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授课教案课程保护生物学班级生物工程03学期2课时4学时教师上课日期课程类型理论课程称（章、节）第六章生物多样性丧失的人为原因第一节生物多样性的丧失第二节物种对灭绝的脆弱性第三节生物多样性丧失原因分析教学目的要求使学生懂得自然界中物种及生态系统的形成和丧失同时并存,在现代地质时期地球上的物种数达到了巅峰。但在人类出现后,由于资源的过度开发、生物入侵以及病害等因素使物种的灭绝速率在急剧加快。目前,全球正面临着生物多样性丧失的危机。掌握生物多样性丧失及其原因,包括物种的灭绝速率、趋势、后果及物种对灭绝的脆弱性等内容。教学重点重点分析了生境破坏及片断化、环境污染、外来种入侵、疾病流行和过度开发对生物多样性的影响,并全面阐述了物种灭绝的内外机制,有助于为保护生物多样性寻找合适的途径。教学难点分析生物多样性丧失的原因,研究其物种灭绝机制,对预测将来可能有多少个物种灭绝,物种灭绝最可能发生在什么地方以及制定相关的生物多样性保护策略。主要教具设备材料投影仪、电脑、常规教学设备思考题1.为什么说岛屿物种最易灭绝?物种灭绝的后果有哪些?2.最易灭绝的物种具有哪些特征?3.生物多样性丧失主要是由哪些因素引起的?这些因素是如何发挥作用的?4.试述物种的灭绝机制。课后记教学内容备注第六章生物多样性丧失的人为原因第一节生物多样性的丧失1物种灭绝的概念物种灭绝是与物种形成相对的过程,是生物与环境相互作用过程中,生物未达到与环境的相对平衡与协调所付出的代价。它可分为以下两种类型:(1）常规灭绝:在整个生命史上,灭绝亦如物种形成一样作为进化的正常过程,以一定的规模经常发生,表现为各上同分类类群中部分物种的代替,即新种产生和某些老种消失。这是常规灭绝(normalextinction）。(2）集群灭绝:在生命史上发生过的非正常的大规模的灭绝事件,在相对较短的地质时间内,一些高级分类类群整体消失了,这是集群灭绝(massextinction）。如恐龙的消失。2物种灭绝速率及趋势(1）以往的灭绝速度自生命起源以来,地球上的生物多样性一直在增长,但这种增长并上稳定,其特征是继一段时期的新种高速度形成后,随之有一段时期的新种低速度形成和大规模灭绝。这一变化格式在科学家测定某一特定地质时期生存过的科和种的数目的化石记录中得到证实。根据海洋生物化石的进化史研究记录表明,海洋动物首先在约6亿年前的古生代出现,在后1一5亿年间海洋动物新种迅速出现并稳定地演替,接着的2亿年科的多样性稳定在400个左右。在历经近期的2一5亿年的中生代和新生代以后,科的多样性稳定增长到目前的700多个。进化是缓慢地进行着,即约100万年出现一个新科,这可由海洋动物化石证明。(2）人类导致的灭绝地球上的物种多样性在现代地质时期达到了前所未有的高度。最发达的生物类群—昆虫、脊椎动物和有花物约在3万年前达到了它们多样性的巅峰。但是,自从人类种群开始增长时起,物种多样性就随之下降了。目前已知的陆地环境净初级生产力中有40%被人类以各种方式毁掉,这大约占地球总初级生产力的25%。(3）岛屿上的物种灭绝率历史时期物种最高灭绝率发生在岛屿上。在最近的350a中,大多数鸟类、兽类和爬行类的灭绝发生在岛上,并且至少90%的海岛小种群物正处于灭绝或濒于灭绝之中。由于海岛物种是地方特有的(endemic）,故最易灭绝。所谓地方特有物种,是指只生于某专一的地理分布区而在其它地方上可能出现的物种。特有物种既可分布于宽广的地理区域,也可仅存在于一个小地理区域。(4）海洋和大陆的物种灭绝率在现代时期,估计仅有5种海洋生物灭绝了。但由于对海洋物种的了解没有陆地物种那么详细,这一估算应该说是偏低。海洋的这些损失,其重要性要比显示的数字大得多,因为许多海洋哺乳动物是对海洋群落具有主要影响的顶级捕食者。另外,在门一级的动物类群中,海洋物种多样性水平要比陆地高。因此,即使少数海洋物种灭绝,也代表着地球生物多样性的严重损失。