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生物对环境的适应

时间:2021-01-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:生物为了能够在某一环境更好地生存繁衍,不断地从形态、生理、发育或行为各个方面进行调整,以适应特定环境中的生态因子及其变化。与这种黑色背景相对应,浅色的桦尺蛾非常醒目。逐渐地,该地区桦尺蛾种群当中的黑色变异个体变为占优势,因为黑色个体在黑色树干环境下能够得到更好的隐蔽,逃避捕食而得到生存。对动物而言,由于生活在不同的环境下,同样存在生态型的分化。
生物对环境的适应_环境生态学

2.2.4 生物对环境的适应

1.适应的概念与类型

适应具有许多不同的含义,但主要是指生物对其环境压力的调整过程。生物在与环境的长期相互作用中,形成一些具有生存意义的特征,生物依靠这些特征能免受各种环境因素的不利影响,同时还能有效地从其生境中获取所需的物质、能量,以确保个体发育的正常进行,自然界的这种现象称为生态适应(ecological adaptation)。

适应(adaptation)是指生物对其环境压力的调整过程。生物为了能够在某一环境更好地生存繁衍,不断地从形态、生理、发育或行为各个方面进行调整,以适应特定环境中的生态因子及其变化。生物对环境的生态适应可概括为:①进化适应(evolutionary adaptation),生物通过漫长的过程,调整其遗传组成以适合于改变的环境条件;②生理适应(physiological adaptation),生物个体通过生理过程,调整以适应于气候条件、食物质量等环境条件的改变;③学习适应(adaptation by learning),生物通过学习、行为以适应于多种多样的环境改变。

适应可以使生物对生态因子的耐受范围发生改变。自然环境的多种生态因子是相互联系、相互影响的,因此,对一组特定环境条件的适应也必定会表现出彼此之间的相互关联性,这一整套协同的适应特性就称为适应组合(adaptive suite)。

应当强调的是,无论生物通过哪一种适应方式来调整、扩大它们对生态因子的耐受范围,或生存在更多的复杂环境当中,都不能逃脱生态因子的限制。耐受极限只能改变而不能去除,因此,生物的生理状态和分布会由于它们对特定生态因子耐受范围的有限性而受到限制。生物对特定生态因子的耐受范围由该生物的遗传结构所决定,因此是生物的物种特性。例如,厩蝇(Stomoxys calcitrans)对温度的耐受范围是14~32℃,家蝇(Musca domestica)对温度的耐受范围则是20~40℃。

桦尺蛾(Biston betularia)的工业黑化就是基因型适应的实例。刚开始的时候,桦尺蛾是浅色的,并且能够隐蔽在有地衣覆盖的浅色树干环境当中。但是随着当地的工业化,树干被工厂排出的烟雾逐渐熏成黑色。与这种黑色背景相对应,浅色的桦尺蛾非常醒目。逐渐地,该地区桦尺蛾种群当中的黑色变异个体变为占优势,因为黑色个体在黑色树干环境下能够得到更好的隐蔽,逃避捕食而得到生存。经过如此的一个进化过程,这种昆虫适应了其栖息地的改变(图2-5)。

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图2-5 桦尺蛾的工业黑化

骆驼(Camelus ferus)是对沙漠环境进行适应组合的最好例子。和其他沙漠动物一样,骆驼能够高度浓缩尿液、干燥粪便以减少水分丧失,还能够在清晨取食含有露水的植物嫩叶或取食多汁植物以获得更多的水分。骆驼耐受沙漠条件的能力表现在能够耐受脱水和外界较大的昼夜温差。

骆驼在夏季的沙漠中能够耐受使体重减少25%~30%的脱水。其他哺乳动物,如狗和大鼠,在温和条件,当脱水程度达到体重减轻12%~14%时就会死亡。动物体内的血浆容积一旦下降会使心血管系统发生严重阻碍,从而使体液向体表传导热量的速度减缓,因此,高温条件下会引起生命危险。而骆驼脱水时,其血浆容积的减少比其他动物小。

骆驼能够耐受外界较大的昼夜温差,起着贮热库的作用,可以限制蒸发失水。在缺水条件下,骆驼白天最高体温可达到40℃,夜晚体温可降至34℃,存在着6℃的昼夜温差(图2-6)。骆驼耐受较大的昼夜温差可以减少失水。因为,白天的环境温度较高,如果骆驼要保持体温恒定,一定要靠蒸发水分才能把热量散发掉。骆驼白天让体温增高,贮存热量,意味着减少了蒸发失水。例如,500kg的骆驼比热容为3.35J/(g·℃),体温升高6℃,就意味着可以贮存大约10000kJ的热。若要蒸发和散发这些热量,需要消耗多于4L的水。夜晚环境温度较低,骆驼可以通过传导和辐射散发体热,以代替蒸发。让体温在白天上升的附带利益是降低了热量从环境向骆驼传导的梯度

