Skip to main content
Global

4: 生态概述

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    173195

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    生态研究水平

    在研究生物学等学科时，将其细分为较小的相关领域通常会很有帮助。 例如，对细胞信号传导感兴趣的细胞生物学家需要了解信号分子（通常是蛋白质）的化学成分以及细胞信号传导的结果。 对影响濒危物种生存的因素感兴趣的生态学家可能会使用数学模型来预测当前的保护工作如何影响濒危生物。 为了制定一套合理的管理方案，保护生物学家需要收集准确的数据，包括当前的种群规模、影响繁殖的因素（如生理和行为）、栖息地要求（例如植物和土壤）以及人类对濒危种群的潜在影响它的栖息地（可能是通过社会学和城市生态学研究得出的）。 在生态学学科中，研究人员在四个特定层面上工作，有时是分散的，有时是重叠的：生物、种群、群落和生态系统（图\(\PageIndex{a}\)）。

    由三个方框组成的流程图显示了活生物体的层次结构。 顶框标有 “生物、种群和群落”，上面有一张森林中高大树木的照片。 第二个方框标有 “生态系统”，上面有一张水体的照片，后面是一群高大的草，随着与水的距离增加，它们会发展成更密集的植被和树木。 第三个方框标有 “生物圈”，展示的是行星地球的画作。

    图\(\PageIndex{a}\)：生态学家在组织的多个生物学层面上进行研究。 （来源 “生物”：修改 “Crystl” /Flickr 的作品；来源 “生态系统”：美国鱼类和野生动物管理局总部汤姆·卡莱尔对作品的修改；来源 “生物圈”：美国宇航局）

    生物生态学

    研究生物层面生态学的研究人员对使个人能够生活在特定栖息地的适应措施感兴趣。 这些适应可以是形态学、生理学和行为上的。 例如，卡纳蓝蝴蝶（Lycaeides melissa samuelis\(\PageIndex{b}\)）（图）被认为是专家，因为雌性优先在野生羽扇豆上产卵（即产卵）。 这种优先适应意味着卡纳蓝蝴蝶高度依赖野生羽扇豆植物的存在才能继续生存。

    照片描绘了一只卡纳蓝蝴蝶，它有浅蓝色的翅膀，边缘有金色的椭圆形和黑点。

    人物\(\PageIndex{b}\)：卡纳蓝蝴蝶（Lycaeides melissa samuelis）是一种稀有蝴蝶，它只生活在树木或灌木很少的空旷区域，例如贫瘠的松树和橡树稀树草原。 它只能在羽扇豆植物上产卵。 （来源：USFWS J & K Hollingsworth 对作品的修改）

    孵化后，幼虫会出现，花四到六个星期的时间只吃野生羽扇豆（图\(\PageIndex{c}\)）。 大约四周后，毛毛虫会化脓化（发生变态），变成蝴蝶。 成年蝴蝶以野生羽扇豆和其他植物物种的花蜜为食。 有兴趣在生物层面研究卡纳蓝蝴蝶的研究人员除了询问有关产卵的问题外，还可能询问有关蝴蝶的首选温度（生理问题）或毛虫处于不同幼虫阶段时的行为的问题（a行为问题）。

    这张照片描绘了一朵野羽扇豆花，它又长又薄，蛤形的花瓣从中心散发出来。 花的下三分之一是蓝色，中间是粉色和蓝色，顶部是绿色。

    图\(\PageIndex{c}\)：野生羽扇豆（Lupinus perennis）是 Karner 蓝蝴蝶的寄主植物

     

    种群生态学

    种群是一组杂交生物，它们是同一物种的成员，同时生活在同一区域。 （属于同一物种的全部成员的生物被称为同种生物。） 人口在一定程度上是根据其居住地来识别的，其人口面积可能有自然或人为的边界：自然边界可能是河流、山脉或沙漠，而人工边界的例子包括割过的草、人造建筑物或道路。 人口生态学研究侧重于一个地区的人数以及人口规模如何以及为何随着时间的推移而变化。 例如，种群生态学家对计算卡纳蓝蝴蝶特别感兴趣，因为它被列为联邦濒危物种。 但是，该物种的分布和密度在很大程度上受到野生羽扇豆的分布和丰度的影响。 研究人员可能会询问导致野生羽扇豆减少的因素以及这些因素如何影响卡纳蓝蝴蝶。 例如，生态学家知道，野生羽扇豆在空旷地区茁壮成长，那里几乎没有树木和灌木。 在自然环境中，间歇性的野火会定期清除树木和灌木，这有助于维持野生羽扇豆所需的空旷区域。 数学模型可用于了解人类对野火的抑制是如何导致卡纳蓝蝴蝶这种重要植物衰落的。

