙等工具,诱饵追击、集体围猎等方式,以便更有力地捕食猎物。另一方面,猎物也形成了一系列行为对策,如保护色、警戒色、拟态、假死、快跑、集体抵御等以逃避被捕食。自然选择对于捕食者来说,是提高发现、捕获和取食猎物的效率,而对于猎物来说,是提高逃避、防止被食的效率,显然这两种选择是对立的。在捕食者———猎物关系的进化过程中,常会见到一种重要倾向,即捕食者将猎物种群捕食殆尽的事例很少,精明的捕食者大都不捕食正当繁殖年龄的猎物个体,因为这会降低猎物种群的生产力。被食者往往是捕食猎物种群中老年或体弱患病、遗传特性较差的个体,捕食作用为猎物种群淘汰了劣质,从而防止了疾病的传播及不利的遗传因素的延续。人类利用叶浓密的造型。
而为了把桂花培育成独干、高大、优美的树形,必须把根基旁的侧枝剪掉,让主枝保持顶端优势,长到一定高度再进行造型与修剪。像雪松这类针叶绿化树木的主干生长快,侧枝斜向生长,形成宝塔形,既庄严又美观。
但有的雪松因主干上的顶芽常易被虫咬死,造成侧枝过强、过粗,生长过快,破坏了塔状的树形,这时就得把过强的侧枝顶端截去一段,以保证主茎的顶端优势。
综上所述,我们可以应用顶端优势的原理,对农作物进行摘心、打顶,来提高作物的产量;还可通过控制和利用顶端优势,对花卉、树木进行整形修剪,形成茂密的绿色屏障或多姿多彩的艺术造型,从而达到人们的观赏目的,提高经济效益。
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生物资源,从某种意义上讲也要做“精明的捕食者”,不要过分消灭猎物,不然会导致许多生物资源灭绝
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御)。例如,被牛啃食后的悬钩子的皮刺较未啃食过的长而尖;遭过锯蜂和树蜂危害的松树改变酚代谢,产生新的化学物;人工受伤的马铃薯和番茄能增加蛋白酶抑制物;荆豆顶枝在受到美洲兔的严重危害后,其枝条中会积累更多的毒素,变成兔不可食的枝条。
在进化过程中,植物发展了防御机制(如有毒的次生物质),以对付食草动物的进攻。另一方面,食草动物亦在进化过程中产生了相应的适应性,如形成特殊的酶进行解毒,或者调整食草时间以避开植物的有毒化合物
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关于捕食者在进化中的作用,美国生态学家斯坦利(S.M.stanley)提出了“收割理论”:捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出空间。捕食者的存在有利于增加物种多样性
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由于宿主组织环境多数稳定少变,所以许多寄生
3 寄生物与寄主的共同进化
动物的神经系统和感觉器官都退化。但使物种保持持续的关键是转换宿主个体,只有强大的繁殖力和相应发达的生殖器官才能保证对宿主的入侵和感染,加上寄生生活的营养条件一般较自由生活个体好,充分保证了寄生物繁殖力的提高。蛔虫等大量产卵就是例证
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5 互利共生生物的共同进化
互利共生多见于需要极不相同的生物之间,两物种长期共同生活在一起,彼此互相依赖,相互共存,双方获利,因此互利共生能增加合作双方的适合度。
互利共生可以分为营养方面、防卫方面、散布方面等三类,营养方面的互利共生指双方在获取能量和营养时有专门的互补性,如豆科植物和根瘤菌之间的关系。防卫上的互利共生包括一方从另一方获得食物或隐蔽场所,同时回报给对方安全,例如蚂蚁和金合欢的互利共生,有些蚂蚁保护金合欢使其免受植食动物的取食,而它得到的回报是食物和营巢地。散布方面的互利共生包括动物在花朵之间传送花粉,得到的回报是花蜜等,或者吃植物的果实并把果实中的种子散布到适宜地点。
