书城自然科学(探究式科普丛书)解读人类与地球
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第6章 神奇的地球结构(5)

脊椎动物包括鱼类、爬行类、鸟类、两栖类、哺乳类五大类。

无脊椎动物包括原生动物、扁形动物、腔肠动物、棘皮动物、节肢动物、软体动物、环节动物、线形动物八大类。无脊椎动物占世界上所有动物的90%以上。

(1)我国濒临灭绝的动物

国宝大熊猫。大熊猫是一种以竹叶为主的食肉目动物,非常古老,有“活化石”之称。现仅分布在我国四川、陕西、甘肃约40个县境内的群山叠翠的竹林中。人类活动范围的扩大,使其食物与配偶资源贫乏,近亲繁殖严重、体质下降、抗病力弱。目前总数仅仅1000只,被列为我国一级保护动物。

金丝猴。我国的金丝猴包括川、滇、黔三种。滇金丝猴数量仅千余只,黔金丝猴数量才700多只。川金丝猴分布在四川、陕西、湖北及甘肃,深居山林,结群生活。

这三种金丝猴都是我国一级保护动物。它们都面临盗猎、伐木、毁林开荒、生境退缩的威胁。

(2)动物濒临灭绝的原因

一切自然物种及其群落都与所在地域的环境条件相适应,只要条件不变,就能长期生存,即使发生扩散或缩减,其历程也是缓慢和逐渐改变的。但是随着人类活动的加剧,却打破了这千古不变的平衡,导致物种的灭绝以及动物的生存环境的丧失、退化。

人类的活动使全球森林面积百年之内减少了50%,这种毁灭性的活动导致许多物种失去相依为命、赖以为生的生活环境,沦落到灭绝的境地,而且这一事态今天仍在持续。在濒临灭绝的脊椎动物中,有67%的物种遭受生存环境的丧失、退化与破碎的威胁。在灭绝的物种中,迁徙能力差的两栖类爬行类及无处迁徙的岛屿物种更为明显。

人类过度的开发

在濒临灭绝的脊椎动物中,有37%的物种受到了过度开发的威胁,许多野生动物因被作为“皮可穿、毛可用、肉可食、器官可入药”的开发利用对象而遭灭顶之灾。

大象、犀牛、老虎、熊、鸟、海豹、藏羚羊以及鲸鱼等都遭到了大肆的捕杀。

人类的盲目引种

人类的盲目引种对濒危、稀有脊椎动物的威胁程度达19%,对岛屿物种则更是致命的。

公元400年,波利尼西亚人进入夏威夷,并引入鼠、犬、猪,使该地半数的鸟类(44种)灭绝了。1778年,欧洲人又带来了猫、马、牛、山羊,新种类的鼠及鸟病,加上砍伐森林、开垦土地,又使17种本地特有鸟灭绝了。人们引进猫鼬是为了对付以前错误引入的鼠类,不料,却将岛上不会飞的秧鸡吃绝了。

环境污染

化工产品、汽车尾气、工业废水、有毒金属、原油泄漏、固体垃圾、去污剂、制冷剂、防腐剂、水体污染、酸雨、温室效应……甚至海洋中军事演练及船舶的噪声污染都在干扰着海洋鱼类的行为和取食能力。

科学家发现,对环境质量高度敏感的两栖类爬行类动物,正在大范围地消失。温度的增高、紫外线的强化、栖息地的分割、化学物质横溢等等,都对动物的生存和发展构成了严重的威胁。

6.细小的微生物

微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体。它个体微小,却与人类的生活密切相关。

微生物在自然界中可谓“无处不在,无处不有”,涵盖了有益有害的众多种类,并涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。

生物界的微生物多达几万种,大多数的微生物对人类有益,只有一少部分能致病。有些微生物通常不致病,但在特定环境下会引起感染。有的微生物能引起食品变质、腐败。正因为它们分解自然界的物体,才能完成大自然的物质循环。