2.生态型与生活型

1)生态型

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图2-6 骆驼在得不到饮水时肛温可出现高达5~6℃的昼夜波动;在饮水情况下,体温的昼夜波动小得多

(仿哈迪,1984)

生态型是生物适应外界环境的一种重要类型。同种生物的不同个体,由于长期生活在不同的自然生态条件和人为培育条件下,会发生趋异适应。经过自然选择和人工选择分化形成的形态、生理、生态特性不同的可以遗传的类群,称为生态型(ecotype)。生态型是同一种生物对不同环境条件趋异适应的结果。

同一种内的不同生态型,有的可在形态上表现出差异,有的可能只在生理或生化上有差异,形态上并没有差异。这种差异的形成主要是生态因子对种内许多基因型选择和控制的结果。根据形成生态型的主导因子的不同,植物的生态型可分为气候生态型、土壤生态型和生物生态型。

(1)气候生态型。它主要是由于长期受气候因素(如光周期、气温和降水等)影响所形成的生态型。例如水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态型。

(2)土壤生态型。在不同土壤水分、温度和土壤肥力等自然和栽培条件影响下形成的生态型。例如水稻和陆稻主要是由于土壤水分条件不同而分化形成的土壤生态型;作物的耐肥品种或耐瘠品种,是与一定的土壤肥力相适应的土壤生态型。

(3)生物生态型。同种生物的不同个体群,长期生活在不同的生物条件下也会分化形成不同的生态型。例如对病虫害具有不同抗性的作物品种,可看作不同的生态型。

对动物而言,由于生活在不同的环境下,同样存在生态型的分化。例如我国猪的品种,按照地理及生态条件大致分为华北、华中、江淮、华南、西南和高原六个生态型。自北向南,猪的品种在形态和生态特性方面的变化趋势是:体型由大而小;鬃毛由密而疏,绒毛由多而稀或无;背腰由平直逐渐凹陷;脂肪比重逐渐增加;繁殖力以江淮型、华中型较强;毛色由黑而花;地理上西南的猪种大多耐粗饲,抗性强,生产力不高,特别是高原型的藏猪。

内温动物身体突出的部分,如四肢、尾巴、外耳等在气候寒冷的地方有变短的趋向。分布于不同地区的狐狸是一个很好的例子。沙漠地区的狐狸具有最大的耳朵,温带地区的狐狸耳朵大小适中,北极狐的耳朵最小(图2-7)。

2)生活型

不同种生物,由于长期生存在相同的自然生态和人为培育环境条件下,发生趋同适应,并经自然选择和人工选择后形成的,具有类似形态、生理和生态特征的物种类群,称为生活型(life form)。

植物的生活型主要从形态外貌上进行划分(见4.3.1)。在不同的气候生态区域,生活型的类别组成是不同的。例如:在热带潮湿地区,以高位芽植物为主,乔木和灌木占大多数,附生植物也较多;在干燥炎热的沙漠地区和草原地区,以一年生植物占的比重最大;在温带和北极地区,则以地面芽植物占的比重最大。

不同种类的动物长期生活在相同的生态条件下也产生趋同适应。如爬行类中的鳖、哺乳类的海豚,其亲缘关系相隔甚远,但由于共同生活在海洋环境中,形成了适于游泳的体形、划水用的鳍或附肢等。

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图2-7 不同气候条件下狐狸耳朵大小的变化

3.动物的迁飞与滞育

迁飞与滞育是动物重要的生活史对策,是动物在空间上和时间上对外界环境变化的适应。

1)迁飞与扩散

在生态学上,扩散(dispersal)是指个体或种群进入或离开种群和种群栖息地的空间位置变动或运动状况。扩散有三种类型:分离出去而不复归来的单方向移动,称之为迁出(emigration);进入的单方向移动,称为迁入(immigration);有周期性的离开和返回称为迁移(migration)或迁飞。由此可知,生态学上的迁飞只是扩散的一种类型。

但一般来说,像小型动物(如昆虫)扩散是指其个体发育过程中日常或偶然的、小量范围内的分散或集中活动,而迁飞是指一种成群地、通常有规律地从一个发生地长距离地迁飞到另一发生地,如黏虫从南方向北方或北方向南方的大范围的迁飞等。

迁飞是动物生活史的一个重要特征,是在多变环境里对空间在行为上、生理上的适应。迁飞把动物带进一个新生境,而滞育使它留在原处。

2)休眠与滞育

动物在不良的气候或食物条件下,常表现生长发育停止,新陈代谢速度显著下降,体内营养物质累积急剧增加,体内含水量特别是游离水显著减少,并常潜伏在一定保护环境下,以对环境不利条件适应的一种现象,称为动物的“越冬”(如昆虫在冬季休眠)或“越夏”(如昆虫在夏季休眠)。

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