互利共生的进化可能发生在两个具有直接关系的物种中,如来自寄生物—寄主的关系、捕食者—猎物的关系、或发生在没有协作或相互利益的紧密共栖者之间。由于这些关系的存在,物种之间在长期的进化适应过程中,双方的共同进化导致双方从这种关系中获益,当然也可能“恶化”成为使一方受益另一方受害的寄生关系。
同样,地衣当中的藻类和真菌之间,有蹄动物与其瘤胃当中的共生菌等,也都是从寄生关系发展成互利关系
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寄生物与寄主在共同进化中,也有类似有害作用
趋向于缓和的情况。寄生虫侵入寄主机体后,一般能导致寄主得病,由于长期选择的结果,这种致病作用必然有所限制。如果过于严重,则寄主种群就有灭亡的危险,其后果对寄生者显然是极其不利的。因此,寄生者和寄主在共同进化中,有害作用必然逐渐减弱。其减弱的原因,可能来自寄主一方的自卫能力,如出现免疫反应。这种免疫反应在生物界中是广泛存在的。20世纪50年代澳大利亚为制止穴兔的爆发性蔓延,曾引入粘液瘤病毒(myxomatosis)。开始时,穴兔的致死率几乎是100%,但后来便对这种病毒产生了一定的免疫能力。有时,上述两者的这种寄生关系甚至可以转化为共生。如引起森林脑炎的病毒往往不会使它们的保存者蜱感染致病;疟原虫对于蚊子也是如此4 食草动物与植物的共同进化
食草动物对植物的捕食特点是:植物不能逃避被食,而动物对植物的危害只是使部分机体受损害,留下的部分能够再生。
植物被“捕食”而受损害的程度随损害部位、植物发育阶段的不同而异。如吃叶、采花和果实、破坏根系等,其后果各不相同。植物在被动物啃食而受损害时并不是完全被动的,而是具有各种补偿机制。例如,植物的一些枝叶在损害后,自然落叶减少而整株的光合率可能增强。受害植物可能利用贮存于各组织和器官中的糖类得到补偿,或改变光合产物的分布,以维持根/枝比的平衡。大豆如果在繁殖期受害,能以增加种子粒重来补偿豆荚的损失。
食草动物的“捕食”还可能引起植物的防卫反应,如产生更多的刺(机械防御)或化学分泌物(化学防
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6 生物与无机环境的共同进化
生物能够适应一定的环境,也能够影响环境。生物与无机环境之间是相互影响和共同演变的。众所周知,在蓝藻出现以前,地球的大气中并没有氧。只是在距今30亿~20亿年以前,蓝藻在地球上出现以后,地球的大气中才逐渐含有氧,从而使地球上其他进行有氧呼吸的生物得以发生和发展。大气中的一部分氧会转化成臭氧(O。臭氧在大气上层形成的臭氧层,能3)够有效地滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线,从而使水生生物开始逐渐在陆地上生活。经
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2007年(第32卷)第7期
探究“植物的反应”有感
张丽珍 (广东省江门市景贤学校 529000)
常有学生对“生物能够对来自环境中的各种刺激作出一定的反应。”这句话提出疑问。他们指着课本上含羞草的图片,问:“老师,其它的植物也会象含羞草那样,对刺激作出反应吗?”对这个问题进行探究,深化了师生们对植物的认识。1 反应是生存的本能
植物对来自环境的各种刺激的反应主要表现为向性运动和感性运动,前者如向光性、向水性、向地性等。后者如含羞草感受机械刺激后的叶片闭合,紫茉莉的花感受白天黑夜变化后的花开花合等。