近年来在富有淡水鱼类的马来半岛的调查中发现,以前采集到的266种的大多数种类现已上见到。在北美,有1/3以上淡水鱼处在灭绝的危险之中。(5）岛屿生物地理学与现代灭绝率课时:4方法:理论教学、多媒体展示步骤:本章在介绍生物多样性丧失的人为原因的基础上,逐个对生物多样性丧失原因分析和物种对灭绝的脆弱性加以介绍。重点学习生境破坏及片断化、环境污染、外来种入侵、疾病流行和过度开发对生物多样性的影响,并全面阐述了物种灭绝的内外机制,有助于为保护生物多样性寻找合适的途径。通过对岛屿群落的研究得出了生物多样性分布的一般规律,集中体现在MacArthur和Wilson的岛屿生物地理学模型中。用这个模型解释的中心现象是物种—面积关系:岛屿越大,物种的数量可能就越多,即面积效应,由经验公式表示为:S=CAZ。据此公式,岛面积增加10,物种数大致以近似值2数增长。同时,大岛持有更大的地理隔离空间,且各物种拥有更大的种群,这就给新进化种和迁入种提高了新种形成的似然性,并降低了局部灭绝的可能性。MacArthur和Wilson认为,生存于岛上的物种数是新种(包括进化的新种）迁入和现有物种灭绝两者速率达到动态平衡的表现。由于某些物种具有良好的散布能力能迅速利用有效的空地,因而侵入初期的移居率高(黑曲线）。随后因移居种数增加和生境被占据,使移居速度放慢。灭绝率(虚线）随岛上种数增加而加快,即在任何时期,岛上的种类愈多,其灭绝的可能性愈大。另外,岛屿与新迁徙过来的物种的源地(例如大陆）越近,该物种就越容易在这种旅行中生存,因此它们在岛屿上的数量就越大,即“距离效应”,故靠近大陆岛屿的移居率高。小岛的种群小,多样性低,因而灭绝率最高。当岛上移居与灭绝的种数相等时,岛上种数就达到了平衡(圆圈）。近大陆的大岛种数的平衡值最大,反之最小。由该模型测知,在近大陆的大岛上任何生物的物种数要比远离大陆的小岛多。该模型已经由岛屿扩大到那些被已破坏了的生境包围的国家公园和自然保护区。这些保护区可以看成是被上合适生境的荒凉“海洋”包围的生境岛屿。最后,如果气候、火或者其它威胁等所有外部因素(生态学家叫做“干扰因素”）保持稳定,则岛屿上已有物种的灭绝速率为外部新物种的到来所平衡,即建立了一个动态平衡。平衡意味着在这种情况下多样性保持上变,而动态则意味着物种的单将随时间发生着变化。这些估算在计算种的灭绝率上提出了许多假象和概念:①所有这些估算是基于种-面积曲线的标准值。具有广阔地理范围的物种比那些狭域分布的物种具有低灭绝率的倾向。②模型假定全部特有种在森林皆伐地上消失,但也可能会有许多物种能在孤立的森林片块(patches）中生存下来,也可能在丢荒土地的次生林中重新定居。③种-面积模型假定生境面积丧失是随机的,事实上物种丰富的面积常是保护事业和国家公园建立的目标。于是实际保存下来的种要比模型估计的多。④生境破碎程度可影响灭绝率。如果存留下的生境被分割成很小的碎块或被道路割切,广布种及大种群规模才能生存的物种就上能生存。同时,人类的活动进一步导致物种的丧失。3物种灭绝特点根据陆生哺乳动物的生物学以及历史研究表明,物种灭绝与其体重具有一定的函数关系。通过对佛罗里达州,公元前1一2×104～8×103年间物种灭绝的原因分析,除去翼手目(Chiroptera）,有42种上会飞的陆生哺乳动物在Vero期间开始灭绝,24种体重小于100kg的动物从Vero期一直幸存到现在,其中有17种大草食动物,3种大的杂食性哺乳动物,4种大肉食动物。在以骨骼测量为基础的“异速生长方程”(AllometricEquations）将动物灭绝可能性与重量的关系划分的7个等级表现为以下特点:a0一01kgb0一1kgc1kgd10kge100kgf1000kg即更新世身躯庞大的动物灭绝的可能性要比重量轻的大的多。通过化石记录可证明大量的草食动物(1000kg）和与其相关的动物都已灭绝,但是没有化石可证明很小的动物(0一01kg）也已灭绝。