    社区生态

    生物群落由一个区域（通常是三维空间）内的不同物种以及这些物种内部和之间的相互作用组成。 社区生态学家对推动这些互动的过程及其后果感兴趣。 关于同种相互作用的问题通常集中在同一物种的成员之间争夺有限资源上。 生态学家还研究各种物种之间的相互作用；不同物种的成员被称为异种物种。 异种相互作用的例子包括捕食、寄生、草药象牙、竞争和授粉。 这些相互作用可以对种群规模产生调节作用，并可能影响影响多样性的生态和进化过程。

    例如，卡纳蓝蝴蝶幼虫与蚂蚁形成互惠关系。 互惠主义是一种长期关系形式，它在两个物种之间共同进化，每个物种都从中受益。 为了使单个生物之间存在互惠主义，由于这种关系，每个物种都必须从另一个物种那里获得一些好处。 研究人员表明，当蚂蚁照料卡纳蓝蝶幼虫（毛毛虫）时，存活概率会增加。 这可能是因为幼虫在每个生命阶段被蚂蚁照料时花费的时间更少，这为幼虫提供了优势。 同时，卡纳蓝蝴蝶幼虫会分泌一种富含碳水化合物的物质，这是蚂蚁的重要能量来源。 卡纳蓝幼虫和蚂蚁都受益于它们的相互作用。

    生态系统生态

    生态系统生态学是生物、种群和社区生态学的延伸。 生态系统由一个区域中的所有生物成分（生物）以及该区域的非生物成分（非生物）组成。 一些非生物成分包括空气、水和土壤。 生态系统生物学家询问有关养分和能量是如何储存的，以及它们如何在生物以及周围的大气、土壤和水中移动的问题。

    卡纳蓝蝴蝶和野生羽扇豆生活在橡树松贫瘠的栖息地中。 该栖息地的特点是自然干扰和氮含量低的营养贫乏土壤。 养分的供应是生活在该栖息地的植物分布的重要因素。 对生态系统生态学感兴趣的研究人员可能会询问有限资源的重要性以及营养素等资源的流动，尽管是生态系统的生物和非生物部分。

    职业联系：生态学家

    生态事业为人类社会的许多方面做出了贡献。 了解生态问题可以帮助社会满足人类对食物、住所和医疗保健的基本需求。 生态学家可以在实验室和室外的自然环境中进行研究（图\(\PageIndex{d}\)）。 这些自然环境可以像穿过校园的溪流一样离家很近，也可以远至太平洋底部的热液喷口。 生态学家管理自然资源，例如用于狩猎的白尾鹿种群（Odocoileus virginianus）或用于纸张生产的白杨（Populus spp.）木材。 生态学家还担任教育工作者，在包括大学、高中、博物馆和自然中心在内的各种机构教授儿童和成人。 生态学家也可以担任咨询职务，协助地方、州和联邦决策者制定生态上无害的法律，也可以自己制定这些政策和立法。 要成为生态学家，需要本科学位，通常是自然科学专业。 根据所选择的生态学领域，本科学位之后通常是专业培训或高级学位。 生态学家还应具有广泛的物理科学背景，并在数学和统计学方面有坚实的基础。

    这张照片显示一个女人看着一个门开着的小笼子。 笼子坐落在短草原草地上，旁边是一个边缘有泥土的洞。 后台坐着第二个封闭的笼子。

    图\(\PageIndex{d}\)：作为研究的一部分，这位景观生态学家正在向其原生栖息地释放一只黑脚雪貂。 （来源：USFWS Mountain Prairie Region，NPS）

    归因

    由 OpenStax 的《生态与生物圈》中的 Melissa Ha 和 Rachel Schleiger 修改（获得 CC-BY 许可）