(1)微生物与人类的关系

微生物的分布很广泛,它们对人类的生产生活有一定的积极作用,但也有不好的一面。

一方面,在生物圈内的物质循环过程中,作为分解者的微生物和生产者共同推动着生物圈内的物质循环,使生态系统保持平衡。

有些有益的微生物可用来生产奶酪、面包、泡菜、啤酒和葡萄酒等。一些微生物还被广泛地应用于工业发酵,生产乙醇及各种酶制剂等。

生物除污在环境污染治理中潜力巨大,微生物参与治理则是生物除污的主流。微生物还能降解塑料、分解纤维素等物质、处理废水废气以及土壤改良等。

另外,一部分微生物有益于人体健康。人体肠道中含有很多种微生物,其中主要有大肠杆菌、变形菌、乳酸杆菌和螺旋体等。

人体为这些微生物提供了良好的栖息场所,而这些细菌在肠道中能合成多种维生素和氨基酸以供人体吸收利用。

另一方面,微生物导致传染病的流行。在人类疾病中,有50%是由病毒引起,例如流行性感冒病毒。每次流感大流行时,流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异。这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。

腐烂性的微生物能引起食品气味和组织结构发生不良变化,造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂。微生物会侵蚀工业产品,使之老化变质,造成一些设备的失灵。

(2)人类对微生物的利用

人类对微生物具体而直接的认识,是在发明了显微镜以后才真正开始的。显微镜使人们清楚地看见了这些微小的生命。在人类已知的1400种细菌中,只有150种是危害人类或植物、饲养动物的病菌。

人类在史前时期就已经发现并能够利用微生物为自己制造一些常用食品了。

相传在公元前2000多年,埃及人已酿造出了葡萄酒。中国用谷物酿酒大概开始于新石器时代。

山东大汶口文化晚期已出现陶樽等饮酒器具。古书中曾记载:“仪狄作酒,禹饮而甘之。”,春秋时期中国已开始酿醋,周朝时酱油业就已很发达。

中国的白酒中有一种曲酒,是用酒曲酿造的酒。曲是培养酵母和霉菌等微生物的谷物。曲的发明和制曲技术的不断改进,是中国制酒工业上的一项伟大成就。

曲酒在医学和发酵食品方面也有十分重要的作用。成书于公元前500多年间的《左传》已有用“麦曲”治病的记载。到公元5世纪,在北魏贾思勰所着的《齐民要术》中就详细地记载了制曲和酿酒的技术。虽然当时人们并不知道酒是经过酵母发酵而成的,也不知道微生物的存在,但却能利用微生物的作用,制成酒、酱、醋和豆豉等发酵食品。

法国医生巴斯德并不是病菌的最早发现者,但却开辟了微生物领域,并作出了突出的贡献。

他用一生的精力证明了三个科学问题:

(1)每一种发酵作用都是由于一种微生物的发展。这位法国化学家发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的恼人的微生物。很快,“巴氏杀菌法”便开始应用在各种食物和饮料上。

(2)每一种传染病都是一种微生物在生物体内的发展。由于发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,巴斯德拯救了法国的丝绸工业。

(3)带传染病的微菌,在特殊的培养之下可以减轻毒力,使它们从病菌变成防病的疫苗。他意识到许多疾病均由微生物引起的,于是建立起了细菌理论。

现在,微生物已广泛应用在食品工业和医药工业上。人类日常生活中随处可见的酸奶、酱油、醋、味精等食品以及抗生素药、激素、疫苗等药品,都是利用微生物发酵制成的。

7.生态系统

我们知道,生态系统是指在一定的空间和时间范围内,在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间,通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。

例如,绿色植物利用微生物活动从土壤中释放出氮、磷、钾等营养元素,食草动物以绿色植物为食物,肉食性动物又以食草动物为食物。各种动植物的残体则既是昆虫等小动物的食物,又是微生物的营养来源。

微生物活动的结果则是释放出植物生长所需要的营养物质。

经过长期的自然演化,每个区域的生物和环境之间、生物与生物之间,都形成了一种相对稳定的结构,具有相应的功能形态。

(1)生态系统特征

生态系统不论是自然的还是人工的,都具下列共同特性:

生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位,是生态学研究的最高层次。

生态系统内部具有自我调节能力。其结构越复杂,物种数越多,自我调节能力越强。

能量流动、物质循环是生态系统的两大功能。

生态系统营养级的数目因为生产者固定能值的限制及能量流动过程中能量的损失,一般不超过5~6个。

生态系统是一个动态系统,要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。

(2)生态系统的组成

生态系统有四个主要的组成部分:非生物环境、生产者、消费者和分解者。

非生物环境包括:气候因子(如光、温度、湿度、风、雨雪)、无机物质(如碳、氢、氧、氮、二氧化碳及各种无机盐等)、有机物质(如蛋白质、碳水化合物、脂类和腐殖质等)。

生产者主要指绿色植物,也包括蓝绿藻和一些细菌,是能利用简单的无机物质制造食物的自养生物。生产者在生态系统中起主导作用。

消费者主要指以其他生物为食的各种动物,包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。

分解者主要是细菌和真菌,也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁或秃鹫等大型腐食性动物。

生产者、消费者和分解者与他们所生活的环境一起,构成了一个生态系统:生产者从无机环境中摄取能量,合成有机物;生产者被一级消费者吞食以后,将自身的能量传递给一级消费者;一级消费者被捕食后,再将能量传递给二级、三级……最后,当生物死亡以后,分解者将它们再分解为二氧化碳、水和一些简单化合物,归还给自然环境,供植物再利用。

(3)生态系统的结构

生态系统的结构可以从两个方面理解。

一是形态结构,如生物种类、种群数量、种群的空间格局、种群的时间变化以及群落的垂直和水平结构等。形态结构与植物群落的结构特征相一致。二为营养结构。营养结构是以营养为纽带,把生物和非生物紧密结合起来的功能单位,构成以生产者、消费者和分解者为中心的三大功能类群。它们与环境之间发生密切的物质循环和能量流动。

能量是生态系统的基础,一切生命都存在着能量的流动和转化。

没有能量的流动,就没有生命和生态系统。

食物链是指植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中的传递。

一般食物链是由4~5个环节构成的,如:草→昆虫→鸟→蛇→鹰。

但在生态系统中,生物之间的取食和被取食的关系错综复杂,这种联系像是一个无形的网把所有生物都包括在内,使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系,这就是食物网。

一般而言,食物网越复杂,生态系统抵抗外力干扰的能力就越强,反之亦然。在任何生态系统中,都存在着两种最主要的食物链,即捕食食物链和碎屑食物链,前者是以活的动植物为起点的食物链,后者则以死生物或腐屑为起点。在大多数陆地和浅水生态系统中,腐屑食物链是最主要的。如一个杨树林的植物生物量除6%是被动物取食处,其余94%都是在枯死凋落后被分解者所分解。

一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种群的总和。

在对生态系统的能量流动进行分析时,为了方便,常把每一生物种群置于一个确定的营养级上。

生产者属于第一营养级,植食动物属于第二营养级,第三营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物。一般一个生态系统的营养级数目为3~5个。

生态金字塔是指各个营养级之间的数量关系。这种数量关系可以采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,分别构成生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。

生态系统的物质循环又称为生物地球化学循环,是指地球上各种化学元素从周围的环境到生物体,再从生物体回到周围环境的周期性循环。

能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程。它们使生态系统各个营养级之间和各种组成成分之间组织为一个完整的功能单位。

但是能量流动和物质循环的性质不同,能量流经生态系统最终以热的形式消散,能量流动是单方向的,因此生态系统必须不断地从外界获得能量;而物质的流动是循环式的,各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境。同时两者又是密切相关不可分割的。

(4)生态系统的主要形式

生态系统的范围有大有小。地球上最大的生态系统是生物圈,它包括地球上的全部生物及其无机环境。在生物圈这个最大的生态系统中,还可以分出很多个生态系统。例如一片森林、一块草地、一个池塘、一块农田、一座城市等,都可以各自成为一个生态系统。

陆地上最大的生态系统是森林生态系统。我国最大的生态系统是草原生态系统。

①森林生态系统

森林生态系统分布在湿润或较湿润的地区。其主要特点是动物种类繁多,群落结构复杂,种群的密度和群落的结构能够长期处于较稳定的状态。

森林中的植物以乔木为主,也有少量灌木和草本植物。森林中还有种类繁多的动物。森林中的动物由于在树上容易找到丰富的食物和栖息场所,因而营树栖和攀缘生活的种类特别多,如犀鸟、树蛙、松鼠、貂、蜂猴、眼镜猴和长臂猿等。

森林不仅能够为人类提供大量的木材和多种林副业产品,而且在维持生物圈的稳定、改善生态环境等方面起着重要的作用。