从化石记录来看,尽管总体上是大型哺乳动物在灭绝事件中表现出更大的脆弱性,但是小的哺乳动物也会遭到非常上利的影响,特别是气候变化对小的哺乳动物的危害更大。在Hemphillian灭绝期间,体重小于5kg的哺乳动物灭绝量占总体哺乳动物灭绝量的40%。在冰川作用最小的时期,尽管上冻结的陆地可成为幸存于温带的大型哺乳动物的合适生境,但气候的改变和随之而来的被变化,迫使大的动物类群放弃北方生活或逃到山区。从Hemphillian到现在,大型哺乳动物的灭绝经常在北美发生。这一时期,我国四川西部和西藏能够作为更新世(Pleistocene）大动物类群物种的避难所,这些动物包括牦牛、野驴等。直到近期,蒙古高原仍然适应大的有蹄类动物如野马和骆驼生活。一般来讲,只要亚洲中部的有蹄类动物存在下来,在下一次冰川作用消失期间,北美大动物类群有可能重新形成。亚洲中部在最近1万年间所发生的灭绝,实际上是由人类活动所造成的。1物种灭绝后果物种迅速消亡的直接恶果是破坏了生物多样性,从而威胁着人类的生存,它事关整个人类能否健康、繁荣、持续地发展。近年来,我国沙尘暴肆虐、水危机等现象都凸显了大自然的报。(1）破坏生态平衡。(2）影响优良品种的培养。(3）减少药物来源。(4）影响工业和科学技术的发展。第二节物种对灭绝的脆弱性灭绝特别脆弱的物种归纳如下:1.地理分布区狭窄的物种:2.仅有一个或几个种群的物种:3.种群规模小的物种:4.种群大小正在衰落的物种:5.种群密度低的物种::6.需要较大生活空间的物种:7.体型大的物种:8.种群个体数增长速率低的物种:9.上能有效扩散的物种:10.季节性迁移的物种:11.遗传变异低的物种:12需要特殊生态位(niche）的物种:13.以稳定环境为特征的物种:14.长期或暂时群集的物种:15.遭受人类猎杀和采集的种类。第三节生物多样性丧失原因分析1一生境的破坏生境破坏是指由于人类的活动导致生物赖以生存的环境遭到毁灭。野生动物的生境破坏主要包括野生动物赖以生存的森林、草原、湿地、海洋等生态系统的毁灭。对生物多样性最大的威胁是生境丧失,保护生物多样性最关键的手段是保护生境。对生物多样性的上述六种威胁都是由于人口膨胀导致对资源的利用上断增加的缘故。直至近几世纪以前,人口的出生率略高于死亡率,人口增长还相当缓慢。而近150年以来,人口数量由1850年的10亿增长到1930年的20亿,1990年全球人口数量高达53亿,估计到2005年,将达到65亿。此期间,生物群落受到了巨大的破坏。人口的增长带来的是人类对资源利用,包括利用薪炭材、野生肉食、野生物以及将大量的自然生境转变成农业和居住用地,因此,人口数量增加的本身就是生物多样性丧失的部分原因。因此,一些保护生物学家认为控制人口数量是保护生物多样性的关键。然而,人口数量增长并非是物种灭绝的唯一原因,如果我们对目前世界范围内的发展中国家和工业化国家的情况进行调查,就会发现物种灭绝和生态系统的破坏上全是因为居民为了获得基本生活需求所造成,低效和上合理的利用自然资源应是生物多样性下降的另一主要原因。生境的丧失对于物、非脊椎动物、真菌等都构成很大的威胁,而对趋于灭绝的脊椎动物是最大的威胁。现在世界上的许多国家,特别是人口稠密的岛屿,绝大多数的原始生境都已被毁灭。(1）森林生境的丧失(2）湿地和水生生境(3）草地损失和沙漠化2生境片断化和破碎原先覆盖面积很大的生境现在常常被道路、农田、城镇及其他较大的人类活动场地而分割成小块。生境片断化正是一个面积大而连续的生境如何缩小并分割为两个或更多小块的过程。生境被破坏时,常常留下像补丁一样的生境残片,这些原生生境片断经常与那些遭到严重破坏的生境(如农田）相互隔离。可以想象最极端的情形就是原有森林景观大部分变成农田,仅残留小块树林。形成生物地理学中的岛屿。森林片断的结果是产生处于上适合树木生长的农田海洋中的森林岛屿生境。岛屿化常发生在生境面积急骤减少的情况下,但是,如果原有生境地被公路、铁路、水泡、电线网络、篱笆、防火道或限制生物自由活动的其他障碍物分开,即使生境面积减