我带领学生来到教室旁边的草坪。草坪上种着同一种草。长在开阔地带的小草直立舒展,齐刷刷的只有几寸高;长在作为篱笆的福建茶(一种小灌木)下面的,却纤细修长,甚至象藤蔓一样攀着福建茶的枝桠把头伸到一尺多高的篱笆顶上来晒太阳;还有那些长在墙脚下的,不约而同地倾向一边,向往着开阔地带的阳光。
看!小草的生存需要阳光。福建茶和墙壁的遮挡就是来自环境的刺激,这些刺激影响到小草的生存。小草对环境作出了反应,它们踮起脚尖、伸长脖子超越遮挡,或者倾斜着身子避开遮挡。
又看图片:同一种松树,长在山谷的修长舒展,长在峭壁上的却粗矮苍劲还明显露出紧紧抓住山崖的发达根系。这就是峭壁上的松树对长年刺激它的疾风作出的反应。
还查阅资料:苜蓿草长在水足肥饱的菜园里疯长叶子不长根,把它们种在干旱贫瘠的沙地里,它们的根就会深入地下达到几米长。对于明显不同的水分供给,苜蓿草作出明显不同的反应。
多么清醒的植物!来自环境的刺激如果影响到它们对阳光、水分、空气和养料的获得,这是生命悠关的问题,它们就毫不含糊地作出反应。2 正确的反应源于了解环境
植物能对刺激作出反应,首先是因为它们能准确过长期的生物进化过程,最后才出现广泛分布在自然界的各种动植物。
主要参考文献
[1]沈银柱主编.2002.进化生物学.北京:高等教育出版社,223[2]孙婷婷,颜忠诚.2005.物种关系模式及其进化.生物学通报,
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地感知到这些刺激。春华秋实、夏长冬藏,植物总是能抓住时机,适时而动。这是因为它们把自己袒露在大自然中,不带任何掩饰的外套,所以它们能够得到大自然中的温度、湿度的准确情报,知天势也。它们把根深入脚下的土地,直面来自东西南北的冷暖气流。所以,同一种杜鹃花,在密林中的往高处长,在旷野上的往横向长,在狂风肆虐的山脊上的就匍匐在地面长,晓地利也。既知天势又晓地利,当然能从容自如地应对。3 适应环境是最有力的反应
植物很难轻易地改变环境。它们的反应主要是对环境的适应。阴湿的山涧边水源充足空气湿润但日照时间太短,那里的植物就把叶片长得大大的,在光照时间短、光线比较弱的条件下尽力获取生存所需的光能。向阳坡地上阳光充足但土壤干燥而且水分散失厉害,那里的植物就把叶片长得小而厚甚至长成针状,有效地保持体内珍贵的水分。
胡杨长出发达的根系搜集地下水以战胜沙漠里严酷的干旱。莲藕在体内建造大量的管道来储存和运输气体以应对水中空气的稀缺。……真是兵来将挡,水来土掩。不管来自环境的刺激多么有利或多么不利,植物总能扬长避短、转危为安,恰倒好处地作出反应。4 反应带来了发展与进化
植物不断适应环境的过程就是不断发展自己的过程。日积月累的发展,带来的是物种的进化。无论环境多么恶劣,总有适应环境的植物生存下来并且在那里繁衍生息。同时,植物的存在也顽强地影响着身边的环境。植物用根固住流沙、瓦解岩土;用落叶增强土壤的保水通气能力、提高土壤的肥力;大片聚集的植物群还能拦住大风、改变身边的小气候。
多么聪明的植物!无论生长在什么环境,它们都清楚地知晓自己的目标,明白地了解自己的处境,不怨天,不忧人,努力适应环境,顽强谋求发展。这就是植物对来自环境中的刺激作出反应的本能,也是植物向我们揭示的生命真谛!
[3]孙儒泳,李庆芬,牛翠娟.2002.基础生态学.北京:高等教育出版
社,125,129
[4]人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心
编著.2004.遗传与进化.北京:人民教育出版社,123
[5]李难编著.1990.进化论教程.北京:高等教育出版社,380~381[6]李博主编.2000.生态学.北京:高等教育出版社,108~109